腸道微生態(tài)與支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展相關(guān)性的研究進(jìn)展

石曼欣妤，耿雨涵，楊靜，曹洪麗

支氣管哮喘（以下簡稱哮喘）是由多種細(xì)胞參與的氣道慢性炎癥性疾病，其發(fā)病原因極為復(fù)雜，難以治愈，給患者的生活帶來許多不利影響［1-2］。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)失調(diào)是誘發(fā)哮喘的危險(xiǎn)因素之一［3］。也有研究者認(rèn)為，腸道菌群失衡是誘發(fā)哮喘的原因，因?yàn)槠溆绊懥损つっ庖撸?］。此外，國外有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，腸道微生態(tài)存在影響哮喘發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，而調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)可以作為預(yù)防哮喘的新方法［5］。本文綜述了腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)生發(fā)展相關(guān)性的研究進(jìn)展，以期為哮喘的預(yù)防及治療提供參考。

1 研究背景

1.1 腸道微生態(tài) 腸道微生態(tài)指寄生于人體腸道內(nèi)的微生物與人體之間相互作用并共同構(gòu)成的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，由腸道菌群與腸道環(huán)境構(gòu)成，承擔(dān)著人體大部分的免疫調(diào)節(jié)功能，其平衡被破壞主要由外源性因素和內(nèi)源性因素共同導(dǎo)致。在腸道微生態(tài)所處的宏觀環(huán)境中，與腸道直接相連的外環(huán)境中有多種因素可影響正常菌群的定植，造成有益菌群與有害菌群失衡。此外，營養(yǎng)代謝障礙、器官功能失調(diào)、癌癥等內(nèi)源性因素也可影響腸道菌群的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致其對(duì)病原菌的抵抗力降低，從而引發(fā)全身多種代謝性疾病或炎癥性疾病。

1.2 哮喘 哮喘是由多種細(xì)胞（嗜酸粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等）和細(xì)胞組分參與的以氣道慢性炎癥為特征的抑制性疾病。氣道慢性炎癥與氣道高反應(yīng)性（airway hyper reactivity，AHR）有關(guān)，通常表現(xiàn)為氣管黏膜大量炎癥細(xì)胞浸潤，T淋巴細(xì)胞表達(dá)異常，Th2細(xì)胞因子升高，Th1細(xì)胞因子下降。Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞有拮抗作用，二者平衡對(duì)AHR的作用是現(xiàn)今研究的主要方向。

1.3 腸道微生態(tài)影響哮喘的依據(jù) 炎癥性腸病患者肺部影像學(xué)改變可充分說明腸道與呼吸道之間存在免疫學(xué)關(guān)聯(lián)［6］。新近研究表明，腸道中活躍的微生物群及其代謝產(chǎn)物通過轉(zhuǎn)運(yùn)的方式穿過腸道屏障和腸系膜淋巴系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)呼吸道免疫反應(yīng)［7］。此外，研究人員在哮喘患兒中還觀察到包括肺炎鏈球菌在內(nèi)的腸道菌群失衡現(xiàn)象［8］。以上證據(jù)均為腸道微生態(tài)與哮喘等呼吸道疾病之間的聯(lián)系提供了理論支持。哮喘作為人類兒童時(shí)期最常見的下呼吸道疾病，若能更好地了解腸道微生物群在其發(fā)病機(jī)制中的作用，將有助于發(fā)掘以腸道微生態(tài)作為靶點(diǎn)來改善及預(yù)防哮喘的潛力［9］。

2 人體微生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展

目前，人體氣道和腸道微生物菌群的研究主要集中在微生物的多樣性（包括數(shù)量、種類和組成）上。在第一代DNA測序技術(shù)的基礎(chǔ)上，科研人員不斷改進(jìn)，降低操作成本，提高速度與通量，產(chǎn)生了第二代測序技術(shù)和第三代單分子測序技術(shù)，使更大規(guī)模的宏觀基因組研究成為可能。宏觀基因組研究是對(duì)整個(gè)微生物群的DNA進(jìn)行排序，其為群落內(nèi)的生物、基因和基因組編目提供了更廣泛、更復(fù)雜的微生物群信息［10］。對(duì)微生物的深入了解、微生物檢測準(zhǔn)確性的提高使學(xué)者能從微生物基因組中獲取重要的信息，并發(fā)現(xiàn)了呼吸道與腸道微生物通過代謝、信號(hào)傳遞等方式影響著疾病的發(fā)生發(fā)展［11］，這有助于推進(jìn)疾病預(yù)防和個(gè)性化醫(yī)療的進(jìn)展。

3 腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)病機(jī)制的關(guān)系

腸道為微生物群提供了生活活動(dòng)的環(huán)境，微生物通過活動(dòng)調(diào)節(jié)體內(nèi)免疫系統(tǒng)的運(yùn)行，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，預(yù)防疾病發(fā)生。研究表明，腸道微生物群失調(diào)在哮喘的發(fā)生發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色［12］。

3.1 通過免疫細(xì)胞建立相關(guān)性

3.1.1 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Tregs） 研究表明，腸道菌群的代謝產(chǎn)物會(huì)通過Tregs調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而影響哮喘的發(fā)生率［13］。當(dāng)人體消化不良時(shí)，腸道內(nèi)的膳食纖維經(jīng)厭氧菌發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）（主要是醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽）。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，喂食高膳食纖維的小鼠T細(xì)胞池的大小和功能受SCFAs的調(diào)節(jié)［14］，通過改變小鼠的飲食來補(bǔ)充SCFAs可以逆轉(zhuǎn)肺部Th2型炎癥［15］。該結(jié)果在另一個(gè)小鼠實(shí)驗(yàn)中也得到了證實(shí)，實(shí)驗(yàn)者阻斷了SCFAs對(duì)外周T細(xì)胞的誘導(dǎo)，導(dǎo)致了小鼠黏膜部位的Th2型炎癥反應(yīng)過度［16］。未來通過改變飲食方式輔助治療哮喘患者或可成為預(yù)防疾病的措施之一。

Tregs可以調(diào)節(jié)主要黏膜抗體IgA的產(chǎn)生。在健康小鼠中，Tregs可引導(dǎo)黏膜表面分泌IgA以排除微生物配體，使整體CD4+、CD25+T淋巴細(xì)胞活性增強(qiáng)，從而減輕全身炎癥反應(yīng)［17］，其機(jī)制可能是通過促進(jìn)Tregs中Foxp3啟動(dòng)子的乙?；瑥亩黾覨oxp3的表達(dá)，并增強(qiáng)Tregs抑制炎癥的作用。目前，SCFAs啟動(dòng)Tregs完成這一系列反應(yīng)的過程尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

膳食SCFAs除了通過調(diào)節(jié)Tregs來預(yù)防哮喘外，還可以通過提高循環(huán)SCFAs中水平而增加小鼠肺部樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）的浸潤，而浸潤后的DC具有更強(qiáng)的吞噬活性，且可抑制Th2型炎癥和過敏性氣道炎癥［18］。因此，腸道中的微生物及其代謝產(chǎn)物可以降低AHR、誘導(dǎo)T細(xì)胞發(fā)揮作用，從而在調(diào)節(jié)哮喘過敏原耐受性中發(fā)揮作用。在之后的研究中，科研人員可以深入研究SCFAs啟動(dòng)工作的一系列機(jī)制，以提高機(jī)體對(duì)過敏性氣道炎癥的免疫力及減少哮喘的發(fā)生。

3.1.2 Th17細(xì)胞 Th17細(xì)胞是一種新發(fā)現(xiàn)的能夠分泌IL-17的T細(xì)胞亞群，在自身免疫性疾病和機(jī)體防御反應(yīng)中具有重要作用。Th17細(xì)胞被激活后可調(diào)節(jié)哮喘小鼠和哮喘患者的Th2型炎癥，其特征是中性粒細(xì)胞炎癥減輕和對(duì)類固醇的反應(yīng)減弱。因此，Th17細(xì)胞對(duì)嚴(yán)重哮喘改善有至關(guān)重要的作用［19］，在疾病預(yù)防方面也有重要意義。

腸道菌群在Th17細(xì)胞軸的早期發(fā)育和調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。而微生物群對(duì)Th17細(xì)胞的影響已經(jīng)通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，如單一種類的硬壁菌和分段絲狀細(xì)菌可以誘導(dǎo)小鼠腸道中Th17細(xì)胞的發(fā)育［20］，而Th17細(xì)胞軸反過來對(duì)細(xì)菌提供保護(hù)作用，使其免受黏膜感染［21］。這些研究表明，腸道微生物群的改變可能會(huì)誘導(dǎo)遠(yuǎn)端器官（如肺部）炎癥的發(fā)生，并提示其可能會(huì)影響哮喘的發(fā)生。

人類腸道微生物群與Th17細(xì)胞軸調(diào)控之間的關(guān)系尚不清楚，目前還沒有研究顯示人類腸道菌群與Th17細(xì)胞誘導(dǎo)直接相關(guān)，但人類腸道菌群中的某些物質(zhì)轉(zhuǎn)移到小鼠體內(nèi)時(shí)被證明能夠誘導(dǎo)Th17細(xì)胞反應(yīng)［22］。人類腸道菌群中的物質(zhì)成分、發(fā)生機(jī)制及作用需要進(jìn)一步研究證實(shí)。未來治療方向可以考慮腸道微生物群，通過影響Th17細(xì)胞應(yīng)答來預(yù)防和治療哮喘。

3.1.3 自然殺傷T（natural killer T，NKT）細(xì)胞 NKT細(xì)胞是一類既具有T細(xì)胞受體，又有自然殺傷細(xì)胞受體的T細(xì)胞亞群［23］。主要存在于人體中的NKT細(xì)胞——恒定自然殺傷T（invariant nature killer T，iNKT）細(xì)胞連接了先天性和適應(yīng)性免疫功能，其功能障礙與多種炎癥性疾病有關(guān)［24］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在缺乏腸道微生物群的無菌小鼠中，iNKT細(xì)胞在腸道和肺部積聚，該類小鼠較正常腸道菌群的小鼠更易發(fā)生炎癥［25］。若該情況發(fā)生在黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期（新生期），將腸道微生物群重新引入無菌小鼠體內(nèi)就可以抑制這種炎癥的發(fā)生。相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，腸道微生物群有可能通過介導(dǎo)NKT細(xì)胞來調(diào)節(jié)肺部免疫細(xì)胞的分化和功能［26］，但NKT細(xì)胞在人類腸道菌群中的作用機(jī)制尚不完全明確［27］。未來可進(jìn)一步研究肺部免疫細(xì)胞，以利于哮喘的預(yù)防和肺部免疫力的增強(qiáng)。

3.2 通過益生菌建立相關(guān)性 目前口服益生菌、益生元等方式已應(yīng)用于哮喘的臨床治療，益生菌的主要成分包括乳酸桿菌、雙歧桿菌等，其可以調(diào)節(jié)腸道菌群及血清細(xì)胞因子水平，糾正Th1/Th2失衡，改善肺功能，控制疾病發(fā)生［28］。研究表明，在腸道益生菌的輔助治療下，患者的生理、心理功能均得到改善，且不良反應(yīng)發(fā)生率無明顯增加，證明該方法安全有效［29］。通過副干酪乳桿菌調(diào)節(jié)大鼠過敏性哮喘的實(shí)驗(yàn)探討了飲食對(duì)益生菌的重要作用，結(jié)果顯示，副干酪乳桿菌可減輕大鼠哮喘嚴(yán)重程度、改善其臨床癥狀［30-31］?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)為益生菌治療哮喘提供了理論基礎(chǔ)，但樣本量較小，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。目前已被證實(shí)用于哮喘臨床治療的幾種益生菌可以通過聯(lián)合使用來探究其對(duì)疾病的作用，有助于尋找最佳的治療方法。

4 腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)展的關(guān)系

擬桿菌是人體腸道中最豐富的菌群。在健康成年人中，擬桿菌屬、腸桿菌屬和雙歧桿菌屬是廣泛存在的菌群。成年哮喘患者體內(nèi)大腸埃希菌和乳酸桿菌數(shù)量較多［32］。長期患有哮喘可導(dǎo)致雙歧桿菌含量減少，這種現(xiàn)象在成年人和兒童中均有表現(xiàn)［33］。國外一項(xiàng)關(guān)于瑞典和愛沙尼亞國2歲兒童微生物群多樣性的研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患兒很少出現(xiàn)乳酸桿菌和類桿菌菌落，而需氧菌計(jì)數(shù)較高，尤其是腸桿菌科和葡萄球菌［34］。腸道和肺部生態(tài)系統(tǒng)通過復(fù)雜的相互作用將營養(yǎng)、呼吸和消化系統(tǒng)健康與免疫防御功能聯(lián)系起來，說明在哮喘的治療中，不僅要針對(duì)呼吸道癥狀進(jìn)行治療，也要維持機(jī)體整體的菌群穩(wěn)態(tài)，調(diào)整腸道微生態(tài)。雖然腸道和肺部生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的相關(guān)性已被證實(shí)，但臨床樣本的來源不同，對(duì)微生物組的縱向或侵入性研究進(jìn)展有限，各實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性、一致性較差。二者之間產(chǎn)生聯(lián)系的具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究，以便明確調(diào)整腸道微生態(tài)治療哮喘的科學(xué)依據(jù)。

5 小結(jié)與展望

哮喘是由多種細(xì)胞和細(xì)胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，腸道微生態(tài)在哮喘的表型、發(fā)病機(jī)制、嚴(yán)重程度中發(fā)揮重要作用。腸道菌群代謝產(chǎn)物影響肺部免疫狀態(tài)的途徑、發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)制尚不清楚，可以基于現(xiàn)有推測進(jìn)行考證。

目前人們針對(duì)腸道菌群的研究大多基于排出體外的糞便，分析其包含的菌群種類與作用，而殘留在腸道內(nèi)部的微生物容易被忽略。隨著基因測序技術(shù)的不斷更新，越來越多未被發(fā)現(xiàn)的微生物逐漸進(jìn)入科研人員的視野，而對(duì)其進(jìn)行研究有助于打破當(dāng)前研究的局限，拓寬研究方法和思路。

糞便菌群移植可直接作用于腸道菌群，目前該方法在腸道菌群定植中的研究備受關(guān)注。現(xiàn)有研究表明，在糞便菌群移植6 h后，在喪失微生物群的小鼠肺部細(xì)菌數(shù)量及TNF-α、IL-10水平趨于正常，充分證實(shí)了腸道微生物群對(duì)肺部具有保護(hù)作用［35］。但在應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)注意患者受到病原菌污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)，盡可能避免免疫不良事件的發(fā)生。因此，實(shí)際應(yīng)用菌群移植的方法需要安全的、準(zhǔn)確的定量操作。同時(shí)需要更多的實(shí)驗(yàn)支持，為此項(xiàng)新興療法提供科學(xué)依據(jù)。

目前，人類腸道中可以誘導(dǎo)小鼠Th17發(fā)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)成分及機(jī)制尚需要更多實(shí)驗(yàn)支持，其結(jié)果有助于明確人類腸道微生物群與Th17細(xì)胞軸之間的聯(lián)系，推動(dòng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中所獲得的“利用腸道微生物對(duì)Th17細(xì)胞軸的調(diào)節(jié)，影響遠(yuǎn)端器官炎癥”這一結(jié)論在人類中的應(yīng)用，其可作為預(yù)防及治療哮喘的新方向。

通過腸道微生物群介導(dǎo)NKT細(xì)胞的方式調(diào)節(jié)肺部免疫細(xì)胞的分化和功能已經(jīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，具有早期預(yù)防哮喘發(fā)生與提高肺部免疫力的潛能。進(jìn)一步開展該作用機(jī)制在人體中的深入研究，以更好地實(shí)現(xiàn)新的微生態(tài)靶向診斷和治療。

作者貢獻(xiàn)：石曼欣妤、耿雨涵進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，撰寫、修訂論文；耿雨涵進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集；石曼欣妤進(jìn)行文獻(xiàn)/資料整理；楊靜、曹洪麗負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，并對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。