寄生蟲對(duì)腸道菌群和宿主免疫功能影響的研究進(jìn)展

朱維，高雷明，劉海霞，米榮升，李宗杰

1.滕州市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，山東 棗莊 277599；2.臨沭縣疾病預(yù)防控制中心；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所

宿主體內(nèi)數(shù)量龐大的細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲共同形成了復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，這些共生或寄生的微生物可影響宿主的屏障功能和免疫功能，還可以調(diào)節(jié)宿主的營養(yǎng)物質(zhì)吸收和生長發(fā)育等生理過程。哺乳動(dòng)物體內(nèi)的各種寄生蟲為了完成自身的生命周期，往往會(huì)在宿主的不同組織和器官之間進(jìn)行遷移[1]。寄生蟲不僅會(huì)給宿主造成組織損傷，還可以引起營養(yǎng)不良和貧血等問題，因此，長期感染寄生蟲會(huì)給宿主的健康帶來極大的威脅[2]。由于寄生蟲與宿主共同經(jīng)歷了長期的進(jìn)化選擇過程，一些寄生蟲已經(jīng)適應(yīng)了宿主免疫系統(tǒng)的識(shí)別和清除作用，而且宿主對(duì)寄生蟲長期的慢性感染也產(chǎn)生了一定程度的耐受[3]。隨著第二代測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群在維持宿主健康和疾病的平衡中扮演著重要的角色[4]。多組學(xué)的研究數(shù)據(jù)表明，腸道菌群和腸道寄生蟲可以通過相互作用來調(diào)節(jié)宿主的免疫功能，并可以作為免疫驅(qū)動(dòng)者（immunological driver）為腸道菌群失衡相關(guān)的疾病診斷和治療提供新思路[5]。

寄生蟲、腸道菌群和宿主之間存在密切而又復(fù)雜的相互作用，三者在沿著“寄生-共生連續(xù)體”進(jìn)化和轉(zhuǎn)變的進(jìn)程中建立了穩(wěn)定的生存博弈關(guān)系[6]。宿主在長期的進(jìn)化過程中逐漸形成了完整的應(yīng)對(duì)病原生物造成的組織損傷和炎癥反應(yīng)的免疫應(yīng)答策略。本文主要綜述了寄生蟲、腸道菌群和宿主三者之間的相互作用和相互關(guān)系，分析了寄生蟲感染對(duì)腸道菌群多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響，并且探討了寄生蟲和腸道菌群相互作用對(duì)宿主免疫穩(wěn)態(tài)和免疫性疾病的影響。

1 寄生蟲感染對(duì)宿主腸道菌群多樣性的影響

腸道寄生蟲和腸道菌群在脊椎動(dòng)物的胃腸道里享有共同的生存空間，腸道寄生蟲的寄生部位、代謝活動(dòng)以及與宿主免疫系統(tǒng)的相互作用會(huì)直接影響腸道菌群的多樣性[7]。

蛔蟲（Ascaris lumbricoides）是人類腸道中常見的寄生蟲，寄生腸道組織后可分泌多種效應(yīng)分子直接作用于宿主的腸道微生物，還可以通過誘導(dǎo)宿主的免疫細(xì)胞產(chǎn)生抗菌肽來改變腸道菌群的多樣性[8]。另外，蛔蟲甚至還能夠從腸道組織遷移到肝臟和肺臟，對(duì)人類生命健康造成嚴(yán)重的威脅[8]。Kupritz等[9]對(duì)比分析了23項(xiàng)研究中關(guān)于感染和未感染寄生蟲的人群腸道菌群多樣性的變化，發(fā)現(xiàn)這些人群感染寄生蟲后不僅改變了腸道菌群的個(gè)體內(nèi)多樣性（α多樣性），而且腸道菌群的個(gè)體間多樣性（β多樣性）也發(fā)生了明顯的改變。其中寄生在人類大腸中的蠕形住腸線蟲（Enterobius vermicularis）和毛首鞭形線蟲（Trichuris trichiura）對(duì)腸道菌群的影響最為明顯，提示宿主腸道菌群的多樣性變化與土源性蠕蟲（soil-transmitted helminths,STH）的種類及其寄生部位有關(guān)。

美洲錐蟲?。–hagas disease,CD）是由克氏錐蟲（Trypanosoma cruzi）感染引起的，對(duì)克氏錐蟲感染的小鼠模型進(jìn)行微生物組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)持續(xù)感染具有明顯的組織趨向性，主要集中于食管和大腸兩個(gè)部位，而且持續(xù)感染也會(huì)引起腸道菌群的變化[10]。研究表明，不同的生活方式可顯著影響寄生蟲載量和腸道菌群的多樣性。通過16S rRNA基因高通量測(cè)序技術(shù)和“鳥槍法”宏基因組測(cè)序（shotgun metagenomic sequencing）技術(shù)分析喀麥隆牧民、農(nóng)牧民和狩獵者的腸道樣本，發(fā)現(xiàn)狩獵者的寄生蟲感染率最高，并存在蛔蟲、美洲鉤蟲（Necator americanus）、毛首鞭形線蟲（T.trichiura）和糞類圓線蟲（Strongyloides stercoralis）四種土源性蠕蟲混合感染現(xiàn)象，而且寄生蟲感染率升高會(huì)導(dǎo)致腸道菌群多樣性增加[11]。Nieves-Ramírez等[12]研究發(fā)現(xiàn)芽囊原蟲（Blastocystis）感染可以引起宿主腸道菌群的α多樣性升高，并導(dǎo)致宿主腸道菌群的β多樣性也發(fā)生顯著變化，其中真核微生物組的變化更為明顯。Jenkins等[13]分析了斯里蘭卡人群感染一種或多種寄生線蟲后腸道菌群的多樣性，發(fā)現(xiàn)感染者和未感染者腸道菌群的α多樣性沒有顯著差異；但是他們腸道菌群的β多樣性有顯著差異，甚至經(jīng)過驅(qū)蟲治療后感染者腸道菌群的β多樣性仍明顯有別于未感染者。

2 寄生蟲感染對(duì)宿主腸道菌群群落結(jié)構(gòu)的影響

寄生蟲感染不僅可以影響宿主腸道菌群的物種多樣性，而且還可以影響宿主腸道菌群的群落結(jié)構(gòu)。Duarte等[14]研究發(fā)現(xiàn)貓感染了貓弓首蛔蟲（Toxocara cati）可明顯增加糞便中腸球菌（Enterococcus）和多爾氏菌（Dorea）的豐度。當(dāng)患者感染芽囊原蟲（Blastocystis）和脆弱雙核阿米巴（Dientamoeba fragilis）這兩種單細(xì)胞寄生蟲之后，腸道菌群中的6種擬桿菌（Bacteroides）和產(chǎn)丁酸鹽的梭菌（Clostridial clusterXIVa）的豐度都下降，但是普氏菌（Prevotella）的豐度卻升高[15-16]。Nieves-Ramírez等[12]分析了156名墨西哥成年人感染芽囊原蟲后的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)這些無癥狀感染者腸道菌群中的糞源普氏菌（Prevotella copri）和布氏瘤胃球菌（Ruminococcus bromii）的豐度明顯升高[12]。另外，研究發(fā)現(xiàn)鉤蟲、鞭蟲等蠕蟲或原蟲感染者腸道內(nèi)的疣微菌科（Verrucomicrobiaceae）和腸桿菌科（Enterobacteriaceae）的豐度呈上升趨勢(shì)，而明串珠菌科（Leuconostocaceae）和擬桿菌科（Bacteroidaceae）的豐度則呈下降趨勢(shì)[13]。環(huán)紋背帶線蟲（Teladorsagia circumcincta）感染綿羊后可導(dǎo)致腸胃炎，引起綿羊的腸道菌群紊亂，主要表現(xiàn)為普氏菌（Prevotella）、卟啉單胞菌（Porphyromonas）和薩特氏菌（Sutterella）的豐度升高[17]。Walker等[18]研究發(fā)現(xiàn)，約氏瘧原蟲（Plasmodium yoelii）感染小鼠后可引起胃酸分泌減少和胃液pH值升高，并且會(huì)導(dǎo)致鼠傷寒沙門菌（Salmonella entericaserovar Typhimurium）等腸道病原菌的豐度升高。此外，小鼠感染多形螺旋線蟲（Heligmosomoides polygyrus）后會(huì)引起氧化應(yīng)激反應(yīng)和T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和乳酸桿菌科（Lactobacillaceae）等的豐度升高[19]。此外，非工業(yè)化社會(huì)的人群在感染內(nèi)阿米巴原蟲（Entamoeba）后腸道菌群中的擬桿菌（Bacteroides）的豐度會(huì)發(fā)生顯著變化，而感染芽囊原蟲（Blastocystis）后腸道菌群中的瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、共球菌屬（Coprococcus）和丁酸弧菌屬（Butyrivibrio）的豐度會(huì)發(fā)生明顯變化[20-21]。

3 寄生蟲與宿主免疫系統(tǒng)的相互作用

寄生蟲感染可通過誘導(dǎo)宿主的巨噬細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞釋放2型細(xì)胞因子引起2型免疫反應(yīng)[22]。具體來說，寄生蟲產(chǎn)生的多糖幾丁質(zhì)首先將信號(hào)傳遞給宿主的先天性免疫細(xì)胞，然后通過產(chǎn)生IL-25和IL-33激活2型天然淋巴細(xì)胞（type 2 innate lymphoid cells,ILC2s），隨后引起杯狀細(xì)胞和簇細(xì)胞的增殖來激活宿主的適應(yīng)性免疫，最后通過杯狀細(xì)胞分泌的黏液和粒細(xì)胞釋放的中和蛋白等物質(zhì)清除入侵的寄生蟲[23]。三毛滴蟲（Tritrichomonas foetus）、巴西日?qǐng)A線蟲（Nippostrongylus brasiliensis）和其他蠕蟲等腸道寄生蟲可通過產(chǎn)生琥珀酸等代謝產(chǎn)物激活宿主的簇細(xì)胞，從而引起宿主的2型免疫反應(yīng)[24]。宿主體內(nèi)被激活的簇細(xì)胞可以進(jìn)一步激活I(lǐng)LC2s，從而形成免疫應(yīng)答的信號(hào)回路抵御寄生蟲的入侵[25]。Russler-Germain等[26]研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠感染隱孢子蟲（Cryptosporidium parvum）后并沒有明顯的癥狀，但是1型經(jīng)典樹突細(xì)胞缺陷的小鼠（conventional type 1 dendritic cell-deficient mice）感染隱孢子蟲后可以發(fā)病。通常情況下，隱孢子蟲感染可以誘導(dǎo)野生小鼠的腸道免疫系統(tǒng)的Th1細(xì)胞增殖并引起Th1免疫應(yīng)答。但是，隱孢子蟲感染1型經(jīng)典樹突細(xì)胞缺陷的小鼠后卻可以導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞及Treg細(xì)胞分化，從而可以引起宿主的腸道炎癥反應(yīng)。

腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生的IL-27可特異性誘導(dǎo)CD8αα+CD4+上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（intraepithelial lymphocyte，IEL）發(fā)生分化；經(jīng)典樹突細(xì)胞和髓系細(xì)胞產(chǎn)生的IL-27也可以促進(jìn)T-bet+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell）和IL-10的產(chǎn)生[27]。不同類型腸道免疫細(xì)胞產(chǎn)生的IL-27對(duì)于維持宿主腸道免疫穩(wěn)態(tài)和抵抗剛地弓形蟲（Toxoplasma gondii）感染有重要意義[28]。Chang等[29]研究發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制因子p53對(duì)鼠三毛滴蟲（Tritrichomonas muris）和巴西日?qǐng)A線蟲（N.brasiliensis）等寄生蟲引起的感染有重要調(diào)節(jié)作用，p53可通過誘導(dǎo)簇細(xì)胞產(chǎn)生IL-25增強(qiáng)小鼠腸道的2型免疫應(yīng)答。

寄生蟲產(chǎn)生的蟲卵和代謝產(chǎn)物（如幾丁質(zhì)等）還可以直接作用于宿主的腸道菌群，并且通過改變腸道pH值、影響腸道上皮的通透性和調(diào)節(jié)腸道黏液分泌等方式影響宿主腸道的免疫和消化功能[30-31]。多形螺旋線蟲（H.polygyrus）、鼠鞭蟲（Trichuris muris）和巴西日?qǐng)A線蟲（N.brasiliensis）等寄生蟲除了可以通過分泌物或排泄物作用于宿主的免疫系統(tǒng)外，還可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群影響宿主的腸道免疫功能[32-33]。Newbold等[34]研究了歐鸕鶿（Phalacrocorax aristotelis）的前胃、泄殖腔和糞便的樣本，發(fā)現(xiàn)寄生蟲感染造成的腸道菌群失調(diào)和胃腸道炎癥與歐鸕鶿的免疫功能失衡有關(guān)。此外，腸道菌群還可以作用于宿主的遠(yuǎn)端免疫系統(tǒng)，并通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)脾臟生發(fā)中心的大小和質(zhì)量而影響宿主對(duì)瘧原蟲的易感性[35]。

4 寄生蟲與腸道菌群對(duì)宿主炎癥反應(yīng)、營養(yǎng)狀態(tài)和免疫性疾病的影響

寄生蟲和腸道菌群的相互作用可以調(diào)節(jié)宿主的炎癥反應(yīng)和營養(yǎng)物質(zhì)代謝，從而進(jìn)一步影響宿主的哮喘、結(jié)腸炎、多發(fā)性硬化和1型糖尿病等免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展[36]。

藍(lán)氏賈第鞭毛蟲（Giardia lamblia）和凝聚性大腸桿菌（enteroaggregativeEscherichia coli,EAEC）混合感染可引起小鼠的蛋白質(zhì)代謝紊亂，其中藍(lán)氏賈第鞭毛蟲感染擾亂了菌群-宿主對(duì)蛋白質(zhì)水解的共同代謝，而凝聚性大腸桿菌則抑制了宿主髓系細(xì)胞的活化和能量代謝，因此，二者同時(shí)感染可加劇宿主的營養(yǎng)不良[37]。利用扭轉(zhuǎn)毛圓線蟲（Trichostrongylus retortaeformis）感染的兔子模型研究十二指腸菌群的多樣性和豐度，發(fā)現(xiàn)寄生蟲感染可顯著影響十二指腸菌群的物種組成和宿主的免疫反應(yīng)[38]。微小膜殼絳蟲（Hymenolepis nana）和人免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus,HIV）混合感染不僅嚴(yán)重破壞宿主的免疫功能，還可以在淋巴結(jié)和肺組織中引發(fā)腫瘤[39]。

寄生蟲與腸道菌群的相互作用不僅會(huì)導(dǎo)致宿主的營養(yǎng)不良和炎癥反應(yīng)，還會(huì)加劇一些免疫相關(guān)性疾病的進(jìn)程[40]。研究表明，小鼠感染多形螺旋線蟲（Heligmosomoides polygyrusbakeri）后可以通過改變腸道菌群增加短鏈脂肪酸（short chain fatty acid,SCFA）的產(chǎn)量,然后通過激活G蛋白偶聯(lián)受體緩解過敏性哮喘[41]。有些寄生蟲感染可以通過誘導(dǎo)宿主的2型免疫反應(yīng)降低炎癥性腸病的發(fā)病率[42]。長膜殼絳蟲（Hymenolepis diminuta）感染小鼠后可以升高糞便中的乙酸鹽和丁酸鹽濃度，通過作用于游離脂肪酸受體2（free fatty-acid receptor-2,FFAR2）和IL-2之間的前饋信號(hào)環(huán)路來抑制結(jié)腸炎[43]。多發(fā)性硬化癥患者感染美洲鉤蟲（Necator americanus）后可抑制腸道菌群α多樣性，并且通過維持腸道菌群的穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)免疫功能[44]。細(xì)粒棘球絳蟲（Echinococcus granulosus）幼蟲產(chǎn)生的排泄分泌產(chǎn)物（excretory-secretory products,ESPs）可以改善高脂飲食導(dǎo)致的宿主腸道菌群紊亂，并進(jìn)一步通過降低炎癥反應(yīng)來緩解認(rèn)知功能損傷[45]。腸道多形螺旋線蟲（Heligmosomoides polygyrus）產(chǎn)生的海藻糖可以增加宿主腸道菌群中瘤胃球菌屬的豐度，然后通過誘導(dǎo)CD8+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞治療1型糖尿病[46]。寄生蟲分泌產(chǎn)生的多種蛋白和小分子物質(zhì)也可以保護(hù)腸道屏障和調(diào)節(jié)免疫平衡，并通過減少Th1/Th17免疫應(yīng)答來降低宿主免疫性疾病的發(fā)病率[47-48]。

5 展望

微生物在宿主和環(huán)境間切換的雙相生命周期很可能塑造了微生物-宿主關(guān)聯(lián)的起源，微生物在其整個(gè)生命周期中的綜合適性可能是驅(qū)動(dòng)共生的一個(gè)關(guān)鍵[49-50]。隨著第二代測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步，寄生蟲感染對(duì)腸道菌群的物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響越來越受關(guān)注[51]。寄生蟲感染對(duì)宿主的免疫系統(tǒng)功能和免疫性疾病的影響也與腸道菌群密切相關(guān)，通過調(diào)控腸道菌群防控寄生蟲病已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)，對(duì)于治療免疫性疾病有借鑒意義。由于腸道菌群可以影響多種寄生蟲的生存和感染結(jié)果，益生菌干預(yù)措施可以用來降低寄生蟲感染的致病性[52]。通過研究寄生蟲與腸道微生物之間的共生和競(jìng)爭關(guān)系，對(duì)于研發(fā)靶向腸道菌群的驅(qū)蟲產(chǎn)品有重要意義。