腸道微環(huán)境與CD4+T細(xì)胞及相關(guān)疾病的研究

溫佳楠，周曉琪，周雨萌，于佳圻，李銘，楊威，徐闖，張冰冰*

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

胃腸道是機體唯一的非造血器官，通過折疊、皺襞、絨毛和微絨毛等功能可以實現(xiàn)吸收表面積最大化，其面積可擴大至約2萬m2[1]。腸道中含有營養(yǎng)物質(zhì)以及數(shù)十億微生物和潛在的免疫原性大分子。胃腸道中的微生物被認(rèn)為是影響消化營養(yǎng)過程和宿主健康的重要因素，如牛腸道中的細(xì)菌在膳食纖維、非蛋白氮和其他營養(yǎng)物質(zhì)的生物降解中起主要作用。在牛體內(nèi)，飼料被胃腸道細(xì)菌加工轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸、微生物蛋白和維生素，以滿足宿主維持、生長、生產(chǎn)和健康需要[2-3]。

腸道中菌群、免疫分子與腸道黏膜免疫共同構(gòu)成腸道微環(huán)境，其中T細(xì)胞對腸道免疫具有重要作用。腸道內(nèi)微生物與T細(xì)胞相互影響，共同構(gòu)建機體免疫系統(tǒng)，T細(xì)胞在胃腸道系統(tǒng)中對微生物病原體的保護、調(diào)節(jié)作用可在食物和共生抗原的反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。T細(xì)胞分布于腸道上皮層、固有層、黏膜下層以及腸道集合淋巴結(jié)和其他有組織的卵泡集合中，其中固有層大多為CD4+輔助T細(xì)胞（CD4+T細(xì)胞），包括許多激活的輔助和調(diào)節(jié)T細(xì)胞。腸道固有層和上皮層是CD4+T細(xì)胞的效應(yīng)部位，初始淋巴細(xì)胞暴露給抗原，并分化為效應(yīng)細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)，再選擇性地遷移回固有層。因此，固有層和上皮層不含初始CD4+T細(xì)胞群，主要為經(jīng)歷抗原分化的CD4+T細(xì)胞[4]。腸道中的T細(xì)胞免疫涉及不同的T細(xì)胞亞群，并以不同的方式受到抗原呈遞細(xì)胞的影響。文章主要闡述腸道微環(huán)境和CD4+T細(xì)胞亞群的相互聯(lián)系以及相關(guān)疾病的發(fā)生機制，為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 腸道微環(huán)境與CD4+T細(xì)胞亞群

1.1 腸道微環(huán)境與輔助T細(xì)胞

CD4+T細(xì)胞是適應(yīng)性免疫反應(yīng)和炎癥性疾病的重要調(diào)節(jié)細(xì)胞，功能主要為招募和激活吞噬細(xì)胞和其他白細(xì)胞，破壞細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的微生物，并幫助B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體。CD4+T淋巴細(xì)胞對于吞噬細(xì)胞介導(dǎo)消滅微生物至關(guān)重要。被抗原呈遞細(xì)胞（APCs）激活后，抗原特異性CD4+T細(xì)胞分化為效應(yīng)細(xì)胞，根據(jù)分泌的細(xì)胞因子發(fā)生特化，進(jìn)而對抗病原體并引起組織炎癥[5]。效應(yīng)CD4+T細(xì)胞可根據(jù)其細(xì)胞因子表達(dá)譜和免疫調(diào)節(jié)功能分為Th1、Th2和Th17細(xì)胞譜系。Th1細(xì)胞產(chǎn)生Ⅱ型干擾素調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫，可表達(dá)高水平的E-選擇素和P-選擇素配體，有助于細(xì)胞向強烈炎癥部位遷移；而Th2細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素-4（IL-4）、白細(xì)胞介素-5（IL-5）和白細(xì)胞介素-13（IL-13）可介導(dǎo)體液免疫和過敏反應(yīng)，其表達(dá)趨化因子受體CCR3、CCR4和CCR8，特別是在黏膜組織高表達(dá)的趨化因子，可識別在寄生蟲感染或過敏反應(yīng)部位。Th17大量存在于胃腸道，在對抗腸道感染和腸道炎癥中十分重要。Th17的特征性細(xì)胞因子為白細(xì)胞介素-17（IL-17），Th17表達(dá)的CCR6與一些由受到細(xì)菌和真菌感染的各種組織細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的CCL20結(jié)合，負(fù)責(zé)不屬于Th1和Th2亞群并且由CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥性疾病[5]。

1.2 腸道微環(huán)境與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞

腸道免疫系統(tǒng)的主要功能之一是維持非致病性腸道微生物群和無害的外源性食物抗原、致病性微生物以及與損傷相關(guān)的自身抗原之間的免疫穩(wěn)態(tài)。腸道內(nèi)的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)必須通過激活調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）持續(xù)抑制對食物抗原和共生微生物抗原的潛在免疫反應(yīng)，平衡效應(yīng)免疫細(xì)胞活動，預(yù)防腸道共生菌的炎癥反應(yīng)，以防止炎癥反應(yīng)破壞黏膜屏障。

Treg的某些亞群在黏膜相關(guān)淋巴組織中更為豐富，其中FoxP3+T細(xì)胞是調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)的關(guān)鍵細(xì)胞。FoxP3轉(zhuǎn)錄因子的識別是精確捕捉免疫調(diào)節(jié)T細(xì)胞的起點，可反映Treg細(xì)胞在各種疾病中的功能，一些細(xì)胞因子或其受體的缺陷可導(dǎo)致病理性腸道炎癥。Treg細(xì)胞對效應(yīng)細(xì)胞的抑制依賴T細(xì)胞受體（TCR）的信號。雖然Treg細(xì)胞激活需要TCR特異性信號，但Treg細(xì)胞還可抑制具有不同抗原特異性的效應(yīng)T細(xì)胞，有助于整體免疫穩(wěn)態(tài)。

2 腸道微環(huán)境與免疫疾病

腸道微生物群是腸道內(nèi)免疫屏障的重要組成部分。免疫屏障的完整性由多種不同機制維持，腸道菌群與免疫細(xì)胞的相互作用對維持免疫穩(wěn)態(tài)具有重要作用，如一些常見的CD4+T細(xì)胞相關(guān)的腸道疾病均與腸道微環(huán)境紊亂存在密切關(guān)系。

2.1 腸道微環(huán)境與腸應(yīng)激綜合征

腸應(yīng)激綜合征（IBS）是功能性胃腸道紊亂，其特征為腹痛、腹脹、腹瀉或便秘。IBS是常見的犬類胃腸功能性疾病，可能與腸道感染或抗生素使用有關(guān)[6]。腸道益生菌用于治療IBS可改善腸道菌群的組成和代謝活性，如產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs）[7]。此外，腸道益生菌可能影響腸道蠕動并發(fā)揮抗炎作用。共生細(xì)菌產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物，能夠調(diào)節(jié)宿主的生理、營養(yǎng)和免疫。

SCFAs包括乙酸、丙酸和丁酸，由結(jié)腸中膳食纖維和其他未消化的碳水化合物所產(chǎn)生[8]。SCFAs可通過抑制組蛋白去乙酰化酶產(chǎn)生作用，進(jìn)而導(dǎo)致FoxP3的乙?；捅磉_(dá)增加[9]。不同SCFAs的作用可能略有不同，丁酸鹽可影響結(jié)腸Treg的從頭生成，乙酸鹽能夠誘導(dǎo)結(jié)腸中胸腺Treg積累，丙酸鹽能夠同時發(fā)揮上述兩種功能[10]。大量SCFAs通過簡單擴散或溶質(zhì)轉(zhuǎn)運體主動轉(zhuǎn)運，被結(jié)腸上皮細(xì)胞吸收并在腸道中大量產(chǎn)生，進(jìn)而可能調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。此外，SCFAs還可通過改變細(xì)胞因子環(huán)境直接促進(jìn)T細(xì)胞分化為產(chǎn)生IL-17、干擾素-γ（IFN-γ）和白細(xì)胞介素-10（IL-10）的T細(xì)胞，具體表現(xiàn)為SCFAs可根據(jù)免疫環(huán)境促進(jìn)免疫或免疫耐受促進(jìn)T細(xì)胞分化為效應(yīng)T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[11]。除直接作用于免疫系統(tǒng)，SCFAs還可作為結(jié)腸菌燃料增強上皮屏障，防止因免疫系統(tǒng)和共生菌[12]接觸過于密切而引起明顯的免疫激活。免疫反應(yīng)中腸道菌群一般處于動態(tài)平衡狀態(tài)，菌群的相互作用可隨條件、空間和潛在的進(jìn)化時間發(fā)生變化。因此，平衡腸道菌群非常重要[13-14]，若平衡被破壞可能導(dǎo)致各種疾病。胃腸道是機體最大的宿主-環(huán)境界面，不同的效應(yīng)細(xì)胞CD4+T細(xì)胞亞群被不同的微生物誘導(dǎo)和保護。

2.2 腸道微環(huán)境與炎癥性腸病

炎癥性腸?。↖BD）是多因素的腸道慢性炎癥性疾病，可分為兩種主要的臨床病癥：主要涉及結(jié)腸和小腸的克羅恩病（CD）以及局限于結(jié)腸和小腸的潰瘍性結(jié)腸炎（UC）。上述兩種IBD亞型的特征為胃腸道慢性炎癥，具有可緩解和復(fù)發(fā)反復(fù)循環(huán)的特征。

CD是由產(chǎn)生IFN-γ的Th1細(xì)胞驅(qū)動的肉芽腫性炎癥；隨著產(chǎn)生IFN-γ的細(xì)胞擴增，腸系膜淋巴結(jié)顯著增大，影響胃腸道任何部分腸壁組織的厚度，但回腸末端是最易受到影響到的部位[15]。從CD患者體內(nèi)分離出可引起牛副結(jié)核?。↗D）的致病菌副結(jié)核分枝桿菌（MAP）[16]，由此猜想兩種疾病可能存在關(guān)聯(lián)。分枝桿菌能夠感染較多宿主，甚至可以跨越物種屏障，但兩種主要分支：桿菌鳥分枝桿菌亞種和牛分枝桿菌主要發(fā)現(xiàn)于反芻動物宿主。MAP能夠影響牛的回腸，引起炎癥和腸內(nèi)壁破壞，引起反芻動物胃腸道出現(xiàn)慢性炎癥性疾病，進(jìn)而導(dǎo)致無法治愈的腹瀉，降低受感染動物吸收營養(yǎng)的能力[17]，該疾病的臨床癥狀包括慢性腹瀉和致命性消耗性疾病相關(guān)的體重減輕。對MAP的免疫反應(yīng)和JD的臨床階段主要為經(jīng)典的Th1、Th2樣免疫反應(yīng)發(fā)揮作用[18-19]，或Th17細(xì)胞在直接刺激T細(xì)胞表面的TLR-2和Toll樣受體4（TLR-4）產(chǎn)生作用[20]?？乖岢始?xì)胞（APCs）[21]和腸上皮細(xì)胞[22]均能夠產(chǎn)生Th17型細(xì)胞因子，其中IL-23、IL-6和IL-1β可促進(jìn)初始T細(xì)胞向Th17分化[23]。還有研究表明，盡管分枝桿菌感染與同一宿主具有聯(lián)系，但不同的分枝桿菌感染會導(dǎo)致不同的免疫反應(yīng)。牛分枝桿菌感染可導(dǎo)致持續(xù)的由細(xì)胞介導(dǎo)的應(yīng)答，其特征為強烈的抗原特異性IFN-γ應(yīng)答，增加T調(diào)節(jié)細(xì)胞如CD4 CD25+和γδCD25+T細(xì)胞，隨著T調(diào)節(jié)細(xì)胞分泌抗原特異性IL-10提供免疫平衡。

另一種為UC，僅限于結(jié)腸黏膜，癥狀包括腹痛、嘔吐、腹瀉和體重減輕。炎癥性腸病可能由Treg介導(dǎo)的對共生生物免疫反應(yīng)的抑制不充分所引起；此外，IL-2基因缺失或FoxP3基因被敲除也可能導(dǎo)致Treg缺失的小鼠出現(xiàn)結(jié)腸炎。對動物模型T細(xì)胞反應(yīng)的分析表明，受影響的部分腸段存在活躍的Th17。腸道菌群平衡是維持整體穩(wěn)態(tài)和腸道免疫的基礎(chǔ)，但這種平衡易遭到破壞，通常稱為生態(tài)失調(diào)。效應(yīng)T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生均受到腸道微生物群的深刻影響[24-25]，效應(yīng)T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的平衡也對腸道菌群的平衡產(chǎn)生影響，腸道微生物組成改變與腸系膜淋巴結(jié)中Th17/Treg平衡改變有關(guān)[26]。作為IBD中的適應(yīng)性免疫反應(yīng)，SCFAs對T淋巴細(xì)胞也可發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[27]，如固有層是富含T淋巴細(xì)胞的潛在腸上皮。Peyer小結(jié)提供了淋巴細(xì)胞啟動的誘導(dǎo)位點，而固有層可充當(dāng)激活的淋巴細(xì)胞對適當(dāng)刺激作出反應(yīng)的效應(yīng)位點。

2.3 腸道微環(huán)境與其他免疫疾病

許多非腸道疾病的發(fā)生也與腸道微環(huán)境變化有關(guān)。腸道微生物群與多種疾病有關(guān)，包括胃腸道疾病、癌癥、免疫紊亂和代謝綜合征，如腸道細(xì)菌種群的變化會導(dǎo)致肥胖和Ⅱ型糖尿病。將肥胖犬的糞便菌液轉(zhuǎn)移至正常犬腸道內(nèi)，可改變正常犬腸道菌群結(jié)構(gòu)與功能，促進(jìn)肥胖的發(fā)生[28]。此外，腸道微生物組分泌的次級代謝物與各種宿主感應(yīng)信號通路相互作用，并負(fù)責(zé)代謝組織中免疫駐留細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)[29]。改變腸道微生物群可實現(xiàn)改變微生物相關(guān)代謝產(chǎn)物，消耗腸道屏障，進(jìn)而引發(fā)促炎反應(yīng)。如丁酸鈉給藥可引起免疫代謝改變，抑制CD4+T細(xì)胞并誘導(dǎo)Treg細(xì)胞群，從而在高脂喂養(yǎng)的代謝失調(diào)小鼠模型中緩解炎癥和相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[30]。此外，腸道細(xì)菌過度生長、細(xì)菌或細(xì)菌產(chǎn)物易位增加以及免疫防御失敗均可增加感染風(fēng)險，而腸道微生物群的失調(diào)可通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞亞群的免疫反應(yīng)，影響肺功能[31]。

3 結(jié)論

腸道內(nèi)菌群對免疫系統(tǒng)的激活與構(gòu)建至關(guān)重要，在T細(xì)胞激活和積累中發(fā)揮重要作用。腸道菌群影響T細(xì)胞，并間接影響腸道內(nèi)微生物。因此，腸道微環(huán)境穩(wěn)態(tài)與免疫環(huán)境穩(wěn)態(tài)對機體穩(wěn)定極其重要。隨著研究進(jìn)一步深入，依靠免疫細(xì)胞治療胃腸道疾病獲得更多關(guān)注。

與直接的藥物治療相比，激活機體免疫應(yīng)答對是改善胃腸道環(huán)境、抗胃腸道疾病更有利的手段，但現(xiàn)有治療方法尚不完善，仍繼續(xù)深入研究，使胃腸道疾病的治療取得突破性進(jìn)展。