腸道菌群與腸黏膜免疫耐受的研究進(jìn)展

江益凡 孫 洋 張 艷 李 靜

1.蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，安徽蚌埠 233004；2.蚌埠醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，安徽蚌埠 233004

眾多免疫性以及胃腸道相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展過程都被發(fā)現(xiàn)與腸道菌群有關(guān)，恢復(fù)腸道菌群平衡、重建免疫環(huán)境就顯得尤為重要。近年來對(duì)菌群的研究不斷深入，目前臨床上細(xì)菌產(chǎn)物、細(xì)菌毒素、益生菌等微生物制劑已經(jīng)用于免疫耐受的重建［1］。菌群已被證實(shí)可促進(jìn)對(duì)自身抗原的耐受，并且可以調(diào)節(jié)腸道運(yùn)動(dòng)和分泌，維持腸黏膜屏障的完整性，并維護(hù)免疫系統(tǒng)的正?；顒?dòng)等［2］。本研究從腸黏膜免疫耐受的建立機(jī)制、腸道菌群調(diào)控免疫系統(tǒng)在腸黏膜免疫耐受形成中的機(jī)制、共生菌群誘導(dǎo)免疫耐受等方面作一綜述。

1 腸黏膜免疫耐受的建立機(jī)制

腸道作為人體最大的免疫器官，與食物等多種物質(zhì)直接接觸，承受了較大的抗原負(fù)荷。腸黏膜的存在可分隔人體內(nèi)部和外部環(huán)境，形成“腸屏障結(jié)構(gòu)”，阻止抗原、毒素和微生物通過，同時(shí)保證機(jī)體對(duì)于食物抗原和腸道菌群的免疫耐受［3］。此外，腸相關(guān)淋巴組織（gut-associated lymphoid tissue，GALT）也在腸黏膜免疫耐受中扮演了重要角色，GALT 組織解剖學(xué)上的特點(diǎn)，使機(jī)體既能夠抵御病原體的侵襲，又能避免對(duì)食物抗原和共生微生物發(fā)生免疫應(yīng)答，為誘導(dǎo)免疫耐受提供了條件［4］。

1.1 腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)在腸黏膜免疫耐受中的作用機(jī)制

在腸道黏膜的免疫耐受中，腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要作用。腸黏膜屏障以其獨(dú)特的組成和解剖結(jié)構(gòu)維持其對(duì)食物抗原和腸道菌群的耐受性。腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)由細(xì)胞外成分和細(xì)胞成分共同構(gòu)成。細(xì)胞外成分包括覆蓋在腸黏膜上方的黏液層，其中含有糖萼、微生物群、分泌性IgA、黏蛋白和抗菌肽等［5］。細(xì)胞成分包含腸上皮結(jié)構(gòu)中的各類細(xì)胞，主要包括分泌黏液的杯狀細(xì)胞，分泌防御素的Paneth細(xì)胞，其他分泌激素和神經(jīng)肽的細(xì)胞等，這些細(xì)胞參與維持腸屏障結(jié)構(gòu)的完整性、抵御有害物質(zhì)并維持免疫耐受［6］。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，黏液層中的糖萼有助于腸上皮細(xì)胞吸收營養(yǎng)，保持上皮的水合作用，并且保護(hù)腸黏膜免受腔內(nèi)剪切應(yīng)力和消化酶的影響［7］。此外，糖萼還參與上皮細(xì)胞的更新和分化，通過信號(hào)傳導(dǎo)限制腸道抗原的免疫原性，從而維持腸黏膜的免疫耐受［8］。在維持腸黏膜免疫耐受的過程中，糖萼中高糖基化的黏蛋白MUC2起主要作用。糖萼中的MUC2 與galectin-3-Dectin-1-FcγRIIB 受體結(jié)合，形成復(fù)合物，激活β-catenin，誘導(dǎo)具有抗炎特性的樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）形成。β-catenin可進(jìn)一步通過抑制NF-κB下游炎癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，從而干擾DCs 表達(dá)促炎細(xì)胞因子，但不影響DCs 表達(dá)誘導(dǎo)免疫耐受相關(guān)的抗炎細(xì)胞因子。因此，糖萼不僅可形成非特異性的物理屏障，還可通過MUC2蛋白調(diào)控DCs 的分化，傳遞免疫耐受信號(hào)，限制腸道抗原的免疫原性［9］。

1.2 腸相關(guān)淋巴組織在腸黏膜免疫耐受中的作用機(jī)制

GALT 是機(jī)體中最大的淋巴器官，在調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫耐受中具有重要作用。當(dāng)免疫系統(tǒng)檢測到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，GALT及時(shí)反應(yīng)并將其清除；對(duì)于無害信號(hào)的刺激，GALT可調(diào)動(dòng)其免疫耐受機(jī)制，維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定［10］。

腸系膜淋巴結(jié)（mesentric lymph nodes，MLN），是一群位于腸系膜內(nèi)的大淋巴結(jié)，屬于GALT 的一部分。DCs 在腸道中一般處于未激活狀態(tài)，充當(dāng)哨兵的作用，一旦被激活則可以通過淋巴管遷移到MLN以呈遞抗原，這也使腸道黏膜的固有層內(nèi)形成了一個(gè)相互連接的免疫網(wǎng)絡(luò)。通過體外共聚焦腸淋巴管成像和腸引流淋巴管取樣證實(shí)，CD103+DCs是不斷遷移到MLN 的遷移細(xì)胞群［11］。DCs 和巨噬細(xì)胞均屬于專職抗原呈遞細(xì)胞，可吞噬加工抗原并通過細(xì)胞表面的MHC-II將抗原呈遞至T細(xì)胞，抗原呈遞細(xì)胞向MLN 遷移后，識(shí)別食物抗原和共生菌，誘導(dǎo)Treg細(xì)胞等免疫抑制細(xì)胞分化，參與啟動(dòng)和維持對(duì)食物抗原和共生菌群的免疫耐受［12］。在腸道內(nèi)，上皮細(xì)胞通過產(chǎn)生胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）、轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）以及維甲酸（retinoic acid，RA）等指導(dǎo)因子，很大程度上影響腸道內(nèi)CD103+DCs。到達(dá)MLN 的腸源性CD103+DCs的印記表型可以誘導(dǎo)主要表達(dá)Foxp3的Treg 細(xì)胞生成，Treg 可以通過減少腸道炎癥降低對(duì)飲食和環(huán)境抗原的反應(yīng)性，促進(jìn)腸黏膜免疫耐受，從而維護(hù)腸道內(nèi)的免疫環(huán)境［13］。

1.3 腸黏膜對(duì)食物蛋白質(zhì)的免疫耐受

機(jī)體對(duì)于食物蛋白質(zhì)的免疫耐受是由胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的。胃腸道黏膜在建立免疫耐受中的作用機(jī)制是復(fù)雜的，并且依賴于諸多因素，包括腸道上皮細(xì)胞及其分泌產(chǎn)物形成的物理屏障，抗原的腔內(nèi)消化以及Treg 的保護(hù)作用等［14］。當(dāng)食物蛋白質(zhì)通過胃和十二指腸時(shí)，胃酸和其他消化酶破壞其構(gòu)象和線性表位，分解為二肽和三肽，降低其免疫原性，同時(shí)允許肽和氨基酸作為營養(yǎng)物質(zhì)被吸收。若腸道中含有逃避消化的蛋白質(zhì)，腸道黏膜屏障可以通過捕獲和分泌IgA，阻止食物蛋白通過腸道上皮吸收［15］。此外，腸黏膜中含有特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可以維持對(duì)食物的免疫耐受，如M 細(xì)胞（microfold cells），它是一種特殊的上皮細(xì)胞，位于Peyer 結(jié)上的穹狀上皮中，可以吸收顆?？乖瑥亩苡行У貙⑵鋫鬟f給固有層的免疫細(xì)胞［16］；另一種細(xì)胞為腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cells，IECs），它也可以通過細(xì)胞間緊密連接結(jié)構(gòu)運(yùn)輸可溶性抗原，并由DCs 延伸至腸腔內(nèi)的樹突捕獲，一旦抗原被DCs 捕獲并呈遞給T 細(xì)胞，即可誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞分化，以抗原特異性的方式抑制效應(yīng)T細(xì)胞的反應(yīng)，從而產(chǎn)生對(duì)于食物蛋白質(zhì)的免疫耐受［17］。

2 腸道菌群與腸黏膜免疫耐受

腸道菌群中的益生菌、有害菌、中性菌分別以不同的機(jī)制調(diào)節(jié)腸黏膜免疫系統(tǒng)，其不僅影響免疫系統(tǒng)中的組織屏障，而且同樣影響免疫細(xì)胞。此外，腸道菌群的代謝產(chǎn)物也可以引起腸道內(nèi)的免疫耐受。研究發(fā)現(xiàn)，若菌群紊亂，可打破腸道中的免疫環(huán)境，影響多種疾病的進(jìn)展，比如自身免疫性疾病、胃腸道疾病等［18］。通過維持菌群穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)免疫耐受重建，可為多種疾病的控制和治療提供臨床思路。

2.1 先天性免疫

先天性免疫是機(jī)體免疫系統(tǒng)抵御病原體入侵的第一道防線。參與先天性免疫的細(xì)胞如單核/巨噬細(xì)胞、DCs、粒細(xì)胞、自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞等，這些固有免疫細(xì)胞可表達(dá)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor，PRR），識(shí)別一種或多種病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP），從而啟動(dòng)固有免疫應(yīng)答［19］。

菌群在構(gòu)建GALT的結(jié)構(gòu)和維持其免疫穩(wěn)態(tài)中也發(fā)揮著重要作用。作為腸道黏膜防御的前線，GALT中的天然免疫細(xì)胞主要功能是非特異性識(shí)別病原體，啟動(dòng)天然免疫應(yīng)答，并呈遞抗原，激活下游的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。此外，GALT 可維持共生菌群的免疫耐受性。腸道菌群通過PRR-PAMP 識(shí)別和其產(chǎn)生的代謝物如短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）等，調(diào)控GALT 免疫細(xì)胞組成，并啟動(dòng)免疫反應(yīng)，啟動(dòng)宿主防御功能，維持對(duì)共生細(xì)菌的耐受［20］。

先天性淋巴細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILCs）是GALT 中重要的組成部分，其中ILC3是ILCs 中一個(gè)重要的細(xì)胞亞群。研究表明，腸道共生菌群除了影響ILC3 的抗菌作用外，還參與了ILC3 與其他免疫成分甚至非免疫細(xì)胞之間的相互作用，導(dǎo)致大量的下游效應(yīng)，其中包括對(duì)免疫耐受的調(diào)控作用［21］。在誘導(dǎo)耐受性方面，ILC3能夠向CD4+T細(xì)胞呈遞共生細(xì)菌的抗原，T 細(xì)胞快速響應(yīng)來自管腔環(huán)境的信號(hào)并啟動(dòng)炎癥和抗炎反應(yīng)，分泌IL-17 和IL-22，調(diào)節(jié)Th17/Treg 細(xì)胞分化平衡，進(jìn)而共同調(diào)控免疫反應(yīng)［22］。此外ILC3 和CD4+T 細(xì)胞之間存在細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)的互惠效應(yīng)，這為解釋菌群和免疫應(yīng)答之間復(fù)雜的免疫耐受提供了另外一種可能機(jī)制［23］。

另一個(gè)與腸道菌群密切相關(guān)的免疫細(xì)胞群是吞噬細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞、DCs 和其他非免疫細(xì)胞。腸道吞噬細(xì)胞在維持腸道穩(wěn)態(tài)方面起關(guān)鍵作用，尤其是在共生菌的免疫耐受方面。在穩(wěn)態(tài)條件下，環(huán)境抗原、食物和共生細(xì)菌觸發(fā)PRR 后，腸道上皮細(xì)胞釋放的因子（細(xì)胞因子、趨化因子、維生素代謝物等）產(chǎn)生免疫耐受反應(yīng)。共生細(xì)菌產(chǎn)生的SCFAs是促進(jìn)抗原呈遞細(xì)胞和淋巴細(xì)胞啟動(dòng)和分化的關(guān)鍵介質(zhì)，其通過觸發(fā)PRR 使CD103+DCs 到達(dá)MLN，指導(dǎo)CD4+T 細(xì)胞分化為Treg，從而調(diào)節(jié)免疫耐受功能［24］。

目前的研究觀點(diǎn)指出，共生菌群和強(qiáng)大的免疫系統(tǒng)是建立免疫耐受的關(guān)鍵，菌群失調(diào)可能改變局部免疫系統(tǒng)和破壞耐受性。

2.2 適應(yīng)性免疫

腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)需要固有和適應(yīng)性免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)以及它們與共生菌群的相互作用來共同維持。共生菌群通過腸道適應(yīng)性免疫來保護(hù)宿主免受外來病原體的入侵進(jìn)而維持腸道的穩(wěn)態(tài)。腸道駐留菌群誘導(dǎo)的腸道適應(yīng)性免疫、免疫耐受、腸屏障完整性以及腸道穩(wěn)態(tài)方面與腸道上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（intraepithelial lymphoid lymphoels，IELs）、腸道集合淋巴結(jié)（Peyer's patches，PP）、腸道黏膜上皮及固有層（lamina propria，LP）中的CD4+T 細(xì)胞以及產(chǎn)生IgA的B細(xì)胞分化有關(guān)［25］。

漿細(xì)胞樣樹突細(xì)胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）可誘導(dǎo)口服免疫耐受，且誘發(fā)非感染性抗體反應(yīng)致使腸道中的漿細(xì)胞產(chǎn)生IgA。IgA 的產(chǎn)生、親和力成熟和種類轉(zhuǎn)換重組大都發(fā)生在PPs，且依賴B細(xì)胞和DCs細(xì)胞的相互作用［26］。DCs攜帶細(xì)菌抗原誘導(dǎo)B 細(xì)胞分化為IgA+漿細(xì)胞，限制局部黏膜免疫。IgA包裹的共生細(xì)菌促進(jìn)黏膜中DCs向耐受性表型轉(zhuǎn)變、Treg 細(xì)胞擴(kuò)增和IL-10 的產(chǎn)生，從而抑制黏膜和系統(tǒng)性自身免疫［27］。由于腸道菌群對(duì)IgA的影響，并通過腸道內(nèi)IgA與其他免疫細(xì)胞相互作用，間接影響腸道內(nèi)的免疫耐受。

SCFAs等細(xì)菌產(chǎn)物是Treg和B細(xì)胞的有效誘導(dǎo)因子，在穩(wěn)態(tài)條件下，菌群代謝產(chǎn)物通過Treg和IgA促進(jìn)腸道的免疫耐受。當(dāng)腸道免疫環(huán)境失衡時(shí)，F(xiàn)oxp3+Treg 譜系受到菌群的影響，Treg 失去Foxp3表達(dá)，并以菌群依賴的方式轉(zhuǎn)化為效應(yīng)T 細(xì)胞［28］。耐受性DCs通過分泌IL-10促進(jìn)Treg和IgA的產(chǎn)生，同時(shí)，PPs中的濾泡輔助性T細(xì)胞（follicular helper T cell，Tfh）分泌的IL-21 也有助于細(xì)菌特異性IgA 的分泌［29］。

總之，共生菌群調(diào)節(jié)腸道適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟，穩(wěn)態(tài)下，黏膜適應(yīng)性免疫細(xì)胞，特別是Treg 和Tfh，以及IgA 與腸道上皮細(xì)胞、DCs 和ILCs協(xié)同形成腸道生態(tài)環(huán)境的免疫耐受，維持腸道穩(wěn)態(tài)以及宿主與菌群之間的互惠互利關(guān)系，從而保持對(duì)感染源有效免疫的能力。在失調(diào)的情況下，平衡被擾亂，可導(dǎo)致慢性炎癥和自身免疫性疾病。

3 腸道菌群誘導(dǎo)免疫耐受在炎癥性腸病中的作用

大量臨床和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，腸道菌群與自身免疫反應(yīng)密切相關(guān)［30］。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可以通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞從而影響自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）。

3.1 菌群紊亂-免疫耐受紊亂

IBD 包括潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩?。–rohn's disease，CD），是一種慢性且反復(fù)發(fā)作的腸道炎癥性疾病。盡管IBD發(fā)病率在全球范圍內(nèi)不斷上升，但確切病因仍不清楚，治療IBD的方法也尚未發(fā)現(xiàn)。新一代測序技術(shù)已經(jīng)確定了IBD中腸道微生物群在組成和功能方面的改變［31］。與健康個(gè)體相比，IBD 患者腸道中具有抗炎能力的細(xì)菌減少，具有致炎能力的細(xì)菌增加。在CD 患者體內(nèi)，腸桿菌屬（主要是大腸桿菌）相對(duì)豐度增加。文獻(xiàn)報(bào)道，與CD 疾病發(fā)生發(fā)展相關(guān)的大腸桿菌是粘附侵襲性大腸桿菌（adhesion-invasive E. coli，AIEC），且具有促炎特性，最初是從成人CD 患者糞便中分離出來的［32］。粘附腸道上皮的致病菌增多，影響腸道的通透性，改變腸道菌群的多樣性和組成成分，而腸道菌群的破壞影響著與IBD 發(fā)病機(jī)制有關(guān)的菌群代謝產(chǎn)物，例如在IBD患者中，由于產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌增多，導(dǎo)致SCFAs 濃度下降［33］。SCFAs產(chǎn)量的減少影響Treg細(xì)胞的分化和擴(kuò)增，以及上皮細(xì)胞的生長，這些細(xì)胞在維持腸道免疫耐受中起重要作用。這也足以證明腸道菌群的改變與IBD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

3.2 菌群治療-免疫耐受重建

腸黏膜耐受誘導(dǎo)依賴于多種因素，如抗原本身、抗原劑量、微生物等。這些因素，無論是通過鼻腔、舌下或者口腔途徑，旨在誘導(dǎo)特異性Treg細(xì)胞，阻斷抗體遷移以及控制全身和局部過敏反應(yīng)。研究證實(shí)，細(xì)菌產(chǎn)物、細(xì)菌毒素、益生菌等微生物制劑已經(jīng)用于免疫耐受的重建［34］。細(xì)菌毒素（如霍亂毒素、大腸桿菌耐熱毒素）是非常有效的黏膜佐劑。野生型的霍亂毒素常用于過敏反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以打破食物耐受性，但其解毒功能作為輔助作用常被保留；與抗原共用時(shí)，幾乎無腸毒性，并且可以改善耐受性誘導(dǎo)［35-37］。廣泛應(yīng)用于臨床的益生菌可與多種PRR 受體結(jié)合，如TLR2、TLR4 或DC-SIGN，并已經(jīng)證明可以誘導(dǎo)Treg應(yīng)答。菌群治療、重建免疫環(huán)境也許會(huì)成為治療免疫性疾病的潛在靶點(diǎn)［38］。

基于UC 動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）對(duì)UC模型小鼠有顯著的療效，通過對(duì)標(biāo)本檢測可發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT治療后，UC模型中的Th1 細(xì)胞與Th17 細(xì)胞顯著減少，Th2 細(xì)胞與Treg 細(xì)胞顯著增多。FMT 可能是通過細(xì)菌產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道中的Th1/Th2 細(xì)胞平衡、Th17/Treg 的細(xì)胞比例等機(jī)制來誘導(dǎo)機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫耐受，從而達(dá)到治療目的［39］。這也再次證明了菌群可以改善腸道免疫環(huán)境，保持微環(huán)境的平衡。但是目前臨床上對(duì)于菌群治療改善免疫微環(huán)境的研究尚處于起步階段，針對(duì)腸道內(nèi)不同的微生物，尚未研發(fā)出特異性、靶向性藥物，菌群功能和組成的不同是否影響藥物應(yīng)答以及作用機(jī)制都有待探討。為此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需與臨床研究相結(jié)合，探索增強(qiáng)免疫治療反應(yīng)的最佳策略。

大量臨床證據(jù)證明，改善腸道菌群環(huán)境在預(yù)防和治療胃腸道疾病中具有重要作用。目前，腸道菌群與疾病的關(guān)系一直是研究的熱點(diǎn)，益生菌制劑以及FMT 也已廣泛應(yīng)用于胃腸道疾病的治療。高效改善腸道菌群環(huán)境，維持腸道內(nèi)共生菌群的平衡將作為治療胃腸道或免疫性疾病的新靶點(diǎn)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突