腸道菌群與川崎病

柴小娟，原新慧，李宇寧，陶仲賓

川崎?。↘awasaki disease，KD），又稱皮膚黏膜淋巴結(jié)綜合征，1967年由日本川崎富作首先報告，這是一種免疫相關(guān)性系統(tǒng)性血管炎綜合征，以全身中、小動脈受累為主，未經(jīng)正規(guī)治療的病兒約15%～25%會發(fā)展為冠狀動脈病變，而發(fā)病早期使用靜脈注射用人免疫球蛋白（IVIG）治療可將冠狀動脈瘤的發(fā)生率降低至5%以下[1]。KD病因不明，多數(shù)研究認為KD是由一種或多種病原體感染引起，作用于有遺傳易感性的兒童，激活機體免疫系統(tǒng)，導致免疫失衡和血管內(nèi)皮炎癥。目前超抗原理論是KD的主要研究方向，但迄今為止，尚未鑒定出可以單獨或共同誘發(fā)KD的特定病原體或超抗原[2]，近年來研究表明，KD相關(guān)超抗原可能部分來源于腸道菌群，而其啟動子很可能是從人體腸道入侵的[3]。許多研究通過對糞便的宏基因測序發(fā)現(xiàn)KD病人存在不同程度的腸道菌群紊亂[4-6]，這可能與KD的病因、發(fā)病機制相關(guān)。作者將對腸道菌群紊亂與KD的發(fā)生發(fā)展，以及干預腸道菌群應用于治療和預防KD的發(fā)病做一綜述。

1 腸道菌群與免疫

腸道菌群在人體的整個生命周期中具有重要作用，從相對簡單的微生物組成開始，隨著遺傳、環(huán)境和生理（如營養(yǎng)、生活方式、激素的變化、免疫力）等相關(guān)因素的影響，微生物群的復雜性增加，使得微生物群逐漸成熟。微生物群由數(shù)萬億微生物構(gòu)成，其中至少有1 000種不同的細菌、真菌和病毒，主要定植于人體皮膚和黏膜表面，其中以腸道菌群含量最為豐富[3]。腸道菌群可以維持腸道機械、化學和生物屏障的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)黏膜中T細胞和B細胞的增殖和分化，介導細胞因子的分泌，并促進漿細胞分泌分泌型免疫球蛋白A（SlgA），從而調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫反應[7]。在這個過程中，活化的免疫細胞可以通過淋巴結(jié)遷移到血液循環(huán)中并誘導全身性免疫反應[7]。腸道菌群紊亂可誘發(fā)多種疾病，如炎癥性腸病、過敏性疾病和自身免疫性疾病[8]。

腸道是腸道菌群與黏膜免疫系統(tǒng)相互作用的界面，人體與腸道菌群是互利共生的關(guān)系，免疫系統(tǒng)可協(xié)同共生菌抵抗致病菌的入侵，而腸道菌群對腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展具有調(diào)節(jié)作用。動物實驗表明，微生物的定植可以促進腸道上皮的解剖發(fā)育，增加上皮細胞的周轉(zhuǎn)率，并啟動腸道相關(guān)淋巴組織的成熟[9]。近來有關(guān)Treg和Th17在腸道免疫系統(tǒng)中的作用及其對微生物群的調(diào)節(jié)受到了廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)[10]梭狀芽孢菌屬通過酵解腸道內(nèi)未經(jīng)消化的碳水化合物產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFAs），SCFAs通過G蛋白偶聯(lián)受體激活途徑可以增加Foxp3的表達及Treg細胞的數(shù)量，而SCFAs濃度降低可導致無菌小鼠的腸道Treg細胞發(fā)育受損，提高SCFAs濃度或用共生菌重建腸道微環(huán)境可使得小鼠Treg細胞恢復，這說明腸道菌群與Treg細胞的發(fā)育密切相關(guān)。無菌小鼠中Th17細胞的數(shù)量顯著低于正常水平，分節(jié)絲狀菌（segmented filamentous bacteria，SFB）是一種條件致病菌，可通過增加血清淀粉樣蛋白A使得小鼠腸道內(nèi)Th17細胞生成增多，提示腸道微生物在Th17細胞發(fā)育中有重要作用[11]。此外，有學者發(fā)現(xiàn)早期環(huán)境細菌暴露不足可使將來發(fā)生哮喘、過敏及自身免疫病的風險增加[12]。腸道菌群不僅可以促進宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育，還可以通過不同途徑調(diào)節(jié)免疫細胞功能，從而參與自身免疫病的發(fā)生發(fā)展。因此，尋找對腸道菌群功能改變產(chǎn)生關(guān)鍵作用的菌種或菌株，探究其免疫調(diào)節(jié)機制，將為KD發(fā)病機制和發(fā)現(xiàn)防治新策略提供不同的思路。

2 川崎病相關(guān)腸道菌群改變

隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，可以對腸道菌群進行精確檢測，以獲得豐富的腸道菌群信息。早期基于細菌培養(yǎng)的方法發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，KD兒童中可產(chǎn)生熱休克蛋白60（hsp60）的革蘭陰性菌（例如奈瑟菌、不動桿菌、腸桿菌和韋氏菌）以及具有超抗原特性的革蘭陽性菌（包括鏈球菌、葡萄球菌）的比例顯著增加，而具有抗炎特性的乳酸菌比例顯著減低[6]，提示腸道菌群紊亂可能參與KD發(fā)病，但細菌培養(yǎng)不能檢測到一些不可培養(yǎng)的和低豐度的致病菌。

沈男等[4]通過PCR擴增KD病兒和健康兒童糞便樣本中16S rRNA基因的V1～V2可變區(qū)，并在高通量測序后進行糞便樣本的細菌學分類，采用a多樣性、β多樣性、線性判別分析和LEfSe差異分析比較KD和健康兒童腸道菌群的豐度、多樣性、組成和特征差異發(fā)現(xiàn)，KD組病兒腸道微生物群結(jié)構(gòu)及其豐度改變，其顯著差異的變化為乳酸菌屬、韋榮球菌屬和梭菌屬豐度減少，而擬桿菌屬、腸球菌屬和副桿菌屬豐度增加。與沈男研究結(jié)果不同，SHEN等[5]通過高通量測序分析發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，KD組擬桿菌門菌的豐度顯著減少，而且首次發(fā)現(xiàn)Dorea在KD組幾乎缺失，此差異可能與樣本量、抗生素使用、出生方式、喂養(yǎng)方式等有關(guān)，后期需要大樣本研究進一步探究。另外，陳杰等[6]研究發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，急性期KD病兒腸球菌屬、不動桿菌屬、螺桿菌屬、乳球菌屬、葡萄球菌屬、丁酸單胞菌屬的豐度顯著升高，而急性期KD中產(chǎn)SCFAs的腸道菌群，如梭菌屬、小桿菌屬、普雷沃菌屬、優(yōu)桿菌屬、羅氏菌屬及巨型球菌屬的豐度顯著低于健康對照組，與急性期KD相比，非急性期KD中產(chǎn)SCFAs的腸道菌群，如小桿菌屬、普雷沃菌屬、布勞特氏菌屬、梭菌屬、羅氏菌屬及瘤胃球菌屬豐度顯著增加，而且急性期KD病兒中血清炎性細胞因子IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、TNF-α和INF-γ水平較健康對照組顯著升高，相關(guān)分析表明腸球菌屬豐度改變與IL-2、IL-6呈正相關(guān)（r=0.39，P=0.01；r=0.39，P=0.02），螺桿菌屬豐度改變與IL-6呈正相關(guān)（r=0.37，P=0.00），證實了腸道菌群紊亂與KD免疫發(fā)病機制之間的相關(guān)性。

3 腸道菌群參與川崎病的發(fā)病機制

KD是一種急性免疫功能紊亂所致的血管炎綜合征，其核心特征是免疫系統(tǒng)過度激活和炎癥因子級聯(lián)釋放。研究發(fā)現(xiàn)在KD急性期Th17比例和其分泌的細胞因子IL-17，IL-6和IL-23的水平顯著升高，而Treg比例和其轉(zhuǎn)錄因子（例如FoxP3）的表達顯著降低[10]。并且KD的治療效果與Th17水平下降及Treg水平上升有關(guān)[13]，均提示Th17/Treg失衡參與KD的發(fā)病。Treg細胞介導了多種免疫機制，包括抑制細胞因子IL-10、TGF-β等的分泌，抗原提呈細胞的功能修飾或殺死，通過細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)蛋白4抑制細胞接觸依賴[14]。Treg細胞主要是由腸道微生物產(chǎn)生的SCFAs，如乙酸、丙酸或丁酸等刺激后的幼稚T細胞前體產(chǎn)生的[10]，而SCFAs不僅可通過誘導上皮細胞產(chǎn)生TGF-β1促進Treg細胞的生成，而且還可以以GPR4315（屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族）依賴性方式誘導胸腺Treg細胞的增殖[15]。此外，丁酸酯可抑制組蛋白脫乙?；覆⒋龠MFoxp3增強劑中組蛋白H3的乙?；瑥亩鴮е掠字蒀D4+T 細胞分化為外周 Treg細胞[15]。Kazunari Kaneko等[10]通過宏基因測序?qū)κ褂肐VIG之前的KD病人的糞便樣本及健康兒童的糞便樣本分析發(fā)現(xiàn)，KD病人糞丁酸濃度顯著降低（P<0.05）。先前的研究表明，梭狀芽孢桿菌通過產(chǎn)生丁酸來調(diào)節(jié)Treg細胞的生成，而KD急性期梭狀菌豐度顯著降低，提示腸道菌群紊亂參與KD的發(fā)生發(fā)展。此外，腸道菌群在Th17的誘導中也起著至關(guān)重要的作用。Th17是CD4+T細胞的一種亞型，可增強針對真菌和某些細胞外細菌的免疫應答，Th17可產(chǎn)生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22及IL-26等細胞因子，可放大炎癥反應，Th17的異常調(diào)節(jié)會導致炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)展。Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn)SFB可通過微生物粘附觸發(fā)的內(nèi)吞作用將SFB抗原蛋白轉(zhuǎn)移到小腸上皮細胞，并誘導IL-17和IL-22的生成。無菌小鼠中Th17細胞缺失，而在SFB刺激后Th17細胞水平升高[17]。嚙齒類動物中可能存在與SFB相似的人類共生細菌，因為從潰瘍性結(jié)腸炎病人的糞便中分離出的細菌菌株混合物可能誘導Th17發(fā)育[11]。之前已有大量研究證實KD急性期Th17顯著升高，而且Th17的水平影響KD對IVIG的敏感性[13]。因此，腸道菌群可導致Th17/Treg的失衡，而Th17/Treg失衡可引起KD的過度免疫反應。

黃宏琳等[18]通過測定KD病兒和健康對照組血清中TNF-α、IL-6、IL-1β等指標發(fā)現(xiàn)，KD組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于對照組；而且冠狀動脈損傷組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于非冠脈損傷組，提示TNF-α等炎性因子參與KD發(fā)病。張少鋒等的研究進一步證實了這一點[19]。雙歧桿菌是放線菌屬的一屬，放線菌是健康人腸道中存在的主要門系之一，雙歧桿菌菌株主要分為四種不同的種，長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和動物雙歧桿菌。有研究報道在體外模型中，動物雙歧桿菌和長雙歧桿菌可誘導產(chǎn)生大量的 IFN-γ 和 TNF-α[15]，提示雙歧桿菌可能通過產(chǎn)生TNF-α而參與KD發(fā)病，但目前尚無相關(guān)研究，故后期可為KD腸道菌群相關(guān)發(fā)病機制的研究提供又一方向。

4 川崎病菌群相關(guān)防治措施

臨床研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可通過免疫調(diào)節(jié)機制參與多種疾病的發(fā)病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、炎癥性腸病、過敏性疾病及慢性腎臟疾病等，也有大量研究通過調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和功能來干預疾病的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)腸道中有益菌尤其是腸桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌和玫瑰菌等的恢復，可緩解KD的臨床癥狀[20]，因此，可針對KD的菌群干預治療進行進一步研究，以發(fā)現(xiàn)KD新的治療方法。

越來越多的研究表明，膳食纖維會影響腸道菌群的組成，膳食纖維不僅可為腸道菌群的細菌活性提供能量來源，還可以直接或間接影響腸道黏膜的免疫反應，因此可通過改變飲食結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)腸道菌群，進而改善免疫反應[21]。SCFAs為腸道微生物酵解產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)SCFAs，尤其丁酸酯可以改善腸道屏障功能，不僅可以延緩炎癥性腸病、1型糖尿病和非酒精性脂肪肝的發(fā)展，而且在治療方面也有積極作用[22]，因此，SCFAs可對后期KD的治療研究提供新思路。益生菌與病原菌可競爭營養(yǎng)和附著部位，并通過改變腸道微環(huán)境中PH值和抗菌物質(zhì)的分泌來維持腸道屏障的健康[22]，現(xiàn)有的治療方法結(jié)合益生菌干預可能對KD的治療或預后有幫助。Dorea是人類腸道中的一種產(chǎn)氣菌，通過碳水化合物的發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs及不同量的氫和二氧化碳，而氫是一種新型抗氧化劑[5]。研究發(fā)現(xiàn)吸入氫氣可以抑制敗血癥小鼠的全身炎癥反應，減少由炎性因子引起的病理損傷，并提高敗血癥小鼠的存活率[23]。另外，有研究使用H2治療了4名有發(fā)燒、疼痛等癥狀的急性紅斑皮膚病病人，治療后病人癥狀緩解，沒有復發(fā)，這可能與H2的抗炎作用有關(guān)[24]，提示適量的氫可以增加腸內(nèi)皮屏障功能并起抗炎作用，可能對KD的治療有幫助，后期可進行相關(guān)研究。糞便菌群移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）是指糞便菌群從健康供體向患病受體的腸道轉(zhuǎn)移，從而恢復腸道微生物群落的組成和功能，并抵抗病原體的定植[25]，研究發(fā)現(xiàn)FMT對復發(fā)性艱難梭菌感染有顯著療效[26]，而且對炎性腸病、結(jié)腸炎、代謝綜合征、自閉癥等均有療效[25]，因此，F(xiàn)MT為KD的治療提供了新的方向，后期有待研究。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，KD與健康對照組相比腸道菌群豐度及結(jié)構(gòu)有顯著差異，而且KD急性期與非急性期腸道菌群的結(jié)構(gòu)及豐度亦存在差異，腸道菌群紊亂所致免疫失衡參與KD的發(fā)病，但目前有關(guān)腸道菌群與KD發(fā)病機制及治療的研究尚不成熟，后期仍需要大樣本研究探索腸道菌群的功能，并尋找對腸道菌群整體功能改變產(chǎn)生關(guān)鍵作用的菌種或菌株，探究其免疫調(diào)節(jié)機制，為KD的深層發(fā)病機制和防治策略提供新的思路。