1型糖尿病與腸道免疫屏障相關(guān)性的研究進(jìn)展*

劉雨薇綜述 楊 楊 陳鴻志審校

根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會(International Diabetes Federation，IDF)調(diào)查顯示， 2021年全球約有5.71億糖尿病患者，占全球總?cè)藬?shù)的10%，且因糖尿病而死亡人數(shù)達(dá)670萬，大約每分鐘就有12人死于糖尿病[1]。而1型糖尿病(Type 1 Diabetes Mellitus，T1DM)在總的糖尿病人群中占比較2型糖尿病(T2DM)少，但也并不少見，其發(fā)病率在過去30年中每年增加了3-4%[2]。T1DM以青少年居多，成年人也不少見，且男性的發(fā)病率往往高于女性[2]。T1DM的發(fā)生發(fā)展是由于自身免疫所導(dǎo)致的胰島β細(xì)胞破壞及功能受損，其特點是血糖波動大，治療手段單一，早期往往損傷微血管，其并發(fā)癥多且危害嚴(yán)重，如何更有效管理自身免疫相關(guān)性糖尿病，成為我們面對的巨大挑戰(zhàn)。隨著腸道菌群研究的深入，發(fā)現(xiàn)腸道免疫屏障對免疫穩(wěn)態(tài)起到重要作用，T1DM的發(fā)生與腸道免疫屏障結(jié)構(gòu)和功能紊亂有關(guān)。本文對T1DM免疫研究進(jìn)展和腸道免疫屏障(包括腸道機(jī)械、化學(xué)、生物方面)的相關(guān)性綜述如下。

1 T1DM發(fā)病機(jī)制

T1DM的發(fā)生與自身免疫系統(tǒng)的缺陷具有密不可分的關(guān)聯(lián)，相關(guān)的研究已經(jīng)非常深入和廣泛。但T1DM具體的發(fā)病機(jī)制仍不明確，尤其是T1DM的觸發(fā)及中間機(jī)制不明確，但天然免疫在發(fā)病早期起到重要作用，而獲得性免疫所起的作用已明確[3,4]。目前T1DM的發(fā)病研究主要集中于T1DM嚙齒動物模型，最常見的是非肥胖性糖尿病小鼠(NOD)，但并沒有實現(xiàn)在T1DM患者中的轉(zhuǎn)化[5]，T1DM的發(fā)病機(jī)制仍不太清楚，相關(guān)研究顯示T1DM早期與天然免疫、T淋巴細(xì)胞的比例失衡以及分泌的細(xì)胞因子所起的保護(hù)性及致病性作用失調(diào)等與之相關(guān)。

1.1 T1DM與天然免疫相關(guān)

T1DM早期患者的胰島β細(xì)胞破壞與天然免疫細(xì)胞如樹突狀細(xì)胞(Dendritic Cell，DC)、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞存在關(guān)聯(lián)。在出生3周齡的NOD小鼠胰腺中發(fā)現(xiàn)大量DC細(xì)胞及巨噬細(xì)胞浸潤，其對T細(xì)胞的激活起到呈遞作用，而T1DM的發(fā)病機(jī)制與自身免疫性T細(xì)胞存在密切關(guān)聯(lián)。當(dāng)去除巨噬細(xì)胞時其胰島細(xì)胞破壞的風(fēng)險明顯降低[6,7]。除了DC細(xì)胞及巨噬細(xì)胞與T1DM的發(fā)生有關(guān)以外，中性粒細(xì)胞及其釋放的絲氨酸蛋白酶(NSP)如蛋白酶3(PR3)、彈性蛋白酶(NE)等組合酶活性也與之有關(guān)。隨機(jī)抽取149例T1DM患兒以及年齡、性別相匹配的77名正常兒童，通過N-甲氧基琥珀酰-丙酰氨-丙酰氨-脯酰氨-纈氨酸對硝基苯胺(NE和PR3的共同底物)以及ELISA試劑盒分別測量NE和PR3組合酶活性以及蛋白水平，發(fā)現(xiàn)T1DM患兒組合酶活性以及蛋白水平明顯高于正常兒童，且與β細(xì)胞抗原具有特異性的自身抗體滴度之間存在正相關(guān)關(guān)系[8]，NSP的分泌和中性粒細(xì)胞的激活在T1DM早期可能與胰島β細(xì)胞的損傷有關(guān)。β細(xì)胞有助于自身免疫反應(yīng)，進(jìn)而極易發(fā)生自我導(dǎo)向的細(xì)胞破壞，進(jìn)一步加重胰島細(xì)胞的損傷[5]。在T1DM患者的胰腺β細(xì)胞組織中發(fā)現(xiàn)其分泌的CXC趨化因子10(CXCL10)以及淋巴細(xì)胞高水平表達(dá)的其配體CXC趨化因子受體3(CXCR3)，且在非糖尿病對照組的胰腺中檢測不到CXCL10和CXCR3，而CXCL10可介導(dǎo)淋巴細(xì)胞進(jìn)入胰島進(jìn)而促進(jìn)胰島細(xì)胞破壞，而抑制CXCL10歸巢至胰島可預(yù)防自身免疫性糖尿病[9]。

1.2 免疫T細(xì)胞失衡在T1DM機(jī)制中作用

在T1DM發(fā)病過程與B細(xì)胞免疫、自身反應(yīng)性CD8+T淋巴細(xì)胞及CD4+T淋巴細(xì)胞的擴(kuò)增、密切相關(guān)。T1DM患者將自身胰島β細(xì)胞當(dāng)作抗原，刺激自身免疫反應(yīng)T細(xì)胞募集大量T細(xì)胞及B細(xì)胞，進(jìn)而對其進(jìn)行破壞，最終導(dǎo)致胰島素分泌減少[10]。另外CD8+T細(xì)胞與胰島β細(xì)胞表面上的主要組織相容性復(fù)合體(MHC)-1分子相互作用后，活化為細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL細(xì)胞)。CTL細(xì)胞將胞體內(nèi)的絲氨酸酯酶釋放并通過穿孔素在β細(xì)胞膜上形成穿膜管狀結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致其溶解。迄今為止，作為唯一成功預(yù)防進(jìn)展為T1DM的人體試驗的Teplizumab，其主要作用機(jī)制尚不完全清楚，但被認(rèn)為涉及改變自身反應(yīng)性 CD8+T細(xì)胞的表型[10]。CD4+T細(xì)胞可分化為保護(hù)性調(diào)節(jié)型T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)及T輔助細(xì)胞2(Th2細(xì)胞)，還能分化為致病性T輔助細(xì)胞1(Th1細(xì)胞)以及T輔助細(xì)胞17(Th17)。

Th1分泌干擾素-γ(IFN-γ)、白介素-1(IL-1)等細(xì)胞因子進(jìn)而使胰島細(xì)胞損傷。其中IFN-γ在T1DM中可以直接對β細(xì)胞起到細(xì)胞毒作用，也可以間接通過影響炎性細(xì)胞浸潤的數(shù)量或活性起到促進(jìn)T1DM進(jìn)展的作用[11]。IFN-γ可通過刺激β細(xì)胞上的程序性死亡受體-1(PD-1)表達(dá)，誘導(dǎo)其凋亡[12]。IL-1可以通過促進(jìn)合成亞硝酸鹽、活性氧類、滅活脫氧核糖核酸(DNA)修復(fù)酶和復(fù)制酶等或者耗竭β細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子以及核因子激活的B細(xì)胞的K-輕鏈增強(qiáng)通路(NF-κB)及絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated Protein Kinases，MAPKs)途徑，最終導(dǎo)致胰島β細(xì)胞凋亡。而Th2細(xì)胞可通過分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等細(xì)胞因子來發(fā)揮免疫耐受作用。其中IL-4、IL-5能抑制Th1細(xì)胞產(chǎn)生促炎性因子活性。

Treg細(xì)胞可通過分泌IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、IL-35破壞致糖尿病T細(xì)胞的功能以及調(diào)節(jié)活化效應(yīng)T細(xì)胞(Teff)細(xì)胞功能的接觸依賴性機(jī)制從而發(fā)揮抗炎作用[10]。IL-10與IL-10受體(IL-10R)通過激活酪氨酸蛋白激酶1(JKA1)進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)，以此促進(jìn)特定抗炎細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄[13]。IL-10與胰島素存在協(xié)同作用，能有效緩解T1DM進(jìn)展。Treg細(xì)胞還通過表達(dá)叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子3(FOXP3)起到抑制胰島細(xì)胞破壞的作用，一方面分泌穿孔素、顆粒酶素將靶細(xì)胞溶解，進(jìn)而抑制其發(fā)揮殺傷抗原的作用；另一方面其表面表達(dá)的CD25可競爭結(jié)合IL-2，從而抑制效應(yīng)T細(xì)胞代謝過程中所需的IL-2的獲取,最終使效應(yīng)T細(xì)胞缺乏IL-2而凋亡。以輸注自體離體擴(kuò)增多克隆Treg為中心的基于細(xì)胞的療法已在兒童和成人中顯示出良好的安全性和耐受性，少數(shù)患者在1-2年后仍具有持續(xù)的C肽水平[10]。

在T1DM進(jìn)展中，TH17細(xì)胞可分泌白介素17A(IL-17A)，其可促進(jìn)IL-1β+IFN-γ和TNF-α+IFN-γ通過誘導(dǎo)人胰島趨化因子mRNA以及蛋白的表達(dá)進(jìn)而誘導(dǎo)胰島細(xì)胞凋亡。同時，IL-1β+IFN-γ通過轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(NF-κB)以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和STAT1上調(diào)β細(xì)胞IL-17A受體的表達(dá)，形成正反饋，進(jìn)一步加速胰島細(xì)胞凋亡[14]。當(dāng)敲除人類胰島中STAT1時可阻止IL-17A誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和特定趨化因子CXCL10的表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)在Th17細(xì)胞只有分泌IFN-γ才能起到類似Th1細(xì)胞的促進(jìn)胰島細(xì)胞損傷的作用，若予以干預(yù)Th17細(xì)胞向類似Th1細(xì)胞分化，可能起到預(yù)防或延遲T1DM的發(fā)作[15]。還有IL-17可以通過介導(dǎo)CD8+T細(xì)胞促進(jìn)胰島β細(xì)胞凋亡，使T1DM病情進(jìn)一步進(jìn)展[16]。而在IL-6和TGF-β的環(huán)境下，一方面可促進(jìn)Th17的分化，另一方面IL-6可通過活化STAT3抑制Th1以及Treg細(xì)胞的分化。而STAT3可促進(jìn)Th17細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄標(biāo)志物維甲酸受體相關(guān)孤兒受體rt(RORrt)的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)Th17分化以及分泌IL-17A。而FOXP3可競爭性結(jié)合RORrt，從而抑制IL-17A的分泌，進(jìn)而抑制胰島細(xì)胞破壞[17]。因此Th17與Treg細(xì)胞之間存在相互競爭抑制作用，且與Th1、CD8+T細(xì)胞之間存在相互促進(jìn)作用。而Th1與Th2細(xì)胞之間存在相關(guān)抑制的作用。由此可知Th1以及Th17的致病作用與Th2和Treg細(xì)胞保護(hù)作用之間存在相互牽制的作用，共同維持免疫平衡。保護(hù)性T細(xì)胞及致病性T細(xì)胞在T1DM發(fā)生發(fā)展過程中出現(xiàn)明顯的失衡，最終導(dǎo)致胰島細(xì)胞破壞。保護(hù)性T淋巴細(xì)胞通過分泌相關(guān)免疫細(xì)胞因子進(jìn)而起到延緩胰島細(xì)胞破壞的作用。因此維持淋巴細(xì)胞及淋巴細(xì)胞因子的平衡可能起到延緩胰島細(xì)胞損傷的作用。

2 腸道免疫屏障

腸道免疫屏障能阻止腸道中大多數(shù)細(xì)菌、真菌、病毒侵入，進(jìn)而避免其成為潛在抗原，腸相關(guān)淋巴組織(GALT)和彌散淋巴細(xì)胞在其中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。GALT是腸壁內(nèi)抗原呈遞和適應(yīng)性免疫誘導(dǎo)的關(guān)鍵位點。人類GALT包括回腸的多濾泡派爾集合淋巴結(jié)(PP)、闌尾和沿腸道分布的大量孤立淋巴濾泡 (ILF)以及淋巴細(xì)胞。其中PP是適應(yīng)性免疫啟動位點，由第3固有淋巴細(xì)胞(ILC3s)聚集而發(fā)育成的，其包含數(shù)十到數(shù)百個單獨的淋巴濾泡組織。PP 管腔上存在一種特殊的濾泡相關(guān)上皮 (FAE)，其富含微褶皺 (M) 上皮細(xì)胞。M 細(xì)胞可通過胞吞作用將管腔顆粒抗原(包括來自細(xì)菌、病毒和 SIgA 結(jié)合的抗原)轉(zhuǎn)運到 PP。在FAE的基底外側(cè)，M 細(xì)胞形成由B和T細(xì)胞占據(jù)的口袋，其可與腸上皮下穹窿 (SED) 中抗原呈遞細(xì)胞直接相互作用。SED與富含記憶B細(xì)胞的B淋巴濾泡以及濾泡周圍富含記憶T細(xì)胞的T細(xì)胞區(qū)緊密相連[18]。

腸道免疫存在一系列的調(diào)控維持免疫平衡，如ILC3s上存在多種受體能快速感知入侵的病原體信號，并向T細(xì)胞提呈微生物抗原，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)免疫的作用[19,20]。ILC3s除了能激活免疫以外，還能通過分泌IL-22起到促進(jìn)上皮細(xì)胞再生，拮抗病原體等修復(fù)功能[21]；而進(jìn)入腸道上皮的大部分病原微生物主要由DC細(xì)胞或巨噬細(xì)胞將微生物吞噬，通過淋巴管遷移GALT，將抗原呈遞給T、B細(xì)胞，并誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生針對腸道細(xì)菌的IgA，以防止腸道細(xì)菌入侵全身次級淋巴組織[22]?？煽缟掀ぜ?xì)胞的IgA通過與管腔中微生物結(jié)合起到防止微生物穿過腸道黏液層的作用[20]?；罨腂細(xì)胞在淋巴及血液循環(huán)中放大炎癥信號并產(chǎn)生大量的IgA，后者在粘液層中聚集[23]。因此腸道免疫屏障通過拮抗腸道致病菌入侵并抑制其侵入全身次級淋巴系統(tǒng)，對維持腸道免疫過程中起到重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)腸道免疫與自身免疫性疾病如多發(fā)性硬化、T1DM、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等密切相關(guān)[24]。

2.1 機(jī)械與化學(xué)方面

腸道免疫屏障在阻止細(xì)菌等抗原進(jìn)入體內(nèi)的過程中發(fā)揮了第一防線的作用。腸道粘液層通過隔離以及殺滅致病菌進(jìn)而減少病原微生物成為抗原誘發(fā)免疫反應(yīng)進(jìn)而起到免疫保護(hù)作用。如在粘液層中杯狀細(xì)胞分泌的粘蛋白2蛋白(MUC2)主要作用是拮抗大部分腸管中的腸道菌群和阻止與腸道上皮細(xì)胞的直接接觸[25]。腸道隱窩中的潘氏細(xì)胞(Paneth細(xì)胞)能分泌在與細(xì)菌膜結(jié)合時發(fā)揮殺滅細(xì)菌作用的抗菌肽(AMPs，包含防御素等)[26]。在粘液層中的AMPs呈聚集狀態(tài)，抗菌能力明顯增強(qiáng)。而當(dāng)粘液層破壞時則微生物可能暴露于腸道上皮，這可觸發(fā)緊密附著于上皮細(xì)胞上的跨膜肽酶β(Merprinβ)裂解。裂解之后的Merprinβ可移動至MUC2與杯狀細(xì)胞分離，增加微生物滲透的可能性[27]。而在結(jié)腸中粘蛋白是一個雙側(cè)屏障，外層中充滿了微生物，而內(nèi)層大部分無微生物，這就形成微生物與腸道上皮之間的物理屏障[28]。因此腸道免疫屏障可以通過腸道粘液層隔離病原微生物的作用，進(jìn)而避免使其成為潛在抗原。因此若能經(jīng)過干預(yù)而促使腸道黏膜層修復(fù)，維持其完整性，則可能起到免疫保護(hù)作用。當(dāng)病原微生物移位到固有層，免疫細(xì)胞除了會分泌細(xì)胞因子來募集更多的免疫細(xì)胞，從而感知細(xì)菌的過程并且放大炎癥信號，免疫細(xì)胞還會分泌NO、ROS(活性氧)等抗菌物質(zhì)來破壞病原微生物[20]。因此腸道免疫屏障在機(jī)械與化學(xué)方面對拮抗病原微生物起到重要作用。

2.2 生物方面

腸道菌群在腸道表面定植形成一層屏障，其對維持腸道酸堿平衡及進(jìn)一步分解腸道代謝產(chǎn)物起到了重要的作用。腸道菌群與腸道免疫，甚至全身免疫存在密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)在無菌小鼠中接種梭狀芽孢桿菌后促進(jìn)Treg細(xì)胞擴(kuò)增的Ki67(一種細(xì)胞周期相關(guān)核蛋白)、腸道歸巢相關(guān)分子CD103和B7整合素的表達(dá)明顯增加[29]，且梭狀芽孢桿菌的部分菌簇是Treg細(xì)胞有效的誘導(dǎo)劑。在分段絲狀細(xì)菌(SFB)定植的小鼠中發(fā)現(xiàn)，SFB穿透粘液層通過誘導(dǎo)上皮細(xì)胞肌動蛋白進(jìn)入固有層[23]。其通過CD11c+DC細(xì)胞的MHCⅡ的呈遞誘導(dǎo)ILC3s分泌促Th17細(xì)胞因子及趨化因子[30]。這些因子能通過激活一系列先天免疫反應(yīng)，進(jìn)而趨化中性粒細(xì)胞聚集、促進(jìn)Th17細(xì)胞擴(kuò)增及免疫功能的增強(qiáng)，并誘導(dǎo)上皮細(xì)胞和Th17細(xì)胞產(chǎn)生抗菌肽等抵抗細(xì)菌入侵[20,30]。說明部分腸道微生物能激活免疫系統(tǒng)進(jìn)而抑制病原微生物入侵。腸道菌群也可通過介導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞、DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，以此間接誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞發(fā)揮功能[31]。如腸道微生物可產(chǎn)生α-半乳糖神經(jīng)酰胺，進(jìn)而被自然殺傷T(iKNT)細(xì)胞識別，分泌IL-10，促進(jìn)CD4+T細(xì)胞發(fā)揮抗炎作用[32]。

部分腸道菌群可從腸道中殘存的膳食纖維、肽及蛋白質(zhì)中產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)如丁酸鹽。例如厭氧菌、糞球菌屬、真細(xì)菌、糞桿菌可從醋酸鹽中通過丁酰輔酶A/乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶途徑產(chǎn)生丁酸鹽[33]。還有一些腸道菌群在產(chǎn)生SCFA的同時還能維持腸道中的穩(wěn)態(tài)，例如厭氧菌可從乳酸中通過上述途徑產(chǎn)生丁酸，以此避免過多的乳酸堆積，保持腸道環(huán)境中酸堿穩(wěn)定[33]。SCFA對天然免疫以及免疫T細(xì)胞，尤其是Treg細(xì)胞存在重要調(diào)控作用。

SCFA能調(diào)控DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及中性粒細(xì)胞等先天性免疫細(xì)胞，避免其過度活化，從而達(dá)到腸道免疫耐受。SCFA可通過顯著下調(diào)CD80、CD83以及MHC 的分泌從而抑制單核細(xì)胞分化為DC細(xì)胞。同時SCFA 可通過抑制組蛋白去乙?；?HDAC)從而抑制單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞，同時降低巨噬細(xì)胞和 DC 對腫瘤壞死因子 (TNF)-α、IL-6 和 IL-12 等促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，以及抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)DC細(xì)胞的成熟。SCFA通過與中性粒細(xì)胞上G蛋白偶聯(lián)受體43(GPR43受體)結(jié)合，抑制HDAC進(jìn)而使NF-κB失活，最終導(dǎo)致TNF-α、IL-6 和 IL-12等炎性因子的分泌減少[34]。

SCFA可促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生IgA抗體。有研究發(fā)現(xiàn)SCFA的攝入量與IgA的產(chǎn)生成正相關(guān)。SCFAs能通過促進(jìn)糖酵解以及增加線粒體能量產(chǎn)生，為B細(xì)胞分化和抗體產(chǎn)生提供能量。SCFA中的乙酰輔酶A能刺激B細(xì)胞產(chǎn)生IgA抗體。同時，SCFA通過促進(jìn)相關(guān)分化基因的表達(dá)進(jìn)而促使B細(xì)胞向CD20-CD38+漿細(xì)胞的分化，最終導(dǎo)致IgA的分泌增加[35]。而IgA在防止病原微生物穿過腸道黏液層中起到重要作用。

SCFA能通過促進(jìn)Treg細(xì)胞增殖進(jìn)而起到免疫保護(hù)作用。如在腸道上皮細(xì)胞中，SCFA中的丁酸鹽作為配體與游離脂肪受體GPR41相互感知，能促進(jìn)Treg細(xì)胞擴(kuò)增，來對免疫產(chǎn)生保護(hù)作用[36,37]。SCFA可能通過調(diào)控先天性免疫細(xì)胞以及直接或者間接調(diào)控免疫T細(xì)胞等方式調(diào)控免疫進(jìn)而發(fā)揮增強(qiáng)腸道免疫保護(hù)作用。SCFA還能通過刺激CD103+DC細(xì)胞產(chǎn)生高水平的TGF-β，并與DC細(xì)胞上GPR109A受體或者CD4+T細(xì)胞上的GPR43受體結(jié)合，從而促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，產(chǎn)生更多的IL-10，最終共同促進(jìn)免疫耐受[37-39]。若通過干預(yù)飲食結(jié)構(gòu)進(jìn)而使腸道中產(chǎn)生更多的SCFA，則可能起到增強(qiáng)免疫耐受作用。因此，腸道生物屏障在維持腸道免疫中起到重要作用，若能通過干預(yù)外界因素，如糞便移植等途徑維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)進(jìn)而起到免疫保護(hù)的作用。

3 T1DM與腸道免疫屏障關(guān)系

腸道免疫屏障與腸道免疫密切相關(guān)。而T1DM的發(fā)生發(fā)展與免疫失衡也存在關(guān)聯(lián)。T1DM的發(fā)生發(fā)展與腸道免疫屏障可能存在關(guān)聯(lián)。非肥胖糖尿病(NOD)小鼠的腸道黏膜不能出現(xiàn)口服耐受，其杯狀細(xì)胞數(shù)量減少、粘液產(chǎn)生減少、腸道菌群結(jié)合的 IgA 總水平降低以及腸道菌群組成發(fā)生改變，這提示NOD小鼠腸道黏膜以及腸道菌群異常先于T1DM發(fā)病。而非肥胖糖尿病抗性(NOR)小鼠與NOD小鼠的交叉培養(yǎng)糾正了它們在粘液產(chǎn)生方面的缺陷，表明 NOD小鼠腸道菌群在腸道屏障功能障礙中存在一定作用[40]。Sorini等[41]通過幾周齡的免疫缺陷的小鼠(BALB/c)和NOD小鼠的結(jié)腸組織勻漿中TNF-α、IL-1β、IL-23亞基p19 (IL-23p19)和IL-17A的細(xì)胞因子基因進(jìn)行實時熒光定量PCR(RT-qPCR)分析發(fā)現(xiàn)，與BALB/c小鼠相比，NOD小鼠大腸黏膜中TNF-α、IL1-β、IL-23p19和IL-17的水平升高，而對12周齡BALB/c和NOD小鼠腸道固有層(Lp)中Th17和Treg細(xì)胞進(jìn)行流式細(xì)胞儀分析發(fā)現(xiàn)NOD小鼠中Th17細(xì)胞在大腸中的百分比增加，而FoxP3+Treg細(xì)胞減少。這提示T1DM的腸道黏膜中免疫存在紊亂。T1DM與DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等天然免疫細(xì)胞以及與B細(xì)胞、T細(xì)胞(尤其Treg細(xì)胞)存在密切關(guān)聯(lián)。而腸道免疫屏障與B細(xì)胞分泌的IgA以及腸道菌群產(chǎn)生的SCFA所發(fā)揮的功能存在關(guān)聯(lián)。且SCFA對DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等天然免疫細(xì)胞以及與B細(xì)胞、T細(xì)胞(尤其Treg細(xì)胞)起到調(diào)控作用。這提示T1DM與腸道免疫屏障之間相關(guān)。那么腸道屏障破壞如何通過代謝及免疫失衡進(jìn)而影響T1DM的發(fā)生發(fā)展。

3.1 T1DM與腸道免疫屏障的機(jī)械及化學(xué)方面的關(guān)系

T1DM患者的腸道免疫屏障在機(jī)械與化學(xué)方面較正常人有所不同。Harbison 等[42]分析了47例患有胰島自身免疫性或近期發(fā)病的T1DM的兒童以及41例正常人群，用乳果糖-鼠李糖吸收試驗測量發(fā)現(xiàn)T1DM患者的血液乳果糖/鼠李糖(L/R)濃度較正常人高，而通過小腸上皮緊密連接的乳果糖通透性增加導(dǎo)致血液乳果糖-鼠李糖比率增加，因此T1DM患者的小腸通透性比正常人高。對4周齡的雌性BALB/c和NOD小鼠結(jié)腸組織勻漿進(jìn)行了RT-qPCR分析以測量與腸上皮間的緊密連接蛋白1(Tjp1)及緊密連接蛋白1抗體(Claudin-1)相關(guān)的mRNA表達(dá)發(fā)現(xiàn)，與對照小鼠相比，NOD小鼠結(jié)腸中編碼Tjp1和Claudin-1相關(guān)的mRNA的相對表達(dá)略有下降。而對粘蛋白的表達(dá)進(jìn)行 RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，與對照小鼠相比，NOD小鼠大腸中腫瘤相關(guān)抗原粘蛋白(Muc)-1和Muc3的相對表達(dá)顯著降低，炎癥性Muc4粘蛋白增加，即NOD小鼠Tjp1和Claudin-1的含量偏低，且大腸粘蛋白表達(dá)異常[41]。而T1DM患者的腸道的黏膜層的損傷與腸道菌群也存在關(guān)聯(lián)[42]，如T1DM患者腸道中產(chǎn)SCFA的細(xì)菌顯著減少[43]，而腸道中SCFA(主要是丁酸鹽)的存在已被證明可通過促進(jìn)粘蛋白合成來調(diào)節(jié)上皮屏障功能[44]。而在新發(fā)T1DM患者腸道中能維持粘液功能以及微絨毛黏附的蛋白有關(guān)的腸道菌群也已被消耗[45]。表明在T1DM發(fā)生發(fā)展中腸道屏障的完整性受損，可能由于腸道菌群失衡而導(dǎo)致，具體機(jī)制仍不太清楚。

3.2 T1DM與腸道免疫屏障的生物方面關(guān)系

某些腸道菌群能通過產(chǎn)生SCFA等途徑調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，維持腸道平衡。而T1DM的發(fā)生發(fā)展與腸道菌群失調(diào)存在關(guān)聯(lián)。有研究發(fā)現(xiàn)對NOD小鼠移植特定細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)胰島自身免疫出現(xiàn)抑制并延緩了糖尿病的發(fā)展[9]。在新發(fā)T1DM患者中進(jìn)行了同種異體或自體糞便微生物組移植，可阻止疾病進(jìn)展并完全保留β細(xì)胞功能至少一年[9]。提示改善腸道菌群結(jié)構(gòu)失衡或可能延緩T1DM的發(fā)生發(fā)展。對有糖尿病遺傳風(fēng)險以及胰島素自身抗體至少一項的兒童進(jìn)行追蹤發(fā)現(xiàn)，最終進(jìn)展為T1DM患者表現(xiàn)出腸道菌群失衡，其酵母菌、念珠菌等真菌明顯增多、擬桿菌以及梭狀菌等細(xì)菌明顯增多[46]。

在T1DM患者的血液中發(fā)現(xiàn)了腸道革蘭陰性菌細(xì)胞壁中LPS升高[47]，這表明LPS能滲透腸道屏障入血。而LPS能產(chǎn)生能破壞腸道黏膜的內(nèi)毒素，通過腸道黏膜淋巴結(jié)入胰腺刺激淋巴細(xì)胞激活，繼而產(chǎn)生免疫反應(yīng)[48]。那么腸道菌群的失調(diào)引起免疫反應(yīng)可能與T1DM的發(fā)生發(fā)展存在關(guān)聯(lián)。通過培養(yǎng)來自TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TRIF)缺乏的NOD或野生型(WT)NOD小鼠發(fā)現(xiàn)，與WT NOD微生物群相比，TRIF缺乏的NOD的腸道微生物群誘導(dǎo)這兩種小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠脾臟中CD11c+DC、CD11b+巨噬細(xì)胞減少以及B細(xì)胞上的CD69表達(dá)減弱，以及誘導(dǎo)的效應(yīng)CD40+T細(xì)胞顯著降低。通過對其糞便樣本進(jìn)行16S rRNA 測序發(fā)現(xiàn)，TRIF缺乏的NOD小鼠腸道微生物群中變形桿菌、薩特氏菌(Sutterella)門水平的相對豐度顯著降低和理研菌屬(Rikenella)、擬桿菌(Bacteroidetes)屬水平的相對豐度顯著降低，而螺旋桿菌屬(Turicibacter，厚壁菌門中的一個屬)明顯擴(kuò)增。而將WT NOD小鼠的糞便微生物群灌胃給TRIF缺乏的NOD小鼠，發(fā)現(xiàn)兩種小鼠的糖尿病發(fā)病率非常相似，從WT NOD轉(zhuǎn)移腸道微生物群可逆轉(zhuǎn)了TRIF缺乏的NOD小鼠的糖尿病發(fā)生風(fēng)險。這說明敲除TRIF基因,可使NOD小鼠免于糖尿病，而在缺乏TRIF的NOD小鼠中發(fā)現(xiàn)其腸道菌群組成結(jié)構(gòu)不同[49]。這表明TRIF缺乏所產(chǎn)生的保護(hù)作用可能是通過改變腸道菌群結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的。而且與健康對照組相比，漢族T1DM患者顯示出明顯不同的微生物群，其特征是擬桿菌/硬壁菌的比率增加[50]，因此腸道菌群組成結(jié)構(gòu)失衡可能與T1DM的發(fā)生發(fā)展之間存在關(guān)聯(lián)。擬桿菌的整合酶能促進(jìn)CD8+T細(xì)胞向腸道的募集，使腸道耐受CD8+T細(xì)胞的增加，表明微生物菌的某些成分可能增加胰島β細(xì)胞自身免疫反應(yīng)[51]。因此腸道菌群組成結(jié)構(gòu)失衡可能與T1DM的發(fā)生發(fā)展過程中自身免疫反應(yīng)之間也存在關(guān)聯(lián)。

糞便檢測調(diào)查發(fā)現(xiàn)T1DM患者產(chǎn)生丁酸的種類減少，產(chǎn)丁酸鹽的酶如丁酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶基因減少[52]。給NOD小鼠喂含產(chǎn)丁酸鹽的飲食增加了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量和功能，而產(chǎn)生醋酸鹽和丁酸鹽的飲食可保護(hù)腸道完整性并降低血清IL-21等致糖尿病細(xì)胞因子的水平[52,53]。在進(jìn)展為T1DM的兒童中，腸道菌群多樣性減少，尤其是那些產(chǎn)丁酸鹽和乳酸的菌群[43]。醋酸鈉和丙酸鈉可減少由細(xì)胞因子引起的胰島細(xì)胞死亡的風(fēng)險[43]；丁酸等SCFA可通過調(diào)控天然免疫細(xì)胞如DC細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等的成熟以及抑制分泌炎性細(xì)胞因子，抑制免疫反應(yīng)，同時調(diào)控B細(xì)胞分泌IgA抵抗病原微生物入侵，促進(jìn)Treg細(xì)胞分泌IL-10等細(xì)胞因子，增強(qiáng)免疫耐受。因此在T1DM患者以及NOD小鼠中產(chǎn)丁酸鹽等SCFA的菌群明顯減少，而通過增加SCFA飲食可能對免疫功能有保護(hù)作用。提示飲食干預(yù)會增加腸道中SCFA可能延緩胰島細(xì)胞損傷。綜上表明T1DM與腸道免疫屏障的生物方面之間存在關(guān)聯(lián)，如能通過干預(yù)途徑改善腸道菌群失衡，有望延緩T1DM的腸道免疫屏障破壞，進(jìn)而可能延緩胰島細(xì)胞損傷。

4 展望

T1DM的發(fā)生發(fā)展中腸道免疫屏障完整性破壞與腸道黏膜損傷、腸道菌群失衡存在一定關(guān)聯(lián)。腸道免疫屏障的破壞如何影響T1DM的發(fā)生發(fā)展仍不明確。由于微生物群多樣、基因復(fù)雜以及易受環(huán)境等因素的影響，使研究的難度加大，所以還需深入研究腸道免疫屏障與T1DM關(guān)系?？梢酝ㄟ^一定的干預(yù)措施來維持腸道穩(wěn)態(tài)進(jìn)而可能防止腸道免疫屏障進(jìn)一步的損傷，以期待達(dá)到延緩T1DM發(fā)生發(fā)展的目的。

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本文作者簡介：

劉雨薇(1993-)，女，漢族，碩士，研究方向：腸道微生物與T1DM機(jī)制研究