雙歧桿菌在過(guò)敏性哮喘治療中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

張齊齊，鄭媛 ，畢玫榮，徐文秀，安麗

1 濰坊醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，山東濰坊 261000；2 濟(jì)南市中心醫(yī)院兒科

近年全球哮喘發(fā)病率逐年增加，兒童和青少年哮喘發(fā)病率較高［1］。哮喘是一種以反復(fù)發(fā)作性喘息、咳嗽、胸悶和呼吸急促為臨床表現(xiàn)的呼吸系統(tǒng)疾病。哮喘的病理生理特點(diǎn)為嗜酸性粒細(xì)胞明顯增加、可逆氣流受限和氣道高反應(yīng)性。目前哮喘的治療以藥物治療為主，臨床常用藥物為糖皮質(zhì)激素，但咽炎、發(fā)音困難、支氣管痙攣等不良反應(yīng)較多。因此，尋求一種新型哮喘防治藥物成為目前臨床的研究熱點(diǎn)［2］。腸道菌群可能與哮喘的發(fā)生發(fā)展有關(guān)［3］。腸道菌群失衡會(huì)影響胎兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟，使輔助性T細(xì)胞（Th0）向輔助性T細(xì)胞2（Th2）表型分化，引發(fā)2型免疫過(guò)度表達(dá)，導(dǎo)致過(guò)敏性疾病的發(fā)生；另外，過(guò)敏性疾病患兒與健康兒的腸道菌群組成成分存在明顯差異，哮喘患兒腸道菌群中雙歧桿菌等厭氧菌含量相對(duì)減少［4］。腸道菌群對(duì)過(guò)敏性疾病有一定的預(yù)防和治療效果。研究［5］發(fā)現(xiàn)，服用雙歧桿菌混合物可緩解過(guò)敏性哮喘患兒的臨床癥狀。雙歧桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性菌，其主要的生理功能包括維持腸道穩(wěn)態(tài)、參與免疫調(diào)節(jié)、抗感染、抗腫瘤等［6］。與β2受體激動(dòng)劑、糖皮質(zhì)激素等過(guò)敏性疾病治療的常用藥相比較，雙歧桿菌在過(guò)敏性哮喘治療中的作用機(jī)制不同?，F(xiàn)將雙歧桿菌在過(guò)敏性哮喘治療中的作用機(jī)制最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 雙歧桿菌促進(jìn)色氨酸-芳基烴受體途徑發(fā)揮過(guò)敏性哮喘的治療作用

色氨酸（Trp）是人體的必需氨基酸，參與腸道免疫調(diào)節(jié)。腸道微生物群直接代謝Trp的代謝物包括吲哚及其衍生物，例如吲哚-3-丙烯酸（IA）、吲哚乙酸（IAA）、吲酮-3-乳酸（ILA）、indole-3-丙酸（IPA）和吲哚-3-甲醛（I3C），它們均是芳基烴受體（AHR）的配體［7］。AHR是一種可以由受體激活的信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子，可以與內(nèi)源性外源性有機(jī)分子相互作用。AHR通過(guò)與樹(shù)突狀細(xì)胞和固有淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞的相互作用，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用［8］。雙歧桿菌可以促進(jìn)Trp的代謝，上調(diào)AHR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［9］。雙歧桿菌促進(jìn)Trp代謝并產(chǎn)生AHR配體ILA與兩條代謝途徑相關(guān)，一種是通過(guò)氨基酸氧化酶（AAO）的色氨酸脫氨基；另一種是通過(guò)芳香族氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶（Aat）將Trp轉(zhuǎn)化為吲哚丙酮酸，然后通過(guò)苯乳酸脫氫酶（fldH）轉(zhuǎn)化為ILA［10］。AHR對(duì)于哮喘患者的肺部炎癥具有抑制作用，體內(nèi)敲除AHR（AHR-/-）的小鼠哮喘模型肺部炎癥明顯加重［11］。另外，最新研究［12-13］證實(shí)，AHR可以通過(guò)調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞（Th17）/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）平衡及抑制活性氧簇（ROS）-核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）途徑減輕哮喘患者的氣道炎癥及黏液高分泌。

1.1 雙歧桿菌通過(guò)促進(jìn)Trp-AHR途徑調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡，減輕氣道炎癥反應(yīng) 氣道的慢性炎癥是哮喘的主要病理特征，長(zhǎng)期的炎癥刺激與組織修復(fù)可導(dǎo)致氣道重塑。有學(xué)者認(rèn)為T(mén)h17細(xì)胞和Treg細(xì)胞的免疫失衡也可能是誘發(fā)哮喘重要機(jī)制之一。為了解哮喘患兒的Treg細(xì)胞及Th17細(xì)胞的變化，BAOHONG等［14］進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)哮喘兒童Treg細(xì)胞表達(dá)減少，而Th17細(xì)胞表達(dá)顯著增加，Th17和Treg細(xì)胞的平衡對(duì)于維持免疫耐受至關(guān)重要。Th17細(xì)胞及其細(xì)胞因子IL-17與嚴(yán)重哮喘的發(fā)生有關(guān)，嚴(yán)重哮喘患者表現(xiàn)出一種獨(dú)特的表型，即嗜中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的混合模式以及糖皮質(zhì)激素不敏感。IL-17可刺激纖維細(xì)胞增殖并釋放促炎因子，促進(jìn)中性粒細(xì)胞募集和氣道高反應(yīng)性，IL-17也可間接增加平滑肌肌動(dòng)蛋白，導(dǎo)致氣道重塑［15］。AHR參與調(diào)節(jié)Th17/Treg分化及其相應(yīng)促炎和抑炎的表達(dá)，其調(diào)節(jié)的主要機(jī)制是增強(qiáng)了Treg 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子Foxp 3的表達(dá)，減少了Th17細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子RORγt的表達(dá)［12］。

雙歧桿菌可以通過(guò)促進(jìn)和調(diào)節(jié)腸道菌群，調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡，增加免疫耐受，抑制炎癥反應(yīng)［16］。最近的一項(xiàng)研究［17］發(fā)現(xiàn)含雙歧桿菌的益生菌治療組可以降低OVA-LPS 誘導(dǎo)的過(guò)敏性哮喘小鼠肺泡灌洗液中的IL-17的水平。猜測(cè)其可能作用機(jī)制為雙歧桿菌促進(jìn)Trp代謝產(chǎn)生AHR配體，AHR配體與AHR結(jié)合后促進(jìn)Treg 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子Foxp 3的表達(dá)，抑制Th17細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子RORγt的表達(dá)，調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞平衡，減輕氣道重塑及氣道炎癥。

1.2 雙歧桿菌通過(guò)促進(jìn)Trp-AHR途徑抑制ROSNLRP3通路，減輕氣道炎癥反應(yīng)及黏液分泌 目前認(rèn)為哮喘的發(fā)生主要是Th2細(xì)胞作為主要細(xì)胞引發(fā)的免疫反應(yīng)，Th2細(xì)胞誘導(dǎo)白細(xì)胞介素（IL-4、IL-5及IL-13）對(duì)特異性過(guò)敏原產(chǎn)生反應(yīng)引發(fā)嗜酸性氣道炎癥。IL-4是2型效應(yīng)細(xì)胞因子上游的調(diào)節(jié)因子，可以與其受體相結(jié)合，發(fā)揮正性調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)Th0向Th2轉(zhuǎn)化；IL-5不僅可以調(diào)節(jié)骨髓中嗜酸性粒細(xì)胞的發(fā)育、成熟和活化，對(duì)其動(dòng)員以及存活也具有重要意義；IL-13可以促進(jìn)B細(xì)胞同種型轉(zhuǎn)換、黏液高分泌、杯狀細(xì)胞增生、上皮下纖維化和氣道高反應(yīng)性［2］。NLRP3炎性體是最具特征性的炎性體之一，可以促進(jìn)炎癥細(xì)胞募集，調(diào)節(jié)胃腸道及肺部組織的免疫反應(yīng)。NLRP3是Th2分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可以促進(jìn)哮喘患者的2型免疫應(yīng)答［18］。另外，杯狀細(xì)胞的增生和高分泌狀態(tài)以及粘蛋白的過(guò)度表達(dá)也是哮喘的重要病理特征。氣道中過(guò)量的黏液增加感染的概率，同時(shí)降低了哮喘的肺功能，嚴(yán)重者還可能引起死亡。粘蛋白5AC（MUC5AC）是杯狀細(xì)胞中最主要的呼吸道粘蛋白，NLRP3可以促進(jìn)MUC5AC的表達(dá)從而促進(jìn)黏液分泌［19］。因此NLRP3對(duì)哮喘的發(fā)生和發(fā)展具有促進(jìn)作用。ROS特別是線粒體ROS對(duì)于NLRP3的激活至關(guān)重要，ROS可導(dǎo)致線粒體失穩(wěn)和功能障礙，從而促進(jìn)NLRP3炎性體激活。此外，脂質(zhì)體介導(dǎo)的炎癥小體激活依賴(lài)于線粒體ROS的生成，以及通過(guò)瞬時(shí)受體電位通道M2（TRPM2）的ROS依賴(lài)性鈣內(nèi)流［16］。

TAN等［20］發(fā)現(xiàn)含有雙歧桿菌的益生菌可以抑制NLRP3的mRNA表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用。有學(xué)者通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，與正常組相比，敲除AHR基因的小鼠其肺組織線粒體ROS顯著增加，ROS-NLRP3功能軸可能成為哮喘的潛在治療靶點(diǎn)［13］。雙歧桿菌代謝Trp產(chǎn)生AHR配體并與AHR相結(jié)合發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，緩解過(guò)敏性哮喘臨床癥狀。AHR對(duì)于線粒體ROS的生成具有抑制作用并能進(jìn)一步抑制NLRP3炎性體的激活，改善哮喘臨床癥狀。一方面，NLRP3炎性體激活減少，導(dǎo)致Th2分化減少，進(jìn)一步使得Th2細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的IL-4、IL-5及IL-13減少，減輕哮喘患者的氣道炎癥；另一方面，NLRP3炎性體激活減少，引起MUC5AC表達(dá)減少，減少哮喘患者的氣道黏液分泌。

2 雙歧桿菌通過(guò)促進(jìn)短鏈脂肪酸生成發(fā)揮過(guò)敏性哮喘的治療作用

腸道菌群可通過(guò)短鏈脂肪酸（SCFA）參與過(guò)敏性疾病的發(fā)生發(fā)展。腸道中的SCFA主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。雙歧桿菌可以促進(jìn)SCFA的產(chǎn)生，一方面，腸道菌群將復(fù)雜的聚合碳水化合物分解成單糖，雙歧桿菌通過(guò)其特有的果糖-6-磷酸途徑利用單糖產(chǎn)生SCFA［21］；另一方面，雙歧桿菌中ATP結(jié)合盒（ABC）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的存在對(duì)于SCFA生產(chǎn)所需底物的攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)至關(guān)重要［22］。新生兒補(bǔ)充雙歧桿菌可增加盲腸SCFA的含量，抑制IgE介導(dǎo)的過(guò)敏性疾病的發(fā)生［23］。SCFA不僅可以減輕過(guò)敏性哮喘的氣道炎癥還能降低氣道高反應(yīng)，緩解臨床癥狀。雙歧桿菌通過(guò)促進(jìn)SCFA生成緩解過(guò)敏性哮喘的具體機(jī)制包括下調(diào)核因子-κB（NF-κB）信號(hào)通路、抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF-β）/Smads信號(hào)通路以及上調(diào)G蛋白受體 41（GPR41）和 G 蛋白受體 43（GPR43）的表達(dá)。

2.1 雙歧桿菌通過(guò)其代謝產(chǎn)物SCFA下調(diào)NF-κB信號(hào)通路表達(dá)，減輕氣道炎癥 雙歧桿菌緩解過(guò)敏性哮喘與其促進(jìn)代謝產(chǎn)物SCFA的產(chǎn)生，下調(diào)NF-κB信號(hào)通路有關(guān)。

NF-κB是細(xì)胞因子的重要介質(zhì)，可以調(diào)節(jié)先天性和適應(yīng)性免疫。一方面，NF-κB可以誘導(dǎo)細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，并有助于調(diào)節(jié)炎癥小體；另一方面，NF-κB可以維持天然免疫細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活化、分化及存活并在人體免疫系統(tǒng)中誘導(dǎo)造血和淋巴器官生成［24］。NF-κB是一種蛋白質(zhì)核轉(zhuǎn)錄因子，過(guò)敏性氣道炎癥中可以觀察到NF-κB的持續(xù)激活［25］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)［26］證實(shí) OVA誘導(dǎo)的過(guò)敏性小鼠的肺組織中NF-κB的抑制因子-κBα（IκBα）磷酸化水平顯著升高，IκBα是一種稱(chēng)為NF-κB抑制因子的抑制蛋白，它可以抑制細(xì)胞胞漿中的NF-κB的活性，但暴露于許多外界刺激時(shí)，IκBα發(fā)生磷酸化和隨后的泛素化及蛋白酶體降解從而激活NF-κB，激活后的NF-κB啟動(dòng)調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞分化以及Th2細(xì)胞因子IL-4、IL-13的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。IL-4和IL-13參與過(guò)敏性哮喘的發(fā)生發(fā)展，IL-4被認(rèn)為主要通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞增殖和存活以及IgE合成在哮喘發(fā)展的早期階段發(fā)揮作用；而IL-13則主要參與過(guò)敏反應(yīng)的晚期，如氣道重塑和黏液高分泌［27］。SCFA可以通過(guò)影響NF-κB蛋白復(fù)合物的活性從而抑制NF-κB信號(hào)通路。NF-κB蛋白復(fù)合物的活性受到乙?；挠绊?，NF-κB含有七個(gè)賴(lài)氨酸殘基，均可以以位點(diǎn)特異性結(jié)合的方式經(jīng)歷乙?；兔撘阴；^(guò)程從而發(fā)揮作用［28］。SCFA是一種非選擇性組蛋白去乙?；福℉DAC），可以與NF-κB結(jié)合并使其發(fā)生乙?；?，負(fù)性調(diào)節(jié)NF-κB活性從而抑制炎癥反應(yīng)［29］。在結(jié)腸炎小鼠的動(dòng)物模型［30］中，雙歧桿菌通過(guò)抑制細(xì)胞內(nèi)NF-κB的活化從而減輕炎癥反應(yīng)。

2.2 雙歧桿菌通過(guò)其代謝產(chǎn)物SCFA抑制TGF-β/Smads信號(hào)通路，減輕氣道重塑 氣道重塑是哮喘發(fā)生發(fā)展的重要病理特征之一。氣道重塑的病理變化以上皮損傷和可塑性、成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞增多、氣道平滑肌增生肥大、基底膜厚度增加和血管生成為特征。氣道成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的增加通過(guò)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）發(fā)生，上皮細(xì)胞失去緊密連接并轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細(xì)胞，肌成纖維細(xì)胞的進(jìn)一步增加通過(guò)成纖維細(xì)胞-肌成纖維母細(xì)胞轉(zhuǎn)化（FMT）發(fā)生。TGF-β是中心的EMT和FMT誘導(dǎo)細(xì)胞因子［31］。Smads蛋白是TGF-β下游的信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白，TGF-β發(fā)揮調(diào)節(jié)EMT和FMT發(fā)生的作用依賴(lài)于TGF-β/Smads信號(hào)通路的激活。研究［32］發(fā)現(xiàn)，支氣管哮喘患者血清TGF-β1表達(dá)水平與氣道重塑相關(guān)，TGF-β1水平升高可誘發(fā)氣道重塑，TGF-β1可通過(guò)TGF-β/Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)影響細(xì)胞遷移、組織重構(gòu)、炎癥反應(yīng)等病理過(guò)程。SCFA可以抑制體外培養(yǎng)人外周血單個(gè)核細(xì)胞表達(dá)TGF-β1［33］。ZHOU等［34］研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌通過(guò)調(diào)節(jié)程序性細(xì)胞死亡途徑和免疫應(yīng)答，可顯著抑制炎癥性腸病小鼠TGF-β1的表達(dá)。因此，雙歧桿菌可能通過(guò)促進(jìn)SCFA生成，抑制TGF-β/Smads信號(hào)通路，減輕哮喘的氣道纖維化，減輕氣道重塑。

2.3 雙歧桿菌通過(guò)其代謝產(chǎn)物SCFA上調(diào)GPR41、GPR43表達(dá)，抑制促炎因子表達(dá) G蛋白耦聯(lián)受體（GPCR）是哺乳動(dòng)物中最大的受體家族，涉及七個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，參與調(diào)節(jié)身體中幾乎所有的細(xì)胞和生理功能。GPR41和GPR43是SCFA最主要的受體，GPR41和GPR43可以被SCFA激活，在發(fā)現(xiàn)SCFA受體后，GPR41更名為游離脂肪酸受體3（FFAR3），GPR43又被稱(chēng)為游離脂肪酸受體2（FFAR2）。FFAR2在人體中廣泛表達(dá)，F(xiàn)FAR2存在于單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、腸Treg細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞中［35］。FFAR2對(duì)于哮喘的發(fā)生具有重要意義，F(xiàn)FAR2基因敲除的小鼠哮喘癥狀明顯加重［36］。此外，SCFA可以通過(guò)FFAR2抑制IL-6、IL-1β和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用；FFAR3在一般炎癥反應(yīng)中也起到重要作用，丙酸可以通過(guò)FFAR3抑制IL-4、IL-5和IL-17A的表達(dá)，丁酸可以抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、TNF-α、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）表達(dá)［35］。丁酸鹽可以通過(guò)其受體GPR43對(duì)T淋巴細(xì)胞發(fā)揮調(diào)節(jié)功能，抑制促炎因子的表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用［37］。

3 雙歧桿菌通過(guò)抑制TLR3/TRIF信號(hào)通路發(fā)揮過(guò)敏性哮喘的治療作用

Toll樣受體（TLRs）作為免疫系統(tǒng)的主要蛋白質(zhì)，被廣泛認(rèn)為與先天性或適應(yīng)性免疫反應(yīng)有關(guān)，通過(guò)感知和響應(yīng)所謂的病原體相關(guān)分子模式（PAMP），如過(guò)敏原和環(huán)境污染物顆粒，可能導(dǎo)致哮喘急性加重［38］。TLRs可以誘導(dǎo)激活與免疫相關(guān)的β干擾素（INF-β）TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白（TRIF）信號(hào)通路。TLR3通路的不當(dāng)激活可能與免疫反應(yīng)的異常刺激有關(guān)，這可能導(dǎo)致炎癥細(xì)胞募集或細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并最終導(dǎo)致包括哮喘在內(nèi)的各種炎癥疾?。?9］。YANG等［40］通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)確定了TLR3/TRIF信號(hào)通路可以加重哮喘的氣道炎癥及黏液分泌，TLR3對(duì)TRIF的直接作用是誘導(dǎo)INF-β的產(chǎn)生，INF-β可以誘導(dǎo)B細(xì)胞生成，激活T細(xì)胞以及提高中性粒細(xì)胞存活率，從而導(dǎo)致哮喘氣道炎癥加重及黏液高分泌，并且激活TLR3/TRIF信號(hào)通路的作用可以擴(kuò)大哮喘小鼠的氣道炎癥，惡化氣道中的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，這種浸潤(rùn)隨著哮喘嚴(yán)重程度的增加而增加；除此之外，TLR3/TRIF還可以改變Th1/Th2失衡以減少α-平滑肌肌動(dòng)蛋白，從而改善OVA誘導(dǎo)的氣道重塑和氣道炎癥［40］。CHAD等［41］發(fā)現(xiàn)，瑞士乳桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、雙歧桿菌均可以抑制TLR3引起的炎癥，且混合菌株較單一菌株而言這種抑制效果更顯著。所以我們猜測(cè)，雙歧桿菌緩解過(guò)敏性哮喘，可能通過(guò)影響TLR3/TRIF信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，腸道菌群與早期免疫系統(tǒng)的發(fā)育及過(guò)敏性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。目前，臨床上益生菌多用于調(diào)節(jié)腸道菌群，治療腹瀉等腸道炎癥性疾病，在過(guò)敏性哮喘的防治中的應(yīng)用仍較少。雙歧桿菌是腸道菌群的重要組成部分，已被證實(shí)為有益菌株，雙歧桿菌可以從Trp-AHR途徑、短鏈脂肪酸的生成及TLR3/TRIF信號(hào)通路三個(gè)方面緩解過(guò)敏性哮喘發(fā)生。