腸道菌群介導調(diào)節(jié)性T細胞影響骨代謝的研究進展

孟愿，石瑛，詹紅生

(上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院，上海 201203)

隨著社會老齡化的加劇，骨質(zhì)疏松癥及骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)病率日趨增高。盡管在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機制與新藥開發(fā)等方面的研究取得了巨大進步，但臨床上骨質(zhì)疏松癥的治療效果并不令人滿意。因此，進一步探究骨代謝的相關(guān)機制進而為骨質(zhì)疏松癥提供新的療法具有重要意義。人體腸道內(nèi)含有超過一百萬億個微生物，構(gòu)成了復雜的腸道微生態(tài)系統(tǒng)[1]。腸道微生物通過釋放人體不能合成的營養(yǎng)物質(zhì)、抑制外來病原體定植、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等促進人體生長發(fā)育[2]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與心血管疾病、炎癥性腸病、風濕免疫性疾病、骨代謝異常等有關(guān)[3]。目前，關(guān)于腸道菌群影響骨骼系統(tǒng)的作用機制有3種假說：①腸道菌群通過對腸道免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)影響骨代謝；②腸道菌群通過腸道屏障和營養(yǎng)吸收影響骨代謝；③腸道菌群及其代謝產(chǎn)物通過調(diào)節(jié)腸腦軸影響骨代謝[4-5]。調(diào)節(jié)性T細胞介導的免疫抑制在骨代謝過程中起重要作用，已成為骨免疫學研究的熱點，并取得了一定的研究成果。本文對調(diào)節(jié)性T細胞進行了概述，并從腸道菌群對調(diào)節(jié)性T細胞的影響及調(diào)節(jié)性T細胞對骨形成、骨吸收的影響等方面對腸道菌群介導調(diào)節(jié)性T細胞影響骨代謝的研究進展進行了綜述。

1 調(diào)節(jié)性T細胞概述

調(diào)節(jié)性T細胞是T細胞的一個特殊亞群，主要通過調(diào)節(jié)T細胞的效應功能來預防自身免疫性疾病、維持外周免疫耐受和限制慢性炎癥性疾病進展[6]。在體內(nèi)，部分調(diào)節(jié)性T細胞在胸腺發(fā)育成熟(天然調(diào)節(jié)性T細胞)，部分調(diào)節(jié)性T細胞在腸道等外周組織中發(fā)育成熟(誘導調(diào)節(jié)性T細胞)；在體外，CD4+T細胞前體在白細胞介素(interleukin，IL)-2、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β等細胞因子誘導下可發(fā)育為調(diào)節(jié)性T細胞[7]。調(diào)節(jié)性T細胞根據(jù)其分化抗原不同，又可分為多種類型。Foxp3+CD4+調(diào)節(jié)性T細胞廣泛存在于人體中的各個臟器，但在腸道固有層中，其在CD4+T細胞中的占比更高。在小腸固有層中，F(xiàn)oxp3+CD4+調(diào)節(jié)性T細胞在CD4+T細胞的占比大于20%；在結(jié)腸固有層中，該比例大于30%[8]。

調(diào)節(jié)性T細胞的主要功能是免疫抑制。在體外，調(diào)節(jié)性T細胞通過細胞間直接接觸實現(xiàn)免疫抑制；在體內(nèi)，調(diào)節(jié)性T細胞通過分泌腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、IL-10、TGF-β等細胞因子發(fā)揮免疫抑制的作用[9]。此外，調(diào)節(jié)性T細胞會根據(jù)局部微環(huán)境，重新分化成為具有輔助特性的Th1調(diào)節(jié)性T細胞、Th2調(diào)節(jié)性T細胞、Th17調(diào)節(jié)性T細胞以及Tfh調(diào)節(jié)性T細胞4種亞型；這些調(diào)節(jié)性T細胞分別通過分泌CXC趨化因子受體3、GATA結(jié)合蛋白3、RAR相關(guān)孤兒素受體γ以及B細胞淋巴瘤因子6等轉(zhuǎn)錄因子參與維持其免疫抑制功能[10]。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞的免疫抑制作用主要通過調(diào)控細胞因子的分泌、樹突狀細胞的成熟、相關(guān)免疫細胞的代謝及細胞凋亡等途徑來實現(xiàn)[11]。

2 腸道菌群對調(diào)節(jié)性T細胞的影響

腸道菌群可以調(diào)節(jié)腸道組織內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞的分布[12]。Round等[13]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)菌群定植的小鼠比較，無菌小鼠結(jié)腸固有層中調(diào)節(jié)性T細胞數(shù)量較少，TGF-β、IL-10等細胞因子表達量下降；而在無菌小鼠腸道中定植脆弱擬桿菌后，小鼠結(jié)腸中調(diào)節(jié)性T細胞數(shù)量增加2倍。Arpaia等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在采用廣譜抗生素處理后，給小鼠喂食含有鼠李糖乳桿菌或丁酸的飲用水，小鼠骨髓和脾臟中調(diào)節(jié)性T細胞的絕對和相對數(shù)量均增加，提示鼠李糖乳桿菌和丁酸可以引起調(diào)節(jié)性T細胞的增殖分化。小鼠的腸道菌群紊亂會導致腸道內(nèi)炎癥反應，進而導致結(jié)腸的調(diào)節(jié)性T細胞及其相關(guān)的細胞因子在短期內(nèi)明顯提高[13]。因此，調(diào)節(jié)性T細胞的數(shù)量受到腸道菌群的影響，腸道菌群參與調(diào)節(jié)性T細胞的調(diào)控。

調(diào)節(jié)性T細胞在維持腸道屏障功能、抑制腸道免疫反應、促進炎癥消退和腸道黏膜恢復方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[15]。結(jié)腸是小鼠微生物含量最高的部位，同時結(jié)腸固有層中調(diào)節(jié)性T細胞的比例也較高；提示調(diào)節(jié)性T細胞的發(fā)育和成熟受到微生物菌群的強烈影響[15]。新生小鼠腸道固有層中調(diào)節(jié)性T細胞的比例顯著高于成年小鼠，免疫抑制作用也更強；提示調(diào)節(jié)性T細胞對于幼年小鼠免疫耐受的建立起重要作用[16]。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，采用廣譜抗生素處理小鼠后，小鼠腸道內(nèi)微生物數(shù)量下降，腸系膜淋巴結(jié)、派氏結(jié)及腸道固有層中調(diào)節(jié)性T細胞顯著減少。Abdel-Gadir等[18]研究發(fā)現(xiàn)，采用無菌食物飼喂小鼠后，小鼠腸道固有層中調(diào)節(jié)性T細胞數(shù)量減少，而小鼠食物過敏的發(fā)生率顯著增加。Pandiyan等[19]研究發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠會發(fā)生腸道上皮受損的情況，進一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxp3+調(diào)節(jié)性T細胞對于腸道黏膜耐受的建立起重要作用；提示缺少腸道菌群會限制腸道內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞的分化，進而影響腸道黏膜耐受的建立。腸道菌群對調(diào)節(jié)性T細胞的分化有重要影響，而調(diào)節(jié)性T細胞對腸道內(nèi)免疫耐受發(fā)揮重要作用；但二者的調(diào)控機制復雜，目前尚未完全清楚。

3 調(diào)節(jié)性T細胞對骨形成的影響

成骨細胞是人體骨骼形成的主要功能細胞，負責人體骨骼的合成、分泌、礦化等。Runyan等[20-22]研究發(fā)現(xiàn)，CD4+調(diào)節(jié)性T細胞通過分泌TGF-β激活促分裂原活化的蛋白激酶和表達Smad蛋白等誘導間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化。Tyagi等[23]通過CD25Ab抗體耗盡小鼠體內(nèi)的調(diào)節(jié)性T細胞，比較調(diào)節(jié)性T細胞缺失組和調(diào)節(jié)性T細胞充盈組小鼠骨代謝相關(guān)標志物的變化，結(jié)果顯示調(diào)節(jié)性T細胞充盈組小鼠Ⅰ型膠原氨基端前肽血清含量顯著高于調(diào)節(jié)性T細胞缺失組；提示調(diào)節(jié)性T細胞能夠提高成骨細胞活性，增加骨形成。Deng 等[24]研究也發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞能夠提高成骨細胞的活性。

Wnt信號通路在成骨細胞分化和骨形成過程中發(fā)揮重要作用[25]。Jiang等[26-27]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞分泌TGF-β等細胞因子，促使間充質(zhì)干細胞表達Smad和NFAT等轉(zhuǎn)錄因子，而Smad和NFAT能夠與Wnt10b基因的多個位點結(jié)合，促使Wnt10b的表達，進而激活其Wnt信號通路，促使間充質(zhì)干細胞分化為成骨細胞。Yu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞參與CD8+T細胞表達Wnt10b的過程，而Wnt10b通過激活成骨細胞及基質(zhì)細胞中的Wnt信號通路，促進骨形成。Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)，采用甲狀旁腺激素治療骨質(zhì)疏松小鼠，小鼠體內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞能夠刺激骨髓組織中的CD8+T細胞表達Win10b，進而激活Wint信號通路，促進骨形成。

因此，調(diào)節(jié)性T細胞能夠促進成骨細胞分化及骨形成，其作用機制與激活Wnt信號通路關(guān)系密切。

4 調(diào)節(jié)性T細胞對骨吸收的影響

調(diào)節(jié)性T細胞影響骨吸收的作用機制包括細胞接觸抑制和分泌細胞因子抑制[22]，其中天然調(diào)節(jié)性T細胞主要通過細胞接觸抑制破骨細胞生成，誘導調(diào)節(jié)T細胞通過分泌相關(guān)細胞因子抑制破骨細胞生成[30]。Fischer等[31]研究發(fā)現(xiàn)，破骨細胞的生成高度依賴于細胞微環(huán)境中的粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)等信號分子。Rossi等[32]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞能夠通過降低破骨細胞微環(huán)境中GM-CSF、RANKL的水平，抑制破骨細胞生成。Taylor等[33-34]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)性T細胞通過分泌IL-10促進機體分泌骨保護素，進而抑制RANKL和GM-CSF的表達，延緩破骨細胞的分化成熟。細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)是調(diào)節(jié)性T細胞通過細胞接觸抑制破骨細胞生成的重要表面分子[35]。CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細胞可通過表達CTLA-4抑制GM-CSF和RANKL的表達，進而抑制破骨細胞生成[31]。此外，F(xiàn)oxp3+CD8+調(diào)節(jié)性T細胞可以通過分泌γ-干擾素抑制破骨細胞肌動蛋白環(huán)的形成來抑制破骨細胞的成熟和活性[36]。Zeng等[37-38]研究發(fā)現(xiàn)，切除卵巢的小鼠體內(nèi)雌激素水平下降，同時調(diào)節(jié)性T細胞水平隨之下降，進而導致調(diào)節(jié)性T細胞分泌相關(guān)細胞因子的數(shù)量減少，調(diào)節(jié)性T細胞對破骨細胞的抑制作用減弱；給予小鼠低濃度的雌激素，則能夠促進機體分泌TGF-β1和IL-10等細胞因子，進而增強調(diào)節(jié)性T細胞抑制破骨細胞的能力。因此，調(diào)節(jié)性T細胞能夠通過表達CTLA-4以及分泌IL-10、γ-干擾素和TGF-β1等方式發(fā)揮抑制骨形成的作用。

5 小 結(jié)

調(diào)節(jié)性T細胞的主要功能是免疫抑制。腸道菌群能夠調(diào)節(jié)腸道組織內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞的分化和功能，而調(diào)節(jié)性T細胞對腸道內(nèi)免疫耐受發(fā)揮重要作用。調(diào)節(jié)性T細胞能夠促進成骨細胞分化及骨形成，其作用機制與激活Wnt信號通路關(guān)系密切，同時其還能夠通過表達CTLA-4以及分泌IL-10、γ-干擾素和TGF-β1等方式發(fā)揮抑制骨吸收的作用。目前，關(guān)于腸道菌群介導調(diào)節(jié)骨代謝的作用機制尚未完全明確，但已有研究發(fā)現(xiàn)通過給予小鼠口服益生菌能夠增加調(diào)節(jié)性T細胞的數(shù)量，進而提高成骨細胞活性，增加骨形成[39]。因此，深入研究腸道菌群、調(diào)節(jié)性T細胞和骨代謝的關(guān)系及其分子機制，對于骨質(zhì)疏松癥新療法的研發(fā)具有重要意義。