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 肠道共生微生物与免疫-广东新日生物科技有限公司

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肠道共生微生物与免疫

发布时间:2019/08/20    浏览:523次    编辑:王涛 胡旭 吴晓丽 梁姗 李薇 金锋

综述.

肠道共生微生物与免疫

王涛  胡旭  吴晓丽  梁姗  李薇  金锋 

 

1.中国科学院心理研究所心理健康重点实验室,北京100101; 2.中国科学院大学,北京100101

摘要:人体肠道内负载着一个由多种微生物组成的复杂的微生物群落。据初步估计,人肠道内的微生物 包含有1000多个种类,数量可以达到1014,大约是人体自身细胞数量的10倍,其编码的基因是人体自身基因数目的100倍。在长期的共进化过程中,这个复杂的微生物群落广泛参与了寄主身体各个方面的 调节,包括代谢、生理、营养等。近40年来的研究显示,肠道菌群和免疫系统紧密相连,特别是近些年 来的研究表明,肠道菌群对免疫稳态的建立和免疫系统功能的正常发挥起着重要作用.临床和动物实验 结果都表明免疫相关的疾病比如炎性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)、癌症、糖尿病、过敏及肥 胖都可能与肠道菌群的失衡相关。本文将从肠道菌群对肠道局部免疫系统和全身免疫系统两个方面通过 动物实验和临床研究来阐述肠道微生物对免疫系统发育、功能及相关疾病的影响。

 

关键词:肠道微生物;共生;免疫;卫生假说;过敏

 

中图分类号:R371 文献标志码:A 文章编号:1005-376X (2015) 08-0980-07

DOI 编码:10. 13381/j. cnki. cjm. 201508032

Gut microbiota and immunity

WANG Tao1, HU Xu1, WU Xiao4iU2, LIANG Shan1*2, LI Wei1*2, JIN Feng1

1. Key Laboratory of Mental Health , Institute of Psychology ,

Chinese Academy of Sciences , Beijing 100101, China;

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Corresponding author : J IN Feng , Email: jinfeng@psych. ac. cn

Abstract: The human intestine harbors nearly 1014 bacteria that are essential to health. It is 10 times more than host cells and encodes 100 times genes more than that of host. There are as many as 1000 distinct bacterial species involved. During the long-term coevalution, the gut microbiota involve in many aspects of host including metabolism, physiology, nutrition and so on. In last decades, many researches revesl that gut microbiota is associated with immune system. In recent years, studies indicated that gut microbiota play a vital role in maintaining immune homeostasis. Clinical and animal experiments suggested that immunity related diseases such as inflammatory bowel disease (IBD) , cancer, diabetes, allergy and obesity are associated with dysbiosis of gut microbiota. This review focused on the role of gut microbiota in local and systematic intesti-

nal immunity based on animal experiments and clinic Key wordsGut microbiotai SymbiosisImmunity

 

肠道菌群的建立和免疫系统的发育有着紧密的 联系,肠道菌群建立的过程几乎和免疫系统的完善 是同时的。我们出生时是无菌的,但是在出生后的 极短时间内肠道会迅速定植细菌。因此,我们生产 的方式(顺产或者剖腹产)、喂养方式(母乳或者配 方奶粉)、抗生素的使用等因素等都会直接影响到我 们的肠道菌群结构⑴。顺产的婴儿定植菌群与母亲 阴道内的菌群类似,包括乳杆菌、普氏菌和纤毛菌

基金项目:日本NSBJ乳酸菌研究特别寄付金

作者简介:王涛,女,博士,从事共生微生物与行为生物学 研究,Email: wangt@psych.ac.cn

通讯作者:金锋,Email: jinfeng@psych, ac. cn

I research.

Hygiene hypothesis Allergy / -

 

剖腹产婴儿诱导而主要是在皮肤表面的菌, 比如葡萄球菌、棒状杆菌和丙酸菌属⑵;早产儿体 内艰难梭菌(C. difficile)的数量要多些⑴。肠道 菌群的定植是个循序渐进的过程:最先定植的是兼 性厌氧菌,比如肠杆菌、大肠埃希菌群和乳酸菌, 接下来是厌氧菌比如双歧杆菌、拟杆菌、梭菌和优 杆菌。在生命早期由于某些原因造成的定植顺序或 者肠道菌群的改变,比如剖腹产、抗生素的使用等, 可能会造成之后童年期的哮喘、过敏和自主免疫病 的发病率增加由】。而母亲服用益生菌也会影响胎儿 肠道菌群的构成,降低胎儿患湿疹的风险

 

出生后肠道菌群稳态的建立和维持是促进免疫 系统发育的重要因素⑹。肠道上皮是寄主内环境和 肠腔内的大量肠道微生物之间的一个重要屏障。在 出生的很长一段时间内,肠上皮的紧密性和免疫调 节的网络都比较脆弱。动物实验表明出生后免疫稳 态的发育依赖于肠道菌群稳态的建立和外源食物抗 原的充足的时间和充足剂量的接触。出生后的第一 年是肠道菌群稳态逐步建立的时间,也恰恰是免疫 系统发育和成熟的关键时期。在这个阶段婴儿的喂 养方式和其他因素都将影响肠道菌群的构成和肠上 皮的完整性,也最终影响到免疫系统的功能。在哺 乳动物从母乳到固体食物过渡的断奶期,肠道内的 微生物群落发生了极大的变化,比如新生儿肠道内 占优势的兼性厌氧菌大肠埃希菌和链球菌减少而专 性厌氧菌增加随着年龄的增长,微生物群落最 终成为包含拟杆菌和梭菌的稳定群落在断奶期 免疫系统的功能也发生了重要的变化。在这个阶段 来自母乳的[免疫球蛋白介导的被动免疫逐步减弱; 在固有层绒毛和上皮内的B细胞和T细胞数目显著 增多曲;而且参与肠道上皮宿主免疫的杀菌颗粒蛋 白比如Angiogenin-4 (Ang4)被诱导表达,迅速达 到成年人水平⑴。与正常小鼠相比,无菌小鼠体内 的Ang4始终达不到较高水平。

 

1肠道微生物促进了肠道免疫系统的发育

肠道上皮是由单层肠道上皮细胞组成,有分泌、 消化、吸收功能。肠道上皮提供了一个主要的生理 屏障,将肠腔内的共生菌与肠道外的无菌组织隔离 开。尽管不是免疫细胞,但是除了有机械性保护功 能外,这些上皮细胞参与一系列的免疫调节功能, 比如,分泌抗菌肽、细胞因子和趋化因子。在无菌 小鼠和广谱抗生素处理的小鼠体内,,肠道上皮细胞 的增殖速率减漫,抗菌基因表达降低这些结果 表明,肠道菌群可以通过抗菌因子的表达来决定肠 道上皮细胞的免疫调节功能。肠道上皮层被细胞外 的紧密连接加固。紧密连接是肠道上皮的一个高度 调节的入口,,其开关依赖于来自肠道内腔、固有层 及上皮细胞的信号,比如,细胞因子和微生物组分。 肠道菌群在维持肠道通透完整性中发挥着重要作用。 许多因素造成的肠道菌群紊乱会引起紧密蛋白表达 的变化,肠道通透性增加,许多正常情况下被限制 进入体内的大分子等抗原出现在血液中。

 

肥大细胞是特化的肠道表皮细胞,占肠道基底层 细胞的2%3%。它有一系列的调节功能,包括控 制血流和血液凝固、平滑肌蠕动及与肠道上皮细胞的 通透性和电解质交换EJ。与正常小鼠相比,无菌小 鼠肠道杯状细胞密度低,而其在血液细胞中占的比例 较大。进一步的机理研究显示,肠道微生物可以通过 诱导肠道上皮细胞迁移进入肠道,这个迁移过程是依 赖于TLR信号通路中的MYD88组件口勾。

 

肠道上皮细胞和肠道免疫系统相接触,在小肠 和大肠固有层及派伊尔斑(peyer's patches)排列成 线。派伊尔斑是个淋巴组织,对肠道的直接抗原取 样非常重要。肠道菌群启动一系列的反应,包括诱 导派伊尔结中B细胞生发中心的短暂扩张,促进派 伊尔结中的B细胞的发育,增加B细胞产生IgA抗 体。在无菌小鼠体内,派伊尔斑的数目和细胞性都 有显著降低;浆细胞的数目和IgA的水平都会降 低3】。因此,肠道菌群是黏膜IgA产生的主要推动 力。在无菌动物体内为保证一个高滴度的IgA产 生,需要有10'的活细菌此外,无菌小鼠肠道 内定植一种的共生菌并不能恢复B细胞的正常发育 和IgA的正常水平,可见细菌种类和抗体的多样性 对肠道免疫系统的充分发育是必须的。

 

肠道菌群对嗜中性粒细胞的调节产生系统性影 响。无菌小鼠有中性粒细胞缺乏症口为,而且其外周 血中的中性粒细胞产生超氧化物阴离子和氧化一氮 的能力被破坏,吞噬功能降低口叫。将无菌鼠转入正 常或者 SPF (specific pathogen free)环境,这种超 氧化物阴离子异常的表型仍然无法恢复。最近的研 究表明,细胞质内的NOD1受体(nucleotide oligomerization domain 1)识别肠道菌群的肽聚糖后, 可以增强骨髓嗜中性粒细胞的杀伤能力口刀。

 

许多证据都表明肠道菌群可以调节抗原呈递细 (包括树突细胞核巨噬细胞)的发育。在无菌小 鼠体内,肠道内的抗原呈递细胞数量减少,但是全 身的并没有变化。当无菌小鼠体内定植单一的菌比 如大肠埃希菌后,就可以将全身系统免疫的树突细 胞转入肠道内口叫。肠道菌群产生的ATP可以刺激 细胞表面表达CD70CX3CR1的树突细胞的发育、, 这些树突细胞可以诱导Thl7细胞的分化,无菌猪 的系统免疫系统和肠道内的巨噬细胞都减少。在无 菌小鼠体内,尽管肠道内的巨噬细胞数目没有变 化*】,但是腹膜内巨噬细胞的功能比如趋化性、吞 噬功能和杀菌能力等都会减弱有些益生菌粘附 在肠壁上皮细胞,尤其是乳酸菌,促使他们很容易 被潘氏结捕获,它们在潘氏结的位置可以调控树突 细胞的激活和增殖。

 

CD4+肠道菌群与适应性免疫稳态:CD4+细胞 是是适应性免疫系统中的关键组分。肠道内的 CD4+T御胞主要分布在肠道固有层。在接受刺激 后,幼稚的CD4+T细胞主要分化成四种细胞亚型: T helper 1 (Thl)Th2Thl7 regulatory T cell (Treg)况。这些不同的CD4+ T细胞表达不同的转 录因子和细胞因子。T细胞亚型之间的恰当的调节 和稳态是个体健康状态的决定性因素。比如,Thl 细胞对寄主抵抗细胞内的微生物感染非常重要,主 要参与细胞免疫,而Th2细胞在清除寄生.虫感染中 发挥着重要作用,主要参与体液免疫。正常情况下, ThlTh2细胞处于平衡状态,而习惯上抠Thl及 其细胞因子占优势的状态称为Thl状态,Th2及其 细胞因子占优势的状态称为Th2状态。失控的Th 响应会导致疾病,ThlThl7和自主免疫疾病相 关,Th2和过敏反应相关。Treg是免疫耐受的关键 调节子,其功能失调会导致自主免疫紊乱。

 

肠道菌群在肠道内和肠道外的CD4+T细胞的 发育中发挥着重要作用。个别的共生菌属影响固有 层T淋巴细胞亚群的组成,这些T细胞有不同的功 能。在正常的稳态下,肠道内有大量的T细胞,产 生IL-17IL-22, IFN-g和工-10口皿。肠道菌群缺 失后,这些细胞因子的产生会出现缺陷〔泊幻, CD4+ T细胞成员ThlTE17减少,而Treg数目 保持不变⑵物。当无菌小鼠肠道内定植细菌后, ThlThl7Treg细胞数目会增加,细胞因子的 产生会恢复到正常水平,这说明肠道内功能T细胞 的积累是依赖于肠道共生微生物的。

 

肠道菌群的构成参与肠道内免疫稳态的调节。无 菌小鼠体内的TH1/TE2不平衡,过敏相关的免疫球 蛋白IgE在肠道和全身的血清中都增加,其免疫响应 倾向于Th2响应口电。肠道菌群不完善的新生小鼠和 新生儿的免疫系统都有Th2倾向,易产生过敏症状。 稳定的肠道菌群被破坏后也会产生免疫失衡:3周大 小的小鼠喂卡那霉素持续1周后,粪便中所有的革兰 阴性菌都被消除,免疫反应漂移向TH2。这个结果 表明肠道菌群参与抑制TH2响应的过程方。

 

除了 Thl/Th2之间的平衡,肠道黏膜稳态的维 持是依赖于促炎症细胞和抗炎症细胞之间的相互制 衡系统实现的。促炎症细胞包括产生interferon-y (IFN-y)Thl 细胞,产生 IL-17aIL-17f IL- 22 Thl7细胞,还有与Th2Thl7相似细胞因 子谱的固有淋巴细胞。而抑制炎症细胞包括表达 Foxp3+的调节性T细胞(Tregs)。在肠道固有层, 肠道菌群的不同组分产生的信号调节黏膜T细胞响 应的不同分支。肠道菌群构成的改变会引起免疫稳 态的变化。分支丝状菌(segmented filamentous bacterium, SFB)是和梭菌属相关的一种产抱子的 革兰阳性菌,主要分布在空肠,紧紧粘附在上皮细 胞。肠道内分支丝状菌的出现会增加诱导Thl7细 胞分化的信号,使得Thl7产生的细胞因子,IL- 17IL-22增多,从而使得肠道上皮细胞产生的抗 菌肽增多。这种促炎症性细胞因子的增加使得寄主 更容易患慢性自体免疫炎症逐七但是当菌群中再引 入梭菌属的cluster W and X IV a后,结肠.中的Treg 细胞被诱导产生,Treg细胞群体上调,维持固有的 平衡,抑制机体对于自身细胞的免疫反应,避免这 种自身免疫疾病发生,同时右旋糖醉(dextran sulphate sodium, DSS)诱导的结肠炎得到缓解。所 以,梭菌可能介导Treg细胞参与抗炎症反应口。 在另一项研究中,肠道菌群DNA诱导的TLR9信 号可以通过现在Treg细胞在肠道内的转化来维持 免疫系统的稳态⑵」;脆弱拟杆菌通过其多聚糖 (polysaccharide A, PSA)分子不仅可■以诱导系统 性的Thl响应的发育而且可以通过TLR2Treg的作用来抑制Thl7免疫响应M。在这个角度 可以说,不同的肠道菌群构成使得个体在面对相似 环境的时候产生不同的免疫响应。

 

2肠道菌群与肠道相关疾病

与肠道最直接相关的免疫反应就是食物过敏。 与成人相比,婴儿和儿童更容易产生食物过敏,其 主要表现为皮肤的特应性湿疹或尊麻疹,血管性水 肿、支气管梗阻等复杂症状。绝大多数的过敏症状 是非特异的,比如恶心、呕吐、腹泻和便秘。在成 人体内,完善的肠道屏障和免疫系统会抑制针对食 物抗原的免疫响应。这种口服抗原产生抗原特异的 免疫耐受即口服耐受割1。摄取的抗原产生的口服耐 受可以阻止接下来的全身的免疫反应。口服耐受在 童年早期建立,它使得机体对食物抗原和内源性细 菌、肠道菌群产生局部和系统性的免疫抑制。肠道黏 膜通透性增加和过早接触食物抗原可能是婴儿致敏的 原因。口服耐受和T细胞调节的缺失会导致致敏个 体的过敏反应⑶口服耐受的分子机制仍然不是 特别清楚,但是现在的研究表明,黏膜免疫响应是耐 受还是激活依赖于参与激活调节型T细胞的树突细 胞的不同亚群。激活的&eg细胞抑制免疫响应、产 生免疫耐受•依赖于IL-10TGF-(3 (transforming growth factor beta)的产生。无菌小盅肠道内T细胞 分化存在缺陷,减少的TGF-pIL-10及受损的Treg 的免疫抑制作用,最终会导致无菌小鼠无法建立起口 服耐受"3】。所以,肠道正常菌群对这个口服耐受的 建立是必需的。无菌小鼠恢复正常菌群后口服耐受也 随之建立,所以,在出生后的很长一段时期内,肠道 菌群可以调节口服耐受的发生⑶殉。

在用DSS诱导大肠炎的动物模型中,无菌小鼠 体内无菌,无法进行正常的免疫响应,结果造成极 其严重的结肠炎症。DSS造成无菌小鼠体重下降, 日常活动指数上升(DAI,体重,结肠出血及粪便 黏稠度的综合考虑)。当无菌小鼠被灌服正常小鼠的 粪便后,炎症会明显减轻,说明过度的炎症反应和 肠道内缺少定植菌相关"句。

 

IBD的患者和经性结肠炎动物模型中都发现 肠道内硬壁菌和拟杆菌的数目都减少而普氏菌的数 目增多或】。尽管越来越多的证据表明IBD患者和动 物模型体内的肠道菌群失衡相关,但是二者之间的 因果关系一直难以证明。两个动物实验证明了肠道 菌群的改变在IBD发病重的重要作用。T-betT-box转录因子家族的一员,在免疫细胞调节过程 中发挥了重要作用。T-beL-Rag-片溃疡性结肠炎 小鼠(ulcerative colitis, TRUC)的炎症与人类的 溃疡性结肠炎非相相似典]。TRUC小鼠的炎症主要 是由于结肠内的树突细胞产生了过多的促炎因子 TNF-ao将这些小鼠体内的菌群转移到正常小鼠肠 道内后,正常小鼠会出现溃疡性结肠炎。后续的研 究发现,克雷伯肺炎球菌和变形菌在TRUC小鼠的 发病中发挥了关键作用。但是当把这两种菌转入无 菌小鼠肠道内并不会产生结肠炎,转入SPF小鼠肠 道内会引起结肠炎逐]。这说明这两种菌需要和其他 细菌相互作用才能诱发炎症致病。

 

在另一种免疫缺陷小鼠NLRP-/- (nucleotide- binding oligomerization domain-like receptor proteins, NLRP),其炎性体途径存在缺陷导致肠道菌 群改变,尤其是普氏菌〈Prepotella)TM7菌增 多,致使NLRP-一小鼠更容易患结肠炎。和 TRUC小鼠一样,NLRP--小鼠的肠道菌群也可以 使正常小鼠患病NOD2是一个细菌肽聚糖的胞内受体。在小鼠 和人体内,NOD2的功能损伤和严重的肠道菌群失 调相关,会造成硬壁菌门的细菌减少和拟杆菌门的 细菌增多「"⑶。当把正常小鼠的共生粪便菌群移植 入NOD2缺陷鼠体内,会给其肠道菌群带来长期的 改变,降低NOD2缺陷的小鼠结肠损伤的易感性。 相反,当把这种NOD2缺陷小鼠紊乱的肠道菌群移 植入正常小鼠体内后,会极大的增加正常小鼠患结 肠癌风险3】。这些动物实验证明特定的肠道菌群是 疾病的原因而不是结果皿】。

 

3肠道菌群与肠道外的免疫疾病

肠道菌群不仅与肠道相关的免疫疾病相关,而 且对肠道外的免疫疾病也会产生重要影响。最近几 十年来自世界各地的研究显示人在早期接触宠物或 者年长的兄弟姐妹可以抵御过敏性疾病的发 生这种相关性应该归因于“卫生假说(hygiene hypothesis)wo 卫生假说是 Strachan 1989 年提出的,它阐述了微生物在免疫系统成熟过程中 发挥的重要作用在过去的近一百年的时间里, 随着家庭人数的减少、家庭设施的改进和个人清洁 标准的提高,家庭成员间的交叉感染几率下降,这 种生活早期的有限的感染会阻碍免疫系统的自然发 育,造成对过敏疾病的易感性增加"可。卫生假说在 修订后成为“微生物群落假说”,该假说指出相较于 特异的有限的感染,过度干净的西方生活方式限制 了普遍的微生物接触,改变了婴儿肠道的菌群定植, 从而破坏了免疫系统的发言,最终造成过敏性疾病 的发生「⑶。不同的流行病学调查研究支持了卫生假 说而且清楚的表明,接触的微生物的改变是过敏性 疾病发病率上升的关键因素,而且这种过敏性疾病 的增多反映了幼年时期感染几率的下降3】。

在婴儿的临床研究中发现,非过敏症的孩子在 出生后的前两年内,Th2响应会逐渐减弱。如果从 卫生假说合理的免疫基础角度来说,发育的免疫系 统需要来自环境的病原接触来激活Thl响应,降低 Th2/Thl的免疫响应比例,避免过敏的发生1河。 本质上来说,现代生活方式使得婴儿接触充足的免 疫刺激的机会大大减少,肠道菌群的定植发生改变, 肠道稳态被破坏。这种降低的免疫刺激和紊乱的肠 道状态导致了 Thl细胞的活性极低,缺乏足够的 IFN-y调节IgE诱导的Th2细胞响应。肠道微生物 的构成、食物接触和病原菌的感染对肠道稳态的建 立有重要作用'沱。

 

在一项前瞻研究中,通过对957名一个月大的 婴儿2年的追踪研究发现,肠道菌群组成的改变要 早于特异反应的发生。大肠埃希菌的早期定植和皮 肤湿疹的发生相关,而且定植的数目越大,发生湿 疹的风险就越高;艰难梭菌的定植和许多过敏性疾 病的发生相关,比如,皮肤湿疹、过敏性皮炎、复 发性喘息、过敏性敏化作用等,但是这种相关性是不依赖于定植的梭菌数目顷」。菌群组成改变,比 如,乳酸菌、双歧杆菌、肠杆菌减少,梭菌增多都 和过敏性疾病有很大的相关性「沧沌。

 

除了过敏性疾病,许多其他的免疫疾病也与肠道菌群相关。比如,早期的关节炎患者(病程6个 月)会出现肠道菌群紊乱的症状逐】。

 

在实验性动物模型中,一些自主免疫的大鼠模 型建立是依赖于肠道菌群的定植状态的。所以,在 关节炎、实验性脑脊髓炎和各种结肠炎的模型中, 无菌小鼠的症状要明显减弱。(IL-lRn—一)IL-1受 体拮抗剂缺陷小鼠是自发性的T细胞介导的关节炎 模型。无菌的IL-lRn-小鼠不会像肠道菌群正常 的该鼠一样产生自发的关节炎。而且,当在无菌的 IL-lRn-小鼠体内定植单一的双叉乳杆菌后就会 诱导产生关节炎。可见,肠道菌群对于IL-lRn-^ 的关节炎发病是个必要条件[56]。

 

1 型糖尿病(Type 1 diabetes, T1D),是由 T 细胞介导的胰岛素合成细胞8细胞受损,是一种自 主免疫疾病。在T1D患者中,肠道内的Treg细胞 数目显著减少,这暗示肠道菌群可能参与到T1D的 发病过程中顷许多其他的自主免疫疾病在肠道无 菌的情况下病情会减轻不同,T1D在肠道无菌情况 下发病率会显著提高。在自发性T1D的小鼠模型 NOD小鼠中,无菌的比SPF环境下的小鼠患病率 显著提高。这个结果和在流行病学的调查结果一致, 该调查结果显示在卫生条件更好的国家,T1D的发 病率更高「58卸。

 

多发性硬化(Multiple Sclerosis, MS)又称为 脑脊髓炎,是一种慢性的炎症性的免疫疾病,主要 表现是患者脑内和脊髓内神经细胞的髓鞘脱落。在 动物模型中,实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)是多 发性硬化的动物模型,抗生素处理引起的肠道菌群 改变可以显著减弱MS的症状「响。无菌小鼠诱导产 生的EAE模型症状也比正常小鼠模型中的要轻,这和无菌小鼠体的内促炎症因子比如IL-17的浓度 较低相一致「江。当无菌小鼠体内定植单一的SFB菌后,中枢神经系统中Thl7细胞增多,其发育恢复正常而且EAE的病程进展也如正常小鼠一样。这 些结果暗示SFB可能在EAE的发病中起着一定的作用。

 

肠道菌群可能通过以下几个途径对肠道外的免 疫疾病产生影响。

(1)通过肠道菌群产生的小分子物质进入血液, 通过循环系统影响全身。

肠道菌群紊乱后,某些过度生长的微生物产生过 量的小分子物质可能会随循环系统到达肠道外的器 官,影响这些器官的正常免疫反应。抗生素Abx处 理小鼠后,肠道菌群失衡,肠道内特异性真菌念珠菌 属过度生长,血浆中前列腺素的浓度升高。升高的前 列腺素促进了肺内M2巨噬细胞的极化,影响了全身 的免疫反应,导致了过敏性炎症的发生顷人肠道菌群中某一类细菌代谢食物中的组分产生 的物质也可能对免疫产生很好的保护作用。结肠内 的细菌发酵膳食纤维后可以产生短链脂肪酸,具有 抗炎功能:拟杆菌门的细菌可以产生大量的醋酸盐 和丙酸盐;硬壁菌门的细菌可以产生丁酸盐短 链脂肪酸与其受体GPR43相互作用参与炎症相应的 调节。无菌小鼠体内没有定植菌因此就不会产生这 些短链脂肪酸〔迎。在无菌小鼠的饮水中添加醋酸盐 可以明显改善其肠道缺陷,比如,延长其结肠长度, 降低日常活动指数,改善炎症一髓过氧化物酶 (MPO)的水平,降低TNFa水平。动物实验显示 当NOD小鼠饲喂特异的大豆为基础的饲料后,结肠内的促炎因子IL-17IL-23减少,糖尿病的发病 率显著降低:购。

 

(2)通过遍布全身的共有黏膜免疫系统。

共有黏膜免疫系统是40年前John Bienenstock 提出的概念,他们发现支气管相关的淋巴组织和肠 道内的淋巴组织及其相似。从那时起,人们就关注黏膜免疫系统,将其描述为一个存在黏膜表面的保护宿主、防止感染和抵抗环境干扰的一个完整的组织网络。

 

在这个系统中,某个部位被免疫激活会引起远 端另一个位置的免疫改变。比如,鼻腔内的免疫反 应会引起阴道内抵抗外阴道由2型单纯性疱疹病毒 引起的感染"们。临床上感染HIV病毒的患者体内 各种黏膜分泌物都含有高浓度的HIV病毒特异的免 疫球蛋白At67] o有许多的研究证据表明,黏膜免疫 系统是一个系统范围的器官。鼻咽腔和上呼吸的黏 膜纤毛会将所有吸入并且粘附在粘液上的小颗粒清 除。这些粘液是肠道的内层。所以,当在鼻内接种 不论是液体、颗粒还是微生物进入鼻腔后不久他们 中的绝大部分在肠道内被发现。因此,吸入的小颗 粒(其中包含绝大多数的气源性过敏原),也相当于 被吞入肠内。黏膜表面是肠道微生物和寄主相互作 用的主要位点。因此也就不难理解,当小鼠肠道菌 群稳态被抗生素或者病原微生物感染打破后,在鼻 内接触霉菌抱子或者卵清蛋白更容易引起过敏性呼 吸道疾病顷七此外,流行病学调查也显示新生儿使 用抗生素会增加临床哮喘的发病率这个研究进 一步暗示了肠道菌群对肺部产生影响,也从另一个 侧面反映了黏膜免疫各个部位之间的联系。这些研 究结果都表明黏膜免疫系统其实是一个巨大的相互 作用的网络,单独的组分会共享远端的信息。

 

因此,肠道菌群紊乱后,肠道黏膜的平衡可能 被病原性的微生物和其分泌的毒素或者被黏膜免疫 系统内不完善的组分破坏,这种部分黏膜屏障功能 免疫的破坏可能会对肠道外的其他黏膜系统产生影响。

 

(3) 肠道菌群产生的信号或者通过TLR识别 后产生的信号通过影响系统免疫组分对肠道外疾病产生影响。

 

当非无菌IL-lRn-小鼠体内的TLR2或者 TLR4受体也缺失后(TLR2-/- IL-lRn2/2或者 TLR4-/IL-lRn--)脾脏和淋巴结中TregThl7 细胞的减少分别会使疾病加重或者得到缓解。

 

(4)肠道菌群调节系统免疫细胞的发育。

Olszak等发现无菌小鼠体内结肠基底层和肺部 的不变自然杀伤T细胞的数目减少,这些动物易患 结肠炎和过敏性肺炎。初生的小鼠定植菌群后这种 疾病的易感性会得到改善。但是,若成年后肠道内 再定植菌群,这些易感性将无法纠正。这些结果说 明早期的微生物接触在降低疾病的易感性过程中发 挥着重要作用奂]

 

无菌小鼠的研究表明,肠道无菌状态下,脾脏 B细胞分化和亲和力成熟的生发中心(germinal centers)比正常的少而且小口句;肠道菌群不仅调节 肠道局部的Treg的发育,而且对系统的Treg的发 育发挥着重要的作用。和正常的小鼠相比,无菌小 鼠的肠系膜淋巴结和外周淋巴结的Treg数目都要 少"力。所以,由这些细胞产生的IL-10也会随之减 少。正常肠道菌群中的梭菌属cluster IVXlVa的 细菌不仅可以增加系统的Treg数目,而且可以通 过诱导IL-10的表达对系统性的炎症发生产生影响。 在无菌小鼠体内定植这些细菌不仅使黏膜化学损伤 引起的疾病症状减轻,而且可以减少Th2偏好下抗 原免疫产生的血清IgE C27\

 

4改善肠道菌群对免疫疾病治疗的前景

动物实验已经证明益生菌对维持肠道菌群稳态, 促进免疫响应中发挥着重要作用。柔嫩所菌群可能 会参与克罗恩病(Crohn's disease)的抗炎反应5】; 在免疫功能不全的小鼠体内,脆弱拟杆菌可以通过 其产生的PSA诱导结肠部位抗炎因子IL-10抑制促 炎因子IL-17的产生,降低由干螺杆菌引起的结肠 炎的几率〔⑵。多形拟杆菌通过增强过氧化物酶体增 殖子激活 的受体 c (nuclear export of peroxi- someproliferator activated receptor-c, PPAR-c)转 运出核来缓解由沙门菌诱导的炎症"3】。目前,许多 研究用益生菌来治疗已经患有过敏性疾病的婴儿。 研究结果表明,服用乳酸菌可以减轻各种过敏性疾 病的严重程度,包括过敏性皮炎、湿疹及食物过 敏[74-75],当过敏性肠综合症的患者在接受婴儿双歧 杆菌治疗8周后,症状明显改善,抗炎因子与致炎 细胞因子的比值也恢复了正常。

 

然而,面对这个数量庞大、构成复杂的为生物 群落,我们目前利用的还只是及其微小的一部分, 庞大的肠道菌群为发现其他的类似共生有益菌和抗 原提供了无限的潜力。在动物实验中,因为雄性的 NOD小鼠比雌性的糖尿病发病率要低,因此,当把 雄性鼠的菌群转入年幼的雌性鼠体内后,雌鼠的代 谢发生改变,异己酸睾酮的数量增多,胰岛细胞炎 症水平和自身抗体水平降低,T1D的病程减缓巾句。 在临床上已经有应用将健康人的粪便菌群整体移植 来治疗复发性的艰难梭菌感染。

 

因此,在未来随着肠道共生微生物的研究越来 越深入,一方面,我们将发现更多的益生菌和特异 性抗原应用于临床疾病的治疗,另一方面共生菌群 的整体移植也将会给一些疾病的治疗带来新的希望。

 

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收稿日期:2015-02-10 修回日期:2015-03-06

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