鮑彩彩，原鉑堯，孫夢嬌，王滿俠，牛彥霞，亓斐

多發(fā)性硬化(MS)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病[1]，其特征為顱內(nèi)多發(fā)的炎性脫髓鞘病變。該病好發(fā)于女性，通常起始于青年，臨床上多呈復(fù)發(fā)、緩解病程交替的過程。主要臨床表現(xiàn)包括感覺障礙、肢體無力、視神經(jīng)炎、共濟(jì)失調(diào)、膀胱功能障礙、認(rèn)知功能障礙、胃腸癥狀、疲勞和抑郁等[2]。自身免疫、病毒感染、遺傳傾向、環(huán)境因素及個體易感性等是多發(fā)性硬化的重要因素，但其確切的病因及發(fā)病機(jī)制尚不清楚。

腸道作為人體最大的微生物分布場所，腸道菌群參與宿主的多項(xiàng)生理過程，包括調(diào)節(jié)營養(yǎng)代謝、維持能量平衡、保護(hù)腸道屏障、抑制病原微生物以及促進(jìn)腸道黏膜和全身免疫系統(tǒng)的形成[3]。隨著對腸道菌群與神經(jīng)系統(tǒng)這種密切聯(lián)系的認(rèn)識，人們逐漸開始關(guān)注其在MS發(fā)病過程中的作用[4]。近期有研究發(fā)現(xiàn)，MS患者腸道菌群中梭桿菌屬缺乏而厚壁菌屬和古生菌屬增加時，MS容易復(fù)發(fā)[5]。MS患者腸道中甲烷短桿菌和艾克曼菌屬含量增加，它們可以刺激機(jī)體T細(xì)胞和單核細(xì)胞分化，因而激活天然和獲得性免疫系統(tǒng)，予以干預(yù)治療后，MS患者腸道菌群中普式菌屬和薩特氏菌屬含量增加，八疊球菌屬含量下降[6]。由此可見，腸道中致病菌群的增加和有益菌群的減少均可引起腸道及中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，從而引發(fā)或者加重MS的病理改變。

1 腸道菌群概述

人類正常菌群的組成包括細(xì)菌、真核真菌、病毒和古細(xì)菌，其中細(xì)菌數(shù)量最多且占主導(dǎo)地位[7]。胃腸道是人體最大的免疫反應(yīng)場所，擁有5億個神經(jīng)元和龐大的腸道微生物群。據(jù)估計(jì)，人類腸道菌群大約有1～2kg細(xì)菌，數(shù)量多達(dá)100萬億，至少有1800個屬，多達(dá)4萬個細(xì)菌種類，它們的數(shù)量是人類基因組中基因數(shù)量的100倍[8]。多數(shù)腸道菌群可以通過分解和吸收營養(yǎng)物質(zhì)、維持腸道屏障完整性、調(diào)節(jié)大腦生理機(jī)能、調(diào)節(jié)代謝途徑(包括脂肪酸合成、激素和抗氧化代謝)等方式參與宿主的多種生理過程[9]。目前研究還發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可以激活宿主免疫系統(tǒng)，甚至直接參與免疫調(diào)節(jié)過程[10]。在正常情況下，腸道屏障可以阻止腸道內(nèi)細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入機(jī)體。腸道屏障包括腸道正常菌群、黏液層、腸上皮細(xì)胞層、腸道免疫系統(tǒng)、防御素等[11]。其中，腸道正常菌群有助于維持腸道微生物處于相對穩(wěn)態(tài)，正常菌群可以抑制腸道內(nèi)源性以及外源性潛在致病菌對腸上皮細(xì)胞的黏附、定植；同時，腸道正常菌群還可以通過爭奪營養(yǎng)、調(diào)節(jié)腸道局部pH值、產(chǎn)生具有廣譜抗菌作用的物質(zhì)等多種生物拮抗功能，對腸道內(nèi)大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、沙門菌、鏈球菌等起到抑菌或殺菌作用[12]。由此可見，腸道正常菌群參與了腸道第一道屏障的構(gòu)建，當(dāng)腸道菌群紊亂時，這種正常菌群的腸道屏障作用被破壞，各種細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物穿過腸道屏障作用于全身，參與多種疾病的致病過程。

腸道微生物群受環(huán)境、年齡和遺傳背景的共同影響，同時受局部氧含量、膽汁濃度、抗菌介質(zhì)的控制，對壓力、感染、抗生素治療、特別是飲食等因素非常敏感[13]。在機(jī)體與環(huán)境的共同作用下，腸道菌群的相對穩(wěn)態(tài)被打破，由此可以引發(fā)一系列相關(guān)的疾病，如：克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎、難辨梭菌性腸炎、腸易激綜合征。同樣的，腸道菌群失調(diào)還可參與多種腸道外疾病的發(fā)病，如糖尿病、代謝性疾病、非酒精性脂肪肝以及一些神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變等[11]。Tillisch等[14]對健康女性進(jìn)行了為期4周的帶有混合微生物(雙歧桿菌乳酸菌、鏈球菌、乳酸桿菌及乳酸球菌)發(fā)酵食品的干預(yù)后，受試者表現(xiàn)出明顯情感和感覺癥狀，同時影像學(xué)檢查結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)前后受試者中腦區(qū)腦組織形態(tài)發(fā)生顯著變化，提示腸道菌群的改變可能會引起神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的相應(yīng)變化，繼而引發(fā)多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2 腸道菌群紊亂參與MS的發(fā)病機(jī)制

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自身免疫性疾病(如MS)可能是由活化的免疫細(xì)胞識別大腦自身抗原而驅(qū)動的。然而，在正常情況下，這些中樞免疫細(xì)胞處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)外周活化的免疫細(xì)胞及相關(guān)免疫因子穿過血腦屏障，激活中樞的免疫應(yīng)答反應(yīng)，才會出現(xiàn)中樞不受控制的炎癥反應(yīng)，從而引起腦及脊髓組織的病理損傷[15]，腸道微生物群在此激活過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。腸道菌群紊亂時，腸道機(jī)會致病菌大量繁殖并穿過腸道屏障進(jìn)入機(jī)體，誘導(dǎo)局部免疫應(yīng)答，活化的免疫因子隨著血液循環(huán)到達(dá)中樞后，導(dǎo)致中樞異常的免疫應(yīng)答反應(yīng)，從而引發(fā)MS。

2.1 通過調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞分化參與MS 腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞分化來調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)免疫應(yīng)答過程，參與MS和EAE(MS的動物模型)的發(fā)病過程。近期研究表明，與SPF小鼠比較，無菌環(huán)境中EAE模型的神經(jīng)免疫癥狀及病理改變均較輕，無菌環(huán)境中EAE小鼠的樹突狀細(xì)胞激活髓鞘少突神經(jīng)膠質(zhì)糖蛋白(MOG)受體特異性T細(xì)胞的作用下調(diào)，同時全身各淋巴組織中 FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)細(xì)胞表達(dá)水平較高，Th1/Th17 表達(dá)水平較低[16]。隨后，Lee等[16]對無菌環(huán)境中的小鼠予以分段絲狀細(xì)菌(SFBs)(可刺激Th17細(xì)胞表達(dá))干預(yù)后，發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸、小腸及脊髓組織中Th17細(xì)胞表達(dá)均有不同程度的增加。而Th1和Th17都可以獨(dú)立誘導(dǎo)小鼠的EAE模型，使小鼠表現(xiàn)出麻痹和炎癥反應(yīng)[17]?？梢?，腸道菌群參與誘導(dǎo)T細(xì)胞分化為Th1和Th17的過程，因此無菌環(huán)境中EAE表現(xiàn)出較輕的中樞損傷癥狀，而腸道菌群誘導(dǎo)外周淋巴細(xì)胞分化的同時影響中樞免疫細(xì)胞的激活與分化。MS患者腸道菌群內(nèi)不動桿菌類含量增加時，Th1/Th2表達(dá)也相應(yīng)增加而Treg細(xì)胞含量下降；副桿菌屬含量下降時，中樞CD4+、CD25+、IL-10+型T細(xì)胞表達(dá)明顯減少[18-19]。MS患者體內(nèi)Treg細(xì)胞功能下降時，其抑制效應(yīng)性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)免疫的作用減弱，中樞異常的免疫應(yīng)答不能得到及時有效的控制，從而導(dǎo)致了MS的發(fā)生與進(jìn)展。另外有研究表明，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物還可以通過調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞的活化、分化和形成過程來參與MS的發(fā)病過程[9]。EAE小鼠口服廣譜抗生素干預(yù)后，小鼠CD5+B細(xì)胞表達(dá)增加，CD5+B細(xì)胞可以通過增加IL-10的表達(dá)和調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答從Th1/Th17向Th2轉(zhuǎn)變的方式，使其神經(jīng)系統(tǒng)癥狀明顯緩解[20]?？梢姡c道菌群紊亂后，反應(yīng)性B細(xì)胞也通過一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)間接參與了MS發(fā)生發(fā)展過程。

中樞免疫應(yīng)答紊亂作為MS的重要發(fā)病機(jī)制，在其發(fā)病、進(jìn)展及復(fù)發(fā)過程中都發(fā)揮了重要作用。腸道菌群的正常組成發(fā)生改變時可引起中樞Treg細(xì)胞表達(dá)下調(diào)，Th1、Th17細(xì)胞表達(dá)上調(diào)：一方面，異?；罨腡淋巴細(xì)胞識別并損傷腦和脊髓組織自生抗原；另一方面，Treg細(xì)胞表達(dá)受到抑制，中樞異常的免疫應(yīng)答不能得到及時有效的控制，多種因素共同作用下，導(dǎo)致了中樞神經(jīng)系統(tǒng)多發(fā)的炎性脫髓鞘性損傷。

2.2 通過調(diào)節(jié)免疫因子參與MS的發(fā)生發(fā)展過程 多種免疫因子參與誘發(fā)或者調(diào)節(jié)MS中樞炎癥損傷過程，部分腸道菌群也通過此途徑參與MS的發(fā)生發(fā)展過程。正如近期有研究者提出，MS患者胃腸系統(tǒng)中糖基轉(zhuǎn)移酶A1(GGTA1)型微生物群含量顯著下降的同時患者循環(huán)中抗α1,3-半乳糖免疫球蛋白(α1,3-Gal IgG)減少。因此，循環(huán)中抗α1,3-Gal IgG含量的下降有望成為MS篩查中的一種新型生物標(biāo)記物[21]。對EAE小鼠予益生菌大腸埃希菌菌株Nissle干預(yù)后，小鼠臨床癥狀明顯改善，其外周淋巴組織以及中樞IFN-γ、GM-CSF、IL-17和 TNF-α表達(dá)明顯下調(diào)而IL-10表達(dá)上調(diào)[22]。這些免疫因子聯(lián)合作用，引起外周及中樞髓鞘少突膠質(zhì)細(xì)胞糖蛋白(MOG)特異性CD4+T細(xì)胞表達(dá)上調(diào)，同時也證明腸道菌群可能通過調(diào)節(jié)多種炎癥因子來影響外周免疫細(xì)胞向中樞趨化過程。Miyake等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MS患者糞便標(biāo)本中梭桿菌屬ⅩⅣa，Ⅳ和ⅩⅧ明顯低于正常人群。梭桿菌屬能夠調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)的含量，而TGF-β可作用于CD4+T細(xì)胞，使其分化為FoxP3+Treg細(xì)胞[24]。這些研究表明，腸道菌群紊亂可對多種炎癥介質(zhì)起到直接或間接的調(diào)控作用，這些炎癥介質(zhì)又通過調(diào)節(jié)或誘導(dǎo)中樞炎癥反應(yīng)的方式，最終導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病理損傷，由此參與了MS的全過程。

2.3 通過代謝產(chǎn)物參與MS 腸道菌群在腸道中進(jìn)行一系列復(fù)雜的代謝活動的同時，部分代謝產(chǎn)物可作為某些機(jī)體生理活動的必須品，也有部分代謝產(chǎn)物可以參與多種神經(jīng)精神疾病包括MS的發(fā)病過程。正如Ochoa-Reparaz等[25]研究發(fā)現(xiàn)，腸道脆弱類擬桿菌屬可以產(chǎn)生一種雙性離子型多聚糖(PSA)，經(jīng)PSA或脆弱擬桿菌屬治療后，小鼠頸部淋巴結(jié)CD103+樹突狀細(xì)胞(DC)表達(dá)增加，CD103+DC可以誘導(dǎo)CD4+T淋巴細(xì)胞分化為分泌IL-10的FoxP3+Treg細(xì)胞，從而增加IL-10的表達(dá)。由此可見，脆弱類擬桿菌缺乏時，其代謝產(chǎn)物PSA含量減少，引起中樞及全身免疫調(diào)節(jié)作用下調(diào)，PSA由此間接參與了中樞的炎癥損害過程。同樣的，緩解復(fù)發(fā)型MS患者腸道菌群中擬桿菌屬(Parabacteroides、Bacteroides、Prevotella和Sutterella)的含量明顯下降[6]，且由其所合成的脂質(zhì)654-TLR2(Toll樣受體)配體在MS患者血液中的含量也隨之明顯減少[26]，因此脂質(zhì)654通過TLR2信號通路來調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫應(yīng)答的效應(yīng)減弱。腸道梭菌類可利用腸道營養(yǎng)中的低聚糖類和食物纖維由腸上皮內(nèi)的淋巴細(xì)胞(IELs)合成低鏈脂肪酸，這種低鏈脂肪酸可以促進(jìn)TGF-β的表達(dá)，從而誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化，以達(dá)到控制中樞炎癥反應(yīng)的效果[27]。Haghikia等[28]的研究也證明了低鏈脂肪酸的上述作用，同時發(fā)現(xiàn)中長鏈脂肪酸可分別促使T細(xì)胞分化為Th17、Th1細(xì)胞。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的相對穩(wěn)態(tài)中扮演重要角色。有研究顯示，飲食中的色氨酸可以被腸道微生物代謝為芳基烴受體(AHR)激動劑[29]，Ⅰ型干擾素(IFN-Ⅰ)與其結(jié)合后，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中通過配體激活A(yù)HR信號通路和細(xì)胞因子信號抑制因子2(SOCS2)，并抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，從而達(dá)到抑制EAE中樞炎癥損傷的效果，降低EAE的疾病評分。腸道菌群的組成發(fā)生改變后，隨之改變的促炎因子和炎癥調(diào)控因子均可影響中樞的炎癥反應(yīng)，而腸道菌群代謝產(chǎn)物也通過這種方式間接參與了MS的病變過程。

2.4 通過增加腸道屏障的通透性參與MS 腸道屏障可以阻止腸道內(nèi)細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入宿主體內(nèi)，避免機(jī)體正常生理活動受到病原菌與有害物質(zhì)的干擾。一方面作為構(gòu)成腸道屏障的一部分，腸道菌群紊亂時，這種正常菌群的腸道屏障作用被破壞，各種腸道微生物及其代謝產(chǎn)物穿過腸道屏障作用于全身，引起腸道淋巴組織及全身的免疫應(yīng)答反應(yīng)；另一方面，腸道相關(guān)的淋巴組織(GALT)含有豐富的固有免疫細(xì)胞以及獲得性免疫細(xì)胞，它們可以識別特定抗原和微生物信號如脂多糖、鞭毛蛋白或DNA，從而調(diào)節(jié)GALT的促炎或抗炎反應(yīng)[30]，而且GALT是致腦炎性T細(xì)胞活化的關(guān)鍵部位，GALT中活化的自身免疫性T細(xì)胞遷移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引發(fā)各種中樞自身免疫性疾病。近期有研究發(fā)現(xiàn)，緩解復(fù)發(fā)型(RR-MS)患者腸道通透性較正常人群明顯增加[31]。腸道屏障的通透性增加，為各種致病菌群進(jìn)入宿主血液循環(huán)系統(tǒng)，從而誘導(dǎo)局部免疫反應(yīng)提供了機(jī)會。同時腸道屏障的這種異常改變，可能也是由腸道菌群紊亂所引起的。某些特殊致病菌可以改變腸道屏障的通透性，如沙門氏菌感染后，腸黏膜固有層的血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)質(zhì)膜相關(guān)蛋白-1(PV1)缺陷，使得腸道血管通透性增加，沙門氏菌由此通過血液循環(huán)傳播到肝臟和脾臟[32]。Nouri等[33]也發(fā)現(xiàn)，EAE小鼠的腸道屏障通透性增加，腸黏膜致密結(jié)蛋白Zonulin過度表達(dá)，腸道形態(tài)發(fā)生明顯變化。而且，在腸道固有層、派爾集合淋巴結(jié)(Peyer)斑和腸系膜淋巴結(jié)中，促炎Th1/Th17細(xì)胞數(shù)量增加而調(diào)節(jié)性T細(xì)胞數(shù)量減少。將從EAE動物腦組織中分離出來的T細(xì)胞轉(zhuǎn)移到健康小鼠，導(dǎo)致了類似的腸道及中樞免疫程序。EAE早期腸道內(nèi)菌群失調(diào)，導(dǎo)致正常的腸道屏障作用破壞，腸道屏障的通透性增加又使各種致病菌及其代謝產(chǎn)物侵入機(jī)體，誘發(fā)了局部免疫器官的一系列免疫應(yīng)答反應(yīng)，部分活化的免疫細(xì)胞和炎癥介質(zhì)隨著血液循環(huán)穿過血腦屏障，引發(fā)了中樞異常免疫應(yīng)答和炎癥損傷。

2.5 通過破壞血腦屏障參與MS的發(fā)生發(fā)展過程血腦屏障作為一道維持腦組織內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)態(tài)的天然屏障，可有效阻止某些血液分子進(jìn)入腦組織，也可選擇性攝入某些必需物質(zhì)，確保血液中的大分子物質(zhì)和營養(yǎng)成分的有效交換。近期有研究表明，當(dāng)無菌環(huán)境中小鼠的血腦屏障通透性增加時，予以正常菌群干預(yù)，其血腦屏障功能得以恢復(fù)[34]，而且，無菌環(huán)境下生長的小鼠，大腦內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接蛋白Occludin和Claudin-5低表達(dá)，細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)紊亂。腦組織內(nèi)皮細(xì)胞中跨膜緊密結(jié)合蛋白的動態(tài)開放與關(guān)閉直接控制血腦屏障的通透性，腸道某些正常菌群缺失會導(dǎo)致血腦屏障的結(jié)構(gòu)發(fā)育缺陷，以及血腦屏障高通透性改變。Braniste等[34]還發(fā)現(xiàn)SCFAs等腸道菌群可以通過上調(diào)緊密結(jié)合蛋白的表達(dá)來影響血腦屏障的通透性。另外有研究表明，EAE小鼠腸道普式菌含量增加時，CD4+FoxP3+T細(xì)胞表達(dá)增加的同時，腸道屏障及血腦屏障的通透性下降[35]。血腦屏障通透性增加時，各種免疫細(xì)胞及免疫因子隨著血液循環(huán)到達(dá)中樞，誘發(fā)了中樞一系列的炎癥損傷。

3 臨床治療展望

MS病程遷延、病情反復(fù)發(fā)作，緩解期多遺留一些神經(jīng)精神系統(tǒng)癥狀，給患者身心健康造成巨大傷害。目前，臨床上對MS的治療手段主要包括抗炎和免疫調(diào)節(jié)兩方面，然而疾病的反復(fù)發(fā)作多不能得到有效的控制。因此，認(rèn)識和研究MS發(fā)病機(jī)制的迫切需求從未中斷。如上所述，腸道菌群通過自身免疫調(diào)節(jié)、代謝調(diào)節(jié)、增加腸道屏障通透性等方式，直接或間接地參與了MS的發(fā)生、發(fā)展過程。研究腸道菌群失調(diào)在MS發(fā)病機(jī)制中的作用，是目前認(rèn)識腸道微生態(tài)與中樞自身免疫性疾病的窗口，同時有望為MS尋找新的治療方向。正如Lavasani等[36]研究發(fā)現(xiàn)，予以乳酸菌益生菌混合物干預(yù)的EAE小鼠，其臨床癥狀和組織病理改變均有不同程度的緩解，這種腸道益生菌的干預(yù)實(shí)驗(yàn)為MS的治療提供了一種新思路。

現(xiàn)階段，我們對腸道菌群在MS發(fā)病過程中作用機(jī)制的認(rèn)識還很有限，關(guān)注腸道菌群失調(diào)在MS發(fā)病中的作用機(jī)制是目前研究工作的重點(diǎn)。目前認(rèn)為Th17在MS發(fā)病中起重要作用，予以特殊菌群干預(yù)后，動物模型顱內(nèi)及脊髓組織Th17表達(dá)增高提示腸道菌群紊亂在MS發(fā)病中發(fā)揮重要作用。但是，Th17在腸道中的發(fā)生及其通過血液循環(huán)穿過血腦屏障的具體過程仍須進(jìn)一步研究。G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)是一種新型免疫調(diào)節(jié)受體，它廣泛影響免疫細(xì)胞功能，尤其是炎性白細(xì)胞和Treg細(xì)胞。GPCRs通過激活腸上皮細(xì)胞來維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)和抑制細(xì)菌或其代謝產(chǎn)物。Tan等[37]認(rèn)為腸道微生物通過GPCRs信號通路參與多種免疫代謝性疾病(包括哮喘、食物過敏、1型和2型糖尿病、肝脂肪變性、心血管疾病和炎癥性腸病)的發(fā)病過程。但其在中樞神經(jīng)免疫疾病中的研究卻鮮有報(bào)道。因此，通過研究腸道GPCRs信號通路與中樞免疫應(yīng)答的關(guān)系可能有助于解釋腸道微生物參與MS的作用機(jī)制。同時，現(xiàn)階段研究者們已通過大量實(shí)驗(yàn)研究益生菌混合制劑或者單種微生物制劑對MS的治療作用，但仍處于初步階段。在微生物制劑的臨床應(yīng)用和臨床療效評價(jià)，以及針對不同類型MS微生物制劑的選擇等方面，仍須大量實(shí)驗(yàn)予以探究。