金 磊，王立志

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，四川 成都 611130）

動物的胃腸道中存在著上萬億的微生物，它們不僅在宿主營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝[1]和機(jī)體發(fā)育[2]等方面發(fā)揮重要作用，而且與宿主的健康和疾病密切相關(guān)[3]。例如，腸道菌群的紊亂可能會導(dǎo)致肥胖[4]、糖尿病[5]、腫瘤[6]、腸道疾病[7]、代謝疾病[8]、心血管疾病[9]、中樞神經(jīng)系統(tǒng)[10]和免疫系統(tǒng)[11]等各種疾病的發(fā)生。近年來，腸道微生物對于宿主健康和疾病的影響受到越來越多人們的關(guān)注，關(guān)于腸道微生物和免疫系統(tǒng)關(guān)系的研究也越來越多[12-15]。腸道微生物是免疫系統(tǒng)功能正常實施的前提，因為腸道微生物是刺激“黏膜免疫系統(tǒng)”和“全身免疫系統(tǒng)”成熟的重要因子[16-17]。然而，宿主免疫系統(tǒng)在區(qū)分有益菌和致病菌的過程中面臨著重要挑戰(zhàn)，由于腸道共生微生物與病原微生物有著相似模式識別分子結(jié)構(gòu)，所以很難判定某種細(xì)菌是有益菌還是致病菌。因此，本文就腸道微生物與免疫系統(tǒng)的關(guān)系予以綜述，探索這些免疫機(jī)制究竟是如何合作來實現(xiàn)宿主-微生物的共生關(guān)系。

1 腸道菌群與免疫的關(guān)系

厚壁菌門和擬桿菌門是動物腸道中最主要的腸道菌門[18]。厚壁菌門主要以革蘭氏陽性菌屬為主，例如：梭狀芽胞桿菌、鏈球菌和乳酸桿菌科等；擬桿菌門以革蘭氏陰性細(xì)菌為主，包括多形擬桿菌和卵形擬桿菌等[19]。腸道細(xì)菌的主要功能是提高宿主對營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用效率[20-22]，但是，在微生物與宿主共同進(jìn)化的過程中，動物腸道微生物進(jìn)化出了更多的功能，例如，腸道微生物能夠作為信號分子調(diào)控腸道發(fā)育[23-24]、血管生成[25]和淋巴細(xì)胞發(fā)育等[26-28]。此外，腸道細(xì)菌在保護(hù)宿主免受病原侵害方面也發(fā)揮著極其重要的作用，腸道細(xì)菌通過與細(xì)菌病原體競爭膳食中的營養(yǎng)物質(zhì)，限制病原體在腸道中快速定植[29]。腸道微生物還能夠刺激宿主免疫反應(yīng)的發(fā)生。但腸道中存在的微生物與宿主之間并不全是互惠互利的關(guān)系，例如，人類腸道菌群中最主要的菌群之一的糞腸球菌，它能侵入黏膜組織，增加人類患菌血癥和感染性心內(nèi)膜炎的發(fā)病率[30]。

腸道微生物是宿主先天免疫和適應(yīng)性免疫的重要啟動和調(diào)節(jié)因子，當(dāng)機(jī)體遭遇致病因子時，機(jī)體自身會激活相關(guān)受體，例如：Toll樣受體（Tolllike receptors，TLRs）和 NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs），啟動炎癥反應(yīng)殺死致病因子[31]。因此，深入了解腸道微生物與免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系顯得尤為重要。

2 腸道微生物與宿主免疫

2.1 腸道微生物與黏蛋白的分泌腸黏膜中的杯狀細(xì)胞能分泌一種黏蛋白（MUC），MUC能形成內(nèi)、外2個結(jié)構(gòu)不同的黏液層[32]。其中，外黏液層結(jié)構(gòu)較松散，能夠儲存大量的細(xì)菌；內(nèi)黏液層結(jié)構(gòu)較緊致，對細(xì)菌具有抵抗力，一般沒有細(xì)菌生存[33-34]。MUC2蛋白是腸道中最豐富的黏蛋白，在膽堿類物質(zhì)的刺激下，釋放到外黏液層，與病原微生物競爭性結(jié)合上皮細(xì)胞的黏附素受體，從而達(dá)到抑制病原微生物在腸道中黏附與定植的目的。研究表明，乳酸菌能促進(jìn)MUC2的表達(dá)，抑制大鼠腸道中大腸桿菌的黏附，從而降低菌血癥與腦膜炎的發(fā)病率[35]。但是，腸黏膜對于共生微生物具有高度的適應(yīng)性，病原體能夠不斷地進(jìn)化出穿透黏液層而進(jìn)入上皮細(xì)胞表面的策略[36]。例如，幽門螺桿菌通過利用尿素酶，增加其所處微環(huán)境的pH值來達(dá)到降低黏液黏度，使其更容易通過黏液層[37]；而彎曲桿菌和沙門氏菌等通過利用鞭毛穿過腸黏液[38]。然而，更重要的是，腸道中共生的隸屬于厚壁菌門的部分菌屬也具有穿透黏液層的能力，它們能刺激腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生大量的抗菌蛋白[39]，來限制細(xì)菌與腸上皮細(xì)胞的接觸。

2.2 腸道微生物與抗菌蛋白分泌腸上皮細(xì)胞能分泌抗菌蛋白消滅穿透黏液層的細(xì)菌，其分泌的抗菌蛋白主要包括α-防御素、抗菌肽和C型凝集素等，這些蛋白質(zhì)大部分是通過酶作用裂解細(xì)菌的細(xì)胞壁或內(nèi)膜來發(fā)揮作用。宿主腸道細(xì)胞啟動先天免疫主要依賴于識別病原相關(guān)的分子模式，例如：病原微生物的核酸結(jié)構(gòu)能被宿主的TLRs受體（TLR3、TLR7、TLR8和TLR9）所識別[40]。其中，TLR3由雙鏈RNA激活，TLR7和TLR8由單鏈RNA激活，TLR9由單鏈DNA內(nèi)的CpG基質(zhì)激活。當(dāng)宿主源TLRs受體檢測到致病原時，它們可啟動先天免疫系統(tǒng)將其清除[41]。

腸上皮細(xì)胞的種類不同，分泌抗菌蛋白的機(jī)制也有所差異。例如，潘氏細(xì)胞產(chǎn)生的α-防御素的表達(dá)不需要任何表達(dá)信號，表達(dá)產(chǎn)物為NOD2；而腸上皮細(xì)胞和潘氏細(xì)胞分泌的抗菌c型凝集素（C-type Lectins）的表達(dá)需要再生蛋白3γ（）激活Toll樣受體（TLR）來實現(xiàn)[42-44]。胰島再生源蛋白3γ（RegⅢγ）由潘氏細(xì)胞分泌，可以抑制損傷組織處細(xì)菌的生長，控制腸道菌群的擴(kuò)散和防止病原菌感染腸道。研究表明，當(dāng)RegⅢγ與李斯特菌或糞腸球菌共同孵育時，隨著濃度增加，細(xì)菌存活率明顯下降[45]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，IL-22能夠誘導(dǎo)RegⅢβ和RegⅢγ的表達(dá)，RegⅢβ和RegⅢγ能夠抑制檸檬酸桿菌感染結(jié)腸[46]。在腸道中除了IL-22外，TLRs信號通路中的MyD88對RegⅢγ蛋白的表達(dá)也具有重要的調(diào)節(jié)作用[33]。例如：有研究發(fā)現(xiàn)，MyD88基因敲除的小鼠回腸末端RegⅢγ的表達(dá)量顯著低于野生型小鼠，導(dǎo)致李斯特菌對MyD88基因敲除小鼠回腸末端的感染機(jī)率明顯增加[47]。

通過檢測抗菌蛋白的活性發(fā)現(xiàn)，腸上皮細(xì)胞分泌的抗菌蛋白主要存在于黏液層中[48]。這表明黏液層至少能起到保護(hù)腸上皮細(xì)胞的作用，首先，黏液層能夠限制管腔中的細(xì)菌進(jìn)入上皮細(xì)胞；其次，黏液層中的抗菌蛋白能夠在腸上皮細(xì)胞表面形成擴(kuò)散，從而增加腸上皮細(xì)胞的抗菌能力。

2.3 腸道微生物與免疫細(xì)胞的分化胃腸道病原體同樣也在不斷的進(jìn)化，例如，李斯特氏菌的肽聚糖乙?；蛊淠軌蛱颖鼙蝗芫负湍c上皮細(xì)胞分泌的細(xì)胞壁降解酶溶解[49]。因此，雖然腸上皮細(xì)胞分泌的抗菌蛋白能夠快速地殺死共生微生物，但仍會有少數(shù)的微生物能夠穿透腸上皮進(jìn)入并存活于樹突細(xì)胞（DCs）中。這些細(xì)菌能夠隨DCs到達(dá)腸系膜淋巴結(jié)，但不能進(jìn)一步達(dá)到全身次級淋巴組織[50]，因為這時DCs會誘導(dǎo)產(chǎn)生IgA來防御共生微生物的黏膜滲透。腸黏膜中的免疫細(xì)胞（巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等）對腸道菌群的變化異常敏感，當(dāng)腸道微生物由黏膜層向淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移時，這些免疫細(xì)胞可迅速捕捉異常的細(xì)菌并將其吞噬[51]。

樹突狀細(xì)胞（DC）是發(fā)育過程中具有特征性突起的免疫細(xì)胞，其專門用于B細(xì)胞和T細(xì)胞的抗原呈遞，將肽抗原加載到MHCⅡ類，與T細(xì)胞受體結(jié)合并傳遞信號分子。例如，DC可以刺激T細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-12（IL-12）促進(jìn)CD4+T的分化，也可以刺激B細(xì)胞通過腫瘤壞死因子家族配體的表達(dá)使B細(xì)胞活化因子（BAFF）增殖。細(xì)菌誘導(dǎo)的樹突狀細(xì)胞通過誘導(dǎo)B細(xì)胞的分化產(chǎn)生IgA，IgA能隔離細(xì)菌與腸上皮細(xì)胞表面接觸[52]，阻止共生細(xì)菌穿透腸上皮，防止細(xì)菌侵入宿主組織[53]。此外，細(xì)菌能刺激固有層淋巴細(xì)胞（主要為Th2細(xì)胞）產(chǎn)生大量的IL-5，IL-5能夠誘導(dǎo)淋巴結(jié)中的B細(xì)胞分化為成熟的漿細(xì)胞，產(chǎn)生分泌型IgA（sIgA）[33]。研究表明，正常生理條件下，黏液層和腸腔內(nèi)也均存在IgA，這些IgA多包被在厭氧菌表面，防止致病菌的擴(kuò)散[54]。

梭菌屬具有調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）水平恢復(fù)正常的功能，并且發(fā)現(xiàn)梭菌屬在近端結(jié)腸呈高密度分布，這些結(jié)果說明腸道微生物菌群具有影響免疫細(xì)胞分化的功能[55]。免疫系統(tǒng)通過分泌細(xì)胞因子，誘導(dǎo)未分化的T淋巴細(xì)胞分化為Tregs細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)腸上皮組織對腸道共生菌的耐受能力，從而防止自身免疫性疾病發(fā)生。此外，CD4+效應(yīng)T細(xì)胞（CD4+T）也是穩(wěn)定腸道免疫內(nèi)環(huán)境的關(guān)鍵因素，CD4+T細(xì)胞包括TH1、TH17和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（CD4+、CD25+、Foxp3+）。TH17和Foxp3細(xì)胞的分化均需要轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）和IL-6來驅(qū)動，在結(jié)腸中，F(xiàn)oxp3細(xì)胞能產(chǎn)生IL-10，在小腸能產(chǎn)生IL-6和IL-10。研究發(fā)現(xiàn)，腸道某些特定的微生物在某些腸道免疫細(xì)胞的增殖分化方面起著至關(guān)重要的作用。例如：脆弱擬桿菌可促進(jìn)IL-17的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)輔助性T細(xì)胞（TH細(xì)胞）的生成[56]。乳酸桿菌可有效刺激低分子質(zhì)量肽的產(chǎn)生，進(jìn)而激活腸道免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)腸道對疾病的防御能力[57]。

研究表明，減少體內(nèi)Th17細(xì)胞的數(shù)量能防止或減輕自身免疫性腦脊髓炎（EAE）等自身免疫疾病的發(fā)生。分節(jié)絲狀菌（SFB）對Th17細(xì)胞的發(fā)育非常重要，SFB能夠誘導(dǎo)小腸表達(dá)血清淀粉樣蛋白A（SAA），SAA可促進(jìn)樹突細(xì)胞分泌TGF-β與IL-6，而TGF-β與IL-6的協(xié)同作用是誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化的關(guān)鍵因素[58]。脆弱擬桿菌能夠影響Tregs的產(chǎn)生，脆弱擬桿菌的莢膜多糖PSA為兩性離子多糖，它能夠刺激IL-10的產(chǎn)生，而IL-10能進(jìn)一步誘導(dǎo)T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Tregs。同時，PSA還能通過刺激Th1型T細(xì)胞的分化來促進(jìn)細(xì)胞免疫[59]。IL-2會抑制Th17細(xì)胞的分化，試驗檢測到IL-2缺陷的小鼠其體內(nèi)IL-17的表達(dá)會增強(qiáng)，而IL-21可以與TGF-β一起誘導(dǎo)Th17的分化；IL-23能夠上調(diào)IL-17的表達(dá)，增強(qiáng)Th17細(xì)胞的作用，但并不能促進(jìn)Th17分化。

2.4 腸道微生物與細(xì)胞吞噬作用雖然黏液、抗菌蛋白和免疫球蛋白（IgA）三者能夠協(xié)同保護(hù)腸上皮細(xì)胞與細(xì)菌接觸，但是仍會有一部分細(xì)菌能夠突破屏障。此時，腸道第二層免疫保護(hù)能夠快速檢測并殺死穿透腸上皮細(xì)胞的細(xì)菌，例如：巨噬細(xì)胞的吞噬作用。巨噬細(xì)胞是一種大量存在哺乳動物胃腸道中吞噬細(xì)胞，盡管許多組織部位的巨噬細(xì)胞都能夠分泌激活T細(xì)胞的介質(zhì)促炎癥嗜中性粒細(xì)胞，并且腸道巨噬細(xì)胞也保留了有效的吞噬細(xì)菌的能力，但卻不能夠識別炎癥反應(yīng)[60]。這可能反映了這些共生細(xì)菌通過不斷進(jìn)化，從而增強(qiáng)對環(huán)境的適應(yīng)性。因為有研究表明，吞噬細(xì)胞能夠快速地殺死滲透的共生微生物，但是，腸道病原體也會很快的進(jìn)化出相應(yīng)的應(yīng)對策略使其不被殺死。例如，沙門氏菌能夠主動下調(diào)巨噬細(xì)胞的殺菌機(jī)制，使其在宿主體內(nèi)存活[61]。這說明宿主共生的細(xì)菌的確是通過不斷的進(jìn)化來提高其對環(huán)境的適應(yīng)性[62]。腸道中復(fù)雜微生物菌群的存在意味著如果腸上皮細(xì)胞損傷很快就會導(dǎo)致細(xì)菌感染和炎癥等，但腸道巨噬細(xì)胞第二個重要的作用就是能恢復(fù)被腸道菌群損傷后的上皮細(xì)胞屏障的完整性。研究表明，小鼠腸上皮細(xì)胞損傷會觸發(fā)巨噬細(xì)胞特異性修復(fù)途徑的表達(dá)[63]。

3 結(jié)語和展望

腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與人類健康緊密相關(guān)，越來越多的研究正在逐步闡明腸道共生微生物與免疫之間的關(guān)系，現(xiàn)在已經(jīng)確定腸道微生物可以影響宿主代謝和免疫途徑，參與人體健康與疾病。但是，還沒有完全闡明腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的機(jī)制。同時，腸道微生物與微生物對于免疫的調(diào)節(jié)是否存在協(xié)同或抑制作用也值得我們進(jìn)一步探索。因此，更好地了解腸道微生物與免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系，可為預(yù)防疾病，尤其是免疫系統(tǒng)相關(guān)疾病提供嶄新的思路。