俞昊男 劉志華

(中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所，中科院感染與免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101)

腸道不僅是食物消化與吸收的場(chǎng)所，同時(shí)也是重要的免疫器官。腸腔中定居著約1014個(gè)微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒及原生動(dòng)物等[1]。腸道屏障主要由腸道共生菌、腸道黏液層、腸上皮細(xì)胞和固有層內(nèi)多種免疫細(xì)胞共同組成[2]。腸道菌群可促進(jìn)宿主黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育與應(yīng)答、增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞間的緊密連接(Tight junction)，并對(duì)病原具有拮抗作用。腸道黏液層由杯狀細(xì)胞分泌的黏液蛋白構(gòu)成，其中富含腸上皮細(xì)胞分泌的抗菌肽(Antimicro-bial peptide)以及B細(xì)胞產(chǎn)生的分泌型IgA(Secretory immunoglobulin A，SIgA)，可有效抑制細(xì)菌在腸道上皮的黏附和定植。腸上皮細(xì)胞通過(guò)緊密連接組成了一道物理屏障，有助于腸腔內(nèi)的細(xì)菌和有害抗原與機(jī)體內(nèi)環(huán)境分隔。腸道中還存在腸相關(guān)淋巴組織(Gut-associated lymphoid tissues，GALTs)，其主要包括組織性淋巴樣組織和彌散分布的淋巴細(xì)胞，前者包括派爾集合淋巴結(jié)(Peyer′ s patches)、孤立淋巴濾泡(Isolated lymphoid follicles，ILFs)以及腸系膜淋巴結(jié)(Mesenteric lymphoid node，MLN)，后者主要指分散于黏膜固有層(Lamina propria)及上皮細(xì)胞層內(nèi)的淋巴細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞(Dendritic cell，DC)、T細(xì)胞和B細(xì)胞等[3]。這些免疫細(xì)胞之間的互相作用構(gòu)成了復(fù)雜而精密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)宿主的免疫反應(yīng)以及幫助抵御病原的入侵。

哺乳動(dòng)物宿主與微生物經(jīng)共同進(jìn)化形成了一種互利共生的關(guān)系：宿主為微生物提供營(yíng)養(yǎng)和生存的環(huán)境，微生物則通過(guò)參與和調(diào)節(jié)宿主的一系列生理活動(dòng)以促進(jìn)腸道的穩(wěn)態(tài)平衡。人的胃腸道中有1 000多種細(xì)菌，其中大部分為專性厭氧菌，包括厚壁菌(Firmicutes)、擬桿菌(Bacteroidetes)、變形菌(Proteobacteria)和放線菌(Actinobacteria)[4]。厚壁菌和擬桿菌是所有哺乳動(dòng)物胃腸道細(xì)菌中最主要的組成部分，占胃腸道細(xì)菌總數(shù)的90%以上[5]。目前認(rèn)為，在嬰幼兒腸道早期定植的是某些好氧菌和兼性厭氧菌，例如腸桿菌(Enterobacteriaceae)與鏈球菌(Streptococcus)等，這些腸道菌將有助于形成腸道的厭氧環(huán)境，進(jìn)而有利于隨后厭氧的益生菌如乳酸桿菌(Lactobacillus)與雙歧桿菌(Bifidobacterium)等定植[6]。乳酸桿菌與雙歧桿菌可通過(guò)分泌抗菌物質(zhì)、調(diào)節(jié)腸道pH等途徑抑制某些病原菌的定植[7]。以前的研究發(fā)現(xiàn)，宿主可通過(guò)模式識(shí)別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)如Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)等識(shí)別微生物來(lái)源的病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，進(jìn)而引發(fā)炎性反應(yīng)以清除病原[8]。有意思的是，腸道菌可通過(guò)PAMPs促進(jìn)腸上皮細(xì)胞分泌黏液，增強(qiáng)屏障功能[9]。腸道微生物除了通過(guò)PAMPs對(duì)腸黏膜固有免疫反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)外，還與GALTs的發(fā)育和成熟以及適應(yīng)性免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)相關(guān)[10,11]。比如，分節(jié)絲狀菌(Segmented filamentous bacteria，SFB)可通過(guò)誘導(dǎo)小腸中的輔助性T 細(xì)胞17(T helper cell 17，Th17)的增殖與分化發(fā)揮抗感染作用，并可能與自身免疫性疾病的發(fā)生相關(guān)[12,13]。一些梭菌(Clostrid-ium)可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)發(fā)揮抗炎作用以促進(jìn)腸道穩(wěn)態(tài)平衡[14,15]。因此，宿主的免疫系統(tǒng)和微生物群之間復(fù)雜的互作關(guān)系對(duì)于維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)十分重要。

有證據(jù)表明，腸道菌與黏膜免疫互作的失衡是炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease，IBD)發(fā)生的重要因素。隨著現(xiàn)代社會(huì)飲食結(jié)構(gòu)與環(huán)境的變化，IBD的發(fā)病率正在逐年增高，預(yù)防和治療IBD已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。許多研究表明IBD的產(chǎn)生和發(fā)展與腸道菌群有著緊密的聯(lián)系，IBD患者的一個(gè)顯著特征是腸道菌群失調(diào)[16,17]。因此，基于調(diào)節(jié)腸道菌群的研究有望為IBD的預(yù)防和治療提供新的思路。

近幾年來(lái)，適應(yīng)性免疫與腸道菌的互作研究取得重大進(jìn)展，因此本文將從腸道微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫中B細(xì)胞、T細(xì)胞的免疫應(yīng)答的影響，以及IBD與腸道微生物的關(guān)系和基于腸道菌的治療策略兩部分進(jìn)行總結(jié)。

1 腸道微生物與宿主適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的互作

已有的研究表明，腸道微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫的B細(xì)胞與T細(xì)胞這兩大分支都有重要的調(diào)控作用。一方面，腸道菌群可通過(guò)調(diào)節(jié)B細(xì)胞的應(yīng)答以促進(jìn)腸道中IgA的產(chǎn)生；另一方面，腸道菌群也可通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化來(lái)維持炎癥反應(yīng)與免疫耐受之間的平衡。

1.1 腸道微生物對(duì)B細(xì)胞應(yīng)答及IgA分泌的影響 長(zhǎng)久以來(lái)，大家發(fā)現(xiàn)相對(duì)于SPF(Specific pathogen free，SPF)小鼠，無(wú)菌(Germ-free，GF)小鼠的黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)育不良，其派爾集合淋巴結(jié)發(fā)育程度低下，僅有極少的生發(fā)中心(Germinal center)且IgA+的漿細(xì)胞以及IgA數(shù)量也顯著減少[18]，而給GF小鼠定植腸道菌后可恢復(fù)其IgA的產(chǎn)生[19]。這暗示著腸道菌對(duì)于腸道內(nèi)IgA+漿細(xì)胞的分化以及IgA的產(chǎn)生具有重要作用。

腸道中的IgA主要由腸道黏膜固有層中的IgA+漿細(xì)胞產(chǎn)生和分泌，其通常以二聚體的形式存在，經(jīng)與腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的多聚免疫球蛋白受體(polymeric immunoglobulin receptor，pIgR)結(jié)合進(jìn)而被轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放到腸腔中以結(jié)合腸道微生物和膳食成分等。IgA的黏附和包裹作用可避免腸腔中有害抗原與宿主腸上皮的直接接觸，對(duì)維持腸道屏障的完整性具有重要作用，同時(shí)IgA也調(diào)節(jié)著腸道內(nèi)菌群的組成和平衡[20,21]。腸道菌可通過(guò)T細(xì)胞依賴和非T細(xì)胞依賴的兩條途徑調(diào)控IgA的產(chǎn)生。

T細(xì)胞依賴的IgA產(chǎn)生主要發(fā)生在派爾集合淋巴結(jié)中，DC從腸腔內(nèi)獲取抗原進(jìn)而刺激CD4+T細(xì)胞分化為濾泡輔助性T細(xì)胞(Follicular helper T cell，Tfh)，Tfh細(xì)胞主要通過(guò)CD40L和IL-21促使B細(xì)胞表達(dá)胞嘧啶核苷脫氨酶(Activation-induced cytidine deaminase，AID)和促進(jìn)IgA的抗體類別轉(zhuǎn)換[21,22]。一些可侵入腸道內(nèi)黏液層并定植于上皮細(xì)胞表面的腸道菌可誘導(dǎo)產(chǎn)生高親和力的IgA，如SFB依附在腸上皮細(xì)胞表面進(jìn)而誘導(dǎo)T細(xì)胞依賴的IgA產(chǎn)生，并且這個(gè)過(guò)程依賴于Th17細(xì)胞[23-25]。

非T細(xì)胞依賴的IgA產(chǎn)生主要發(fā)生在固有層和ILFs中。腸上皮細(xì)胞通過(guò)TLRs感知腸道菌并產(chǎn)生BAFF (B-cell activating factor)和APRIL (Prolifera-tion inducing ligand)，這兩種細(xì)胞因子可促進(jìn)B細(xì)胞中AID的表達(dá)和抗體類別轉(zhuǎn)換進(jìn)而分化形成IgA+漿細(xì)胞[26]。此外，腸上皮細(xì)胞也可通過(guò)產(chǎn)生胸腺間質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(Thymic stromal lympho-poietin，TSLP) 來(lái)刺激DC分泌BAFF和APRIL，進(jìn)而促進(jìn)IgA+漿細(xì)胞的產(chǎn)生[26]。然而，這種非T細(xì)胞依賴產(chǎn)生的IgA普遍具有低親和力的特征[21,23,27]。

IgA對(duì)腸道菌的調(diào)節(jié)主要包括改變細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性、調(diào)節(jié)腸道菌的基因表達(dá)以及幫助部分腸道菌定植這三個(gè)方面。Boullier等[28]發(fā)現(xiàn)，特異性靶向弗氏志賀菌(Shigellaflexneri)LPS的IgA可將弗氏志賀菌限制在腸黏液層中以減少其引起的腸道炎癥。IgA還可能通過(guò)結(jié)合細(xì)菌的鞭毛蛋白進(jìn)而限制腸道菌的運(yùn)動(dòng)能力[29,30]。此外，IgA還可調(diào)控腸道菌的基因表達(dá)。多形擬桿菌(Bacteroidesthetaiotaom-icron)作為腸道共生菌通常不會(huì)引起腸道炎癥，Peterson等[31]發(fā)現(xiàn)在缺乏IgA時(shí)，多形擬桿菌會(huì)高表達(dá)一系列參與一氧化氮代謝的基因并引發(fā)炎性信號(hào)。Cullender等[32]發(fā)現(xiàn)，缺乏TLR5的小鼠體內(nèi)特異性識(shí)別細(xì)菌鞭毛蛋白的IgA水平降低，伴隨著許多共生菌編碼鞭毛蛋白的基因出現(xiàn)異常表達(dá)。有趣的是， IgA還能幫助部分共生菌在腸道內(nèi)的定植。Donaldson等[33]發(fā)現(xiàn)，由脆弱擬桿菌(Bacterioidesfragilis)誘導(dǎo)產(chǎn)生的IgA有助于脆弱擬桿菌成群聚集并錨定在腸上皮表面，從而為其提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

IgA靶向的腸道菌對(duì)宿主健康的影響目前存在爭(zhēng)議。人與小鼠的腸道菌中只有部分細(xì)菌能被IgA包裹[34]。IgA-SEQ技術(shù)將流式分選與16S rDNA測(cè)序結(jié)合，能夠分離和鑒定腸道菌群中與IgA結(jié)合的菌群[35]。Palm等[36]利用IgA-SEQ技術(shù)發(fā)現(xiàn)，IBD患者腸道中有部分被大量IgA包裹的腸道菌，而將這些腸道菌定植到GF小鼠體內(nèi)可增加其患結(jié)腸炎的風(fēng)險(xiǎn)。Kau等[37]發(fā)現(xiàn)給小鼠定植營(yíng)養(yǎng)不良兒童的腸道菌并喂以營(yíng)養(yǎng)不良的飼料，小鼠腸道內(nèi)的腸桿菌科被大量IgA包裹，后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這些腸桿菌科可導(dǎo)致腸炎。然而，被IgA識(shí)別和包裹的艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila)和梭狀芽胞桿菌(Clostridiumscindens)可干預(yù)腸炎的發(fā)生[37]。這些研究結(jié)果表明，IgA靶向的腸道菌并非都是致病菌，其中部分腸道菌可通過(guò)增強(qiáng)腸道屏障進(jìn)而有利于維持腸道穩(wěn)態(tài)。因此，被IgA靶向的腸道菌有望為探究腸病的致病原因和治療方案提供新的思路。

1.2 腸道微生物對(duì)Th17細(xì)胞與Treg細(xì)胞分化的影響 初始CD4+T細(xì)胞經(jīng)抗原刺激后可增殖并分化為不同的亞群，如輔助性T細(xì)胞1(T-helper 1，Th1)、Th2、Th17和Treg細(xì)胞。其中Th17細(xì)胞主要介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，參與對(duì)抗細(xì)胞外的細(xì)菌與真菌并與自身免疫性疾病的發(fā)生相關(guān)。與Th17細(xì)胞共存于固有層的Treg細(xì)胞則具有抑制炎癥和維持免疫耐受的功能。Th17細(xì)胞與Treg細(xì)胞在功能上相互制約，兩者之間的平衡對(duì)于腸道穩(wěn)態(tài)具有重要意義。相對(duì)于SPF小鼠，GF小鼠CD4+T細(xì)胞數(shù)目較少，且腸道中ILFs等不成熟[38,39]。Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)，GF小鼠的小腸中Th17細(xì)胞數(shù)目低下，而與SPF小鼠合籠飼養(yǎng)后其Th17細(xì)胞數(shù)目顯著增加。另有研究報(bào)道，相較于SPF小鼠，GF小鼠結(jié)腸固有層中Treg細(xì)胞數(shù)目也較少[41-43]。近年來(lái)，有大量研究表明腸道菌群可通過(guò)誘導(dǎo)Th17細(xì)胞與Treg細(xì)胞的分化來(lái)維持炎癥反應(yīng)與免疫耐受之間的平衡。

1.2.1 腸道微生物誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的增殖與分化 Th17細(xì)胞是一類輔助性T細(xì)胞亞群，主要分布在腸道固有層中[40,44]。Th17細(xì)胞可產(chǎn)生和分泌IL-17A、IL-17F和IL-22，在預(yù)防致病菌感染與增強(qiáng)腸道黏膜屏障方面具有重要作用[45-48]，此外也與自身免疫性疾病相關(guān)[49-51]。

Th17細(xì)胞的分化受多種環(huán)境因素的調(diào)控。有研究顯示，高鹽飲食可導(dǎo)致固有層內(nèi)Th17細(xì)胞數(shù)目的上調(diào)并增加患自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)[52,53]。飲食中的脂質(zhì)也參與調(diào)控Th17細(xì)胞的分化。Haghikia等[54]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)鏈脂肪酸如月桂酸促進(jìn)Th17細(xì)胞分化并誘導(dǎo)更嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎。在諸多環(huán)境因素中，腸道菌是影響Th17細(xì)胞分化的主要因素。最早關(guān)于微生物群影響Th17細(xì)胞分化的依據(jù)來(lái)源于Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)，直到小鼠成長(zhǎng)到3～4周齡時(shí)其腸道內(nèi)才可檢測(cè)出Th17細(xì)胞。并且GF小鼠的腸道固有層內(nèi)Th17細(xì)胞的數(shù)目顯著降低。

近年的研究發(fā)現(xiàn)，SFB對(duì)于Th17細(xì)胞的增殖與活化至關(guān)重要。SFB是一類嚴(yán)格厭氧的革蘭氏陽(yáng)性菌，主要定植于動(dòng)物體的回腸部分，目前已在嚙齒動(dòng)物、豬等哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)SFB的定植[55,56]。SFB的全基因組測(cè)序結(jié)果指出這類腸道菌是梭菌的一員，其缺乏氨基酸生物合成酶并且依賴宿主提供必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),目前尚未在體外成功培養(yǎng)[57,58]。早在2006年，Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)Jackson公司的B6小鼠小腸固有層中Th17細(xì)胞的數(shù)目顯著低于Taconic公司的B6小鼠，而將兩種小鼠合籠飼養(yǎng)可上調(diào)Jackson小鼠小腸中Th17細(xì)胞的數(shù)目。將Taconic公司的B6小鼠的盲腸內(nèi)容物灌胃給GF小鼠可誘導(dǎo)其小腸中大量Th17細(xì)胞的產(chǎn)生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Taconic公司的B6小鼠腸道中存在SFB，而Jackson公司的B6小鼠腸道中則無(wú)法檢測(cè)出該菌。在GF小鼠中單菌定植SFB可誘導(dǎo)Th17細(xì)胞，由此發(fā)現(xiàn)SFB對(duì)于誘導(dǎo)Th17細(xì)胞十分重要[59]。

SFB的一個(gè)顯著特征是可以黏附腸上皮細(xì)胞，而這也是誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化的關(guān)鍵因素。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠腸道中，SFB利用鉤狀結(jié)構(gòu)黏附于腸上皮細(xì)胞并在鉤尖處觸發(fā)內(nèi)吞囊泡的形成，這個(gè)現(xiàn)象被稱作微生物黏附觸發(fā)的內(nèi)吞作用(Microbial adhesion-triggered endocytosis，MATE)。在此過(guò)程中，SFB的細(xì)胞壁蛋白經(jīng)內(nèi)體-溶酶體網(wǎng)絡(luò)，從腸上皮細(xì)胞頂端被運(yùn)輸至基底側(cè)進(jìn)而活化Th17細(xì)胞[60]。Atarashi等[61]發(fā)現(xiàn)，小鼠來(lái)源的SFB可誘導(dǎo)小鼠腸道內(nèi)Th17細(xì)胞分化，而大鼠來(lái)源的SFB由于無(wú)法黏附小鼠腸上皮細(xì)胞進(jìn)而無(wú)法介導(dǎo)小鼠腸道內(nèi)Th17細(xì)胞的分化，并且缺乏黏附上皮細(xì)胞能力的SFB突變體同樣也無(wú)法介導(dǎo)腸道中Th17細(xì)胞的分化。此外，SFB的黏附作用還可誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞中血清淀粉蛋白A(Serum amyloid A，SAA)的兩個(gè)亞型SAA1和SAA2表達(dá)上調(diào)[62]。Schnupf等[63]把SFB和上皮細(xì)胞系進(jìn)行體外共培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)上皮細(xì)胞中SAA的表達(dá)也顯著升高，后續(xù)實(shí)驗(yàn)也表明是SFB與上皮細(xì)胞的緊密接觸啟動(dòng)了上皮細(xì)胞中基因表達(dá)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。與此同時(shí)，SFB還通過(guò)誘導(dǎo)CX3CR1+單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-23來(lái)激活I(lǐng)LC3產(chǎn)生IL-22，IL-22通過(guò)引起腸上皮細(xì)胞內(nèi)STAT3的磷酸化進(jìn)而上調(diào)SAA1與SAA2的表達(dá)[61,64]。Sano等[64]發(fā)現(xiàn)，在SFB介導(dǎo)Th17細(xì)胞的產(chǎn)生與分化中，SAA促使RORγt+T細(xì)胞中IL-17A表達(dá)的上調(diào)，對(duì)Th17細(xì)胞的分化起著重要的作用。SAA是高密度脂蛋白(High density lipoproteins，HDL)和視黃醇的載體，因此猜測(cè)SAA可將這些免疫調(diào)節(jié)分子傳遞給抗原呈遞細(xì)胞(Antigen-presenting cells，APC)和T細(xì)胞進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)。由此可見(jiàn)，SFB介導(dǎo)的Th17細(xì)胞的分化是通過(guò)腸上皮細(xì)胞、ILC3和單核細(xì)胞等多種細(xì)胞之間復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。

由SFB介導(dǎo)的Th17細(xì)胞的產(chǎn)生有助于加強(qiáng)宿主對(duì)SFB本身以及其他病原體的防御，后者顯得尤其重要。有研究表明，SFB誘導(dǎo)的免疫可以保護(hù)宿主抵御檸檬酸桿菌(Citrobacterrodentium)和鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphimurium)的入侵[12,65]。Edelblum等[66]發(fā)現(xiàn)，SFB誘導(dǎo)產(chǎn)生的Th17細(xì)胞在剛地弓形蟲感染(Toxoplasmagondii)中對(duì)于腸道通透性的保護(hù)也起著重要作用。Burgess等[67]的研究表明，SFB的定植也可在痢疾變形蟲(Entamoebahistolytica)感染中給小鼠提供保護(hù)作用。而在GF小鼠中只定植SFB并不能在鼠檸檬酸桿菌感染中為機(jī)體提供保護(hù)作用，這表明腸道菌群的多樣性對(duì)于協(xié)調(diào)機(jī)體免疫反應(yīng)十分重要[12]。

除SFB之外，有研究表明鼠檸檬酸桿菌和腸出血性大腸桿菌(EscherichiacoliO157:H7)這兩種可黏附腸上皮細(xì)胞的致病菌也可以引起Th17細(xì)胞的分化[61]。同時(shí)，最近一項(xiàng)研究表明，另一類可黏附腸上皮的致病菌——白色念珠菌(Candidaalbicans)是誘導(dǎo)人體產(chǎn)生抗真菌Th17細(xì)胞的主要致病共生真菌，且其他種類的真菌引起的Th17免疫反應(yīng)依賴于白色念珠菌誘導(dǎo)的交叉反應(yīng)性Th17[68]。以上研究結(jié)果提示腸道菌對(duì)腸上皮細(xì)胞的黏附作用可能通過(guò)傳遞某種信號(hào)進(jìn)而對(duì)Th17細(xì)胞的產(chǎn)生和分化起調(diào)節(jié)作用，而其中的機(jī)制還有待進(jìn)一步的探究。

1.2.2 腸道微生物對(duì)Treg細(xì)胞分化的影響 Treg細(xì)胞是一群具有免疫抑制功能的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，其在調(diào)節(jié)自身免疫反應(yīng)中具有重要功能。相對(duì)于全身其他部位的Treg細(xì)胞，腸道中的Treg細(xì)胞可維持機(jī)體對(duì)膳食中的抗原和腸道菌群的免疫耐受[69]，并且在抑制機(jī)體針對(duì)鼠檸檬酸桿菌等致病菌產(chǎn)生的免疫應(yīng)答造成的組織損傷中發(fā)揮著重要作用[70]。

腸道中Treg細(xì)胞依據(jù)來(lái)源可分為兩類：來(lái)源于胸腺的tTreg細(xì)胞(thymus-derived Treg)和來(lái)源于外周的pTreg細(xì)胞(peripherally differentiated Treg)。前者在胸腺發(fā)育并分化成熟為Foxp3+CD4+Treg細(xì)胞，后者首先在胸腺發(fā)育為初始CD4+T細(xì)胞，隨后在外周組織中表達(dá)Foxp3，成為Foxp3+CD4+Treg細(xì)胞。

pTreg細(xì)胞大部分表達(dá)RORγt，而在GF小鼠體內(nèi)缺失RORγt+pTreg細(xì)胞，說(shuō)明這類Treg細(xì)胞是由微生物誘導(dǎo)的。有研究表明，RORγt+Treg細(xì)胞可產(chǎn)生和分泌IL-10，IL-10可抑制骨髓細(xì)胞和Th17細(xì)胞的異常活化，對(duì)維持腸道內(nèi)的穩(wěn)態(tài)有重要作用。另有研究表明，RORγt+Treg細(xì)胞也高表達(dá)細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4)，在腸炎模型中相對(duì)于RORγt-Treg細(xì)胞具有更強(qiáng)的抑制腸炎的作用。

相對(duì)于SPF小鼠，GF小鼠腸道中pTreg細(xì)胞數(shù)目顯著減少，提示腸道微生物參與Treg細(xì)胞的增殖與成熟[41-43]。目前研究發(fā)現(xiàn)，厚壁菌門梭菌屬中的一些菌在誘導(dǎo)腸道Treg細(xì)胞中發(fā)揮重要作用。Atarashi等[15]利用氯仿處理正常小鼠的糞便得到46種梭菌并將其定植到GF小鼠體內(nèi)，可誘導(dǎo)GF小鼠結(jié)腸中Treg細(xì)胞數(shù)目的上調(diào)。隨后，Atarashi等[14]將從健康人體中分離得到的17種梭菌定植到GF小鼠和大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)也可誘導(dǎo)腸道pTreg細(xì)胞的增殖，而且這幾種梭菌還可促進(jìn)Treg細(xì)胞表達(dá)CTLA-4與IL-10，幫助小鼠抵御實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎。Stefka等[71]發(fā)現(xiàn)，梭菌屬還可刺激ILC3細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，這有助于加強(qiáng)腸上皮屏障并降低腸道對(duì)膳食中蛋白質(zhì)的滲透性，進(jìn)而減少食物過(guò)敏反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，梭菌屬還可誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(Transforming growth factor beta，TGF-β)為Treg細(xì)胞的形成提供有利環(huán)境[72，73]。此外，給小鼠給予高纖維飲食可進(jìn)一步上調(diào)Treg細(xì)胞的豐度[74]。

梭菌屬誘導(dǎo)腸道Treg細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制正逐漸被研究人員所揭示，其中可能的途徑是通過(guò)梭菌發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的SCFAs進(jìn)而發(fā)揮作用。SCFAs是一類由五個(gè)或以下的碳原子組成的飽和脂肪酸，主要由腸道菌發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生，包括醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等。SCFAs主要通過(guò)兩方面誘導(dǎo)Treg細(xì)胞。首先，SCFAs可通過(guò)激活G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptors，GPRs)介導(dǎo)的信號(hào)通路調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞的分化。GPR43是多種SCFAs的受體。Smith等[75]研究發(fā)現(xiàn)，腸道Treg細(xì)胞表達(dá)GPR43，且醋酸鹽與丁酸鹽等SCFAs可通過(guò)激活GPR43促進(jìn)小鼠結(jié)腸中Treg細(xì)胞的增殖。GPR109a是一種丁酸鹽受體，其主要在腸上皮細(xì)胞與部分固有免疫細(xì)胞中表達(dá)[76]。De Rosa等[77]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽與GPR109a的結(jié)合可促進(jìn)巨噬細(xì)胞與DC產(chǎn)生IL-10與視黃酸脫氫酶(Retinal dehydrogenases，RALDHs)，進(jìn)而誘導(dǎo)Treg的產(chǎn)生。另外，SCFAs還通過(guò)改變表觀遺傳修飾來(lái)調(diào)節(jié)Treg的分化。Furusawa等[75]發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽對(duì)組蛋白去乙?；?Histone deacetylase，HDAC)的抑制可導(dǎo)致Foxp3基因中非編碼保守序列1(Conserved non-coding sequence 1，CNS1)上組蛋白H3的乙?；?，進(jìn)而促進(jìn)Foxp3的表達(dá)使初始CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞分化。

Treg細(xì)胞也可被除梭菌屬外的其他腸道菌所誘導(dǎo)。有研究表明，羅伊氏乳桿菌(Lactobacillusreuteri)和鼠乳桿菌(Lactobacillusmurinus)的定植可上調(diào)小鼠腸道中Treg細(xì)胞的數(shù)量[78-80]。Round等[81]發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌莢膜中的多糖A(Polysaccharide A，PSA)可被結(jié)腸中Treg細(xì)胞的TLR2所識(shí)別并介導(dǎo)IL-10的產(chǎn)生。另外，脆弱擬桿菌來(lái)源的PSA還可被腸道中DC細(xì)胞識(shí)別并產(chǎn)生IL-10，這些DC細(xì)胞產(chǎn)生的IL-10會(huì)促進(jìn)Treg細(xì)胞IL-10的產(chǎn)生[82]。Kullberg等[83]發(fā)現(xiàn)，肝螺桿菌(Helicobacterhepaticus)的感染可誘導(dǎo)腸道中的Treg細(xì)胞產(chǎn)生IL-10進(jìn)而緩解結(jié)腸炎的發(fā)生。

2 腸道微生物與IBD

IBD是一種具有復(fù)發(fā)性的慢性腸道炎癥疾病，主要包括克羅恩病(Crohn′s disease，CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis，UC)。IBD的主要臨床癥狀是腹痛、腹瀉和便血[84,85]。雖然CD和UC的臨床癥狀有部分重疊，但它們也有各自的臨床特征，比如CD的發(fā)病可位于消化道內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置，而UC的病變主要發(fā)生在結(jié)腸和直腸，且會(huì)造成血便[85,86]。IBD是一種全球性疾病，其中西方國(guó)家患病人數(shù)居多，美國(guó)擁有約160萬(wàn)IBD患者，而歐洲則超過(guò)200萬(wàn)[87]。雖然IBD在西方國(guó)家發(fā)病率最高，但其在亞洲、中東和非洲等國(guó)家中的發(fā)病率也在迅速上升[88]。

2.1 IBD的致病因素 目前IBD的病因和發(fā)病機(jī)制尚不明確，但越來(lái)越多的研究表明IBD是一種復(fù)雜疾病，遺傳與環(huán)境因素都在其中發(fā)揮作用，腸道菌群作為環(huán)境因素受到越來(lái)越多的關(guān)注。

通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析(Genome-wide association studies，GWAS)的研究發(fā)現(xiàn)，人基因組含有超過(guò)200個(gè)IBD易感位點(diǎn)[89-91]。核苷酸結(jié)合寡聚化域蛋白2(Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2，NOD2)是重要的IBD易感基因，其編碼的胞內(nèi)模式識(shí)別受體特異識(shí)別特定細(xì)菌細(xì)胞壁成分肽聚糖進(jìn)而激活NF-κB和MAPK通路介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[92]。有研究表明，NOD2還參與調(diào)控位于小腸隱窩的潘氏細(xì)胞中溶菌酶的分揀[93，94]。擁有NOD2突變的IBD患者腸道菌群發(fā)生改變，梭菌屬的ⅩⅣa和Ⅳ簇?cái)?shù)目減少，放線菌和變形菌的數(shù)目增多，患者對(duì)腸道炎癥的易感性的增加[95,96]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Nod2缺陷型小鼠的腸上皮屏障受損，上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞數(shù)目降低，在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎模型中更加易感[97-99]。 ATG16L1是一種自噬相關(guān)蛋白，其在潘氏細(xì)胞中發(fā)揮著重要的作用，Atg16l1缺陷型小鼠的潘氏細(xì)胞功能受損，形成的抗菌肽減少，對(duì)實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎更易感[100]。除了Nod2和Atg16l1，還有例如Xbp1、Fut2和Card9等基因均被報(bào)道與IBD相關(guān)[101-103]。通常認(rèn)為，遺傳因素通過(guò)與腸道菌群的互作影響了IBD的產(chǎn)生和發(fā)展。

IBD的產(chǎn)生和發(fā)展也與許多環(huán)境因素相關(guān)，如飲食習(xí)慣、年齡和壓力等。西方國(guó)家的飲食結(jié)構(gòu)與IBD高發(fā)病率息息相關(guān)[104]。西方飲食的特點(diǎn)有高脂、高糖和低纖維，這種飲食可能導(dǎo)致IBD發(fā)病的機(jī)制部分依賴于腸道菌群。David等[105]發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5 d食用動(dòng)物性食物會(huì)導(dǎo)致人腸道中膽汁耐受的腸道菌，如另枝菌屬(Alistipes)、嗜膽菌屬(Bilophila)和擬桿菌屬的豐度增加，而與植物多糖代謝相關(guān)的厚壁菌門的比例則下降，這將增加患IBD的風(fēng)險(xiǎn)。Schroeder等[106]發(fā)現(xiàn)，將具有西方飲食特點(diǎn)的食物喂給小鼠導(dǎo)致其結(jié)腸黏液層變薄且通透性增加，這與IBD的臨床表現(xiàn)相似。西方飲食中包含高度加工的食品，這些食品中通常含有乳化劑，一系列體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明乳化劑可改變腸道菌群，增加其促炎性，導(dǎo)致結(jié)腸炎病情加重[107,108]。除了飲食因素外，壓力、年齡等其他環(huán)境因素也可通過(guò)影響腸道微生物群多樣性，進(jìn)而影響IBD的發(fā)生和發(fā)展[109,110]。

2.2 基于調(diào)節(jié)腸道菌的IBD治療策略 近年來(lái)一系列研究都表明IBD與腸道菌密切相關(guān)，腸道菌在IBD的形成與發(fā)展中具有重要作用[111-113]。許多研究指出，IBD患者的一個(gè)顯著特征是腸道菌群失調(diào)，其主要表現(xiàn)為腸道菌群多樣性的減少和厚壁菌門豐度降低[16,114]。Furusawa等[75]的研究發(fā)現(xiàn)，隸屬于厚壁菌門梭菌綱的柔嫩梭菌屬(Clostridiumleptum)通過(guò)產(chǎn)生丁酸鹽促進(jìn)結(jié)腸中Treg細(xì)胞的分化進(jìn)而減少炎癥的發(fā)生，而這類腸道菌在IBD患者體內(nèi)的豐度是降低的[115,116]。相比之下，另一類促炎的黏附侵襲性大腸桿菌(Adhesion-invasiveE.coli，AIEC)被報(bào)道在成年CD患者腸道內(nèi)的豐度有顯著的增加[117,118]。

通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群的多樣性來(lái)緩解和治療IBD已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，治療方式主要包括抗生素、益生菌和糞菌移植(Fecal microbiota transplant-ation，F(xiàn)MT)。

2.2.1 抗生素 抗生素治療主要通過(guò)減少消化道中有害細(xì)菌的豐度進(jìn)而利于益生菌定植和生長(zhǎng)來(lái)緩解炎癥和減輕癥狀。甲硝唑、環(huán)丙沙星和利福昔明均被報(bào)道能夠緩解IBD病癥[119-121]。然而，抗生素治療IBD同時(shí)也存在著很多局限性。Ungaro等[122]通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期使用抗生素甚至?xí)黾踊糃D的風(fēng)險(xiǎn)。另外，抗生素的使用會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，而停用抗生素后可能導(dǎo)致炎癥的復(fù)發(fā)[123]。

2.2.2 益生菌 益生菌是指一類定植于宿主體內(nèi)并通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群改善腸道微生態(tài)平衡進(jìn)而有利于宿主健康的活性微生物。益生菌可表達(dá)PAMPs進(jìn)而激活腸上皮的模式識(shí)別受體并調(diào)節(jié)宿主免疫應(yīng)答相關(guān)基因的表達(dá)[9]。此外，Nami等[124]發(fā)現(xiàn)，益生菌有利于調(diào)節(jié)腸道杯狀細(xì)胞的功能和促進(jìn)腸上皮釋放IgA和防御素等。乳酸桿菌和雙歧桿菌是兩種常見(jiàn)的益生菌，有研究表明，二者有助于改善免疫系統(tǒng)應(yīng)答、抑制病原菌的定植以及增強(qiáng)腸道上皮屏障[9,125]。鼠李糖乳桿菌(LactobacillusrhamnosusGG，LGG)是從健康人腸道分離出的1株乳桿菌，Gosselink等[126]發(fā)現(xiàn)，口服LGG可有效緩解UC的病癥。一種包含4種乳酸桿菌、3種雙歧桿菌和1種鏈球菌的益生菌復(fù)合物可以緩解輕度到中度UC患者的腸道炎癥，并減少炎癥的復(fù)發(fā)[127-129]。益生菌治療同樣存在局限性。雖然益生菌能夠緩解UC的病癥，但益生菌對(duì)于CD的治療效果尚不明確。其次，益生菌治療的具體機(jī)制以及其有效性和安全性還有待探究。

2.2.3 FMT FMT是將健康人糞便中的功能性菌群移植到患者胃腸道內(nèi)，重建其腸道菌群的治療方式[130]。FMT在艱難梭菌感染治療中有著突破性進(jìn)展[131]，這使研究人員開始探究利用FMT開啟IBD治療的新領(lǐng)域。兩項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究均發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT可誘導(dǎo)成年UC患者的臨床緩解和內(nèi)鏡下病癥的改善[132,133]。其中，Paramsothy等[132]在研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT組臨床緩解人數(shù)的比例達(dá)到27%。然而，F(xiàn)MT治療可能存在IBD惡化的風(fēng)險(xiǎn)[134]。目前研究者們對(duì)FMT的認(rèn)識(shí)仍然有限，F(xiàn)MT不只是供體來(lái)源的細(xì)菌本身，還有很多非細(xì)菌成分，如脫落的腸上皮細(xì)胞、真菌、病毒以及腸道微生物的代謝產(chǎn)物等，這些成分在被移植到受體體內(nèi)會(huì)引起一系列復(fù)雜的反應(yīng)。因此，目前對(duì)于FMT的臨床研究也存在著一定的缺陷。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，腸道菌引起的腸道適應(yīng)性免疫反應(yīng)也調(diào)節(jié)著腸道菌的組成，維持腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)平衡對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)與健康具有重要意義。

無(wú)菌動(dòng)物的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了腸道微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫調(diào)控的細(xì)胞與分子機(jī)制研究，研究人員通常將特定且已知的微生物定植于無(wú)菌動(dòng)物體內(nèi)，以探究這類微生物在宿主生理與病理反應(yīng)中的影響。其優(yōu)勢(shì)在于可排除各種未知微生物對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾、提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。然而，值得注意的是，微生物群所受調(diào)控非常復(fù)雜，遺傳和環(huán)境因素均影響著宿主與微生物之間的相互作用。因此，對(duì)腸道菌的研究還需放在一個(gè)更具綜合性的系統(tǒng)中進(jìn)行。

腸道微生物的代謝產(chǎn)物對(duì)宿主生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)也是近年的熱門研究方向。目前已有許多研究表明，腸道菌通過(guò)SCFAs等代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)宿主適應(yīng)性免疫反應(yīng)。因此，未來(lái)對(duì)腸道微生物及其代謝產(chǎn)物的研究將有望為新藥和疫苗的開發(fā)提供新的思路。

腸道噬菌體作為腸道微生物中的一部分，與腸道菌之間存在著復(fù)雜的互作。宏基因組測(cè)序結(jié)果顯示，健康人與IBD患者的腸道噬菌體組結(jié)構(gòu)組成顯著不同[135]。在最近的一項(xiàng)研究中，Ma等[136]發(fā)現(xiàn)Ⅱ型糖尿病患者腸道中噬菌體的數(shù)目明顯高于健康人。這也說(shuō)明噬菌體與細(xì)菌的互作可能影響著人體健康，解析兩者之間的關(guān)系將為腸道菌的研究提供新的視角，同時(shí)也為利用噬菌體干預(yù)腸道菌以預(yù)防和治療某些疾病提供理論依據(jù)。

因此，深入理解微生物與宿主的關(guān)系，探究腸道微生物影響?zhàn)つっ庖呦到y(tǒng)的機(jī)制，對(duì)預(yù)防和治療腸內(nèi)外疾病及改善人類健康具有深遠(yuǎn)意義。