劉 旭 張姝翌

哮喘是一種普遍的慢性呼吸道疾病，一般表現(xiàn)為氣道慢性炎癥，其中就包括部分免疫細(xì)胞，例如嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等。這些免疫細(xì)胞的異?？梢砸鸷粑姥装Y性疾病。近些年來，隨著大氣污染及霧霾的廣泛波及和遺傳等因素的影響，哮喘的發(fā)病率及復(fù)發(fā)率呈直線上升的趨勢(shì)。流行病學(xué)調(diào)查顯示，十年間哮喘發(fā)病率平均上升了52.8%，這對(duì)患者、家庭和社會(huì)經(jīng)濟(jì)都造成了極其嚴(yán)重的影響[1,2]。迄今為止，吸入糖皮質(zhì)激素(ICS)依舊是支氣管哮喘最有效的治療方法。然而多數(shù)臨床報(bào)道顯示，過量吸入糖皮質(zhì)激素可能會(huì)造成藥物依賴或耐藥性以及其他不良反應(yīng)，特別是對(duì)在兒童期發(fā)生哮喘的患者，因?yàn)槲胩瞧べ|(zhì)激素的治療方法會(huì)影響兒童的免疫系統(tǒng)，使其產(chǎn)生激素依賴性。因此，我們需要一種替代激素治療的方法。最近，有研究提出了腸道菌群參與過敏性炎性疾病發(fā)生和發(fā)展的假說，并且可以通過檢測(cè)腸道菌落的結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)。Brett Finlay[3]等分別采集了319個(gè)嬰兒在3個(gè)月和1歲時(shí)的尿液及糞便樣本，以及他們?cè)?、3、5歲時(shí)的健康情況，通過使用高通量基因測(cè)序來檢測(cè)樣本中的腸道微生物水平，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，缺乏四種腸道菌群(Lachnospira， Veillonella，F(xiàn)aecalibacterium，Rothia)的嬰兒都在1歲時(shí)表現(xiàn)出了早期哮喘的癥狀。由此可見研究腸道微生物與哮喘的發(fā)生發(fā)展機(jī)制有著重要的意義，調(diào)控腸道微生物的組成還有可能成為預(yù)防或治療哮喘的有效方法，從而提出了“肺-腸-菌”軸的概念。

1 哮喘發(fā)病中的“肺-腸-菌”軸

目前，哮喘的發(fā)病機(jī)制尚不明確，但關(guān)于T淋巴細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄的研究已成為探索哮喘免疫發(fā)病機(jī)制的主要方向，其中Th1/Th2失衡學(xué)說一直以來被奉為哮喘發(fā)病的主導(dǎo)核心理論。最新研究顯示，Th17細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞等也共同參與著哮喘免疫學(xué)的發(fā)病機(jī)制，即Th17/Treg的免疫失衡機(jī)制[4]。

研究認(rèn)為，腸道微生物在維持人體腸道免疫平衡與能量平衡中同樣起到至關(guān)重要的影響。且大量研究證實(shí)，腸道微生物不僅單單維持腸道免疫調(diào)節(jié)，還能影響到外周器官，例如肺[5]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物結(jié)構(gòu)的改變和免疫平衡的失調(diào)與多種肺部疾病發(fā)病相關(guān)，例如抗生素的使用會(huì)造成腸道菌群的失調(diào)，最終會(huì)增加肺炎及Th2細(xì)胞誘導(dǎo)的哮喘[6]。腸道微生物的失調(diào)與多種肺部疾病相關(guān)，其中就包括過敏反應(yīng)、哮喘和囊性纖維化。肺與腸的雙向調(diào)節(jié)(稱為肺-腸軸)最好的例子就是在肺部疾病中可以觀察到腸道內(nèi)菌群紊亂，而如今研究表明，服用益生菌可以對(duì)肺部疾病的愈合起到正向調(diào)節(jié)的作用[7]。以下分別從上述兩種機(jī)制探討腸道菌群在哮喘發(fā)病中的重要作用。

1.1 腸道微生物干預(yù)Th1/Th2失衡機(jī)制Th1/Th2分泌的細(xì)胞因子相互影響和制約所形成的相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡，共同維持著機(jī)體的免疫功能。哮喘發(fā)病的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是Th1細(xì)胞因子減少，Th2細(xì)胞因子增加。其中Th1細(xì)胞主要分泌IFN-γ、IFN-β、IL-2、IL-12等，主要功能是介導(dǎo)細(xì)胞免疫，并且以IFN-γ為代表性細(xì)胞因子，從而體現(xiàn)其生物學(xué)的效應(yīng)；Th2細(xì)胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-13等，主要功能是介導(dǎo)體液免疫，并且以IL-4為代表性細(xì)胞因子，從而體現(xiàn)其生物學(xué)效應(yīng)。所以我們一般通過檢測(cè)IFN-γ和IL-4的含量多少來反映Th1/Th2的細(xì)胞群的功能狀況和分布范圍[8]。IFN-γ作用于IFN-γ受體，激活信號(hào)傳導(dǎo)因子STAT-1，進(jìn)而激活Th1細(xì)胞的正向調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子T-bet的表達(dá)，而T-bet又可以正反饋誘導(dǎo)IFN-γ基因的轉(zhuǎn)錄。T-bet轉(zhuǎn)錄因子還可以結(jié)合IL-4基因3’端沉默區(qū)復(fù)合反應(yīng)元件，抑制IL-4基因表達(dá)。所以轉(zhuǎn)錄因子之間的相互制約作用可以穩(wěn)定IFN-γ和IL-4的遺傳表達(dá)，最終維持T細(xì)胞向Th1細(xì)胞的表型分化。原始CD4+T細(xì)胞分化的Th2細(xì)胞在IL-4/STAT6信號(hào)通路上進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)Th2細(xì)胞分化的主要轉(zhuǎn)錄因子GATA-3在其上進(jìn)行表達(dá)。GATA-3可結(jié)合Th1和Th2細(xì)胞因子基因的靶向調(diào)節(jié)序列，減少Th1表達(dá)和增加Th2表達(dá)。這就從基因?qū)用嬖忈屃薚h1/Th2的平衡機(jī)制[9]。這可以說明轉(zhuǎn)錄因子GATA-3在Th1/Th2的平衡中起主要調(diào)節(jié)的作用，這就會(huì)引起Th2細(xì)胞明顯增多，從而造成Th1/Th2 失衡，進(jìn)而導(dǎo)致了哮喘的發(fā)生發(fā)展及病理性的改變。這項(xiàng)研究也進(jìn)一步驗(yàn)證并完善了引起哮喘的免疫學(xué)機(jī)制是以Th2 細(xì)胞的相對(duì)增多所導(dǎo)致的Th1/Th2平衡失調(diào)。過敏性炎性疾病(如哮喘)的發(fā)生與年齡有關(guān)，而腸道微生物也會(huì)隨著宿主年齡的增長(zhǎng)而變化，這二者的相關(guān)性特征并非巧合[10]。有研究表明，由腸道菌群失調(diào)而導(dǎo)致的高水平血清炎性因子會(huì)增加哮喘患兒的發(fā)病率[11]。腸道菌群可以通過模式識(shí)別受體的作用以及其代謝產(chǎn)物的間接作用從而作用于腸道上皮細(xì)胞、樹突細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等，使其共同參與免疫應(yīng)答，并且誘導(dǎo)Th細(xì)胞向Th1方向分化，同時(shí)抑制Th2型炎性反應(yīng)，來維持Th1/Th2的免疫平衡，從而緩解哮喘的進(jìn)一步發(fā)展[12]。劉崇海[13]在其動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中用煙曲霉菌來誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生變應(yīng)性反應(yīng)，由此觀察小鼠因抗生素所致的腸道菌群失調(diào)，以此觀察變應(yīng)性氣道反應(yīng)和腸道菌群失調(diào)之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)研究證明，抗生素所導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)的小鼠通過煙曲霉菌變應(yīng)原氣道激活后，可以導(dǎo)致體內(nèi)Th2 細(xì)胞因子增加，由此加重氣道變應(yīng)性反應(yīng)，這項(xiàng)研究證明了抗生素導(dǎo)致的腸道微生物菌群失衡是哮喘等變應(yīng)性疾病發(fā)生的相關(guān)誘因。在周圍環(huán)境因素的刺激下，比如脆弱擬桿菌產(chǎn)生的多糖(PSA)，其Th0細(xì)胞逐漸向抗感染的Th1型免疫反應(yīng)方向進(jìn)行偏移，使體內(nèi)Th1細(xì)胞增多，這就讓Th1/Th2達(dá)到平衡，以防誘導(dǎo)變應(yīng)性反應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展[14]。MOUSSU[15]在實(shí)驗(yàn)中給患哮喘小鼠口中含服雙歧桿菌益生菌制劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以減輕小鼠的氣道高反應(yīng)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌益生菌制劑增強(qiáng)了小鼠的免疫耐受功能，下調(diào)了Th2，以此緩解變應(yīng)性反應(yīng)，從而提示菌群定植可以影響哮喘的發(fā)生，以及可以有效調(diào)節(jié)Th1/Th2的平衡，增強(qiáng)免疫耐受的作用。如果腸道微生物菌群平衡被破壞，造成菌群多樣性或數(shù)量減少，那么機(jī)體會(huì)主導(dǎo)Th2表達(dá)，所以就會(huì)導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)生。普通小鼠體內(nèi)的IL-17以及IFN-γ等細(xì)胞因子與無菌小鼠相比，表達(dá)水平相對(duì)較高，而與之相對(duì)應(yīng)的CD4+、CD25+、Foxp3+調(diào)節(jié)T細(xì)胞數(shù)量卻明顯減少。這表明，腸道微生物對(duì)機(jī)體內(nèi)促炎癥和抗炎癥兩種免疫反應(yīng)之間的平衡有一定的影響[16]。

1.2 腸道微生物干預(yù)Th17/Treg免疫失衡早些研究已證實(shí)，在支氣管哮喘發(fā)病中Th1/Th2細(xì)胞失衡起關(guān)鍵作用，但是隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，一些研究表明，支氣管哮喘的發(fā)病機(jī)制僅僅只用Th1/Th2細(xì)胞失衡學(xué)說來解釋已經(jīng)不夠全面[17,18]。經(jīng)典的Th1/Th2失衡學(xué)說不能一并概括哮喘的發(fā)病機(jī)制，且研究證實(shí)Th17/Treg的免疫失衡在支氣管哮喘的發(fā)作中起到了關(guān)鍵的作用。Th17細(xì)胞可以通過分泌IL-17作用于嗜酸性粒細(xì)胞，從而促使嗜酸性粒細(xì)胞釋放化學(xué)介質(zhì)，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)[19]。Treg細(xì)胞具有免疫抑制活性，可以分泌IL-10和TGF-β抑制T細(xì)胞增值及Th1和Th2的細(xì)胞因子反應(yīng)。TGF-β又可以通過Smad7通路調(diào)節(jié)Foxp3轉(zhuǎn)錄因子增加Treg的表達(dá)。然而當(dāng)存在感染時(shí)，致敏的樹突狀細(xì)胞等分泌IL-6與TGF-β協(xié)同作用于CD4+T細(xì)胞，使之朝向Th17方向分化，主導(dǎo)慢性炎癥應(yīng)答，其分泌的IL-17起到很強(qiáng)的促炎癥反應(yīng)，從而活化中性粒細(xì)胞并導(dǎo)致多種炎癥因子的分泌，引起局部炎癥，并且它還能作用于特定的細(xì)胞，使其放大或調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫[20,21]。由于Treg細(xì)胞有免疫抑制活性，參與機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，所以Treg細(xì)胞可以通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)T細(xì)胞活化所引起的免疫反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)在哮喘患者外周血中，Th17和IL-17顯著增高，而Treg、IL-10則減少[22]。所以Th17/Treg及其分泌的最具有代表性細(xì)胞因子IL-17/IL-10之間的拮抗作用彌補(bǔ)了研究的缺憾。Th17/Treg的失衡以及腸道菌群的失調(diào)共同調(diào)控人體內(nèi)炎癥性疾病的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。腸道微生物參與這一機(jī)制主要是通過Th17細(xì)胞提供的通路來實(shí)現(xiàn)的。Th17細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子IL-17來源并非一處，例如回腸中的分節(jié)絲狀菌(SFB)就可以誘導(dǎo)IL-17的產(chǎn)生[23]。而在哮喘發(fā)病過程中IL-17又是重要的細(xì)胞因子，它貫穿參與到哮喘發(fā)病中的氣道炎癥、氣道阻塞、氣道高反應(yīng)性、氣道重塑等方面[24]。Treg推動(dòng)了腸道菌群與哮喘關(guān)系之間的研究進(jìn)展, 在研究中發(fā)現(xiàn)腸道菌群定植是Th1和Treg 細(xì)胞隨年齡逐漸成熟的主要驅(qū)動(dòng)因素，而Treg細(xì)胞對(duì)抑制Th2細(xì)胞增多所產(chǎn)生的相關(guān)過敏反應(yīng)有重要的作用，所以可以增加Treg細(xì)胞來發(fā)揮抗炎的作用[25]。尚有研究認(rèn)為，肺-腸軸的內(nèi)在聯(lián)系主要是通過可遷移至其他黏膜組織(如支氣管黏膜上皮)的Treg來完成的。然而這些關(guān)于“肺-腸-菌”軸的研究還停留在細(xì)菌分類標(biāo)記水平，對(duì)微生物功能以及微生物與宿主的交互作用的研究有待完善。

2 益生菌在哮喘治療中的應(yīng)用

研究顯示益生菌可以在腸道內(nèi)定植,通過肺-腸軸影響肺部的微生物菌群,從而影響肺部的免疫功能,對(duì)哮喘有一定的治療作用,可以成為治療哮喘的潛在新藥[26]。由此可見益生菌在哮喘的發(fā)展轉(zhuǎn)歸中有重要作用。目前已經(jīng)有一些隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(RCT)研究發(fā)現(xiàn)益生菌制劑在改善哮喘臨床癥狀以及減少藥物服用方面有積極效果。鼠李糖乳桿菌是人體內(nèi)正常菌群之一，具有腸道黏率高，定植力氣強(qiáng)等作用，Vamshi Saliganti[27]利用瑞士白化小鼠研究鼠李糖乳桿菌MTCC5897對(duì)OVA所誘發(fā)小鼠過敏癥的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，MTCC5897能夠促進(jìn)IL-4水平的降低和TGF-β水平的增加。然而益生菌在預(yù)防哮喘發(fā)病中的優(yōu)勢(shì)并非普遍，雖然益生菌能夠預(yù)防人體患過敏性疾病，并且在治療過敏性疾病中起到重要的作用，但是也存在著諸多問題。雖然大多數(shù)研究人員證實(shí)益生菌在治療過敏性及炎癥性疾病中發(fā)揮重大的作用，但也有一部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示無效，例如有研究表明益生菌在改善成年人哮喘免疫失衡方面未見明顯優(yōu)勢(shì)[28]。因此，益生菌治療哮喘的方案仍需進(jìn)一步明確研究。

由此可見，單純的希望通過利用益生菌制劑調(diào)整腸道菌群來治愈哮喘并不現(xiàn)實(shí)，目前需要尋求一種既可以作用于哮喘免疫機(jī)制又能夠激活微生物發(fā)揮免疫干預(yù)的藥物來控制哮喘的發(fā)生和發(fā)展。近年來科學(xué)研究從中醫(yī)“肺與大腸相表里”“培土生金”等理論中發(fā)現(xiàn)，在西醫(yī)學(xué)中可以從呼吸道黏膜免疫與腸消化道黏膜的研究方向逐漸深入；組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，呼吸系統(tǒng)的上皮及實(shí)質(zhì)和消化系統(tǒng)腸道粘膜大多來自于原始消化管的內(nèi)胚層，它們二者在動(dòng)物胚胎時(shí)期屬于同一個(gè)器官，由于在胚胎的逐漸發(fā)育過程中，才逐步分化成為消化系統(tǒng)與呼吸系統(tǒng)[29]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究也證實(shí)了消化道和呼吸道粘膜是共同黏膜免疫系統(tǒng)的一部分。

3 黃芪干預(yù)哮喘的探究

有研究顯示[30]黃芪在治療哮喘上具有減輕氣道炎癥，調(diào)控氣道重塑以及調(diào)節(jié)免疫功能上具有明確的療效，且在“玉屏風(fēng)散”“平喘固本湯”“六君子湯加味”等組方中都體現(xiàn)了中藥黃芪的應(yīng)用；且黃芪可以抑制Th2細(xì)胞增加，有效的調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡，從而避免體內(nèi)產(chǎn)生炎癥性反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)黃芪可調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌免疫[31]。因此，中藥黃芪對(duì)肺-腸-菌軸的干預(yù)作用應(yīng)當(dāng)引起重視，以下從中藥黃芪的主要成分進(jìn)行探究。

3.1 黃芪甲苷(ASI)干預(yù)免疫調(diào)節(jié)中藥黃芪的主要成分之一是黃芪甲苷(C41H68O14)。有實(shí)驗(yàn)研究顯示[32]黃芪能夠促使Th1中IFN-γ、IFN-β兩因子的水平增高，從而提高對(duì)身體的保護(hù)能力，而Th1和Th2是能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫和體液免疫的因子之一。由此可見，黃芪甲苷對(duì)由Th1/Th2失衡所引起的哮喘在平衡調(diào)節(jié)中起到重要作用。蔡萃等[33]利用ASI腹腔注射干預(yù)哮喘小鼠模型，觀察了ASI對(duì)嗜酸性粒細(xì)胞(EOS)浸潤(rùn)的并對(duì)其中機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為ASI能夠減少EOS的浸潤(rùn)，降低GM-CSF、IL-5等細(xì)胞因子濃度，對(duì)eotaxin/CCR3介導(dǎo)哮喘通路有抑制作用，下調(diào)CCR3 mRNA的表達(dá)。IFN-γ可以使眾多轉(zhuǎn)錄因子被激活，從而表達(dá)炎癥介質(zhì)，而ASI 能夠通過抑制 STAT1/IκB/NF- κB信號(hào)通路的激活，降低炎癥狀態(tài)下小膠質(zhì)細(xì)胞 IL- 1β、TNF- α和iNOS的基因表達(dá)，從而減少NO和TNF-α的生成和抑制IFN-γ誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞被激活[34]。然而，最新研究表明[35]ASI在體內(nèi)的代謝需要經(jīng)腸道微生物代謝，ASI經(jīng)胃腸道吸收較差，口服無首過效應(yīng)，其代謝途徑主要是通過腸道微生物轉(zhuǎn)化后發(fā)生糖基水解作用，其水解產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)達(dá)到血藥濃度后發(fā)揮藥效作用。在中藥方劑固本防哮飲中，研究發(fā)現(xiàn)方藥中的黃芪成分ASI可以有效的緩解哮喘發(fā)病中氣道阻塞感、呼氣障礙，減輕呼吸道炎癥，促進(jìn)炎癥細(xì)胞中抑炎因子IFN-γ的高分泌水平以減輕氣道炎癥的反應(yīng)[36]。

3.2 黃芪多糖(APS)干預(yù)免疫調(diào)節(jié)黃芪的另一有效成分黃芪多糖對(duì)腸道微生物的構(gòu)成則有重要調(diào)節(jié)作用。凌昊[37]研究表明APS能夠抑制IL-4的產(chǎn)生及EOS的活化，減輕EOS浸潤(rùn)，促進(jìn)Th0細(xì)胞向 Th1細(xì)胞分化，從而達(dá)到Th1/Th2平衡，抑制炎癥因子的釋放等；且可以降低氣道高反應(yīng)性。梁金花等[38]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黃芪多糖可以促進(jìn)大鼠體內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌的生長(zhǎng)，降低腸球菌和腸桿菌在體內(nèi)的含量。然而李樹鵬等[39]用APS對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌3株致病菌進(jìn)行體外干預(yù)，發(fā)現(xiàn)均有抑制作用，但APS對(duì)乳酸菌和芽孢桿菌也存在體外抑制作用，因而推斷APS并非是簡(jiǎn)單的通過上調(diào)有益菌抑制致病菌而實(shí)現(xiàn)腸道菌群調(diào)節(jié)，其機(jī)制尚待研究。

4 討論

綜上所述，可提出研究假設(shè)：“肺-腸-菌”軸在哮喘發(fā)病機(jī)制中有重要作用。而中藥黃芪及其有效成分黃芪甲苷、黃芪多糖，不僅可以直接參與機(jī)體免疫反應(yīng)，而且可以間接通過調(diào)控腸內(nèi)微生物干預(yù)哮喘發(fā)生的免疫機(jī)制。因此，探討中藥黃芪及其有效成分在哮喘治療中的具體機(jī)理有利于該機(jī)制的進(jìn)一步明確。目的在于證明黃芪通過調(diào)節(jié)腸道菌群恢復(fù)肺腸菌軸的功能最后起到治療哮喘的作用。