鐘 雪,劉 焱,郭紅梅,龍 麗

腸道微生態(tài)在維持健康和患病狀況方面起著至關(guān)重要的作用。各種器官和系統(tǒng),都受到腸道微生物群的影響。已有研究發(fā)現(xiàn),腸道微生態(tài)參與調(diào)控人體黏膜免疫,其產(chǎn)生的短鏈脂肪酸誘導調(diào)節(jié)性T細胞的產(chǎn)生,在維持免疫穩(wěn)態(tài)中起到關(guān)鍵作用[1],此外,其尚可參與許多藥物的代謝過程[2],影響對免疫治療的應(yīng)答[3]等。包括類風濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)在內(nèi)的多種自身免疫性疾病均受到腸道微生態(tài)的影響[4]。本文就近年來的文獻報道中,關(guān)于腸道微生態(tài)在RA中的研究作一綜述。

1 腸道微生態(tài)概述

人體內(nèi)存在大量的微生物(細菌、真菌、古細菌等),其中腸道是人體微生物含量最多的器官,主要成分是細菌,超過1000個細菌屬定植于人體腸道[5]。人體腸道中的大多數(shù)細菌屬于四個門,厚壁菌門,擬桿菌門,變形桿菌門和放線菌門。胃腸道中細菌的基因組含量(亞基因組)是人類的150倍左右[6],這些微生物共同形成了腸道微生態(tài)。由于腸道微生態(tài)的存在及紊亂可以影響機體的免疫功能,腸道現(xiàn)在被認為是一個重要的免疫器官,腸道微生態(tài)對宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能有著深遠的影響。

首先,在維持生理機能方面,組織學上,腸上皮細胞通過緊密連接,形成多功能細胞復(fù)合物屏障,防止病原體進入,而其中的腸道菌群有助于恢復(fù)上皮細胞緊密連接的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外,腸道菌群參與腸上皮細胞中防御相關(guān)分子如熱休克蛋白等的產(chǎn)生,尚可與致病菌競爭并分泌抗菌肽以維持腸道穩(wěn)態(tài)。其次,腸道微生態(tài)與腸道營養(yǎng)代謝有關(guān),腸桿菌科分解碳水化合物產(chǎn)生短鏈脂肪酸,這些脂肪酸被腸上皮細胞用作能量來源。

另外,腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)宿主的腸黏膜免疫系統(tǒng)。有研究表明,腸道細菌中的分節(jié)絲狀菌與產(chǎn)生IL-17的輔助性T細胞的分化和誘導有關(guān),而后者參與了炎癥反應(yīng)。此外梭菌屬也被認為有助于調(diào)節(jié)性T細胞的分化和誘導。之前的報道證實,腸道微生態(tài)與各種疾病有關(guān),例如炎癥性腸病、腸易激綜合征、哮喘和包括RA等在內(nèi)的多種腸外自身免疫性疾病[7]。

多種因素影響腸道微生態(tài)的組成,其中,外部因素包括地域,飲食習慣,運動,吸煙和藥物等,內(nèi)部因素包括遺傳、年齡、性別、體重指數(shù)和種族等。故在不同情況下進行比較可能會導致結(jié)果不一致。為了了解疾病與腸道微生態(tài)之間的關(guān)系,最好對具有相同背景因素的研究對象中進行比較。

2 腸道微生態(tài)對RA的影響

RA是一種自身免疫性炎癥性疾病,其特征是關(guān)節(jié)破壞、全身受累以及存在多種自身抗體,尤其是抗瓜氨酸肽抗體(anticitrullinated protein antibodies, ACPA),其與關(guān)節(jié)損害的預(yù)后直接相關(guān)。RA的病因不明,通常認為其發(fā)病由遺傳、環(huán)境等多因素參與,腸道微生態(tài)是其中的重要一環(huán)。

2.1 腸道微生態(tài)對RA發(fā)病機制的影響

2.1.1腸道組織的瓜氨酸靶點 首先,從組織學上,Bennike等[8]針對RA患者和健康對照的結(jié)腸黏膜組織的蛋白組學研究中,鑒定出223種瓜氨酸肽,其中三種瓜氨酸化蛋白(瓜氨酸化波形蛋白、纖維蛋白原α和肌動蛋白)是RA獨有的,ACPA的已知靶點,這支持了結(jié)腸黏膜可能是對瓜氨酸化表位免疫耐受的潛在位點。此外,與對照組相比,這些患者的結(jié)腸組織中發(fā)現(xiàn)瓜氨酸化波形蛋白的豐度增加,這可能表明腸黏膜亦可能作為類風濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)病的誘發(fā)部位,即結(jié)腸黏膜組織本身可以作為瓜氨酸蛋白免疫耐受的突破點,觸發(fā)ACPA的產(chǎn)生。基于腸道黏膜的組織學特征以及其與腸道菌群之間的密切聯(lián)系,有理由相信腸道微生態(tài)在類風濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機制中會發(fā)揮重要作用。

2.1.2RA患者的腸道菌微生態(tài)研究 隨著測序技術(shù)的發(fā)展,近十年以來,研究者們開始應(yīng)用16SrRNA和/或宏基因測序?qū)θ祟惸c道的菌群進行高通量的檢測,他們通過比較RA患者與健康人群腸道菌群的差異,繼后結(jié)合代謝組學、臨床指標等方式對這些差異的成因進行了進一步的探討。值得一提的是,這些研究中報告的菌群差異可能會受到RA的病程(即臨床前期、早期和確診病例)、對照組中的受試者(健康或一級親屬)及地理位置等的影響,故而難以對他們的結(jié)果進行完全標準統(tǒng)一的探討。

Alpizar-Rodriguez等對臨床前RA人群(APCA或類風濕因子陽性和/或存在RA相關(guān)的癥狀和體征)與其一級親屬的大便菌群進行16SrRNA測序,與對照組相比,臨床前RA組中,普氏菌屬顯著富集,提示在RA患者發(fā)病前,普氏菌屬的富集有可能在RA發(fā)展中起到作用[9]。在Rooney等的研究中,同樣應(yīng)用16SrRNA測序,比較了無癥狀高危(沒有臨床滑膜炎的ACPA陽性高危個體)人群和健康對照,相對于健康對照,ACPA陽性組螺旋體科、幽門螺桿菌科、瘤胃球菌科和雙歧桿菌科豐度增高,桿菌科、巴氏桿菌科、甲烷桿菌科豐度降低。5名最終發(fā)展為RA患者的α與β多樣性與ACPA陽性組無差別[10]。

早期類風濕性關(guān)節(jié)炎受試者腸道微生物群與健康人群相比亦有所不同。在Maeda等的研究中,報告了RA患者糞便中普氏菌屬的相對豐度較健康組增高[11]。Jeong等的研究表明,早期RA患者的多樣性降低導致生態(tài)失調(diào)。健康受試者和早期RA患者從門到屬水平的各種分類群的微生物分布均存在顯著差異。擬桿菌門在早期RA患者中富集,而放線菌,包括柯林斯菌屬,在健康受試者中富集[12]。

在對其他符合關(guān)節(jié)受累的RA患者的研究中,多項研究提示了類風濕性關(guān)節(jié)炎患者與健康對照組相比存在腸道某些菌群的增加和/或減少[5,12～24]。但亦有少數(shù)研究呈現(xiàn)陰性結(jié)果(即RA與健康組菌群無差別)[25,26]。

2019年Chiang等使用ELISA測定血清腫瘤壞死因子TNF-α、白細胞介素IL-6和IL-17A的水平,以了解其與腸道菌群的關(guān)系,研究表明ACPA陽性RA患者的α多樣性低于健康對照。與這些細胞因子水平低的患者相比,腸桿菌科和克雷伯菌的相對豐度增加,TNF-α或IL-17A水平高的雙歧桿菌豐度較低。此外,ACPA陽性患者的布勞特氏菌屬,阿克曼菌屬和梭狀芽胞桿菌屬的比例高于ACPA陰性患者[17]。

Li等將16S高通量測序結(jié)合流式細胞術(shù),檢測了RA患者的腸道菌群及外周血淋巴細胞亞群和細胞因子水平,研究發(fā)現(xiàn),RA患者的腸道微生物組與健康對照明顯不同,異常細菌群落與淋巴細胞亞群和細胞因子水平的改變有關(guān),這提示腸道微生態(tài)的改變可能是RA的發(fā)病機制之一[20]。

在RA患者腸道微生態(tài)研究中,一部分研究顯示差異菌群集中在普氏菌屬,即RA患者糞便中會出現(xiàn)普氏菌屬豐度的增加[11,13,24]。2013年,Scher等[13]通過16SrRNA測序的研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,RA患者組更可能攜帶普氏菌。另兩項來自日本的研究[11,24]亦支持此結(jié)果。Maeda等[11]觀察到,在未接受藥物治療的早期RA患者的腸道中,存在高豐度的普氏菌屬中的P. copri。同時他們在進一步的動物實驗中發(fā)現(xiàn),P. copri本身具有誘導Th17細胞相關(guān)細胞因子如IL-6和IL-23的能力,從而誘發(fā)遺傳易感小鼠關(guān)節(jié)炎的發(fā)展,普氏菌屬豐度的增加與Th17細胞介導的黏膜炎癥有關(guān),這與在其他研究中普氏菌屬在體外可驅(qū)動Th17免疫應(yīng)答的顯著能力一致[27]。

在另一項研究中,Pianta等[28]證實了P. copri與RA發(fā)病機制中的免疫相關(guān)性。他們應(yīng)用串聯(lián)質(zhì)譜法在RA患者的滑膜組織或外周血單核細胞(PBMC)中尋找來自P. copri的的呈遞肽(T細胞抗原提呈表位),該研究顯示,在PBMC中,鑒定出來源于P. copri 27kD蛋白(Pc-p27)的HLA-DR呈遞肽,其刺激了42%的新發(fā)RA組患者的Th1免疫反應(yīng)。研究還觀察到類風濕性關(guān)節(jié)炎患者對P. copri具有不同的免疫反應(yīng)性,即產(chǎn)生IgA或IgG抗體。前者與與Th17細胞因子和ACPA相關(guān),后者和其與滑液中的普氏菌DNA相關(guān)。在Pianta等[29]繼后的研究中,描述了兩種來源于常見腸道細菌的蛋白,這兩種蛋白可以引起類風濕性關(guān)節(jié)炎患者的免疫反應(yīng)。在50%的RA患者中,N-乙?；咸烟前?6-硫酸酯酶(GNS)和絲氨酸A(FLNA)被鑒定為產(chǎn)生T和B細胞應(yīng)答的自身抗原,但在健康對照組或其他風濕性疾病患者中沒有。HLA-DR呈遞的GNS肽與來自普氏菌屬和擬副桿菌屬的硫酸酯酶蛋白的表位具有顯著的序列同源性,而HLA-DR呈遞的FLNA肽亦普氏菌屬的表位有同源性。這些研究表明腸道菌群特別是普氏菌的T細胞表位,可能與關(guān)節(jié)中的某些自身表位發(fā)生交叉反應(yīng)。

盡管以上多項研究研究表明,RA患者中攜帶的普氏菌與RA的發(fā)病有所關(guān)聯(lián),但也有部分研究[21,24]中并沒有觀察到普氏菌在RA患者與健康人群存在差別。另外,一項研究提示了相反的結(jié)果,RA患者腸道中普氏桿菌屬所在的擬桿菌門豐度較健康對照降低,進一步相關(guān)性研究顯示普氏菌屬等的相對豐度與CD4+T細胞計數(shù)和細胞因子水平呈正相關(guān)[23]。

一些觀點認為,普氏菌可能是有益的細菌物種,而非致病菌。目前培養(yǎng)出將近40種的普氏菌屬種類,大多數(shù)為從口腔分離,其中三種由腸道分離[30]。Marietta等[31]評估了普氏菌屬在關(guān)節(jié)炎敏感的HLA-DQ8小鼠模型中預(yù)防和治療關(guān)節(jié)炎的能力。該研究分離培養(yǎng)了2種普氏菌屬(P. histicola和P. melanogenica),并用于上述小鼠模型中,當給予P. histicola后,免疫Ⅱ型膠原的DQ8小鼠關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率和嚴重程度顯著降低,P. histicola 通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)(調(diào)節(jié)樹突狀細胞和Treg細胞的產(chǎn)生)來抑制關(guān)節(jié)炎的發(fā)展,從而抑制Th17反應(yīng)并減少炎性細胞因子(IL-2、IL-17和腫瘤壞死因子)。相比之下,施用P. melanogenica后,細胞因子水平?jīng)]有明顯變化,也沒有預(yù)防關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。這說明調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的能力在普氏菌菌株之間并不相同,這也可咨解釋普氏菌屬是健康人群中的共生菌,但某些菌株可能表現(xiàn)出致病性的一面。

除普氏菌屬外,擬桿菌、變形桿菌門以及柯林斯菌屬(放線菌門)在RA患者中的富集現(xiàn)象也多有報道。不過,從地域上講,擬桿菌、變形桿菌門在RA患者中的富集多見于亞洲人群的報道[5,12,18,20～23],柯林斯菌屬多見于歐美人群的報道[15,19]。與上述相反的報道也大致和地域有關(guān),在Scher等的報道中,擬桿菌門的相對豐度是降低的[13],Jeong等的研究中,柯林斯菌屬豐度較對照組減低[12]。無論在歐美或者亞洲的研究中,均可以觀察到擬桿菌門是RA患者腸道中的的相對低豐度菌[5,13]。Chen等將RA患者及其一級親屬作為對照,糞便樣本16SrRNA測序,該研究使用人上皮細胞系和關(guān)節(jié)炎的人源化小鼠模型進一步證實了RA相關(guān)菌群的作用。結(jié)果表明,柯林斯菌屬的豐度與高水平的α-氨基己二酸和天冬酰胺以及促炎細胞因子IL-17A的產(chǎn)生密切相關(guān)?？铝炙咕鷮僭诟淖兡c道通透性和疾病嚴重程度中的作用在實驗性關(guān)節(jié)炎中得到證實[15]。Mena-Vázquez等的研究發(fā)現(xiàn),在RA患者腸道柯林斯菌屬增多,其中精氨酸去亞胺酶活性增高,且多在柯林斯菌屬豐度增加的個體中發(fā)現(xiàn),柯林斯菌屬與RA患者的年齡,高ACPA和吸煙獨立相關(guān)[19]。

關(guān)于RA患者是否存在腸道菌群的多樣性降低,現(xiàn)有的研究之間未發(fā)現(xiàn)一致性,部分研究發(fā)現(xiàn)RA患者的多樣性較健康對照降低[12,15,17,18,32],有研究表明這種多樣性的改變與病程和自身抗體水平相關(guān)[15]。而近期的數(shù)項研究則提示相反的結(jié)果[5,21,22],即RA組與健康對照之間的多樣性沒有顯著差異,在2021年Mei等的宏基因測序分析中進一步指出,在其觀測的人群中,存在兩個不同的優(yōu)勢菌屬,一個以普氏菌屬為優(yōu)勢物種(HC=3;RA=6),另一個以擬桿菌屬為優(yōu)勢種(HC=19;RA=16)[21]。這可能解釋了與既往研究矛盾的原因,即對觀測人群采樣造成的誤差。

在腸道代謝方面,Yu等的代謝組學結(jié)果顯示,糞便代謝產(chǎn)物中甘油磷脂、鞘脂、犬尿酸、黃脲酸和3-羥基鄰氨基苯甲酸在RA患者和健康對照之間發(fā)生顯著改變。色氨酸代謝、α-亞麻酸代謝和甘油磷脂代謝等途徑失調(diào)可能有參與了RA的發(fā)病[22]。2022年He等通過宏基因測序,發(fā)現(xiàn)RA患者腸道中具有產(chǎn)丁酸菌群匱乏和存在大量耗丁酸菌群的現(xiàn)象,而且這些丁酸代謝相關(guān)物種豐度與ACPA、類風濕因子等臨床指標呈現(xiàn)強關(guān)聯(lián)性?；谶@些丁酸代謝菌種的豐度建立的診斷模型,不但可以準確區(qū)分患者和健康人群,而且預(yù)測患者發(fā)生關(guān)節(jié)變形的準確率高達98.6%。研究從多個側(cè)面證實,RA患者的血、糞便丁酸濃度低于健康人,而正常的丁酸濃度可以下調(diào)多種促炎因子的表達,誘導Treg細胞分化,抑制Th17和濾泡輔助T細胞(TFH)以及破骨細胞活性,在小鼠RA模型中,膳食補充丁酸制劑,可以通過重新平衡TFH和Treg的水平起到抗炎效果,并減少抗體產(chǎn)生。這些發(fā)現(xiàn)揭示了丁酸代謝菌群的重要作用,并顯示出丁酸制劑對于治療RA的潛力[33]。

2.1.3RA患者口腔和腸道菌群的關(guān)系 2015年,Zhang等[14]應(yīng)用宏基因測序比較了類風濕性關(guān)節(jié)炎(RA)和健康對照組的腸道和口腔的菌群,該研究觀察到腸道和口腔微生物組分存在一致性。與對照組相比,類風濕性關(guān)節(jié)炎受試者的唾液中富含更多普氏菌屬,但普氏菌屬其中的一種亞類在對照組中富集。然而,在牙菌斑樣本中,普氏菌在健康受試者中比例更高。2021年Mei等[21]的宏基因測序研究中,應(yīng)用整合微生物基因組(Integrated Microbial Genomes,IMG)的數(shù)據(jù)比對了RA患者的腸道相對高豐度菌屬的物種來源,發(fā)現(xiàn)RA患者富集的菌屬其中有63.16%是人類口腔的定植菌,如鏈球菌屬、奈瑟菌屬和嗜血桿菌屬,而在健康對照中富集物種中有47.62%是人類腸道定植菌。

2.2 腸道微生態(tài)對RA關(guān)節(jié)炎患者治療的影響越來越多的實驗和臨床證據(jù)表明,腸道微生物態(tài)的組成和功能受到RA治療的影響。動物實驗顯示,在膠原蛋白誘導的關(guān)節(jié)炎小鼠模型中,依那西普可降低大腸桿菌/志賀氏菌的豐度,并增加了乳酸桿菌,梭狀芽胞桿菌等的豐度[34]。此外,抗生素對腸道菌群的部分破壞加重了RA小鼠模型中的關(guān)節(jié)炎癥狀[35]。鐵線蓮三萜皂苷可以緩解大鼠關(guān)節(jié)炎模型中腸道微生物生態(tài)失調(diào),從而提高關(guān)節(jié)炎疾病指數(shù)[36]。

Picchianti-Diamanti等的一項研究表明,腫瘤壞死因子α(TNF-α)抑制劑依那西普能夠改變腸道微生態(tài),依那西普治療能部分恢復(fù)RA患者的益生菌群[16]。Jeong等進一步討論了益生菌在類風濕性關(guān)節(jié)炎(RA)中的潛在治療效果及其機制,他們的研究表明長雙歧桿菌RAPO可以通過抑制IL-17和其他促炎介質(zhì)的產(chǎn)生來緩解RA[37]。

Kim等研究了接受質(zhì)子泵抑制劑(PPI)、H2受體拮抗劑或瑞巴派特的RA人群,與健康對照組相比,RA患者的腸道微生物群多樣性降低,且組成不同。接受抑酸藥物(尤其是PPI)的RA患者的腸道微生物群與接受瑞巴派特的RA患者的腸道菌群不同。PPI使用者的RA患者中,與細菌的毒力因子相關(guān)的代謝通路富集,提示PPI使用不當可能對RA患者有害[32]。

Mei等對接受化瘀強腎通痹方聯(lián)合甲氨蝶呤,或來氟米特聯(lián)合甲氨蝶呤的RA患者與健康對照的腸道菌群進行對比。研究發(fā)現(xiàn),接受不同治療方案的RA患者均可得到緩解,但是在得到緩解的過程中,除相關(guān)臨床指標的緩解趨勢不同外,化瘀強腎通痹方組有11個物種和9個代謝途徑隨時間發(fā)生顯著變化,而來氟米特組只有4個物種和2個代謝途徑隨時間發(fā)生顯著變化。這些結(jié)果為腸道微生物群在RA發(fā)病機制中的作用提供了有用的信息,也為開發(fā)新的RA治療方法提供了潛在的有效方向[21]。

綜上,腸道作為一種非傳統(tǒng)的免疫器官,其腸道的微生態(tài)狀況在RA的發(fā)病過程中起到重要作用,而對于RA患者的腸道微生態(tài)進行適當?shù)母深A(yù),可能對RA的治療具有積極意義。目前關(guān)于RA患者腸道微生態(tài)相關(guān)研究以觀察性研究為主,尚未有前瞻性隊列研究發(fā)表,另外,相關(guān)研究也主要集中于無系統(tǒng)受累的患者及關(guān)節(jié)炎動物模型,亟待更多的研究進一步探討腸道微生態(tài)與RA的關(guān)系。