細菌及代謝產物影響Treg細胞的研究進展*

何　峰 綜述，周曉瑩，張　哲，黃光武△ 審校

(1.廣西醫科大學第一附屬醫院耳鼻咽喉頭頸外科，南寧 530021；2.廣西醫科大學醫學實驗中心，南寧 530021)

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細菌及代謝產物影響Treg細胞的研究進展*

何峰1綜述，周曉瑩2，張哲1，黃光武1△審校

(1.廣西醫科大學第一附屬醫院耳鼻咽喉頭頸外科，南寧 530021；2.廣西醫科大學醫學實驗中心，南寧 530021)

細菌；代謝產；Treg細胞

微生物組學研究發現，人體共生的細菌從細胞數量和擁有的基因數量上都遠超人體本身。腸道共生菌群不僅可以調控腸道本身，還可影響遠隔器官的免疫功能。最近的研究提示Foxp3+T調節細胞(Treg細胞)的增殖、分化和功能是共生菌群對宿主免疫功能調節的重要節點之一。多聚糖A(PAS)和短鏈脂肪酸(SCFAs)等一些人體共生細菌的代謝產物也參與了這一調節過程，從而對維持宿主免疫系統的穩定發揮重要作用。

隨著代謝免疫組學概念的提出，曾被認為是相互獨立的代謝組學和免疫組學被迅速的聯系起來，探究代謝產物與機體免疫反應之間的相互作用也成為了目前研究的熱門領域[1]。據估計大約有1 000種不同的微生物定殖于人體的腸道中，這些腸道共生菌群可通過調控免疫細胞的活性、刺激腸黏膜上的淋巴組織的發育而調節腸道的免疫功能。無菌小鼠不具備共生菌，因此其免疫系統在不同部分都有各種缺陷，若讓無菌小鼠獲得共生菌，一些免疫缺陷會隨著菌群的定殖而消失。研究還發現，腸道共生菌群不僅可以調控腸道免疫功能，還可以影響胃腸道以外的遠隔器官上呼吸道的免疫力，從而幫助宿主抵御呼吸道病毒的侵害[2]。共生菌群是通過何種機制來調節宿主免疫功能已經成為最近微生物組學的研究熱點之一，最近的一些研究結果提示腸道菌群對宿主免疫系統的調控作用，主要通過調節Treg細胞來實現。腸道共生菌群及其代謝產物通過Treg細胞的增殖、分化和功能進行調控，從而為維持宿主免疫系統的穩定發揮重要作用[3]。在此，本文對人體共生菌群及其代謝產物對Treg細胞的增殖、分化和功能的影響作一總結。

1　細菌可促進Treg細胞發育

作為一種特殊的T細胞亞群，Treg細胞主要是由原始的CD4+T細胞分化而來，就其來源可以分為胸腺來源的調節T細胞(iTreg)和胸腺外來源的調節T細胞(pTreg)，Treg細胞不僅在調節機體正常的免疫耐受中發揮著非常重要的作用[4]，而且與發育障礙、功能失調及多種免疫性疾病相關，包括自身免疫性疾病、炎性反應、腫瘤免疫耐受、移植排斥以及過敏性疾病等[5]。Foxp3是被認為是Treg細胞的特征性標志物，屬于Forkhead/Winged-helix轉錄因子家族的新成員，該蛋白的表達對Treg細胞發育成熟和發揮免疫抑制功能均具有重要作用。Foxp3通過干擾其他轉錄因子(如轉錄激活因子-1、活化T細胞核因子)在白細胞介素-2(IL-2)啟動子區域的結合，從而抑制IL-2 基因的轉錄表達，反之，IL-2同時也參與調控Treg細胞[6]。Foxp3中的保守的非編碼區(CNS1-3)決定了Treg細胞的增殖、種類及穩定性。其中CNS1主要對pTreg細胞的發育具有重要的促進意義；CNS2在維持 Foxp3表達及Treg細胞活化以及抑制炎性免疫應答有重要意義；CNS3則可同時促進iTreg和pTreg細胞的發育[7-8]。

Atarashi等[9]發現腸道細菌可促進腸上皮細胞產生轉化生長因子β(TGF-β)，有助于Treg細胞的分化和增殖。且隨著Foxp3表達水平的上調，腸道菌群的多樣性也隨之增加，而當使用萬古霉素殺滅小鼠腸道中的革蘭陽性菌后發現Treg細胞水平也隨之下降，由此推測腸道革蘭染色陽性細菌可參與調節Treg細胞的數量。進一步研究發現，在無菌(germ free，GF)小鼠的腸道中定殖梭狀芽胞桿菌Ⅳ和a和ⅩⅦ，可通過誘導腸道中IL-10的分泌和上調細胞毒性T淋巴細胞相關抗原-4(CTLA-4)的表達，從而促進腸道淋巴結中Treg細胞的增殖和分化。研究還發現這些細菌可以結合并作用于腸上皮細胞，刺激其分泌可促進Treg細胞發育的關鍵調因子TGF-β[9]。此外，將梭狀芽孢桿菌定殖于無菌小鼠腸道可誘導Th、Tc細胞分泌IL-2，而IL-2可刺激腸道中Treg細胞Uhrf1的表達上調，以維持細胞周期依賴性激酶抑制蛋白(CDKN1A)的甲基化并抑制其表達，從而保持Treg細胞的功能的活躍。研究還發現敲除Uhrf1的CD4+T細胞后會導致結腸中的Treg細胞數量明顯下降并且使小鼠誘發潰瘍性結腸炎的概率增加[10]。因此，以梭狀桿菌為代表的腸道菌群分別通過刺激腸黏膜上皮細胞和Th、Tc細胞分泌的TGF-β和IL-2來促進腸道中Treg細胞的發育。

脆弱擬桿菌是主要定殖于下消化道的一種典型的厭氧細菌，其分泌的多聚糖A(PSA)可通過與T細胞表面的TLR2(toll like receptor 2)結合，促使腸道中的原始CD4+T細胞分化為pTreg細胞，并促進Treg分泌IL-10和TGF-β等細胞調節因子。不僅如此，PSA還可以促進外周淋巴器官產生可分泌IL-10的Treg的增殖。值得注意的是，給予小鼠飲用含有PSA或脆弱擬桿菌后，小鼠對化學藥劑或肝螺桿菌誘發的腸道炎癥性疾病的耐受能力也明顯提高[11]。這些結果都證實脆弱擬桿菌代謝產生的PSA可以通過增強Treg細胞的抑制免疫功能來發揮作用。

乳酸菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、放線菌、酵母菌等益生菌約占腸道細菌總量的90%以上，主要定殖于結腸、末端小腸和回腸[12]。Lopez等[13]的體外試驗發現，一些益生菌可誘導原始T細胞分化為Treg細胞。而動物實驗則發現，給予小鼠乳酸桿菌后，小鼠腸道淋巴結中Treg細胞的數量增加而具有促炎作用的IL-17表達表達下降，從而保持小鼠機體免疫以及體重的平衡[14]。給予小鼠混合益生菌后腸道淋巴結中Treg細胞的數量明顯增加的機制可能是益生菌激活了小鼠腸道固有層中的CD11c+樹突狀細胞分泌IL-10和TGF-β，從而促使Treg細胞增殖[15]。另一項研究發現乳桿菌可以通過結合樹突狀細胞上的DC-SIGN來促進樹突狀細胞的功能，從而誘導Treg細胞的發育[16]。而最近一項Meta分析也發現，服用乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌后可以通過誘導Treg細胞來對免疫系統進行調節，從而治療一些如特異性皮炎、濕疹以及炎癥性腸炎等免疫調節異常的疾病[17]。

2　短鏈脂肪酸可以促進Treg細胞的發育

盡管不同個體之間的菌群結構差異較大，但是對健康成人的腸道菌群研究發現厚壁菌門和擬桿菌門占多數[18]。作為細菌厭氧代謝的代謝產物，短鏈脂肪酸主要依靠細菌酵解抗性淀粉和膳食纖維等產生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸。雖然短鏈脂肪酸中各組分的含量會受到等各種因素如飲食，微生物構成，酵解的部位和宿主的類基因型等因素影響[19]。就產生短鏈脂肪酸的細菌來看，產乙酸的細菌中大多數屬于厚壁菌門[20]，而產丙酸的細菌主要是擬桿菌門，一些可以產生高濃度丁酸的細菌比如梭狀芽孢菌屬、羅斯伯里菌屬和糞球菌屬等都屬于厚壁菌門和擬桿菌門[21]。

最近的研究發現，短鏈脂肪酸在維持腸道中Treg細胞的發育中發揮了重要的作用。在給予GF小鼠可產生高含量丁酸的玉米淀粉后發現，腸道內Treg細胞的數量明顯增加。另外，給予GF小鼠飲用含有高濃度的短鏈脂肪酸(150 mmol/L)也發現，乙酸、丙酸以及丁酸均可以促進Treg細胞的發育，其中以乙酸和丙酸的作用較強[22]。與此相反，在體外實驗卻發現丁酸可以明顯促進原始的T細胞分化為Treg細胞，而乙酸和丙酸的作用不顯著。其原因可能是乙酸和丙酸可能促進Treg細胞的腸道歸巢作用，使其在體內重新分布[23]。目前研究發現短鏈脂肪酸主要通過表觀遺傳學和GPR途徑調節和促進Treg細胞的發育。

2.1短鏈脂肪酸通過表觀遺傳學改變來調控Treg細胞發育乙酰化是一種表觀遺傳學修飾方式，使各種轉錄因子和協同轉錄因子易于與DNA結合位點特異性結合，誘導基因的轉錄[24]。短鏈脂肪酸通過抑制組蛋白乙酰化酶(HDACs)的活性來改變基因的表達，其中丁酸被認為是最強的HDACs的抑制劑。丁酸鹽可促使原始的CD4+T細胞分化成Treg細胞，并可增強Foxp3中CNS1和CNS3增強子的組蛋白H3賴氨酸27(H3K27)乙酰化水平，從而使Foxp3的作用增強。而且，丁酸通過發揮組蛋白乙酰化酶抑制作用來增強DC細胞的功能進而誘導Treg細胞的分化[22]。

2.2短鏈脂肪酸通過GPR途徑來促進Treg細胞的發育除了通過抑制HDACs外，短鏈脂肪酸還可以通過刺激G蛋白耦聯受體包括GPR43、GPR41和GPR109a來對Treg細胞發揮調控作用。GPR43的主要表達于中性粒細胞、單核細胞、樹突狀細胞等炎性細胞以及骨髓、脾臟等造血組織中，表明GPR43具有潛在調節免疫細胞發育或分化的作用[25]。Smith等[26]發現，腸道內菌群的存在也可以使Treg細胞表達GPR43，通過與短鏈脂肪酸結合可以誘導Treg細胞的發育，進一步在GPR43敲除的小鼠研究發現，其對抗炎癥的作用顯著降低。其次，GPR109a主要表達于結腸上皮細胞和非特異性免疫細胞，盡管其的配體是煙酸，但丁酸在極低的濃度下也可與之結合并發揮效應[25]。Singh等[27]發現，丁酸可通過刺激GPR109a信號通路促進巨噬細胞和樹突狀細胞產生IL-10和ALDH1a等抗炎因子，進而促進原始T細胞分化成Treg細胞。因此，可證明短鏈脂肪酸通過刺激表達于Treg細胞以及其他細胞上的G蛋白耦聯受體的信號通路來誘導Treg細胞的分化。

3　展　　望

人體腸道內共生著大量的微生物，其中某些特定的細菌如梭狀桿菌、脆弱擬桿菌以及相應的代謝產物可誘導Treg細胞分化，這為探究腸道內共生菌群與機體免疫細胞的相互作用開辟了一個嶄新的領域。除腸道菌群以外，研究發現皮膚的共生菌群也可以通過Treg細胞來調節局部的免疫反應，并推測口腔、鼻咽部等其他細菌富集的部位有可能存在這種調節方式，而這些部位局部菌群的改變可能與各種疾病的發生有關聯[28]。目前關于微生物對人類健康的影響認識還很有限，免疫代謝組學是一個新興的學科，很多問題亟待解答。探索共生菌群及其代謝產物對Treg細胞的調節乃至對人體免疫系統的影響，可以為進一步以Treg細胞為基礎的免疫干預治療提供新的機遇。

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國家自然科學基金地區項目(81460412)。作者簡介：何峰(1988-)，碩士，主要從事鼻咽癌基礎研究。△

，E-mail：hgw1288@yahoo.com.cn。

S154.38+1

A

1671-8348(2016)20-2858-03

2016-01-12

2016-03-27)

·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.20.042