腸道菌群在自身免疫性甲狀腺疾病中的研究進展

李文仲，趙付雅，魏云巍

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院腫瘤腔鏡外科，哈爾濱 150001)

自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease, AITD)是一種常見的器官特異性自身免疫性疾病，主要包括彌漫性毒性甲狀腺腫和橋本甲狀腺炎(Hashimoto′s thyroiditis, HT)。毒性彌漫性甲狀腺腫又稱格雷夫斯病(Graves′ disease, GD)，以格雷夫斯眼病(Graves′ ophthalmopathy, GO)多見。AITD的發(fā)病年齡集中在20～60歲，以女性多發(fā)(男女比例為1∶4～6)[1-2]。一系列研究提示，AITD是一種由遺傳、免疫、環(huán)境等多種因素共同作用導致的疾病，其具體病因及發(fā)病機制尚未完全闡明[3-6]。腸道菌群與機體健康密切相關，其對自身免疫性疾病也有影響。體內功能各異的腸道菌群主要通過自身產生的蛋白質和代謝產物，直接或間接地調節(jié)宿主的免疫狀態(tài)，從而引發(fā)疾病[7]。Scher等[8]對類風濕關節(jié)炎患者和健康人的腸道菌群組成進行比較發(fā)現(xiàn)，普雷沃菌屬在新近感染的類風濕關節(jié)炎患者中的豐度明顯增加，類桿菌屬豐度則顯著降低，與Brusca等[9]的研究結果一致。該研究還指出，對于僅應用改善病情的藥物進行治療的類風濕關節(jié)炎患者，腸道菌群中的普雷沃菌屬的豐度顯著增加[9]。Stebbings等[10]研究表明，與健康對照組相比，硫酸鹽還原菌在強直性脊柱炎患者中的豐度增加。Costello等[11]的研究表明，在強直性脊柱炎患者中Lachnospiraceae、Ruminococcaceae、Rikenellaceae、Porphyromonadaceae以及Bacteroidanceae的豐度顯著增加，而Veillonellaceae和Prevotellaceae的豐度降低，認為這些改變可能是由于易感基因與腸道微生物群之間的相互作用導致的。

1 腸道微生物態(tài)

近年來，隨著生物醫(yī)學(宏基因組學、功能基因組學、蛋白質組學及代謝組學)和生物信息挖掘技術的迅猛發(fā)展，微生態(tài)研究作為“未來科學十大突破”之一，已成為國際生命科學研究的熱點。人體攜帶大量的微生物，包括細菌(90%)、病毒、真菌及古細菌，主要定植在皮膚、鼻腔、口腔、胃腸道及生殖道。這些微生物與宿主共同構成復雜的人體“微生態(tài)系統(tǒng)”，其中腸道是最復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，包含1 200 多種細菌，總數(shù)達到1013個[12](人體細胞總數(shù)目的10倍)，編碼大約330萬個基因(人體基因總數(shù)的100倍)，被稱為人體的“第二基因組”[13-14]。腸道菌群與宿主間通過復雜的動態(tài)平衡維持機體的健康，因此腸道微生態(tài)又被稱為“被遺忘的功能器官”[15]。

腸道菌群主要通過以下幾方面調節(jié)機體健康：①調節(jié)腸上皮細胞成熟過程中基因的表達，維持腸道正常的結構及功能；②調節(jié)宿主營養(yǎng)物質的吸收、利用和能量轉化；③構成生物屏障，通過腸道黏膜免疫機制調節(jié)宿主腸黏膜屏障的防御功能；④免疫調節(jié)作用。飲食習慣的改變、年齡的增長、妊娠或應用抗生素等時，腸道菌群的動態(tài)平衡被打破，進而參與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，如代謝、炎癥、免疫、腫瘤等[16-17]。長期高鹽攝入可導致高血壓和心血管疾病。Wilck等[18]研究表明，高鹽攝入可降低腸道內乳酸桿菌的水平，促使T細胞分化為Th17細胞，驅動自身免疫疾病，進而誘發(fā)高血壓。有研究對腸道微生物與2型糖尿病宏基因組的關聯(lián)分析明確了2型糖尿病患者與健康人的腸道菌群組成存在明顯差異，如產丁酸細菌的豐度下降[19]。腸道菌群與肥胖的發(fā)生具有直接的因果關系。Zhao[20]的研究首次指出，陰溝腸桿菌是引起肥胖的致病菌，其在肥胖癥患者腸道內的數(shù)量明顯升高，通過特殊的營養(yǎng)配餐降低腸道內陰溝腸桿菌的數(shù)量后，肥胖患者的體重明顯下降。此外，將陰溝腸桿菌接種到無菌小鼠的腸道后能誘導小鼠發(fā)生嚴重的肥胖癥，并導致胰島素抵抗，小鼠腸道內Fial基因的活性顯著降低，說明陰溝腸桿菌誘導的肥胖可能與小鼠腸道內Fial基因的活性抑制有關[20]。

2 AITD患者的微生態(tài)系統(tǒng)

近年來AITD已引起越來越多的微生物學家和內分泌專家的關注，并已證實腸道菌群與AITD具有相關性[21-25]。腸道菌群導致AITD的學說有交叉抗原-“分子模擬機制”和“腸漏學說”[26-27]。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌B-01和雙歧桿菌791菌株的蛋白序列與甲狀腺抗原序列同源，可通過交叉抗原-“分子模擬機制”與抗甲狀腺抗體結合[27]，間接提示一些特異性菌群可導致AITD的發(fā)生發(fā)展，但此結論并未在人體中證實。以往研究還發(fā)現(xiàn)，腸道菌群及其代謝產物可通過“腸漏學說”途徑，突破腸屏障進入血液循環(huán)，促進炎細胞分化和釋放炎性因子[28-29]。這兩種機制聯(lián)合作用使腸道菌群抗原與抗甲狀腺抗體結合，進而導致AITD的發(fā)生。

2.1 HT與腸道菌群 目前有2篇關于HT患者腸道菌群的研究[21-22]。研究應用了變性梯度凝膠電泳、實時熒光絕對定量聚合酶鏈反應和16S rRNA基因測序，比較HT患者和健康人的糞便樣本發(fā)現(xiàn)，HT患者腸道菌群的結構發(fā)生紊亂。首先，在物種豐度和多樣性角度上，Ishaq等[22]和Zhao等[21]的研究均發(fā)現(xiàn)，HT患者腸道菌群豐度和多樣性高于健康對照組，這與以往關于甲狀腺功能亢進[23]、類風濕關節(jié)炎[30]等中腸道菌群改變的報道相一致，但與部分疾病研究相反，如炎性腸病[31]、1型糖尿病[32]等。這可能與甲狀腺疾病患者小腸內細菌過度繁殖有關。其次，兩篇文章均重點描述了腸道菌群的組成, 并在門、科、屬三個水平進行了比較。在菌門水平，厚壁菌門和擬桿菌門是兩個相對豐度最高的優(yōu)勢菌門。Zhao等[21]的研究指出，HT患者腸道內的厚壁菌門相對豐度升高，而擬桿菌門降低，這與在肥胖[33]、炎性腸病[31]以及多發(fā)性硬化癥[34]等中的結果一致。但Ishaq等[22]研究發(fā)現(xiàn)，HT患者的厚壁菌門相對豐度降低。厚壁菌門/擬桿菌門比率可代表機體的健康狀況，在Zhao等[21]的研究中，HT患者的厚壁菌門/擬桿菌門比率顯著高于健康對照者，這與炎性腸病患者腸道菌群結構變化一致[31]。因此，厚壁菌門/擬桿菌門比率的增高可能與HT疾病狀態(tài)相關。

在Zhao等[21]和Ishaq等[22]的研究中均發(fā)現(xiàn)了HT患者腸道菌群結構的顯著改變。HT患者腸道普雷沃菌屬的相對豐度降低，這與在多發(fā)性硬化癥、自閉癥以及1型糖尿病等中的變化一致[32，34-35]。普雷沃菌屬是一種與素食飲食有關的有益菌，對宿主新陳代謝起著積極影響，其相對豐度降低與多種炎癥性疾病相關[36]。擬桿菌屬、Eubacterium_hallii group及Fecalibacterium都可以促進短鏈脂肪酸的生成，進而保護腸黏膜屏障，并降低炎癥。雙歧桿菌是一種腸道益生菌，可直接抑制腸道病原體，促進機體健康，并已應用到臨床中[35]。在HT患者中雙歧桿菌的相對豐度降低[23]。綜上，在HT患者中，這些有益的腸道菌群相對豐度降低可導致腸黏膜屏障破壞、細菌及其產物穿過黏膜屏障而移位，從而導致免疫反應激活，發(fā)生自身免疫性疾病。大腸埃希菌-志賀菌在HT患者的相對豐度升高，可通過合成和分泌志賀毒素，引起敗血癥、出血性結腸炎、血小板減少癥、嚴重的胃腸道炎癥(尤其是回結腸區(qū))、泌尿系疾病以及溶血性尿毒癥綜合征等全身器官功能障礙，嚴重時可危及生命[37]。Parabacteroides可通過促進抗炎細胞因子白細胞介素-10(interleukin-10，IL-10)和抑制促炎細胞因子IL-17、IL-6以及γ-干擾素的分泌來減少腸道炎癥[38]。在潰瘍性結腸炎患者腸道中，F(xiàn)usicatenibacter saccharivorans(FS)的相對豐度顯著降低，并與疾病的嚴重程度呈負相關[39]。FS可以誘導腸黏膜固有層單核細胞產生高水平的IL-10，進而抑制腸道炎癥，提示FS可作為炎性腸病的細菌療法。此外研究發(fā)現(xiàn)，腸易激綜合征患者腸道菌群結構的變化與HT患者相似[39]。炎性腸病患者腸道菌群發(fā)生顯著改變，其中厚壁菌群屬變化最明顯，如梭菌屬XIVa(Blautia、Dorea、Eubacterium_rectale_group和Ruminococcaceae)、Ruminococcus_torques_group、Streptococcus以及Lachnospiraceae的相對豐度升高，且相對豐度與疾病分期呈正相關[40-43]。綜上，HT患者疾病進展分期與腸道菌群的關系需要進一步研究。

在HT的動物模型中, 在常規(guī)條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動物發(fā)生甲狀腺炎的概率較特定無病原體條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動物更高[44-45]。雖然尚未確定無菌條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動物是否會避免甲狀腺炎的發(fā)生或導致甲狀腺炎進一步惡化, 但微生物可能會通過影響Th1、Th17細胞[46]以及樹突狀細胞[47]，影響甲狀腺炎的發(fā)展。內毒素的本質是革蘭陰性細菌細胞壁上的脂多糖成分。Burek和Talor[45]研究發(fā)現(xiàn)，腸道內革蘭陰性菌釋放的內毒素可通過結合Toll樣受體4促進非肥胖型糖尿病鼠(NOD.H2h4)發(fā)生甲狀腺炎。

2.2 GD與腸道菌群 關于GD患者的腸道菌群已引起國內外學者的廣泛關注和積極研究。早在2014年由瑪麗·居里夫人基金資助，包含9個研究機構的GD患者腸道菌群研究項目已經(jīng)在同年5月開展(http://www.indigo-iapp.eu/summary/)。在國內，Zhou等[23]通過變性梯度凝膠電泳及逆轉錄-聚合酶鏈反應檢測及比較了14例GD患者和7名健康人的腸道菌群組成。除此之外，Ishaq等[24]和Moshkelgosha等[48]的研究也指出，GD患者的腸道菌群結構可能發(fā)生了紊亂。Masetti等[49]構建了BALBc雌性鼠的GD/GO疾病模型，研究證實BALBc 小鼠的腸道菌群豐度與多樣性明顯改變，并且提出了抗生素、益生菌以及糞菌移植可能影響疾病模型的構建。

從物種豐度和多樣性角度，Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，GD患者的腸道菌群的多樣性高于健康對照組，與在HT中的研究一致，進一步明確了甲狀腺疾病患者腸道菌群多樣性特征。其次，在腸道菌群組成上，GD患者的腸道菌群構成與HT患者的物種組成相似度很高[21-23]。

在菌門水平，Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，GD患者中主要存在厚壁菌門、擬桿菌門、Fusobacteria、Proteobacteria 4種菌門，這與HT患者的菌門組成基本相同，但GD患者Proteobacteria和Actinobacteria的比例更高，厚壁菌門和厚壁菌門的比例較低[24]。在菌屬層面，主要差異菌屬包括5種，其中Enterobacteriaceae、Clostridium、Enterococcus的比例升高，而雙歧桿菌、Lactobacillus的比例下降[23]。Lactobacillus與雙歧桿菌是機體的有益菌，可通過多種機制維持機體健康，如Lactobacillus的代謝產物可降低腸道內的pH值，促進胃腸道蠕動，從而抑制致病菌的生長和繁殖。Fusobacterium是口腔、上呼吸道、胃腸道、陰道黏膜的正常菌群, 能引起牙周炎、扁桃體炎、雷米爾綜合征等疾病[50]。Kostic等[51]和Mccoy等[52]的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)usobacterium在結直腸癌和結直腸腺瘤患者的腸黏膜組織中的豐度明顯增加。He等[53]發(fā)現(xiàn)，普雷沃菌屬和Haemophilus屬的比例升高，而Alistipes和Faecalibacterium屬的比例降低，這種改變與系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者腸道菌群的改變基本相同。此外，低水平的Clostridiumleptum leptum是誘發(fā)哮喘的主要因素，而Clostridium leptum有助于調節(jié)哮喘的適應性免疫[54]。研究表明，低水平的Clostridiumleptum leptum可促進GD的發(fā)生，Veillonellaceae有益于機體健康，在體內誘導形成T細胞中發(fā)揮重要作用，其在患病組中的豐度明顯降低[55]。

近些年，腸道菌群在GD/GO動物模型中的研究也被報道。Masetti等[49]在兩個不同國家的實驗中心(中心1和中心2)使用肌內注射真核表達載體促甲狀腺素受體(thyroidstimulatingre-ceptor,TSHR)的免疫方法構建了BALBc雌性鼠GD/GO疾病模型。研究發(fā)現(xiàn)，只有中心2的BALBc鼠出現(xiàn)高甲狀腺激素及眶周組織改變，采用16S rRNA基因測序和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)法發(fā)現(xiàn)，兩個中心的BALBc鼠腸道菌群豐度及物種組成存在顯著差異；中心2通過16S rRNA基因測序比較不同干預組(TSHR免疫組、βgal免疫組以及空白組)腸道菌群結構發(fā)現(xiàn)，TSHR免疫組腸道菌群發(fā)生改變(乳酸桿菌屬相對豐度升高，擬桿菌屬相對豐度降低等)，這些變化與一些臨床參數(shù)密切相關。

綜上所述，腸道菌群在調節(jié)誘導GD/GO中起到了重要作用，并且腸道菌群可能會導致誘導反應的異質性。

3 小 結

腸道菌群的組成與AITD的發(fā)生發(fā)展密切相關。隨著診斷治療技術的不斷發(fā)展，個體化治療成為一個新的研究熱點，個體差異主要包括遺傳和環(huán)境因素，因此菌群作為環(huán)境因素里不可或缺的一部分，以菌群為研究靶點對于疾病的治療有著深遠的意義。當前，AITD與宿主微生物之間的研究已證實AITD患者腸道菌群組成發(fā)生紊亂，并且有潛力作為疾病診斷模型。未來需要更多、大樣本、多中心、長期縱向、動物及細胞實驗研究，進一步揭示腸道菌群與自身免疫性甲狀腺疾病發(fā)生發(fā)展的關系。