腸道微生物在類風濕關節(jié)炎發(fā)病機制中的研究進展

孫何花，王 佳，郝育飛，張升校，王彩虹，李小峰

(山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院風濕免疫科，太原 030000)

類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA) 是以滑膜炎和血管翳為基本病理表現(xiàn)的慢性自身免疫性疾病，是一種常見的高度致殘性疾病，目前其發(fā)病機制尚不明確。我國RA的發(fā)病率約為0.34%，患病總人數(shù)約為500萬，嚴重威脅患者健康，給患者家庭和社會帶來巨大負擔[1]。既往研究認為，RA發(fā)病與一些相關遺傳易感位點有關[2]。但流行病學研究發(fā)現(xiàn)，RA在同卵雙胎中的發(fā)病相符率較低，表明環(huán)境等非遺傳因素也在自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[3-4]。有研究認為，RA由表觀遺傳修飾、免疫調節(jié)及環(huán)境因素相互作用所致，環(huán)境改變可通過表觀遺傳使免疫穩(wěn)態(tài)失衡，從而引起風濕性疾病的發(fā)生發(fā)展[5]。越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物的組成和功能變化與自身免疫性疾病的關系密切，并與RA發(fā)病密切相關[6-11]。研究表明，腸道菌群失調可導致RA等一系列風濕性疾病的發(fā)生發(fā)展，其機制可能是腸道微生物及其代謝產物通過調節(jié)自身免疫性疾病的免疫功能所致[7,12-13]。現(xiàn)對腸道微生物與RA的相關研究進展予以綜述。

1 RA發(fā)病與腸道微生物變化的相關性

RA以關節(jié)畸形和功能障礙為主要臨床表現(xiàn)，早期僅出現(xiàn)血清相關自身抗體升高，無明顯臨床滑膜炎表現(xiàn)，故認為RA早期病變可能起源于關節(jié)外[14]。對小鼠的實驗研究發(fā)現(xiàn)，無菌條件下K/BxN關節(jié)炎小鼠的自身免疫性關節(jié)炎明顯減輕；并發(fā)現(xiàn)導入腸道分節(jié)絲狀菌的無菌小鼠的關節(jié)炎癥狀加重，不僅恢復了固有層輔助性T細胞17的數(shù)量，還誘發(fā)了血清自身抗體的產生，表明腸道共生微生物在自身免疫性疾病的發(fā)生中起重要作用，但應重視人類與小鼠胃腸環(huán)境的物種差異[15]。隨著高溫超導技術的飛速發(fā)展，對腸道菌群組成和功能的研究進展也不斷深入。Chen等[8]通過元組獵槍測序和元組關聯(lián)研究對治療初期RA患者的糞便、牙齒和唾液樣本進行測試發(fā)現(xiàn)，RA患者腸道和口腔菌群均存在菌群失調，且兩者差異一致；RA患者口腔和腸道中嗜血桿菌較健康對照組明顯減少，并與血清自身抗體滴度呈負相關；唾液乳酸菌的比例升高與疾病活動度顯著相關。利用16S核糖體RNA基因測序技術的研究發(fā)現(xiàn)，未治療的初發(fā)RA患者腸道普氏菌顯著高于健康對照組，且治療后RA患者腸道普氏菌的分布水平與健康對照組基本接近，可見，腸道菌群變化與RA發(fā)病及疾病活動具有強相關性[16-18]。此外，Maeda等[9]的研究表明，早期RA患者攜帶以普氏菌為主的腸道菌群。普氏菌的增加與早期RA患者體內擬桿菌和有益菌的減少有關[8]。由此可見，腸道微生物在RA發(fā)病中起重要作用。

2 腸道微生物參與RA的發(fā)病機制

免疫功能紊亂與RA發(fā)病相關，但具體發(fā)病機制尚不明確。調節(jié)性T細胞(regulatory T cells，Treg細胞)和輔助性T細胞的失衡與RA的發(fā)生發(fā)展以及疾病活動密切相關[5]。有研究顯示，腸道有大量Treg細胞富集[19]。約1014個微生物定殖于成人消化道，重達1～1.5 kg，其數(shù)量是人體體細胞數(shù)量的10倍，編碼約330萬個基因，是人類基因數(shù)的150多倍，可見人體中的微生物具有重要的生理功能[20]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物及其代謝產物可影響Treg細胞的形成及分化，腸道菌群可能通過影響免疫細胞分化干擾機體的免疫功能，進而誘發(fā)RA等多種自身免疫性疾病[5,8]。另有研究表明，腸道微生物可通過分子模擬、抗原交叉反應、破壞黏膜屏障等機制影響自身免疫性疾病的發(fā)生[21]。綜上所述，腸道微生物可通過調節(jié)機體免疫細胞分化、利用分子模擬機制或誘導炎癥介質產生影響宿主的免疫功能，誘導自身免疫性疾病。腸道微生物主要通過改變微生物成分或微生物代謝物兩種方式影響宿主免疫系統(tǒng)[5]。

2.1腸道微生物對機體免疫功能的調節(jié) 腸道微生物在調節(jié)機體免疫中發(fā)揮重要作用。正常腸道微生物通過產生白細胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-6 促進脾臟和腸系膜淋巴結中調節(jié)性B細胞的分化，調節(jié)性B細胞通過分泌IL-10抑制過度炎癥；誘導關節(jié)炎后，IL-1β和IL-6僅在常規(guī)飼養(yǎng)小鼠中產生，并直接促進調節(jié)性B細胞分化和IL-10的產生；與常規(guī)飼養(yǎng)對照組小鼠相比，使用抗生素治療或無菌飼養(yǎng)環(huán)境小鼠誘導關節(jié)炎后產生的調節(jié)性B細胞的數(shù)量和功能均較弱，導致關節(jié)炎繼續(xù)進展并加重，提示腸道菌群可通過誘導調節(jié)性B細胞在內的免疫細胞的產生抑制機體的過度炎癥反應[22]。另有研究發(fā)現(xiàn)，給予常規(guī)飼養(yǎng)幼年小鼠口服接種梭菌可明顯降低其成年后結腸炎的發(fā)病率，并可對全身免疫球蛋白E應答產生明顯抵抗，故可將口服梭菌作為治療自身免疫和變態(tài)反應的新方法[19]。Chen等[8]對比無菌小鼠和特異性無菌小鼠免疫系統(tǒng)的差異發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠有較小的獨立淋巴濾泡和集合淋巴結，且腸分泌IgA和漿細胞減少，而無菌小鼠腸道和肺組織中穩(wěn)定的自然殺傷T細胞顯著增加，此研究揭示了共生菌對免疫系統(tǒng)結構和功能的影響。此外，在無菌小鼠結腸固有層中輔助性T細胞17和Treg細胞均被調整到較低的水平，表明共生微生物的存在對建立獲得性免疫耐受至關重要[23]。

腸道微生物不僅參與免疫細胞的分化過程，還對維持免疫平衡起重要作用[24-25]。以莢膜多糖A為例，將含有莢膜多糖A的細菌脆弱類桿菌引入無菌小鼠，可以糾正原已存在的輔助性T細胞1/輔助性T細胞2失衡，同時還可通過與Toll樣受體2的相互作用直接促進Treg細胞的分化和進一步的免疫耐受[26]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道分節(jié)絲狀菌可增強宿主黏膜免疫反應，主要通過上調血清淀粉樣蛋白的表達促進固有層樹突狀細胞發(fā)育，分泌IL-6、IL-22等炎癥因子，活化輔助性T細胞17，促進IL-17產生，同時促進破骨細胞形成，最終誘導關節(jié)破壞[27]。干酪乳桿菌可以顯著降低RA患者血清IL-1、IL-2、IL-6和IL-17，提高IL-10等抗炎因子水平，從而改善RA患者的病情，可見腸道菌群可通過調節(jié)細胞因子影響免疫細胞分化，干擾機體的免疫功能，進而誘發(fā)自身免疫性疾病[28]。

Rombouts等[29]的體外實驗發(fā)現(xiàn)，腸道菌群持續(xù)刺激可誘導RA患者體內類風濕因子的分泌，表明腸道微生物可通過分子模擬影響人類免疫系統(tǒng)，進而誘發(fā)自身免疫性疾病。另有研究發(fā)現(xiàn)，RA患者血清及關節(jié)液中耶爾森菌屬(Yersinia)和沙門菌屬(Salmonella)的抗體滴度明顯高于健康人群，提示腸道菌群可能通過抗原交叉反應參與自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展[30]。動物實驗證實，大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、草綠色鏈球菌等機會致病菌和難辨梭菌分泌的腸毒素均可誘導產生多種炎癥細胞及炎癥因子，攻擊自身組織，引起腸黏膜通透性增加，導致腸道條件致病菌侵襲，破壞腸上皮完整性，引起機體對外源性抗原的免疫應答，增加RA的患病風險[31-32]。由此可見，微生物及其代謝產物不僅影響機體的免疫穩(wěn)態(tài)，還可影響宿主對多種免疫介導疾病的易感性。

2.2腸道菌群代謝物對RA患者免疫功能的調節(jié) 短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)是參與機體免疫細胞分化的最常見的腸道代謝物[33]。SCFAs 是腸道菌群影響機體免疫細胞的重要信號傳遞介質，主要由結腸寄居的微生物群對未消化復合碳水化合物的分解產生[34]。SCFAs不僅是人類腸道上皮細胞和微生物的關鍵能源，還參與細胞分化、凋亡、抗炎反應等多種重要的生理功能[35]。有研究表明，SCFAs可通過招募中性粒細胞加重炎癥，對RA等自身免疫性疾病發(fā)揮重要的免疫調節(jié)作用[36]。在炎癥初期，SCFAs主要通過作用于腸上皮細胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體41和G蛋白偶聯(lián)受體43將信號傳輸給免疫細胞，從而抑制炎癥產生；此外，SCFAs還可通過激活細胞內的激活蛋白-1通路，促進細胞因子和趨化因子釋放，增強機體免疫應答[37]。

SCFAs是重要的組蛋白去乙酰化酶抑制劑，可通過表觀修飾調節(jié)免疫細胞的分化。丁酸作為SCFAs的代表，具有廣泛的組蛋白去乙酰化酶抑制作用，可通過抑制組蛋白去乙酰化酶影響外周血單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞的功能來抑制機體炎癥反應，還可通過抑制Treg細胞中組蛋白去乙酰化酶-6和組蛋白去乙酰化酶-9的表達促進Treg細胞的分化,并實現(xiàn)Treg細胞的免疫抑制功能，進而維持結腸的免疫穩(wěn)態(tài)[6,34]。此外，丁酸鹽能夠促進腸道上皮細胞增生和黏蛋白合成，對保持腸道上皮細胞完整性起重要作用[38]。

葉酸和膽堿都是重要的甲基供體，在DNA和組蛋白甲基化中起重要作用。除攝入葉酸外，腸道菌群產生的葉酸被寄主結腸吸收，通過對宿主葉酸水平的調節(jié)影響包括Treg細胞在內的多種免疫細胞的分化。此外，其他能夠影響宿主免疫系統(tǒng)的細菌代謝物還包括芳基烴受體配體和多胺等多種物質[39]。綜上所述，微生物及其代謝產物可通過誘導免疫細胞分化、激發(fā)RA相關抗原的產生及增加宿主的疾病易感性誘發(fā)自身免疫性疾病，可能成為治療自身免疫性疾病的新方法。

3 調節(jié)腸道微生物在RA治療中的應用

腸道益生菌可能對RA患者的治療有輔助作用。對吲哚美辛治療的關節(jié)炎誘導大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌干預大鼠的血管翳形成、滑膜浸潤、骨破壞等較非菌群干預大鼠明顯減少[40]。口服抗生素恩羅沙星的膠原誘導關節(jié)炎小鼠上的在部分腸道共生細菌減少，并出現(xiàn)更嚴重的關節(jié)炎癥狀[41]。此外，將雙歧桿菌等益生菌定值于使用非甾體抗炎藥治療的動物模型的研究表明，雙歧桿菌可有效緩解藥物的胃腸道影響，對腸黏膜有明顯的保護作用[42]。由此可見，腸道微生物干預將有助于改善某些治療自身免疫性疾病藥物所引起的胃腸道不良反應。

臨床研究表明，口服益生菌干酪乳桿菌1周后，RA患者的疾病活動度評分明顯降低；與健康對照組相比，益生菌組血清促炎細胞因子腫瘤壞死因子-1和IL-6顯著降低，而血清調節(jié)細胞因子IL-10顯著升高[28,43]。此外，將含有嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和雙歧桿菌的益生菌膠囊引入RA患者，與安慰劑組相比，益生菌組疾病活動度評分較低，B細胞功能、血清高敏C反應蛋白水平也顯著降低[12]。

綜上所述，通過調節(jié)腸道微生物可影響機體的免疫功能，進而改變RA等自身免疫性疾病的病情；使用益生菌可影響機體免疫系統(tǒng)，明顯改善RA患者的病情[44]。然而，不同菌株腸道微生物對免疫系統(tǒng)功能的調節(jié)作用不同，有些菌株可刺激免疫反應，對免疫缺陷患者有利，有些菌株可抑制免疫反應，對RA患者的免疫活化有利[44-47]。隨著益生菌在關節(jié)炎動物模型研究的逐漸增多，有望將其轉化為臨床實踐，但現(xiàn)有補充益生菌的RA患者管理的數(shù)據(jù)很少，無法提供確切的療效證據(jù)，仍需對腸道微生物的進一步探索[12]。

4 小 結

人類腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)密切相關，在RA等自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，可能通過分子模擬機制、抗原交叉反應等多種途徑影響機體免疫穩(wěn)態(tài)，但具體機制仍不明確，尚有待進一步探索。某些腸道菌群可預測RA患者的易感性，對特定菌群的檢測成為臨床醫(yī)師預測并控制患者發(fā)生自身免疫性疾病的可能方法[9-10]。此外，腸道菌群對RA發(fā)病的影響不僅與菌株種類和數(shù)量的差異有關，其分布位置的差異也與機體諸多疾病密切相關。因此，對腸道菌群種類及功能的探索十分必要，由于腸道菌群種類繁多、數(shù)量龐大，故需要長期大規(guī)模的研究。

隨著科技的進步，可結合微生物群與基因、蛋白等多組學分析探索人類免疫系統(tǒng)和微生物群之間的相互作用，加深對腸道菌群的認識，有望發(fā)現(xiàn)用于RA診斷以及預后評估的新的生物標志物。探索RA患者腸道微生物群的改變可為RA患者分層治療提供新的參考手段。通過靶向調控腸道微生物恢復其生態(tài)平衡的新藥可能成為基于微生物層面RA患者的精準靶向治療。