腸道菌群對腦卒中后免疫功能影響的研究進展

于 淼綜述，曾憲章審校

腦卒中是一種急性的腦血管疾病，包括缺血性腦卒中和出血性腦卒中。腦卒中是目前我國國民第一致死病因，也是導致成年人殘疾的首要原因。腦卒中可激活機體的炎癥和免疫反應。腸道免疫系統是機體內最大的免疫系統，含有超過70%的炎癥和免疫細胞。人體腸道內寄生著10萬億個細菌等微生物。研究表明，腸道菌群對腦卒后的炎癥和免疫反應起著關鍵的調節作用，可能成為腦卒中防治的切入點。本文主要就腸道菌群對腦卒中后相關炎癥和免疫反應的影響做一綜述。

當前腦卒中的發病率和死亡率在全世界范圍內占據首位，其發病機制和治療方法一直是學者們研究的熱點。腦卒中包括缺血性腦卒中和出血性腦卒中，以缺血性腦卒中為主。目前為止，臨床上對缺血性腦卒中的治療效果差強人意。靜脈溶栓治療存在治療時間窗短的問題[1]，而且纖溶系統的激活增加了顱內出血的風險[2]；機械性血栓切除術雖然治療時間窗有所擴大[3]，但是也僅限于大血管栓塞。近年來研究表明，腸道菌群介導的炎癥和免疫反應對于缺血性腦卒中的發生發展有重要作用，可能成為缺血性腦卒中治療的新靶點。本文主要論述腸道菌群通過調節炎癥和免疫反應對缺血性腦卒中的影響。

1 腸道免疫細胞在缺血性腦卒中發病過程中的作用

1.1 腸道免疫系統的組成 腸道包含一個由腸相關淋巴組織(GALT)組成的龐大而復雜的免疫系統。GALT可以使腸道不斷地識別并殺傷致病菌，對抗原發生免疫應答，還可以維持宿主免疫耐受。胃腸道免疫細胞區主要包括：派氏結(PP)、固有層免疫細胞(LP)、上皮內淋巴細胞(IEL)和腸系膜淋巴結，LP是其中最大的組成部分，擁有大量的B細胞、CD4和CD8亞群的T細胞、巨噬細胞、腸系膜樹突狀細胞、CD8+T細胞和γδT細胞等。

1.2 T細胞在缺血性腦卒中發病過程中的作用 T細胞包括Th1、Th2、Th17和Tregs等亞群，在腦缺血過程中起重要作用[4]。促炎性亞群(如Th1、Th17)可促進神經炎癥，抗炎性亞群(Th2、Tregs)則可以減輕神經炎癥，具有腦保護作用。腦卒中發生后，Th1通過分泌IL-2、IL-12、腫瘤壞死因子α(TNF-α)和干擾素γ(IFN-γ)等因子誘發免疫應答[5]。Th17則通過產生IL-6、IL-23、IL-17等細胞因子激活基質金屬蛋白酶(MMPs)并破壞血腦屏障(BBB)的結構。Th2通過分泌抗炎性細胞因子IL-4、IL-13抑制炎癥反應進行腦保護[6，7]。Tregs則通過分泌抗炎細胞因子IL-10、IL-35、轉化生長因子(TGF-β)抑制炎癥反應進行神經保護[8，9]。

1.3 腸道免疫細胞對缺血性腦損傷的影響 腦卒中發生后，腸道固有層的淋巴細胞發揮免疫調節和效應功能。Benakis等人研究發現，腸道γδT細胞的數量在腦卒中后增高，并可以遷移到大腦的軟腦膜[10]，通過產生IL-17加重腦缺血后的炎癥反應[11]。雖然Th17也可以產生IL-17,但在急性感染過程中，γδT細胞是產生IL-17的主要細胞[12]。與γδT細胞和Th17相反，Tregs在腦卒中發生后抑制炎癥反應，發揮神經保護方面起重要作用[13]。在腦卒中的中晚期，腸系膜樹突狀細胞(DC)促進CD4+T細胞轉化成為Tregs并且激活,腸道微生物通過其代謝產物也可誘導產生Tregs，DC促進Tregs向腸道遷移，抑制產生IL-17的γδT細胞分化，減少了γδT細胞向腦損傷部位的遷移[14]。有研究認為，Tregs對γδT細胞的抑制作用可能是通過產生抗炎因子IL-10實現的[10]。Liesz等人發現，Tregs的缺失能夠增加腦卒中后炎癥細胞(小膠質細胞和T細胞)的數量和激活程度,導致腫瘤壞死因子α(TNF-α)和干擾素c(IFN-c)生成增多，早期拮抗TNF-α和延遲中和IFN-c均能夠阻止Tregs缺乏小鼠腦梗死的增長。

2 缺血性腦卒中與腸道菌群的相互影響

2.1 缺血性腦卒中對腸道菌群的影響 腦卒中后，半數以上的患者會出現胃腸道并發癥，包括：腸道菌群失調、腸道運動障礙、腸道出血等[1]。缺血腦組織和活化的小膠質細胞釋放細胞因子，從血液中聚集炎性和免疫細胞到腦組織損傷部位。此外，缺血性腦損傷會導致細胞因子的釋放和迷走神經的激活，從會導致腸道通透性增加以及腸道菌群失調，細菌移位，腸道內的炎癥和免疫細胞通過循環進入到腦損傷部位[15]。腦卒中后，硬壁菌、類桿菌和放線菌等菌屬的豐度顯著降低[16]。有研究發現，腦卒中和短暫性腦缺血發作患者腸道菌群多樣性減少[17]。肺部感染是腦卒中后最常見的并發癥，研究表明，從宿主腸道微生物群到外周組織(即肺)的選擇性細菌移位在腦卒中后感染的發展中起著關鍵作用[18]。通常情況下，居住在小腸內的細菌在腦卒中后能夠在肺部定植，大腦中動脈阻塞(MCAO)后24 h內，肺部的微生物超過60%來自小腸[18，19]。動物實驗發現，腦卒中改變了盲腸腸道菌群的組成[18]，該研究結果顯示：MCAO導致交感神經興奮、腸動力下降，阻塞后第3天盲腸內的黏液蛋白和杯狀細胞數量下降且腸道菌群發生改變。另一項動物研究的結果也得出了類似的結論：MCAO引起腸道菌群的顯著變化，表現為幼年和老年小鼠擬桿菌門的相對豐度降低，厚壁菌門的相對豐度增加，最終導致厚壁菌門/擬桿菌門比值(F∶B)增加[20]。

2.2 腸道菌群對缺血性腦卒中的影響 研究發現，腸道菌群組成的不同會影響缺血性腦損傷的程度，通過糞便菌群移植(FMT)恢復腦卒中患者正常的腸道菌群，可以改善腦卒中患者的預后[21]。Chen等人發現，FMT顯著改變缺血性腦卒中患者的腸道菌群，減輕神經功能損害及腦水腫，減少腦梗死體積[22]。眾多的動物實驗也證實了FMT對缺血性腦損傷的保護作用。Singh等人通過動物MCAO模型發現，在腦卒中后進行FMT治療可部分恢復腸道菌群的多樣性，顯著減輕缺血性腦損傷[16]。Spychala等人發現，年輕小鼠的腸道菌群能夠減輕老年小鼠MCAO后的腦損傷程度，而老年小鼠的腸道菌群則能夠加重年輕小鼠MCAO后的腦損傷程度[20]。Benakis等人將阿莫西林敏感(ACsens)和阿莫西林抵抗(ACres)小鼠的糞便移植到經阿莫西林(AC)處理后的小鼠上，誘導MACO后發現ACsens小鼠的腦梗死面積比ACres小鼠減少了54%，且缺血3 d和7 d后，感覺運動功能更好[10]。上述研究結果證實：腸道菌群對缺血性腦卒中的預后具有調節作用。

3 腸道菌群對缺血性腦卒中后腸道免疫細胞的調節

3.1 腸道菌群失調影響免疫功能 研究表明，腸道菌群在免疫系統的成熟以及穩態的維持過程中發揮關鍵作用[23]。腸道菌群由共生菌群和致病菌群共同組成,腸道穩態被外界因素打破,共生菌數量下降,將會引起免疫系統失調。共生菌群是T細胞發育、誘導過程中必不可少的，腸道菌群的失調可以導致T細胞亞群的失衡進而引發自身免疫和炎性疾病[24]。此外還有研究發現，腸道菌群對腦卒中后全身的細胞因子反應有顯著影響。與具有老年腸道菌群的小鼠相比，具有年輕腸道菌群的小鼠在MCAO后，保護性細胞因子IL-4和粒細胞集落刺激因子(G-CSF)有顯著增加[20]。

3.2 免疫細胞可能介導缺血性腦卒中與腸道菌群之間的相互作用 共生菌群和腸相關淋巴組織的相互作用可以調節全身免疫。很多研究證明，腸道菌群和胃腸免疫細胞在腦卒中發病過程中具有重要作用。急性缺血性腦卒中能夠破壞外周免疫系統穩態，降低腸道運動能力，導致腸道菌群失調，類桿菌門多樣性降低，腸桿菌科、鏈球菌科等機會致病菌明顯增加。與此同時，腸道菌群也能夠影響缺血性腦卒中的結果，Winek等人發現 ，抗生素誘導的腸道菌群衰竭會導致MCAO后小鼠存活率顯著降低[25]。以上兩項研究證明了缺血性腦卒中與腸道菌群之間能夠相互作用，而這一過程很有可能與免疫功能有關。

動物實驗發現，PP內的T細胞和B細胞在腦卒中后24 h顯著減少[26]，這說明缺血性腦卒中能夠影響腸道免疫細胞的數量。Benakis等人在抗生素誘導的腸道微生物失調模型中證明，菌群失調會影響腦卒中后的神經炎癥。該研究發現，阿莫西林可以導致小鼠體內Treg細胞增多，從而抑制了小腸γδT細胞表達IL-17，進而減小MCAO后的梗死體積[10]。這說明腸道菌群可以對腦卒中發生后的免疫細胞功能產生影響。 Singh等人發現，將腦卒中小鼠的糞便移植到無菌小鼠體內，這些受體小鼠在發生MCAO后，體內PP中的Th1和Th17細胞增多，干擾素γ(IFN-γ)和IL-17表達增加，72 h后的梗死體積增大[16]。該研究者在隨后的研究中進一步發現，發生MCAO后，無菌小鼠的腦梗死體積比接受正常菌群定植小鼠和無特定病原體(SPF)的小鼠分別大50%和300%，從而得出結論：腦卒中后，機體存在由腸道菌群控制的，淋巴細胞驅動的保護性神經免疫反應[21]。那么，腸道菌群在腦卒中時如何調節免疫細胞？目前認為很有可能與腸道菌群的代謝產物有關。免疫性內毒素脂多糖(LPS)由腸道菌群產生，能夠直接或者通過激活外周免疫細胞誘導神經的免疫炎癥反應[17,27]。

4 小結與展望

固有性和適應性免疫細胞負責腦卒中后的炎癥和免疫反應。這些炎癥細胞和免疫細胞在腦卒中后從腸道、脾臟等器官遷移到大腦。腦卒中會導致腸屏障受損，使腸道菌群失調和細菌移位，通過腸道菌群激活腸道的炎癥和免疫細胞，對腦卒中的發生、發展和預后起到重要作用。所以，腸道菌群很有可能是治療腦卒中的一個新靶點。更好地了解腸道菌群對腦卒中后炎癥和免疫反應的影響對腦卒中的防治至關重要。然而，目前上述相關結論大多數是基于動物研究的結果，在缺血性腦卒中患者中，腸道菌群引起的炎癥和免疫反應以及腦卒中后腸道菌群失調的變化規律尚待仔細研究。