食物蛋白過敏與腸道微生態的國內外研究進展

李其澤 綜述 朱莉 審校

(貴州醫科大學,貴州 貴陽 550004；2.貴陽市婦幼保健院，貴州 貴陽 550003)

作為嬰幼兒最常見的過敏性疾病之一，食物蛋白過敏被認為是過敏性疾病的開端。其已成為全世界許多家庭的負擔，并對患兒的生長發育產生極壞的影響。食物蛋白過敏的癥狀呈非特異性，可涉及全身各個系統，并以消化系統癥狀和皮膚癥狀為最主要表現。研究[1]發現腸道微生態與食物蛋白過敏密切相關。益生菌可有效改善腸道菌群結構，提升宿主黏膜免疫功能，以抑制過敏反應。

1 食物蛋白過敏的流行病學及發病機制

1.1食物蛋白過敏的流行病學 人類生活環境和生活方式的巨大改變，使食物蛋白過敏的發病率在全球范圍內急劇增高[2]。1歲內是食物蛋白過敏的高發年齡，國際上經口服激發試驗證實的食物蛋白過敏約占1歲內嬰兒的2%～3%，6歲后下降到1%以下[3]。通過皮膚點刺試驗(skin prick testing，SPT)和血清IgE測定研究報道的患病率為2%～9%[4]。而我國最近報道[5]關于該病的發病率為2.68%。

1.2食物蛋白過敏發病機制 食物蛋白過敏是一種多因素相關性疾病，其與黏膜屏障及免疫功能密切相關，當發生黏膜損壞和(或)免疫功能紊亂時更易使機體致敏。在正常兒童中，當食物蛋白進入消化道后，首先經過相關消化酶分解形成小分子蛋白。分解后的小分子蛋白在腸道微生物的相關分子修飾后，被腸系膜淋巴結或Peyer氏結從中攝取蛋白抗原,并呈遞給上皮細胞下方的樹突狀細胞(DC)。在DC細胞中形成具有抗原的內體，并將其轉運至溶酶體或與溶酶體融合。此后抗原將降解為多肽，并轉運至MHC Ⅱ類分子室，以形成穩定的抗原肽-MHC Ⅱ類分子復合物。然后復合物轉運至抗原提呈細胞(APC)膜表面，并將抗原提呈給初始CD4+T細胞，促使其中的初始輔助T細胞0(help T cell 0，Th0)向調節性T細胞(regulatory T cell，Treg)的分化[6]。研究[7]發現調節性T細胞在口服耐受和維持調節中起決定作用。抑制Treg細胞分化會促使Th0細胞分化為Th1、Th2和Th17細胞，使機體產生免疫應答[7]。此外DCs分泌的白細胞介素(interleukin，IL)-5、IL-6可產生協同作用，這些細胞因子刺激局部IgA的產生，進一步擴大CD4+CD25+T調節細胞，抑制CD4+效應細胞(Th1和Th2)的生長，并抑制免疫應答，從而形成和維持腸道對免疫耐受的耐受性[8]。

當腸上皮細胞之間的緊密連接蛋白被破壞時，腸道的通透性增加，食物中的蛋白質大分子容易通過腸道黏膜進入固有層，在缺乏腸道微生物修飾的同時與腸道黏膜相關淋巴組織結合，引起過敏反應。有研究[9]發現給無菌小鼠單獨定植多形擬桿菌后，宿主的轉錄蛋白水平上調，其中包括能加速修復腸表皮細胞損傷的導管蛋白，同時小鼠表現出對蛋白過敏原的耐受增加，這表明了腸道微生物可通過修復腸黏膜的作用來起到屏障功能，并抑制過敏反應的發生。

同時有研究[10]發現了腸道菌群與宿主免疫之間的存在相互作用關系，腸道菌群結構發生變化會使機體內一些保護體內平衡的信號缺失，破壞 Th1/Th2平衡，使其偏向Th2反應，從而誘發過敏反應。通過調節菌群失調可以有效改善免疫紊亂，抑制過敏反應的發生、發展。在小鼠模型試驗發現具有共生菌群減少的小鼠(包括無菌或抗生素處理后的小鼠)表現出對蛋白過敏原的敏感性增加以及血清中IgE含量升高[11]。通過IL-4Ra增強信號傳導的小鼠對食物抗原表現出嚴重的過敏反應[12]，而通過使用特異性Treg細胞治療來阻止了IL-4Ra增強信號傳導的小鼠表現出食物過敏相關的特征性微生物群的增長，并出現了明顯的口服耐受的相關特征，揭示了宿主的免疫反應和共生菌群的密切關系，腸道菌群的改變可能加劇免疫系統的失衡，進而導致過敏反應的發生。微生物群參與影響先天免疫細胞和適應性免疫細胞的發育。微生物群能影響先天免疫細胞的轉錄編程，一些特定菌株可直接影響免疫系統發育和分化[13]。微生物群還可以直接調節腸道上皮細胞的表達以達到維持免疫平衡的作用。研究[14]發現IL-25或IL-33的過度表達驅動對食物抗原的過敏反應，這表明這些上皮細胞因子可能通過將腸道免疫環境從耐受性轉變為過敏性而導致食物過敏的發生。腸道菌群的改變能從多個途徑影響腸道對食物蛋白的吸收。通過進一步研究腸道菌群與食物蛋白的關系，可能達到防治食物蛋白過敏的效果。

2 腸道菌群對食物蛋白過敏的調節機制

2.1微生物群對腸道屏障功能的保護 微生物組可產生抗菌肽(AMPs)，其和腸道杯狀細胞產生的黏液共同作用形成物理屏障，限制細菌和抗原進入上皮表面，使未被分解的大分子蛋白質不能穿過上皮細胞與黏膜下的免疫細胞結合，這有助于降低食物致敏性。研究[15]表明共生微生物增強上皮細胞的屏障功能可有效減少腸道對過敏原的吸收，并對預防過敏起重要作用。研究[15]發現用梭狀芽孢桿菌菌落定殖無菌小鼠可誘導IL-22產生，刺激腸黏膜產生保護性黏膜層和AMP，以確保這種細菌群落的豐富程度。這些細菌誘導的屏障保護功能降低了食物蛋白過敏原穿過上皮屏障并進入全身循環的可能。在健康個體中，食物過敏原特異性和細菌誘導的Treg細胞與固有淋巴樣細胞(innate lymphoid cells，ILC)衍生的IL-22依賴性效應子功能(例如,誘導黏液分泌AMP)協同以維持上皮屏障完整性和黏膜穩態。駐留在近端結腸中的過敏保護性細菌群可能通過分泌代謝物影響該位點細胞的遷移，以此調節小腸對過敏原的攝取。在食物過敏受試者中，這些過敏保護性細菌群的喪失會損害屏障的完整性。過敏原接觸的增加和代謝物(如短鏈脂肪酸SCFAs)的消耗會導致上皮層壓力負荷增加，更易導致食物過敏[16]。因此，腸道菌群可通過對保護腸道上皮屏障的積極作用來預防和治療食物蛋白過敏。

2.2腸道菌群調節腸道免疫平衡 腸道菌群通過多種途徑調節免疫平衡，并起到預防和治療過敏的作用。腸道菌群被腸道固有免疫系統識別為無害。有相應的腸道菌群分泌細胞因子維持黏膜屏障和免疫平衡。研究[17]表明在生態失調的條件下，微生物群分泌相應細胞因子(如IL-17)的水平降低，從而促使腸道中的免疫環境傾向于2型免疫反應，這最終導致對食物抗原的異常Th2應答，而“健康”的微生物群可以通過維持腸上皮細胞的相應細胞因子的表達來預防過敏致敏。

腸道菌群還能通過促進增加Th1細胞因子的分泌，降低Th2在機體中的含量，使Th1/Th2平衡。新生兒期的免疫反應以Th2為主，隨著出生后環境中抗原的刺激，Th1型細胞因子逐漸增多，使免疫反應向Th1轉化，并達到“Th1/Th2平衡”。當嬰幼兒受環境中抗原的刺激減少，造成機體免疫反應向Th2偏移，分泌的IL-4、IL-5、IL-13等細胞因子增多，刺激B細胞產生IgE，導致過敏性疾病的發生[14]。而腸道菌群可抑制Th2型細胞因子的生成，以達到維持體內免疫平衡的作用[11]。

微生物群能強烈誘導結腸Treg細胞的生成，并以此抑制過敏反應的發生。但由于腸道Treg群體內存在異質性，特定細菌可能誘導具有不同功能的特定Tregs群體，并維持動態平衡[16]。研究[18]發現菌群介導的Treg擴增可以保護機體免受食物過敏原致敏，菌群特異性Tregs可能遷移到小腸固有層(可能通過MLN再循環)并分泌IL-10以增強耐受性的環境。鑒于此，由菌群衍生的Treg細胞維持的耐受性環境可能有助于在接觸食物抗原時，產生食物抗原特異性Treg，而非促進Th2細胞的過度增殖，并誘導口服耐受的形成[14]。

腸道菌群還可通過介導Treg誘導的信號傳導途徑，被相應模式識別受體識別，并產生抑制炎癥的細胞因子來獲得免疫耐受。有研究[19]提出了宿主Toll受體(TLR)被腸道菌群激活，并促進誘導維持耐受性反應的結腸Treg細胞的產生。其在MLN中的CD103+DCs誘導新形成的Treg表面上腸道歸巢受體CCR9、a4b7和β7整合素配體-黏膜血管地址素細胞粘附分子1(MadCAM-1)的表達，使Treg細胞從MLN遷移至小腸固有層(抗原被攝入的地方)，通過大量產生IL-10和/或T輔助(Th)3細胞，進而產生TGF-β，最終誘導免疫耐受的形成。

2.3腸道微生物群代謝產物的作用 短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)是腸道菌群代謝產物中最主要的標志物之一。腸道中不同種屬類型的細菌產生的SCFA的種類和數量各不相同，通過檢測腸道中SCFA的變化，可以反應腸道中腸道菌群的變化。腸道菌群代謝產生短鏈脂肪酸，例如丁酸，丙酸和乙酸。這些代謝產物在腸道上皮吸收食物蛋白時直接影響這免疫反應，其免疫改變包括增加的Tfh細胞，增加的IgA和增加的Treg細胞，并依賴于通過SCFA受體在上皮細胞上的GPR43和在免疫細胞上的GPR109 A的信號傳導，以此抑制過敏反應[20]。

3 益生菌治療食物蛋白過敏的臨床研究

益生菌系對宿主有益的活性微生物，它們在人體腸道和生殖系統中定殖，產生確切的良性效應，改善宿主微生態平衡，并發揮有益作用。

生命早期的微生態失調易導致過敏性疾病的發生，在此期間改變微生物組成的干預性治療可能對預防機體過敏有效[10]。研究[21]表明孕期和(或)嬰兒期使用益生菌在濕疹發病率上有顯著的下降。世界過敏組織(World Allergy Organization,WAO) 在過敏性疾病預防指南(2015版)中指出，使用益生菌來預防特異性皮炎是有益的[22]。

在益生菌治療過敏性疾病的研究中，研究[23]發現eHPF聯合酪酸梭菌能有效治療嬰兒濕疹，減輕濕疹癥狀，且能下調患兒血清 IgE 水平。 S.O.Kim等[24]研究表明益生菌可以是用于治療特異應性皮炎(AD)的一種選擇，尤其是治療兒童和成人中重度AD，但對于嬰兒使用益生菌的有益作用仍需進一步研究。國內研究[25]雙歧桿菌BBMN68可治療嬰兒CMPA性腹瀉，同時降低了患兒血清中IL-4、IL-6、 IL-1β、IgE水平。研究[26]表明在確診的CMPA中顯示補充益生菌可能與CMPA兒童更早獲得對牛奶蛋白的耐受性有關。

鼠李糖桿菌(LGG)作為第3代益生菌在治療牛奶蛋白過敏中獲得較大的成功。乳桿菌菌株可以在治療過敏性疾病中提供免疫機制介導的臨床益處[27]。有研究[28]通過運用鼠李糖乳桿菌及深度水解奶粉顯著改善了牛奶過敏性結腸炎結腸黏膜的恢復,間接表現為糞便鈣衛蛋白的降低和一個月后糞便中潛血持續存在的嬰兒數量的減少。也有研究[29]表明飼喂含有LGG的深度水解酪蛋白配方的牛奶過敏兒童在12個月時獲得的牛奶耐受率增加。使用LGG補充配方治療牛奶過敏嬰兒，患兒腸道菌群中產丁酸鹽的細菌菌株明顯增加，這對治療牛奶過敏有明顯益處[30]。這些結果表明了腸道微生物群靶向治療可能是食物過敏的有效策略[22]。

但也有研究[31]發現對119名牛奶過敏嬰兒使用干酪乳桿菌CRL431和乳酸乳球菌Bb-12補充12個月后，其耐受性沒有明顯變化。目前對益生菌治療牛奶蛋白過敏尚無確切結論，LGG可能在治療該病中起積極作用，而其他菌群的療效仍需進一步研究。中華醫學會對于使用益生菌作為治療牛奶蛋白過敏的方案目前尚無統一意見[32]。

關于益生菌在預防和治療過敏方面研究的矛盾結果可能歸因于菌株的巨大異質性，治療持續時間和使用劑量。