腸道菌群對CD4+T淋巴細胞分化和穩態影響的研究進展

陳瑩，侯亞義，王婷婷

(南京大學醫學院及醫藥生物技術國家重點實驗室，江蘇 南京 210093)

腸道菌群與適應性免疫的相互調節，特別是對T細胞分化發育的影響，已較為明確。研究發現，腸道菌群的組成和多樣性的變化對于T細胞數量和功能改變的影響是疾病發生發展的重要病理機制[1]。因此，分析患者與健康者之間腸道菌群的差異性，篩選出疾病特征菌群，明確其與T細胞分化和功能的聯系，通過飲食、益生菌和(或)益生元、抗生素和糞便微生物移植對相關菌群進行調控，對疾病的診斷、治療和預后具有重要意義。

1 腸道菌群概述

1.1 腸道菌群的組成

人體胃腸道是宿主、環境因素與抗原相互作用的最大界面之一，面積可達250～400 m2 [2]，其中生活著數以萬億計的微生物，包括細菌、真菌、蠕蟲和病毒等，稱為腸道菌群[3]，它們對宿主的體內平衡和疾病發展具有重要作用。通過16S rRNA基因序列和全基因組鳥槍法測序分析腸道細菌組成和多樣性，發現主要有五大類群：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門和疣微菌門，其中以厚壁菌門和擬桿菌門數量最多[2,4-5]。此外，豐富多樣的真菌群落也寄生在哺乳動物的胃腸道中，與腸道細菌具有相似的壁龕，通過相互調節維持腸道菌群的穩定。下消化道真菌多樣性較上消化道多，主要包括念珠菌屬、酵母菌屬、曲霉菌屬等。這些真菌大部分能夠在37℃中存活，提示具有在腸道中永久定植的可能性[6]。

腸道菌群的組成和豐度處于動態變化中，受遺傳、地理位置、飲食和免疫狀況等多種內、外因素的影響，從而與宿主和外部環境建立起一個動態平衡[7]。目前，腸道菌群的研究已經從對微生物群落的組成分類研究轉向了解其在宿主健康和疾病方面的生理作用。隨著高通量16S rRNA基因測序和鳥槍法宏基因組學等高通量低成本測序方法的成熟[2,5]，人們能夠從整體把握特定群落的特征和功能，使菌群的調控成為可能。

1.2 腸道菌群的代謝物

腸道菌群通過與宿主相互作用，產生一系列代謝物，包括短鏈脂肪酸、生物胺、色氨酸代謝物等，其不僅在腸道內維持免疫平衡，還可以影響宿主遠端疾病的發展，包括中樞神經系統[8]。

腸道菌群中的擬桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬等細菌具有一系列酶，通過對難以消化的多糖如膳食纖維的厭氧發酵產生短鏈脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，通常在胃腸道中以1 ∶1 ∶3比例出現[9]，其中以丁酸的研究最為廣泛[10]。短鏈脂肪酸的濃度隨腸道部位的不同而變化，在盲腸和近端結腸中最高，在遠端結腸中下降。短鏈脂肪酸作為骨髓細胞和上皮細胞表面受體Gpr41、43和109a的配體，能夠抑制組蛋白去乙酰化酶活性，為腸道上皮的主要能量來源，通過發揮抗炎作用維持腸道穩態[11-12]。

腸道菌群能從頭合成維生素K、維生素B復合體(煙酸、葉酸、硫胺素、核黃素等)等多種宿主無法合成的維生素。雙歧桿菌是葉酸的主要生產者，參與宿主代謝以及DNA的合成與修復[2]；乳酸菌對于維生素B12的合成至關重要。脆弱擬桿菌、遲緩真桿菌和腸球菌屬等細菌是參與合成維生素K的主要腸道細菌，可用于預防和治療菌群相關疾病[13]。

此外，腸道細菌也是強效抗炎生物胺如組胺、腐胺和精胺的重要來源[8]；結腸細菌能將難以代謝的膽汁酸轉化為次級膽汁酸[8]；來自梭菌綱、擬桿菌屬和脫硫弧菌屬的腸道細菌能夠合成非核糖體肽合成酶，這些物質的改變與代謝相關疾病的發生發展密切相關[8]。

1.3 腸道菌群的功能

腸道菌群在免疫、代謝、疾病等方面為宿主提供多種有益的功能。由于組成的多樣性，腸道菌群顯示出高度的功能冗余[4]，目前普遍認為對其功能的探究比組成更為重要[14]。

腸道菌群最重要的功能是對宿主免疫系統的影響。一方面，腸道菌群促進機體早期免疫系統的發育和成熟；另一方面幫助維持腸道屏障的完整性，調節宿主免疫系統，維持免疫平衡[15]。同時，腸道菌群能夠通過產生相關的酶促進腸道對營養物質的分解吸收[11]；通過直接殺死、爭奪有限的營養和增強免疫反應來抵抗病原體的入侵，介導對腸道病原菌的定植抗性[16]；其成分變化能夠預測腸道早期疾病[17]；參與腸道代謝晝夜節律的設定[18]。

研究發現，腸道菌群失調或其代謝過程的改變與多種腸道內、外疾病相關[3,8]，特別是T細胞介導的炎性以及自身免疫性疾病，具體的相關性將在下文進行闡述。

1.4 宿主對腸道菌群的免疫反應

腸道免疫系統又稱黏膜免疫系統，是人體免疫系統最大的組成部分，不斷暴露于各種抗原和潛在的免疫刺激中，通過腸道屏障來調節對共生菌的耐受性和對致病菌的免疫排斥，從而維持體內平衡[19-20]。

腸道屏障是由物理(上皮和黏液層)、生化(酶和抗菌素前體)和免疫(IgA和上皮相關免疫細胞)等綜合成分組成的動態屏障[2,21]。由于不斷受到微生物以及食物抗原的刺激且不能區分病原體和共生菌群，腸道免疫系統不斷被激活并受到嚴格調控，具有多種免疫耐受機制。腸道屏障能夠通過協同物理屏障、抗菌肽和多種免疫細胞將多種微生物限制在一定的空間內，從而減少上皮細胞與腸道菌群的直接接觸，但該限制不是絕對的[4]。某些共生菌如分節絲狀菌、脆弱擬桿菌和變形桿菌等，可滲透黏液層與腸上皮細胞結合[4]。腸道屏障的破壞以及菌群的失調會導致免疫耐受性的破壞，引發多種炎性疾病。

2 腸道菌群對CD4+T淋巴細胞分化的影響

CD4+T細胞分化受細胞因子環境，轉錄活動和表觀遺傳機制(包括DNA甲基化、microRNA表達變化以及組蛋白修飾)影響，表明CD4+T細胞譜系分化決定因素的復雜性[22]。在腸道淋巴細胞中，CD4+T細胞是介導多種宿主保護和穩態反應的主要細胞群[23]。腸道菌群及其代謝物可以通過直接或間接的方式誘導CD4+T細胞分化，包括T-bet+Th1細胞、RORγt+Th17細胞、Foxp3+調節性T細胞(Treg細胞)和GATA3+Th2細胞[15]。細菌、真菌和病毒主要誘導Th1，Treg或者Th17細胞反應，寄生蟲定植介導Th2細胞反應。

2.1 腸道菌群對Treg細胞分化的影響

Treg細胞是外周免疫耐受和免疫平衡的關鍵介質，其分化、功能和穩定主要由轉錄因子Foxp3和IL-2-α鏈受體(CD25)調控[24]。Treg細胞通過產生抗炎細胞因子IL-10、IL-2、IL-35和TGF-β，以及CTLA-4與樹突狀細胞(dendritic cell,DC)CD28配體(如CD80和CD86)的相互作用，防止對共生菌群產生不利的免疫反應，其失調與多種炎癥和自身免疫性疾病相關[25]。

腸道菌群可以在小腸和結腸固有層中促進Treg細胞誘導、遷移和增殖，包括大腸埃希氏菌屬、艾克曼氏菌屬、擬桿菌屬、梭狀芽胞桿菌屬、乳桿菌屬和鏈球菌屬，目前研究多集中在Treg細胞較多的結腸中[2-3,26]。在廣譜抗生素治療或無菌培養條件下，結腸Treg細胞數量的減少進一步證明腸道菌群對于Treg細胞分化的重要性。

多項研究證明，脆弱擬桿菌和梭狀芽孢桿菌在功能性Treg細胞的誘導中起關鍵作用[27-28](圖1)。脆弱擬桿菌的莢膜多糖A刺激CD4+T細胞膜表面TLR2表達,誘導產生抗炎細胞因子IL-10的Treg細胞，從而促進定植和腸道有益的免疫抑制[29]。同時，脆弱擬桿菌的外膜囊泡能夠通過激活非經典自噬誘導Treg細胞，抑制黏膜炎癥[8]。另一項研究表明，來源于脆弱擬桿菌的鞘脂也能夠誘導Treg細胞，并且通過與CD1d結合激活恒定自然殺傷T細胞，從而產生耐藥反應和炎癥抑制[30-31]。

圖1 腸道菌群對Th17/Treg細胞分化的影響以及涉及其平衡的相關疾病

短鏈脂肪酸尤其是丁酸，是驅動CD4+T細胞分化的重要代謝物，但不是所有的短鏈脂肪酸都能誘導結腸Treg細胞的產生[27]。從人類原生菌群中分離出17株誘導Treg細胞的腸道菌群，分別屬于梭狀芽孢桿菌簇Ⅳ、ⅩⅣa和ⅩⅧ[32]。梭狀芽孢桿菌產生的短鏈脂肪酸和色氨酸代謝物，分別由G蛋白偶聯受體和芳香烴受體識別，通過表觀遺傳修飾，誘導Treg細胞擴增和結腸遷移，維持整體腸道穩態[3,33]。例如，來源于梭狀芽孢桿菌的丁酸[27]，一方面通過抑制組蛋白去乙?；傅幕钚?，提高Foxp3啟動子和保守非編碼DNA序列3增強子區域組蛋白H3的乙酰化水平；另一方面通過激活丁酸受體Gpr109a，誘導CD103+DC表達視黃酸脫氫酶(RADLH1)，產生視黃酸，結合保守非編碼DNA序列1，二者協同促進Foxp3表達，而DNA甲基化可能是維持共生菌群定植后Treg細胞穩態的重要機制[25]。

2.2 腸道菌群對Th17細胞分化的影響

Th17細胞是CD4+效應T細胞的一個亞群，受RORγt轉錄調控[34]，通常在小鼠和人類的小腸固有層中數量最多。它們通過分泌細胞因子IL-17A、IL-17F和IL-22[35]，誘導腸上皮細胞產生抗菌肽和緊密連接蛋白，從而維持腸道屏障的完整性，參與炎癥和自身免疫性疾病的發生[15,28]。

腸道Th17細胞是在腸道共生菌和某些細胞外病原體的定植下誘導和積累的[36]，具有強大的促炎性。小鼠黏膜與全身炎性Th17細胞的分化與分段絲狀菌、青春雙歧桿菌[28]、鼠檸檬酸桿菌[37]、金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌和白色念珠菌的定植相關[3]。黏附入侵的大腸埃希菌能夠通過依賴輔酶B12的丙二醇脫水酶誘導Th17細胞的產生[8]。然而，GF小鼠在接種了潰瘍性結腸炎患者和健康者糞便后，結腸Th17細胞數增加，表明人類腸道菌群中存在Th17細胞的誘導物種，但穩態下能夠誘導Th17細胞產生的人源共生菌群仍未確定[28]。研究發現，人源青春雙歧桿菌能夠利用與分段絲狀菌不同的轉錄過程誘導腸道Th17細胞[28]。某些雙歧桿菌物種需要與其他微生物聯合才具有誘導Th17細胞的能力，這可能是多用益生菌混合物誘導Th17細胞的原因[28]。

定植在嚙齒動物回腸末端的分段絲狀菌是介導Th17細胞極化的典型強效誘導劑，其定植水平與腸道內的Th17細胞豐度密切相關[3,25]，而持續的抗生素處理可以抑制該過程。研究發現，大多數由分段絲狀菌誘導的腸道Th17細胞都表達T細胞受體，通過CD11c+DC對分段絲狀菌特異性抗原產生應答[36]。分段絲狀菌附著卻不入侵腸上皮細胞，介導上皮細胞釋放血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A，SAA)，同時誘導ILC3s產生IL-22從而增強SAA表達。CD11c+DC在SAA的刺激下，分泌TGF-β、IL- 12和IL-23，協同極化T細胞表達RORγt轉錄因子和分泌IL-17A。另一項研究發現，分段絲狀菌可以促進活性氧產生，從而促進IL-1β分泌，進一步促進Th17細胞分化[38]。反之，Th17細胞分泌的IL-17可以通過產生抗菌肽和活性氧以及招募中性粒細胞來限制分段絲狀菌擴張[22,39-40]。此外，分段絲狀菌產生的短鏈脂肪酸也能夠誘導Th17細胞，以維持免疫穩態[15](圖1)。目前，尚不清楚分段絲狀菌誘導釋放SAA的關鍵信號以及驅動Th17細胞極化的特異通路或分子[3,41]。雖然分段絲狀菌局限于小腸，但其在結腸定植后也能夠誘導少量Th17細胞[37]，且對于Th17細胞在腸道外的分化同樣具有重要作用[42]。

結腸中Th17細胞是由腸道菌群的代謝物ATP誘導的。結腸CD70+DC表達ATP感應受體P2X和P2Y，優先誘導幼稚T細胞分化為Th17細胞[25]。此外，定植在結腸的檸檬酸桿菌等腸道病原菌的感染也會引起Th17反應[37]。目前尚不清楚病原體誘導的炎性Th17細胞和共生菌誘導的腸道內穩態Th17細胞的區別。有研究表明，與共生菌誘導的穩態Th17細胞相比，炎性Th17細胞的IFN-γ分泌和糖酵解水平升高，向外周大量擴散，展現出高度的可塑性[37]。明確兩種不同Th17細胞的區別能夠在不破壞腸道穩態的前提下，靶向炎性Th17細胞，治療相關疾病[37]。

3 腸道菌群對CD4+T淋巴細胞穩態的影響

CD4+T細胞的初始極化是不確定且動態變化的，具有一定的可塑性，主要特征是關鍵轉錄因子和特征性細胞因子的轉變。菌群相關的炎性反應可以重編程RORγt+細胞共表達T-bet或Foxp3，促使Treg細胞與Th17細胞相互轉換。菌群還能夠與不同T細胞相互合作，維持免疫平衡。

3.1 腸道菌群對Th1/Th2細胞平衡的影響

腸道菌群可以通過特定的細胞因子組合、菌群環境以及生物地理影響T細胞亞群的形成。例如，在IL-12、IL-18和IL-23影響下，通過表達T-bet形成了分泌IFN-γ的Th13細胞，而Th2細胞是在IL-4或IL-5的影響下形成的，表達GATA3以及分泌IL-5和IL-13[43]。

共生菌群通過調節Th細胞分化來重塑生命早期形成的Th2型免疫性偏倚的腸道系統[25]。小腸和結腸中定植的寄生蟲可誘導Th2反應，如鼠毛線蟲和曼氏血吸蟲蟲卵[44]。菌群誘導Th2細胞在不同的疾病模型中有不同的作用，依賴于疾病的發生機制。腸道寄生線蟲除了能夠驅動典型的Th2細胞反應，其代謝物對于疾病的發生發展以及T細胞的分化也具有重要作用。例如，線蟲感染加重由檸檬酸桿菌引起的結腸炎[45]，但線蟲來源的海藻糖能夠通過影響腸道菌群，增加瘤胃球菌的豐度，誘導CD8+Treg細胞，抑制1型糖尿病[46]。同時，研究發現，線蟲的長期感染可以使Foxp3+Treg細胞數量上升[46]，提示線蟲在疾病治療中具有一定的潛力。

大多數具有上皮細胞侵襲能力的微生物可被DC吞噬，也可以刺激DC釋放IL-6、TNF-α等炎性細胞因子，并與OX40、IL-12結合，這些信號可以優先極化Th1細胞[3]。例如，通常存在于口腔的克雷伯氏菌可以在基因易感個體的腸道定植，是Th1細胞的強效誘導劑[47]。由此表明，口腔菌群可能會在腸道外定植并持續存在，異常激活腸道免疫系統從而導致慢性炎癥[47]。單核細胞增多性李斯特氏菌同樣是Th1的強效誘導劑，在將分段絲狀菌抗原引入后，也能夠誘導產生特異性Th1細胞[20]。由此表明，對于Th細胞的誘導不是取決于抗原本身，而在于環境、代謝機制以及相關組合，但特定的機制尚不明確。脆弱擬桿菌的定植不僅可以誘導Treg細胞分化，其產生的莢膜多糖A還可以通過MHCII+CD11c+DC膜上的TLR2信號促進Th1細胞發育，調節Th1細胞和Th2細胞的平衡[22,25]。在體內模型中，雙歧桿菌在Th1和Th2反應的平衡中也發揮重要作用。據報道，雙歧桿菌的CpG基序能夠促進Th1反應，從而抵抗病毒等胞內病原體[48]。由此可見，菌群對于適應性免疫的影響不是單一的，這也增加了通過菌群調控T細胞分化從而治療疾病的難度。

3.2 腸道菌群對Treg/Th17細胞平衡的影響

Th17細胞和Treg細胞是兩種功能相反的重要淋巴細胞亞群。盡管具有不同的功能特性，從幼稚T細胞分化為Th17細胞和iTreg細胞都依賴于TGF-β的表達水平[34]。低表達水平的TGF-β、IL-23或IL-6誘導幼稚T細胞向Th17細胞發育，而高表達水平TGF-β可能誘導iTreg細胞產生[34]。目前，腸道菌群與這兩類細胞的相互作用已經建立：腸道菌群能夠誘導Th細胞應答，進而抑制腸道菌群，同時調節Treg細胞應答，提供對腸道菌群的耐受性[49]。Th17細胞和Treg細胞的微妙平衡是胃腸道內外環境的一個關鍵屏障[24]。腸道菌群失調導致T細胞亞群數量和活性失衡，進而引發多種代謝或免疫紊亂相關疾病。因此，了解特定腸道菌群與Th17細胞和Treg細胞平衡之間的關系，將有利于治療失衡所導致的一系列疾病。

穩態下，Th17細胞和Treg細胞在腸道固有層中富集，數量呈負相關[50]。從十二指腸到結腸Th17細胞數量逐漸減少，Treg細胞在結腸中數量最多[19]。在腸道等外周器官，Treg細胞和效應細胞之間的平衡通常經三種途徑實現： ① 原位誘導幼稚T細胞； ② 募集分化的Treg細胞和效應細胞至組織中； ③ 將已經分化的Treg/效應細胞重編程至外周組織中的其他細胞系[51]。利用小鼠模型追蹤Th17細胞轉分化為Treg細胞的能力，表現為標志性轉錄特征的改變和獲得強大的調節能力[52]。比較轉化前后Th17細胞的轉錄特征發現，經典TGF-β信號通路和芳香烴受體在轉化過程中具有重要作用[52]。例如，以色氨酸代謝物為代表的多種菌群代謝產物為芳香烴受體激動劑，對抗炎反應具有促進效應[3]。全反式維甲酸是維生素A的代謝物，其能夠使Foxp3以及IL-10、TGF-β等調節細胞因子表達水平升高，IL-17表達下降，表明全反式維A酸是T細胞向Treg細胞分化的關鍵分子以及Th17細胞方向轉變的抑制劑[24,43]。在無菌條件下，脆弱擬桿菌產生的莢膜多糖A，誘導Th1和Foxp3+Treg細胞積累，減弱Th17細胞應答[15]。

Foxp3+Treg細胞不是終末分化細胞，在某些炎癥情況下Fxop3不表達，從而分化成多種效應T細胞[34]。例如，菌群誘導的IL-21和IL-23可以支持Treg細胞向產生IL-17A的CD4+T細胞逆轉[3]。菌群產生的ATP同樣能夠促進促炎細胞因子的表達，從而促進Th17細胞發展，抑制Treg細胞的產生[22]。炎癥小體也可參與該過程。致病菌和相關產物在下層黏膜易位和暴露增加，觸發炎癥小體激活，增強TLR樣和NOD樣受體信號表達，導致IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18和IL-23產生，這種促炎環境可導致適應性免疫系統的激活，致Th17/Treg平衡破壞[24]。Foxp3+Treg細胞在某些情況下會共表達其他系特異性轉錄因子，如T-bet、GATA3和RORγt[53]，展現出不同的功能特性。例如，在RORγt+Treg細胞缺失的情況下，Th2細胞抗寄生蟲的能力增強，協同菌群介導的多種免疫細胞維持免疫平衡[54]。

4 腸道菌群介導的T細胞免疫調控與疾病

遺傳變異和環境因素是導致疾病發生的主要原因。研究發現，致病性效應T細胞和Treg細胞間的失衡可引發多種T細胞相關的自身免疫性和炎癥性疾病，如炎癥性腸病、類風濕關節炎、腫瘤、多發性硬化以及代謝相關疾病[3,15]。腸道菌群誘導T細胞分化，表明可通過腸道菌群調節適應性免疫，進而治療多種疾病。

4.1 炎癥性腸病

炎癥性腸病主要包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎，是一組慢性胃腸道炎癥性疾病，導致腸道炎癥和組織損傷，受遺傳、環境和免疫等多種因素影響。腸道菌群失調以及免疫反應紊亂是炎癥性腸病的重要特征，然而菌群的變化與炎癥性腸病發病的因果關系尚不清楚[25,55]?，F已明確腸道菌群與多種T細胞亞群分化之間的聯系，從而將腸道菌群失調與炎癥性腸病中Th17/Treg細胞平衡的變化相聯系。

炎癥性腸病患者CD4+T細胞在腸道中異常積累，提示CD4+T細胞是炎癥性腸病發生發展的重要驅動因素，可作為治療的靶細胞[23]。之前的研究表明，克羅恩病可能由T-bet+Th1細胞和相應的細胞因子IFN-γ、IL-6、IL-12驅動，而潰瘍性結腸炎是由分泌IL-5和IL-13的GATA3+Th2細胞驅動[43]。與健康供體相比，接受炎癥性腸病患者腸道菌群定植的小鼠GATA3+Th2細胞數顯著增加[56]，進一步證實上述觀點。

此外，在炎癥性腸病患者和小鼠結腸炎模型中，Th17細胞和Treg細胞的數量和功能都發生改變，具體表現：Treg細胞數量和抑制功能存在缺陷[55]，而Th17細胞富集以及黏膜和血清中IL-17轉錄水平升高[43]。多種微生物產生的代謝物通過調控Th17/Treg細胞平衡從而對炎癥性腸病產生不同的作用。全反式維甲酸通過改變Th17/Treg細胞平衡降低小鼠和人類結腸炎的嚴重程度；短鏈脂肪酸對Treg細胞的分化和擴張也具有保護實驗性結腸炎的作用[57]；二甲雙胍可以通過調節IL-17和Foxp3的表達來減輕炎癥性腸病嚴重程度[24]。ATP處理小鼠后會加重T細胞介導的小腸結腸炎[36]。最近一項研究發現，通過對無菌小鼠進行糞便微生物移植，與炎癥性腸病菌群相比，健康菌群能夠誘導更多的RORγt+Treg細胞產生，而對Foxp3+Treg細胞的誘導沒有明顯差別[56]。此外還發現小鼠中RORγt+Treg/Th17比例能夠預測炎癥性腸病患者和小鼠結腸炎的嚴重程度[56]。由此表明，Th17/Treg細胞平衡的破壞對腸道內免疫穩態失衡的相關疾病具有重要作用。然而，由于IL-17單克隆抗體治療不能改善克羅恩病的癥狀，表明IL-17和炎癥性腸病發生之間的關系較復雜[24]。近年來，關于炎癥性腸病的兩種治療方法受到廣泛關注[24]。一是通過使用益生菌和益生元來糾正腸道生態失調[58]；二是通過糞便微生物移植來恢復炎癥性腸病患者中的共生關系[59]。雖然這兩種方法在炎癥性腸病的治療中展現了一定的益處，但篩選系統的建立、治療效果和安全性的提高還有待進一步研究[24]。

4.2 糖尿病與肥胖

糖尿病是常見多因素影響的代謝相關性疾病，主要包括：1型和2型。除與遺傳和表觀遺傳因素相關，近來認為糖尿病與環境因素密切相關，尤其是腸道菌群。在1型糖尿病患者中，腸道菌群多樣性降低，厚壁菌門和擬桿菌門比例發生變化[60]。盡管處于研究的早期階段且缺乏相關的人體數據，但腸道菌群通過調節免疫反應從而參與糖尿病的發生發展具有一定的研究潛力[60]。1型糖尿病經由Th1細胞產生的IFN-γ調控，與CD8+T細胞和Th1/Th2細胞反應相關。寄生蟲感染誘導的Th2免疫反應，可以抑制非肥胖型糖尿病小鼠的自身免疫性糖尿病，但無論使用重組IFN-γ還是缺乏IL-4均未加重糖尿病，因此對于Th1/Th2在糖尿病發病機制中的作用還存在爭議。Th17細胞在1型糖尿病中的作用可能與疾病環境相關[15]。分段絲狀菌誘導的Th17細胞能夠抑制糖尿病的發展，而胰島素抗原特異性Th17細胞能夠轉分化為分泌IFN-γ的Th1樣細胞，誘導小鼠糖尿病的發生[15]。

肥胖是一種低等級的慢性炎癥，伴有細胞因子的異常產生和各種炎癥通路的激活，與包括胰島素抵抗和2型糖尿病在內的不良臨床結果相關[24,61]。肥胖與腸道菌群分布有關，表現為擬桿菌門數下降，厚壁菌門數升高[62]。腸內厚壁菌門多于擬桿菌門使得人體更有效地吸收食物中的熱量且更易轉化為脂肪積累于皮下，從而導致肥胖[62]。在肥胖背景下，Th17細胞在次級淋巴器官的極化能夠促進實驗性自身免疫性腦脊髓炎和哮喘等慢性疾病的發展[62]。Th17細胞在控制脂肪形成和葡萄糖穩態中起關鍵作用。腸道Th17細胞與小鼠能量代謝和胰島素敏感性相關。研究發現，RORγt+IL-17+CD4+T細胞數減少導致胰島素抵抗發生[24]。另一方面，肥胖還影響Treg細胞數量，調節全身代謝反應。瘦鼠內臟脂肪組織中的Treg細胞數增多，通過PPAR-γ控制脂肪生成[24]。由此表明，Th17/Treg細胞平衡對于疾病的發展具有重要作用，可作為疾病調控的靶點。

4.3 腫瘤

腸道菌群作為腫瘤微環境的一部分，與腫瘤的關系復雜，可能增強、降低癌癥易感性亦或對癌癥易感性完全沒有影響[63]，以多種方式影響腫瘤生長和擴散。腸道菌群致癌主要通過三種途徑[64]:① 激活致瘤途徑，如一些細菌產生的蛋白可以使得β-連環蛋白從E-連環蛋白中分離，從而激活致癌β-連環蛋白信號通路；② 菌群失調通過Toll樣受體產生大量促炎細胞因子；③ 通過釋放特定代謝物破壞DNA，從而促進癌癥發展。例如，許多細菌產生的防御因子具有破壞DNA的能力，進而導致癌變。脆弱擬桿菌毒素能夠激活β-連環蛋白信號通路，促進腫瘤發生。大腸埃希菌產生的大腸桿菌素能夠增強小鼠腸道腫瘤的發生[63]。腸道菌群還能夠通過影響T細胞浸潤進而參與腫瘤的發生發展。在結直腸癌中，腸上皮Th17細胞能夠招募中性粒細胞和細胞毒性CD8+T細胞進入腫瘤，提高腫瘤患者生存期，可作為IL-17/Th17治療的相關靶點[65]。另有研究報道，在結直腸癌中，菌群刺激的腸上皮細胞能夠分泌多種趨化因子，增強Th17、Th1和Tfh細胞浸潤，提高患者存活率[66]。上述結果提示，或許可以通過調控特定菌群來增加腫瘤微環境中效應T細胞的浸潤，從而提高化療、放療以及靶向治療的療效。

4.4 其他相關疾病

腸道菌群和T細胞亞群的失衡是類風濕關節炎和多發性硬化的重要致病因素，腸道菌群失調導致Th17細胞和Treg細胞的數量和功能發生變化是重要的病理機制。類風濕關節炎患者體內擬桿菌屬和雙歧桿菌豐度降低，這可能與Treg細胞數量降低相關。同時，類風濕關節炎患者外周血和滑膜液中Th17細胞增多且IL-17表達升高，而在無菌動物中引入能誘導Th17細胞產生的分段絲狀菌后，能夠促進關節炎發生[67]。

多發性硬化是一種以中樞神經系統神經元脫髓鞘為特點的自身免疫性疾病。對多發性硬化患者菌群分離并鑒定，發現與疾病顯著相關的特異性細菌，如阿克曼菌和乙酸鈣不動桿菌，并且IL-10+Treg細胞比例降低以及Th17細胞增多[68]。利用小鼠實驗性自身免疫性腦脊髓炎模型研究多發性硬化發現，抗生素處理后能夠阻止疾病的發生，加入誘導Treg細胞的細菌能夠減輕實驗性自身免疫性腦脊髓炎癥狀[68]。由此表明，Th17/Treg細胞失衡是類風濕關節炎和多發性硬化的主要病理因素。通過藥物或菌群來糾正Th17/Treg平衡的療法已在臨床應用，并且在類風濕關節炎、炎癥性腸病中取得了一定的療效。然而這些療法往往缺乏普遍適用性，可能與疾病的病因、發病機制以及分子菌群之間相互作用的復雜性相關，更為關鍵和特異的分子機制還需要進一步研究。

5 以T細胞為導向的相關療法現狀

5.1 以Treg細胞為導向的治療方法

Treg細胞在免疫耐受中發揮關鍵作用，小鼠和人類的研究已經強調多種腸道炎癥和自身免疫病的發生是由于免疫穩態的失調繼發于定性或定量Treg細胞缺陷，如在炎癥性腸病患者中發現Treg細胞數量分布以及抑制功能均存在缺陷[55]。將患者血液中的Treg細胞在體外擴增，形成以Treg細胞為導向的過繼免疫治療。過繼轉移健康的Treg細胞至各種疾病(包括炎癥性腸病和自身免疫性疾病)的患者體內，改變活躍炎癥區域的平衡，使其向更耐藥的微環境轉移[55]，從而抑制疾病的發生發展。

過繼Treg細胞在早期臨床試驗包括實體器官移植、移植物抗宿主病和1型糖尿病的治療中展現出一定的安全性和治療前景[55,69]。在許多小鼠模型中，過繼Treg細胞能夠預防結腸炎的發生或治療結腸炎，在對克羅恩病的治療中也展現出良好的前景，許多臨床前研究正在開展。然而，這種方法在治療上仍存在一些問題[69]：Treg細胞在體外擴增至目標劑量的技術仍需提高；T細胞的可塑性使得其在過繼免疫治療時可能采用炎癥表型從而加重炎癥，如Treg細胞在轉移過程中表達IL-17；黏膜T細胞對Treg細胞介導的抑制具有一定的抵抗作用；Treg細胞歸巢到腸道和淋巴組織的能力尚不清楚。

5.2 以Th17細胞為導向的治療方法

Th17細胞是炎癥和自身免疫性疾病的重要參與者。針對Th17細胞或該通路不同成分的抑制劑，如IL-12、IL-23和IL-17A及其受體進行干預治療，對銀屑病、克羅恩病、類風濕關節炎以及多發性硬化等具有不同程度的益處[37]。因此，明確腸道菌群與Th17細胞之間的聯系，可以解決涉及異常Th17細胞反應的疾病。

腸道菌群引起Th17反應可在抗腫瘤免疫的背景下應用。環磷酰胺是一種常用的抗癌藥物，其可以刺激抗腫瘤免疫反應，改變小腸內腸道菌群的組成，并選擇性誘導革蘭氏陽性菌轉移到次級淋巴器官。在這些易位細菌的刺激下，宿主產生一群致病性pTh17細胞，這些細胞對提高腫瘤對環磷酰胺的敏感性以及治療效果非常重要[70]。

目前，腸道菌群誘導的炎性Th17細胞與穩態Th17細胞很難區分，但兩種細胞狀態存在差異，這可能有助于對炎性Th17細胞進行靶向治療。例如，與炎性Th17細胞不同，腸道穩態Th17細胞不依賴于IL-23。同樣，IL-23受體的突變與炎癥性腸病風險增加有關，并且在炎癥性腸病患者中檢測到IL-23蛋白表達量增加。因此，針對IL-23的治療不會損害腸道穩態Th17細胞[37]。雖然Th17細胞通路分子調控有共通之處，但每個分子都有獨特的非Th17細胞特征，產生不同的功能結果[53]。對于不同分子在不同疾病模型中的致病機制還需要進一步研究。

5.3 腸道菌群對腫瘤免疫治療效果的影響

腫瘤患者腸道菌群的組成和豐度與腫瘤免疫治療效果密切相關。大量研究表明，腸道菌群能夠提高腫瘤免疫檢查點抑制劑的療效，包括PD-1/PD-L1單抗療法以及抗CTLA-4療法[71]。例如，在小鼠黑色素瘤模型中，無菌條件下PD-1抑制劑效力減弱，通過補充益生菌如雙歧桿菌，其活化抗原提呈細胞，促進腫瘤微環境中活化的CD8+T細胞積累，增強PD-L1阻斷效果；在小鼠和腫瘤患者中，抗CTLA-4的抗腫瘤作用與多種擬桿菌屬細菌的T細胞應答相關，如多形擬桿菌、脆弱擬桿菌等[64,72]。由此可見，通過益生菌和益生元以及糞便微生物移植調控腸道菌群聯合免疫療法，有望作為腫瘤治療的新策略(表1)。

表1 與CD4+T細胞分化相關的關鍵腸道菌群以及相關疾病和治療方法

6 展望

作為與免疫系統相互作用的一種方式，腸道菌群及其代謝物通過直接或間接調控CD4+T細胞分化和穩態，進而參與多種疾病的發生發展。因此，以期進一步通過靶向和非靶向菌群調控調節T細胞分化、轉移以及功能。一種常見的方法是進行全微生物組相關性研究，以尋找特定微生物與罕見疾病之間的相關性。然而，盡管在多種疾病中發現腸道菌群組成和多樣性的改變，仍未篩選出疾病特征菌落和有效的診斷標志物。同時，不同狀態下T細胞表型和功能的改變以及非傳統T細胞在疾病中的作用和機制還需要進一步探究。能否真正使患者得到最大的臨床獲益，腸道菌群相關療法篩選系統的建立以及安全性的提高是目前亟待解決的兩個問題。總體而言，通過腸道菌群及其代謝物調節免疫系統，為多種疾病的治療提供新思路。