腸道菌群調節免疫方式研究的新進展

李玲，盛正和，黃文

(1.廣西中醫藥大學，廣西 南寧；2. 廣西科技大學附屬柳州市人民醫院，廣西 柳州)

0 引言

人的腸道中約有4100 萬億個微生物，這些微生物被稱為腸道微生物，其中大部分存在于結腸中，其密度接近1011 至1012 個細胞/毫升。成人胃腸道包含細菌、真菌、病毒及原生動物等，細菌的細胞密度是最高的[1]。腸道菌群在人類的健康和疾病中起著重要的作用，包括代謝、營養和免疫等功能，也許更重要的是，其有助于腸道免疫系統的發育和調節[2]。研究證實，腸道菌群與多個系統疾病相關，在這篇綜述中，我們將具體介紹腸道常見菌與其免疫方式以及中醫藥治療疾病對腸道菌群及免疫的影響。

1 人體腸道微生態概述

近年來，特別是隨著復雜的宏基因組學研究的發展，我們對腸道菌群的研究越來越多，這從根本上改變了我們對微生物組及其與人類健康維持和疾病發展的關系的認識。人體腸道菌群是一個復雜而動態的微生物群落，對維持人體健康和調節宿主免疫系統必不可少[3]。免疫系統不僅是一個防御系統，也是一個維持系統，維持機體和機體與特定腸道細菌的健康共生關系[4]。越來越多的證據表明，微生物群的組成或功能的永久性改變可以改變機體免疫反應、新陳代謝、腸道通透性和消化運動等[5]。微生物群與人的有機體建立了一種互利(共生)的動態聯系，從而維持正常的免疫、代謝和運動功能，以及正確的營養消化和吸收[6,7]。

2 人體腸道內與免疫系統穩態相關性大的微生物組成

健康成年人腸道微生物的總數約達1014 個[8]，與人體細胞的比率約為10：1[9]；微生物基因數量大約有300 萬個，大概為人類基因組基因數量的100 倍，包括大約30 屬1000多種微生物。腸道菌群主要由專性厭氧菌、兼性厭氧菌和好氧菌組成，其中約90%-99.9%為專性厭氧菌，僅有約0.1%-10%為兼性厭氧菌和好氧菌[10]。腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門以及梭桿菌門等菌門組成，其中厚壁菌門和擬桿菌門有著絕對的優勢。研究證明，厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門等主要構成了腸道菌群的98%[11]。人體腸道內微生物種類超過上千種，但只有一小部分構成了99%的腸道細菌，下面主要介紹幾種具有重要意義且研究較多的腸道細菌。

2.1 梭狀芽孢桿菌

梭狀芽胞桿菌分布于人類和各種動物的腸道內，是胃腸道中最顯著的革蘭氏陽性和孢子形成菌之一，屬厚壁菌門。XIVa 和IV 型梭狀芽孢桿菌在宿主腸道中占主導地位。梭狀芽孢桿菌在維持宿主的正常狀態、消除外源性病原體和控制整個微生物群方面起著重要的作用[12,13]。

一方面，在穩定狀態下，以梭菌為條件的腸道樹突狀細胞(Dendritic cells，DCs) 產生RA 和其他調節分子來誘導Treg 細胞。另一方面，在炎癥條件下，DCs 產生炎性分子，如IL-23，促進CD4+ T 細胞成為效應T 細胞(Teff)[14]。

最近一項研究強調，梭狀芽胞桿菌菌群XIVa 和IV 是結腸粘膜Treg 細胞積聚的強誘導因子。梭狀芽胞桿菌XIVa和IV 菌群在GF 小鼠上的定殖誘導了Treg 細胞的分化表達高水平的IL-10。重要的是，在實驗模型小鼠中，XIVa 和IV組梭狀芽胞桿菌豐度的增加導致了對過敏或腸道炎癥的抵抗[15]。此外，梭狀芽孢桿菌可介導調節宿主的免疫和代謝。梭狀芽胞桿菌XIVa、IV 具有將難消化的碳水化合物轉化為發酵產物的能力，包括SCFAs(短鏈脂肪酸)。SCFAs 可通過多種機制作用于腸道內各種免疫細胞，抑制炎癥反應[16]。

2.2 分葉絲狀菌

分葉絲狀細菌(SFB)是宿主特異性的腸道共生菌，在梭狀芽孢桿菌科中組成一個獨特的分支，即假絲酵母，屬厚壁菌門。SFB 介于專性和兼性胞內細菌之間。SFB 可引起多方面的免疫反應，使宿主免受腸道病原體的侵襲[17]。

在復雜的微生物群中，SFB 定殖增強了宿主對腸道致病菌定殖的抗性。SFB 的保護作用可能來自于其對腸道免疫屏障的增強作用、其他物種生長和適應性的輔助作用，從而更好地抵抗病原體的競爭：(1) SFB 通過IL-22｛IL-22 由ILC3(Ⅲ型固有淋巴細胞)、CD4+T 細胞和可能的中性粒細胞產生｝可顯著誘導上皮細胞中的巖藻糖基轉移酶2 (Fut2)，允許巖藻糖基殘基向上皮糖包被的添加，促進共生擬桿菌物種的代謝[18]。B 共培養的上皮細胞中SAA(淀粉樣蛋白A )轉錄本的誘導，SFB 在體內對上皮細胞中SAA 的兩個亞型SAA1 和SAA2的顯著上調依賴于ILC3 細胞對IL-23 信號的反應而產生IL-22 信號[19]。SFB 可能直接在上皮細胞中誘導SAA，也可能通過刺激樹突狀細胞亞群中IL-23 的產生間接誘導SAA，而樹突狀細胞又刺激IL-22 在ILC3 中發揮作用[20]。(2)通過SAA，SFB 還可能遠作用于骨髓樹突狀細胞(BMDC)，刺激其產生IL-23，而IL-23 又促進IL-17 的分泌和中性粒細胞的募集，從而增強宿主對溶組織內阿米巴原蟲的腸道感染保護[21]。3.SFB 還可增強全身免疫反應，從而增強宿主對肺部細菌感染的抵抗力，也可影響自身免疫性疾病的結局。

2.3 干酪乳桿菌

乳酸菌是最常見的益生菌屬，干酪乳桿菌是一種常用的益生菌，已被證明可以改變腸道內的微生物群并影響宿主的免疫反應[22]。

干酪乳桿菌對腸道PRR( 模式識別受體)、AMP( 腸道抗菌肽) 調節有影響[23]Busra Aktas 等人篩選PRR，選取TLRs(toll 樣受體)實驗，TLRs 可誘導炎性細胞因子的分泌，參與腸上皮細胞間緊密連接的維持和AMPs 的產生[24]結果表明干酪乳桿菌具有抑制TLRs 表達的間接作用機制，對小鼠免疫系統具有抗炎作用。AMPs 是先天免疫系統的重要組成部分，是抵御腸道感染的重要防御機制之一[25]。Busra Aktas等人檢測了小鼠小腸中不同AMPs 的表達，結論顯示，大多數干酪乳桿菌菌株能夠通過增加TJP(緊密連接蛋白)基因表達來增強腸上皮屏障功能。干酪乳桿菌BL23(L. casei BL23)菌株小鼠可誘發地方和系統性FoxP3+RORγt+3 型Treg 細胞，實驗結果表明，L. casei BL23 在體內外都增加了3 型Treg 細胞的頻率。這一Treg 群體的誘導至少在一定程度上可以解釋L. casei BL23 的免疫調節能力[26]。另一項實驗表明，用L. casei BL23 處理的小鼠顯示Th17 細胞輕微增加，表明L.casei BL23 觸發了Th17/Treg 混合型免疫反應；L. casei BL23口服降低了Th17 相關細胞因子TGF-b 和IL-6 的表達，IL-23(參與Th17 分化的細胞因子)的表達保持不變，但顯著增加了IL-22 的表達(一種通常與th17 細胞相關的細胞因子)[27]。

2.4 脆弱擬桿菌

脆弱擬桿菌 (Bacteroides fragilis，BF) 是人類腸道共生菌，主要存在于結腸中，屬擬桿菌門，為革蘭陰性的專性厭氧菌[28]。

脆弱擬桿菌或者其免疫調節莢膜多糖A (PSA)可預防各種外周和中樞無菌性炎癥[29]SA 是一種具有免疫調節性的細菌分子[30]在此之前，PSA 被證明可誘導或激活FoxP3+CD4+Tregs(調節性T 細胞)[31,32]的PSA 對無菌動物進行腹腔內處理足以使T 細胞擴展到常規小鼠的水平[33]腸道漿細胞樣樹突狀細胞(pDC)和巨噬細胞結合PSA 可誘導分泌il -10 的調節性T 細胞[34]PSA 還可糾正TH1/TH2 失衡。PSA 是第一個能糾正這種不平衡的純共生抗原的例子。樹突狀細胞/CD4+T 細胞與純PSA 在體外共培養，刺激TH1 細胞因子干擾素(IFN-)和IL-2 的表達，恢復TH1/TH2 細胞因子的正常平衡。這些結果表明，PSA 是誘導宿主免疫系統發育所必需的[35]脆弱擬桿菌通過調節Th1/Th2 平衡比值，以及CD4+T 細胞分化為Tregs 和Th17 的有限反應，具有抗炎作用[36]。

2.5 雙歧桿菌

雙歧桿菌屬是雙歧桿菌科的一員，屬放線菌門，為革蘭氏陽性微生物。雙歧桿菌作為腸道益生菌的代表，具有多種生理活性，促進機體健康[37]。益生菌與宿主免疫系統的相互作用發生在腸相關淋巴組織中，在位于腸粘膜的淋巴樣結構中，腸道派氏結 (PPs)是對微生物刺激的主要淋巴細胞啟動位點之一[38]。

雙歧桿菌BB-12 (BB-12)是一種來源于動物的過氧化氫酶陰性的雙歧桿菌。BB-12 可抑制D-半乳糖(D-gal)誘導的J774A.1 巨噬細胞衰老。巨噬細胞在受到不同刺激物作用后，可分化為經典巨噬細胞(M1 巨噬細胞)和交替活化巨噬細胞(M2 巨噬細胞)兩種類型[39]其具有殺菌、產生促炎因子和補體介導的吞噬等功能，從而發揮抗感染及對組織的修復和重建過程產生影響[40,41]。

雙歧桿菌還可增強中性粒細胞的吞噬能力和自然殺傷細胞殺傷腫瘤的活性[42]。此外，Fang Zhifeng 等在特異性皮炎(AD)小鼠實驗中證實，與2，4-二硝基氟苯(DNFB)誘導小鼠AD 對照組相比，口服青春雙歧桿菌AD 實驗組顯著增加脾臟的Tregs 比率；降低血清IgE、IL-5、巨噬細胞來源的趨化因子(MDC/CCL22)的表達水平；增加IFN-γ 和IL-10 水平。青春雙歧桿菌具有提升Th1 型免疫反應和抑制Th2 型免疫反應的能力，恢復了與Th1 型和Th2 型免疫反應之間的平衡[43]。

3 腸道菌群與中醫臟腑學說

中醫學與微生態學在整體觀與平衡觀上具有相似性，中醫學強調整體觀念，并且中醫是以整體觀和平衡觀來認識人體結構、功能及人體與疾病的關系。人的整體以五臟為中心，臟與腑相互表里，經絡相通，疾病傳變時相互影響，五臟六腑與外界環境具有統一性[44]。然而，微生物與宿主的統一論也是微生態學的基本認識原則，研究微生物與宿主環境的相互關系，從而達到微生態平衡的穩態，這種內在理論構建體系與總體指導原則的統一性，使傳統中醫學與現代生命科學分支微生態學之間產生強烈共鳴[45]。

腸道菌群與脾：脾與“第二基因組”之稱的腸道菌群的生理功能相似，腸道菌群數量大、種類多、參與人體許多重要生理功能，脾為“后天之本”體現脾在五臟之中的重要之處，脾的功能與腸道菌群在保持人體健康中均發揮至關重要的作用；脾主運化與腸道菌群在機體消化吸收中相互為用[45]；“脾為之衛”、“脾旺不受邪”，脾功能正常，可以維護機體不受外邪侵襲或驅邪外出，防止疾病的發生發展，這與腸道菌群發揮免疫防御功能也是一致的[46]。中醫古籍未從微觀研究腸道菌群組成，但隨著中醫學的發展，借鑒西醫研究方法及成果闡釋中醫學理論機制已是目前的主要趨勢。現代研究中，腸道菌群的功能與中醫脾胃功能有相同之處，有學者提出，腸道菌群的部位在腸，功能屬脾胃[47]。

4 中藥治療與腸道菌群和免疫系統

蔣海燕等設立C57BL/6 雄性小鼠右腋下接種Lewis 肺癌細胞對照實驗，發現健脾固腸方中藥可能通過增加肺癌小鼠腸道菌群多樣性、改善腸道菌群、調節腸道Th17/Treg 細胞平衡、維持腸道免疫平衡、改善機體免疫等進而抑制肺癌小鼠肺癌細胞的侵襲及轉移[48]。苗斌等使用腸寧湯治療潰瘍性結腸炎(濕熱證)大鼠，得出結論，腸寧湯能有效地改善急性潰瘍性結腸炎大鼠的病理反應，提高免疫功能，減少細胞炎癥因子反應，改善腸道菌群[49]。中藥亦能改善微生物的代謝、減輕代謝性炎癥，以及抑制產生大腸桿菌的體外和體內基因毒性，中草藥的藥效成分經腸道微生物轉化后發揮抗炎、鎮痛和抗腫瘤等藥理作用[50]。中藥具有多成分、多作用靶點的特點，其治療疾病的作用機制一直是中醫藥領域的研究的熱點[51]，在部分疾病的發生發展中具有重要作用，調節腸道菌群、調節機體免疫功能是中醫藥防治疾病的重要靶標。

5 結語

不同腸道菌群有著不同的免疫方式，雖然我們目前已初識大多數腸道細菌，但其中只有少數菌種的免疫機制和功能被闡明，所以對腸道菌群的研究仍然任重而道遠。深入了解腸道菌群與機體的免疫方式，從免疫細胞、免疫分子層面了解腸道菌群在免疫方面的作用，將為腸道菌群在治療、甚至預后方面作出鋪墊。中醫學具有多成分、多作用靶點優勢，中藥及其有效成分對腸道菌群、免疫系統具有廣泛調節作用從而治療疾病，將中醫藥療效機制與腸道菌群交互融合，有助于推動中醫藥發展。我們期待腸道菌群在疾病中發揮更大的作用。