腸道微生態(tài)與支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展相關(guān)性的研究進展

石曼欣妤，耿雨涵，楊靜，曹洪麗

支氣管哮喘（以下簡稱哮喘）是由多種細胞參與的氣道慢性炎癥性疾病，其發(fā)病原因極為復(fù)雜，難以治愈，給患者的生活帶來許多不利影響［1-2］。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)失調(diào)是誘發(fā)哮喘的危險因素之一［3］。也有研究者認為，腸道菌群失衡是誘發(fā)哮喘的原因，因為其影響了黏膜免疫［4］。此外，國外有動物實驗表明，腸道微生態(tài)存在影響哮喘發(fā)生發(fā)展的分子機制，而調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)可以作為預(yù)防哮喘的新方法［5］。本文綜述了腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)生發(fā)展相關(guān)性的研究進展，以期為哮喘的預(yù)防及治療提供參考。

1 研究背景

1.1 腸道微生態(tài) 腸道微生態(tài)指寄生于人體腸道內(nèi)的微生物與人體之間相互作用并共同構(gòu)成的一個生態(tài)系統(tǒng)，由腸道菌群與腸道環(huán)境構(gòu)成，承擔著人體大部分的免疫調(diào)節(jié)功能，其平衡被破壞主要由外源性因素和內(nèi)源性因素共同導致。在腸道微生態(tài)所處的宏觀環(huán)境中，與腸道直接相連的外環(huán)境中有多種因素可影響正常菌群的定植，造成有益菌群與有害菌群失衡。此外，營養(yǎng)代謝障礙、器官功能失調(diào)、癌癥等內(nèi)源性因素也可影響腸道菌群的免疫反應(yīng)，導致其對病原菌的抵抗力降低，從而引發(fā)全身多種代謝性疾病或炎癥性疾病。

1.2 哮喘 哮喘是由多種細胞（嗜酸粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞、中性粒細胞、氣道上皮細胞等）和細胞組分參與的以氣道慢性炎癥為特征的抑制性疾病。氣道慢性炎癥與氣道高反應(yīng)性（airway hyper reactivity，AHR）有關(guān)，通常表現(xiàn)為氣管黏膜大量炎癥細胞浸潤，T淋巴細胞表達異常，Th2細胞因子升高，Th1細胞因子下降。Th1細胞和Th2細胞有拮抗作用，二者平衡對AHR的作用是現(xiàn)今研究的主要方向。

1.3 腸道微生態(tài)影響哮喘的依據(jù) 炎癥性腸病患者肺部影像學改變可充分說明腸道與呼吸道之間存在免疫學關(guān)聯(lián)［6］。新近研究表明，腸道中活躍的微生物群及其代謝產(chǎn)物通過轉(zhuǎn)運的方式穿過腸道屏障和腸系膜淋巴系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)呼吸道免疫反應(yīng)［7］。此外，研究人員在哮喘患兒中還觀察到包括肺炎鏈球菌在內(nèi)的腸道菌群失衡現(xiàn)象［8］。以上證據(jù)均為腸道微生態(tài)與哮喘等呼吸道疾病之間的聯(lián)系提供了理論支持。哮喘作為人類兒童時期最常見的下呼吸道疾病，若能更好地了解腸道微生物群在其發(fā)病機制中的作用，將有助于發(fā)掘以腸道微生態(tài)作為靶點來改善及預(yù)防哮喘的潛力［9］。

2 人體微生態(tài)學研究進展

目前，人體氣道和腸道微生物菌群的研究主要集中在微生物的多樣性（包括數(shù)量、種類和組成）上。在第一代DNA測序技術(shù)的基礎(chǔ)上，科研人員不斷改進，降低操作成本，提高速度與通量，產(chǎn)生了第二代測序技術(shù)和第三代單分子測序技術(shù)，使更大規(guī)模的宏觀基因組研究成為可能。宏觀基因組研究是對整個微生物群的DNA進行排序，其為群落內(nèi)的生物、基因和基因組編目提供了更廣泛、更復(fù)雜的微生物群信息［10］。對微生物的深入了解、微生物檢測準確性的提高使學者能從微生物基因組中獲取重要的信息，并發(fā)現(xiàn)了呼吸道與腸道微生物通過代謝、信號傳遞等方式影響著疾病的發(fā)生發(fā)展［11］，這有助于推進疾病預(yù)防和個性化醫(yī)療的進展。

3 腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)病機制的關(guān)系

腸道為微生物群提供了生活活動的環(huán)境，微生物通過活動調(diào)節(jié)體內(nèi)免疫系統(tǒng)的運行，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，預(yù)防疾病發(fā)生。研究表明，腸道微生物群失調(diào)在哮喘的發(fā)生發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色［12］。

3.1 通過免疫細胞建立相關(guān)性

3.1.1 調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Tregs） 研究表明，腸道菌群的代謝產(chǎn)物會通過Tregs調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，進而影響哮喘的發(fā)生率［13］。當人體消化不良時，腸道內(nèi)的膳食纖維經(jīng)厭氧菌發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）（主要是醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽）。有學者發(fā)現(xiàn)，喂食高膳食纖維的小鼠T細胞池的大小和功能受SCFAs的調(diào)節(jié)［14］，通過改變小鼠的飲食來補充SCFAs可以逆轉(zhuǎn)肺部Th2型炎癥［15］。該結(jié)果在另一個小鼠實驗中也得到了證實，實驗者阻斷了SCFAs對外周T細胞的誘導，導致了小鼠黏膜部位的Th2型炎癥反應(yīng)過度［16］。未來通過改變飲食方式輔助治療哮喘患者或可成為預(yù)防疾病的措施之一。

Tregs可以調(diào)節(jié)主要黏膜抗體IgA的產(chǎn)生。在健康小鼠中，Tregs可引導黏膜表面分泌IgA以排除微生物配體，使整體CD4+、CD25+T淋巴細胞活性增強，從而減輕全身炎癥反應(yīng)［17］，其機制可能是通過促進Tregs中Foxp3啟動子的乙?；?，從而增加Foxp3的表達，并增強Tregs抑制炎癥的作用。目前，SCFAs啟動Tregs完成這一系列反應(yīng)的過程尚不明確，有待進一步研究。

膳食SCFAs除了通過調(diào)節(jié)Tregs來預(yù)防哮喘外，還可以通過提高循環(huán)SCFAs中水平而增加小鼠肺部樹突狀細胞（dendritic cell，DC）的浸潤，而浸潤后的DC具有更強的吞噬活性，且可抑制Th2型炎癥和過敏性氣道炎癥［18］。因此，腸道中的微生物及其代謝產(chǎn)物可以降低AHR、誘導T細胞發(fā)揮作用，從而在調(diào)節(jié)哮喘過敏原耐受性中發(fā)揮作用。在之后的研究中，科研人員可以深入研究SCFAs啟動工作的一系列機制，以提高機體對過敏性氣道炎癥的免疫力及減少哮喘的發(fā)生。

3.1.2 Th17細胞 Th17細胞是一種新發(fā)現(xiàn)的能夠分泌IL-17的T細胞亞群，在自身免疫性疾病和機體防御反應(yīng)中具有重要作用。Th17細胞被激活后可調(diào)節(jié)哮喘小鼠和哮喘患者的Th2型炎癥，其特征是中性粒細胞炎癥減輕和對類固醇的反應(yīng)減弱。因此，Th17細胞對嚴重哮喘改善有至關(guān)重要的作用［19］，在疾病預(yù)防方面也有重要意義。

腸道菌群在Th17細胞軸的早期發(fā)育和調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。而微生物群對Th17細胞的影響已經(jīng)通過動物實驗證實了，如單一種類的硬壁菌和分段絲狀細菌可以誘導小鼠腸道中Th17細胞的發(fā)育［20］，而Th17細胞軸反過來對細菌提供保護作用，使其免受黏膜感染［21］。這些研究表明，腸道微生物群的改變可能會誘導遠端器官（如肺部）炎癥的發(fā)生，并提示其可能會影響哮喘的發(fā)生。

人類腸道微生物群與Th17細胞軸調(diào)控之間的關(guān)系尚不清楚，目前還沒有研究顯示人類腸道菌群與Th17細胞誘導直接相關(guān)，但人類腸道菌群中的某些物質(zhì)轉(zhuǎn)移到小鼠體內(nèi)時被證明能夠誘導Th17細胞反應(yīng)［22］。人類腸道菌群中的物質(zhì)成分、發(fā)生機制及作用需要進一步研究證實。未來治療方向可以考慮腸道微生物群，通過影響Th17細胞應(yīng)答來預(yù)防和治療哮喘。

3.1.3 自然殺傷T（natural killer T，NKT）細胞 NKT細胞是一類既具有T細胞受體，又有自然殺傷細胞受體的T細胞亞群［23］。主要存在于人體中的NKT細胞——恒定自然殺傷T（invariant nature killer T，iNKT）細胞連接了先天性和適應(yīng)性免疫功能，其功能障礙與多種炎癥性疾病有關(guān)［24］。動物實驗表明，在缺乏腸道微生物群的無菌小鼠中，iNKT細胞在腸道和肺部積聚，該類小鼠較正常腸道菌群的小鼠更易發(fā)生炎癥［25］。若該情況發(fā)生在黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵時期（新生期），將腸道微生物群重新引入無菌小鼠體內(nèi)就可以抑制這種炎癥的發(fā)生。相關(guān)動物實驗表明，腸道微生物群有可能通過介導NKT細胞來調(diào)節(jié)肺部免疫細胞的分化和功能［26］，但NKT細胞在人類腸道菌群中的作用機制尚不完全明確［27］。未來可進一步研究肺部免疫細胞，以利于哮喘的預(yù)防和肺部免疫力的增強。

3.2 通過益生菌建立相關(guān)性 目前口服益生菌、益生元等方式已應(yīng)用于哮喘的臨床治療，益生菌的主要成分包括乳酸桿菌、雙歧桿菌等，其可以調(diào)節(jié)腸道菌群及血清細胞因子水平，糾正Th1/Th2失衡，改善肺功能，控制疾病發(fā)生［28］。研究表明，在腸道益生菌的輔助治療下，患者的生理、心理功能均得到改善，且不良反應(yīng)發(fā)生率無明顯增加，證明該方法安全有效［29］。通過副干酪乳桿菌調(diào)節(jié)大鼠過敏性哮喘的實驗探討了飲食對益生菌的重要作用，結(jié)果顯示，副干酪乳桿菌可減輕大鼠哮喘嚴重程度、改善其臨床癥狀［30-31］?，F(xiàn)有的實驗為益生菌治療哮喘提供了理論基礎(chǔ)，但樣本量較小，需要進一步驗證。目前已被證實用于哮喘臨床治療的幾種益生菌可以通過聯(lián)合使用來探究其對疾病的作用，有助于尋找最佳的治療方法。

4 腸道微生態(tài)與哮喘發(fā)展的關(guān)系

擬桿菌是人體腸道中最豐富的菌群。在健康成年人中，擬桿菌屬、腸桿菌屬和雙歧桿菌屬是廣泛存在的菌群。成年哮喘患者體內(nèi)大腸埃希菌和乳酸桿菌數(shù)量較多［32］。長期患有哮喘可導致雙歧桿菌含量減少，這種現(xiàn)象在成年人和兒童中均有表現(xiàn)［33］。國外一項關(guān)于瑞典和愛沙尼亞國2歲兒童微生物群多樣性的研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患兒很少出現(xiàn)乳酸桿菌和類桿菌菌落，而需氧菌計數(shù)較高，尤其是腸桿菌科和葡萄球菌［34］。腸道和肺部生態(tài)系統(tǒng)通過復(fù)雜的相互作用將營養(yǎng)、呼吸和消化系統(tǒng)健康與免疫防御功能聯(lián)系起來，說明在哮喘的治療中，不僅要針對呼吸道癥狀進行治療，也要維持機體整體的菌群穩(wěn)態(tài)，調(diào)整腸道微生態(tài)。雖然腸道和肺部生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的相關(guān)性已被證實，但臨床樣本的來源不同，對微生物組的縱向或侵入性研究進展有限，各實驗結(jié)果的可重復(fù)性、一致性較差。二者之間產(chǎn)生聯(lián)系的具體機制還需進一步研究，以便明確調(diào)整腸道微生態(tài)治療哮喘的科學依據(jù)。

5 小結(jié)與展望

哮喘是由多種細胞和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病，腸道微生態(tài)在哮喘的表型、發(fā)病機制、嚴重程度中發(fā)揮重要作用。腸道菌群代謝產(chǎn)物影響肺部免疫狀態(tài)的途徑、發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的機制尚不清楚，可以基于現(xiàn)有推測進行考證。

目前人們針對腸道菌群的研究大多基于排出體外的糞便，分析其包含的菌群種類與作用，而殘留在腸道內(nèi)部的微生物容易被忽略。隨著基因測序技術(shù)的不斷更新，越來越多未被發(fā)現(xiàn)的微生物逐漸進入科研人員的視野，而對其進行研究有助于打破當前研究的局限，拓寬研究方法和思路。

糞便菌群移植可直接作用于腸道菌群，目前該方法在腸道菌群定植中的研究備受關(guān)注。現(xiàn)有研究表明，在糞便菌群移植6 h后，在喪失微生物群的小鼠肺部細菌數(shù)量及TNF-α、IL-10水平趨于正常，充分證實了腸道微生物群對肺部具有保護作用［35］。但在應(yīng)用過程中，應(yīng)當注意患者受到病原菌污染的潛在風險，盡可能避免免疫不良事件的發(fā)生。因此，實際應(yīng)用菌群移植的方法需要安全的、準確的定量操作。同時需要更多的實驗支持，為此項新興療法提供科學依據(jù)。

目前，人類腸道中可以誘導小鼠Th17發(fā)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)成分及機制尚需要更多實驗支持，其結(jié)果有助于明確人類腸道微生物群與Th17細胞軸之間的聯(lián)系，推動動物實驗中所獲得的“利用腸道微生物對Th17細胞軸的調(diào)節(jié)，影響遠端器官炎癥”這一結(jié)論在人類中的應(yīng)用，其可作為預(yù)防及治療哮喘的新方向。

通過腸道微生物群介導NKT細胞的方式調(diào)節(jié)肺部免疫細胞的分化和功能已經(jīng)在動物實驗中得到證實，具有早期預(yù)防哮喘發(fā)生與提高肺部免疫力的潛能。進一步開展該作用機制在人體中的深入研究，以更好地實現(xiàn)新的微生態(tài)靶向診斷和治療。

作者貢獻：石曼欣妤、耿雨涵進行文章的構(gòu)思與設(shè)計，撰寫、修訂論文；耿雨涵進行文獻/資料收集；石曼欣妤進行文獻/資料整理；楊靜、曹洪麗負責文章的質(zhì)量控制及審校，并對文章整體負責、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。