腸道微環境與CD4+T細胞及相關疾病的研究

溫佳楠，周曉琪，周雨萌，于佳圻，李銘，楊威，徐闖，張冰冰*

（1.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農墾大學動物科技學院，黑龍江 大慶 163319）

胃腸道是機體唯一的非造血器官，通過折疊、皺襞、絨毛和微絨毛等功能可以實現吸收表面積最大化，其面積可擴大至約2萬m2[1]。腸道中含有營養物質以及數十億微生物和潛在的免疫原性大分子。胃腸道中的微生物被認為是影響消化營養過程和宿主健康的重要因素，如牛腸道中的細菌在膳食纖維、非蛋白氮和其他營養物質的生物降解中起主要作用。在牛體內，飼料被胃腸道細菌加工轉化為揮發性脂肪酸、微生物蛋白和維生素，以滿足宿主維持、生長、生產和健康需要[2-3]。

腸道中菌群、免疫分子與腸道黏膜免疫共同構成腸道微環境，其中T細胞對腸道免疫具有重要作用。腸道內微生物與T細胞相互影響，共同構建機體免疫系統，T細胞在胃腸道系統中對微生物病原體的保護、調節作用可在食物和共生抗原的反應中發揮重要作用。T細胞分布于腸道上皮層、固有層、黏膜下層以及腸道集合淋巴結和其他有組織的卵泡集合中，其中固有層大多為CD4+輔助T細胞（CD4+T細胞），包括許多激活的輔助和調節T細胞。腸道固有層和上皮層是CD4+T細胞的效應部位，初始淋巴細胞暴露給抗原，并分化為效應細胞進入循環，再選擇性地遷移回固有層。因此，固有層和上皮層不含初始CD4+T細胞群，主要為經歷抗原分化的CD4+T細胞[4]。腸道中的T細胞免疫涉及不同的T細胞亞群，并以不同的方式受到抗原呈遞細胞的影響。文章主要闡述腸道微環境和CD4+T細胞亞群的相互聯系以及相關疾病的發生機制，為后續相關研究提供參考。

1 腸道微環境與CD4+T細胞亞群

1.1 腸道微環境與輔助T細胞

CD4+T細胞是適應性免疫反應和炎癥性疾病的重要調節細胞，功能主要為招募和激活吞噬細胞和其他白細胞，破壞細胞內或細胞外的微生物，并幫助B淋巴細胞產生抗體。CD4+T淋巴細胞對于吞噬細胞介導消滅微生物至關重要。被抗原呈遞細胞（APCs）激活后，抗原特異性CD4+T細胞分化為效應細胞，根據分泌的細胞因子發生特化，進而對抗病原體并引起組織炎癥[5]。效應CD4+T細胞可根據其細胞因子表達譜和免疫調節功能分為Th1、Th2和Th17細胞譜系。Th1細胞產生Ⅱ型干擾素調節細胞免疫，可表達高水平的E-選擇素和P-選擇素配體，有助于細胞向強烈炎癥部位遷移；而Th2細胞產生白細胞介素-4（IL-4）、白細胞介素-5（IL-5）和白細胞介素-13（IL-13）可介導體液免疫和過敏反應，其表達趨化因子受體CCR3、CCR4和CCR8，特別是在黏膜組織高表達的趨化因子，可識別在寄生蟲感染或過敏反應部位。Th17大量存在于胃腸道，在對抗腸道感染和腸道炎癥中十分重要。Th17的特征性細胞因子為白細胞介素-17（IL-17），Th17表達的CCR6與一些由受到細菌和真菌感染的各種組織細胞和巨噬細胞產生的CCL20結合，負責不屬于Th1和Th2亞群并且由CD4+T細胞介導的炎癥性疾病[5]。

1.2 腸道微環境與調節性T細胞

腸道免疫系統的主要功能之一是維持非致病性腸道微生物群和無害的外源性食物抗原、致病性微生物以及與損傷相關的自身抗原之間的免疫穩態。腸道內的適應性免疫系統必須通過激活調節性T細胞（Treg）持續抑制對食物抗原和共生微生物抗原的潛在免疫反應，平衡效應免疫細胞活動，預防腸道共生菌的炎癥反應，以防止炎癥反應破壞黏膜屏障。

Treg的某些亞群在黏膜相關淋巴組織中更為豐富，其中FoxP3+T細胞是調節適應性免疫反應的關鍵細胞。FoxP3轉錄因子的識別是精確捕捉免疫調節T細胞的起點，可反映Treg細胞在各種疾病中的功能，一些細胞因子或其受體的缺陷可導致病理性腸道炎癥。Treg細胞對效應細胞的抑制依賴T細胞受體（TCR）的信號。雖然Treg細胞激活需要TCR特異性信號，但Treg細胞還可抑制具有不同抗原特異性的效應T細胞，有助于整體免疫穩態。

2 腸道微環境與免疫疾病

腸道微生物群是腸道內免疫屏障的重要組成部分。免疫屏障的完整性由多種不同機制維持，腸道菌群與免疫細胞的相互作用對維持免疫穩態具有重要作用，如一些常見的CD4+T細胞相關的腸道疾病均與腸道微環境紊亂存在密切關系。

2.1 腸道微環境與腸應激綜合征

腸應激綜合征（IBS）是功能性胃腸道紊亂，其特征為腹痛、腹脹、腹瀉或便秘。IBS是常見的犬類胃腸功能性疾病，可能與腸道感染或抗生素使用有關[6]。腸道益生菌用于治療IBS可改善腸道菌群的組成和代謝活性，如產生短鏈脂肪酸（SCFAs）[7]。此外，腸道益生菌可能影響腸道蠕動并發揮抗炎作用。共生細菌產生的一些代謝產物，能夠調節宿主的生理、營養和免疫。

SCFAs包括乙酸、丙酸和丁酸，由結腸中膳食纖維和其他未消化的碳水化合物所產生[8]。SCFAs可通過抑制組蛋白去乙酰化酶產生作用，進而導致FoxP3的乙酰化和表達增加[9]。不同SCFAs的作用可能略有不同，丁酸鹽可影響結腸Treg的從頭生成，乙酸鹽能夠誘導結腸中胸腺Treg積累，丙酸鹽能夠同時發揮上述兩種功能[10]。大量SCFAs通過簡單擴散或溶質轉運體主動轉運，被結腸上皮細胞吸收并在腸道中大量產生，進而可能調節免疫系統。此外，SCFAs還可通過改變細胞因子環境直接促進T細胞分化為產生IL-17、干擾素-γ（IFN-γ）和白細胞介素-10（IL-10）的T細胞，具體表現為SCFAs可根據免疫環境促進免疫或免疫耐受促進T細胞分化為效應T細胞和調節性T細胞[11]。除直接作用于免疫系統，SCFAs還可作為結腸菌燃料增強上皮屏障，防止因免疫系統和共生菌[12]接觸過于密切而引起明顯的免疫激活。免疫反應中腸道菌群一般處于動態平衡狀態，菌群的相互作用可隨條件、空間和潛在的進化時間發生變化。因此，平衡腸道菌群非常重要[13-14]，若平衡被破壞可能導致各種疾病。胃腸道是機體最大的宿主-環境界面，不同的效應細胞CD4+T細胞亞群被不同的微生物誘導和保護。

2.2 腸道微環境與炎癥性腸病

炎癥性腸病（IBD）是多因素的腸道慢性炎癥性疾病，可分為兩種主要的臨床病癥：主要涉及結腸和小腸的克羅恩病（CD）以及局限于結腸和小腸的潰瘍性結腸炎（UC）。上述兩種IBD亞型的特征為胃腸道慢性炎癥，具有可緩解和復發反復循環的特征。

CD是由產生IFN-γ的Th1細胞驅動的肉芽腫性炎癥；隨著產生IFN-γ的細胞擴增，腸系膜淋巴結顯著增大，影響胃腸道任何部分腸壁組織的厚度，但回腸末端是最易受到影響到的部位[15]。從CD患者體內分離出可引起牛副結核病（JD）的致病菌副結核分枝桿菌（MAP）[16]，由此猜想兩種疾病可能存在關聯。分枝桿菌能夠感染較多宿主，甚至可以跨越物種屏障，但兩種主要分支：桿菌鳥分枝桿菌亞種和牛分枝桿菌主要發現于反芻動物宿主。MAP能夠影響牛的回腸，引起炎癥和腸內壁破壞，引起反芻動物胃腸道出現慢性炎癥性疾病，進而導致無法治愈的腹瀉，降低受感染動物吸收營養的能力[17]，該疾病的臨床癥狀包括慢性腹瀉和致命性消耗性疾病相關的體重減輕。對MAP的免疫反應和JD的臨床階段主要為經典的Th1、Th2樣免疫反應發揮作用[18-19]，或Th17細胞在直接刺激T細胞表面的TLR-2和Toll樣受體4（TLR-4）產生作用[20]。抗原提呈細胞（APCs）[21]和腸上皮細胞[22]均能夠產生Th17型細胞因子，其中IL-23、IL-6和IL-1β可促進初始T細胞向Th17分化[23]。還有研究表明，盡管分枝桿菌感染與同一宿主具有聯系，但不同的分枝桿菌感染會導致不同的免疫反應。牛分枝桿菌感染可導致持續的由細胞介導的應答，其特征為強烈的抗原特異性IFN-γ應答，增加T調節細胞如CD4 CD25+和γδCD25+T細胞，隨著T調節細胞分泌抗原特異性IL-10提供免疫平衡。

另一種為UC，僅限于結腸黏膜，癥狀包括腹痛、嘔吐、腹瀉和體重減輕。炎癥性腸病可能由Treg介導的對共生生物免疫反應的抑制不充分所引起；此外，IL-2基因缺失或FoxP3基因被敲除也可能導致Treg缺失的小鼠出現結腸炎。對動物模型T細胞反應的分析表明，受影響的部分腸段存在活躍的Th17。腸道菌群平衡是維持整體穩態和腸道免疫的基礎，但這種平衡易遭到破壞，通常稱為生態失調。效應T細胞和調節性T細胞的產生均受到腸道微生物群的深刻影響[24-25]，效應T細胞和調節性T細胞的平衡也對腸道菌群的平衡產生影響，腸道微生物組成改變與腸系膜淋巴結中Th17/Treg平衡改變有關[26]。作為IBD中的適應性免疫反應，SCFAs對T淋巴細胞也可發揮免疫調節作用[27]，如固有層是富含T淋巴細胞的潛在腸上皮。Peyer小結提供了淋巴細胞啟動的誘導位點，而固有層可充當激活的淋巴細胞對適當刺激作出反應的效應位點。

2.3 腸道微環境與其他免疫疾病

許多非腸道疾病的發生也與腸道微環境變化有關。腸道微生物群與多種疾病有關，包括胃腸道疾病、癌癥、免疫紊亂和代謝綜合征，如腸道細菌種群的變化會導致肥胖和Ⅱ型糖尿病。將肥胖犬的糞便菌液轉移至正常犬腸道內，可改變正常犬腸道菌群結構與功能，促進肥胖的發生[28]。此外，腸道微生物組分泌的次級代謝物與各種宿主感應信號通路相互作用，并負責代謝組織中免疫駐留細胞的功能調節[29]。改變腸道微生物群可實現改變微生物相關代謝產物，消耗腸道屏障，進而引發促炎反應。如丁酸鈉給藥可引起免疫代謝改變，抑制CD4+T細胞并誘導Treg細胞群，從而在高脂喂養的代謝失調小鼠模型中緩解炎癥和相關的內質網應激[30]。此外，腸道細菌過度生長、細菌或細菌產物易位增加以及免疫防御失敗均可增加感染風險，而腸道微生物群的失調可通過調節T細胞亞群的免疫反應，影響肺功能[31]。

3 結論

腸道內菌群對免疫系統的激活與構建至關重要，在T細胞激活和積累中發揮重要作用。腸道菌群影響T細胞，并間接影響腸道內微生物。因此，腸道微環境穩態與免疫環境穩態對機體穩定極其重要。隨著研究進一步深入，依靠免疫細胞治療胃腸道疾病獲得更多關注。

與直接的藥物治療相比，激活機體免疫應答對是改善胃腸道環境、抗胃腸道疾病更有利的手段，但現有治療方法尚不完善，仍繼續深入研究，使胃腸道疾病的治療取得突破性進展。