小腸固有免疫與糖尿病的研究進展①

周琳悅 劉雪輝 劉 燕 賈華楠 馬旭紅 謝春光 （成都中醫藥大學臨床醫學院，成都 610075）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種內分泌代謝性疾病，其特征為顯著改變的葡萄糖代謝及血液中葡萄糖呈高濃度，歸因于胰島素分泌減少或胰島素利用缺陷［1］。根據國際糖尿病聯盟最新出版的《糖尿病地圖集（第9 版）》，僅2019 年20～79 歲成年人中約有420萬例死亡由DM引起，占全球死亡人數的11.3%［2］。同時DM 及其并發癥均導致個人及家庭、衛生系統和國民經濟重大負擔。2019 年全球DM 直接健康支出為7 600億美元，預計2030年將增長至8 250億美元，2045年將增長至8 450億美元［3］。我國亦是全球DM 患病率上升最快的地區之一［4］。DM 發病機制復雜，且與遺傳、環境及免疫因素等密切相關。其中，免疫與DM 的關系一直是醫療領域研究熱點［5-6］。近十年來，國內外誕生了大量關于小腸固有免疫如何影響DM 發生發展的研究，可能成為治療DM的新方向，現將相關研究進展綜述如下。

1 固有免疫概述

免疫應答分為固有免疫應答與適應性免疫應答。固有免疫應答又稱先天免疫應答，指機體受到病原體攻擊時即刻做出反應，是機體抵抗病原體的第一道防線，也是預防感染和維持體內穩態的關鍵免疫應答［7-9］。同時，固有免疫亦在適應性免疫激活和調節中起關鍵作用［10］。固有免疫應答在生物個體出生時即具有，與適應性免疫應答相比，其特征為：①對抗原無特異選擇性，作用范圍廣泛；②反應迅速，應答分為兩個階段：接觸抗原的0～4 h 為即刻固有免疫應答階段，4～96 h 為早期誘導固有免疫應答階段，能快速排斥與清除抗原物質；③維持時間較短，無免疫記憶功能，不發生再次應答。

固有免疫系統發生免疫應答的方式主要有3 種。第一種是依靠模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）識別病原體相關模式分子，以此區分自身組織與外來微生物。常見的PRR 包括：Toll 樣受體（TLR）、NOD 樣受體（NLR）、C 型凝集素受體（CLR）、RIG-Ⅰ樣受體（RLR）和AIM2 樣受體（ALR）［11］。第二種方式是識別損傷相關分子模式，通常在組織損傷、感染和炎癥過程中上調和釋放［12］。第三種方式是檢測“自失（missing-self）”效應，主要體現在NK 細胞，優先攻擊被識別為已感染的宿主細胞，這些宿主細胞的特征為丟失或改變MHCⅠ［13］。

固有免疫系統主要由組織屏障、固有免疫細胞及固有免疫分子組成。組織屏障功能主要體現于皮膚與黏膜，可隔離與阻止病原體入侵，防止微生物擴散和感染［14-16］。固有免疫細胞主要包括經典固有免疫細胞（如巨噬細胞、樹突狀細胞、肥大細胞等）、固有淋巴樣細胞（innate lymphoid cells，ILCs）及固有樣淋巴細胞（NKT 細胞、γδT 細胞和B-1 細胞）。固有免疫分子主要包括補體系統、細胞因子及其他抗菌物質，均對免疫應答至關重要［17-20］。

2 小腸固有免疫與DM

小腸在西醫解剖學中被劃分為消化系統的一部分，在體內發揮消化與吸收功能，亦是體內重要的免疫器官之一，發揮免疫應答作用。小腸固有免疫系統主要分為三部分，即組織屏障功能、固有免疫細胞及固有免疫分子。

2.1 小腸組織屏障功能 小腸組織屏障是小腸固有免疫的第一道防線，具有物理屏障、化學屏障及微生物屏障三重屏障功能，其屏障功能異常與肥胖和DM 發病機制有關，如菌群改變及跨膜閉鎖蛋白、緊密連接蛋白ZO-1、黏蛋白合成、連接黏附分子等減少［21］。

2.1.1 物理屏障 腸黏蛋白層和腸上皮細胞層共同構成物理屏障。腸黏蛋白層是胃腸道的第一個物理屏障，由兩層組成：一層牢固附著于上皮細胞的內層和一層較厚但較松散且黏附較少的外層。內層不允許細菌滲透，可阻斷上皮細胞表面與細菌直接接觸；與之對應，外層具有共生細菌，共生細菌阻止病原菌進入內外黏液層。腸上皮細胞層是第二個物理屏障，為單層細胞，具有高度選擇性，主要功能為防止有害的內腔物質（如外來抗原、微生物及其毒素）通過，同時允許必需的飲食營養素，如電解質和水從腸腔轉移進入全身循環［22］。

小腸物理屏障完整性破壞或通透性增加會使細菌和內毒素轉移到血液和淋巴系統，引起感染或炎癥［23-25］。轉移到血液中的內毒素LPS 與LPS 結合蛋白或脂蛋白結合，并與免疫細胞上的表面受體（如TLR4）相互作用。在MD2 與CD14 協同作用下，TLR4 二聚化并引發細胞內信號傳導，NF-κB 活化，從而產生促炎細胞因子，最終引發炎癥［26-28］。既往研究表明，肥胖和DM 小鼠腸道通透性增強，以代謝性內毒素血癥和低度炎癥為特征［21，29-30］。這一點也在2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）患者身上得到了驗證［31-32］。這種非特異性炎癥還會通過NF-κB途徑和JNK 信號通路進一步加重胰島素抵抗和T2DM［33-35］。腸黏膜損傷已成為T2DM 患者常見的病理狀態，病程長且血糖控制不良患者往往更嚴重［36-39］。治療方面，最新研究已證實可通過保護腸道屏障功能和抑制LPS 轉運改善炎癥，是一種有前途的T2DM 治療手段，而中藥左歸復方正是遵循這種方式治療T2DM［40］。

2.1.2 化學屏障 腸道分泌的各種消化酶、溶菌酶、糖蛋白和糖脂等化學物質構成了腸道化學屏障。腸道中的α-葡萄糖苷酶是一種重要的消化酶，主要用于分解各種糖類物質。近年研究表明多種膳食及中藥材，如茶葉、蘋果、高良姜等，均可與α-葡萄糖苷酶活性位點相互作用從而抑制其活性，使小腸對葡萄糖的吸收延遲，最終控制餐后高血糖［41-43］。同樣，腸道中的α-淀粉酶被抑制也能很好地限制淀粉消化，從而降低餐后血糖［44］。

另外，位于小腸隱窩底部的腸上皮分泌細胞或潘氏細胞可通過分泌抗菌肽發揮固有免疫作用［45］。生理狀態下，腸道上皮細胞主要通過PRR 和微生物相關分子結合刺激上皮細胞合成和釋放抗菌肽和黏液［46-47］。病理狀態下，腸道菌群結構發生異常，從而導致化學屏障功能異常，參與胰島素抵抗、炎癥、DM 發生。研究顯示，T1DM 的發生發展可歸因于腸道菌群和免疫系統相互作用，抗菌肽、細菌產物、微生物及其代謝物都有可能直接促進炎癥［48］。研究人員也觀察到T1DM 小鼠（NOD 小鼠）腸道中，腸上皮黏液分泌細胞，即杯狀細胞數減少，黏液產生減少，腸道化學屏障功能障礙先于T1DM發作［49］。

2.1.3 微生物屏障 人體腸道有100～1 500 種近100 萬億個細菌，具有抵御病原菌入侵、保護人體健康的功能，稱為腸道微生物屏障。越來越多的證據將腸道菌群變化與肥胖和葡萄糖不耐受聯系起來。這種觀點最初來自一項實驗結果，即無菌小鼠高脂飲食后，體內脂肪減少，且未出現肥胖或胰島素抵抗，但小鼠腸道菌群重建2 周后，無菌小鼠恢復肥胖，并出現胰島素抵抗和葡萄糖耐受不良［50-51］。證實腸道菌群在DM的發生中占有重要地位。

已有多項研究表明腸道菌群可通過短鏈脂肪酸等代謝產物調節宿主適應性免疫應答，同時在腸道固有免疫調節中具有重要作用［52］。首先，腸道菌群是維持腸道上皮完整性的關鍵因素。研究證實雙歧桿菌、阿克曼菌和乳酸桿菌在腸道黏膜保護中發揮作用，其豐度減少將引發各種腸道疾病和全身性輕度炎癥［53-55］。膳食纖維發酵產物丁酸鹽可為腸上皮細胞提供能量，且有證據表明丁酸酯不僅可直接增加腸道黏蛋白2 和緊密連接蛋白表達，還可通過抑制NF-κB 表達發揮抗炎作用［56］。T2DM 患者腸道菌群則同時具備兩個特征，即產生丁酸鹽的細菌減少和機會致病菌增加，進一步導致腸物理屏障損傷，使細菌或LPS發生腸黏膜易位［57］。再者，肥胖和非肥胖DM 小鼠研究發現，腸道菌群失衡導致細胞因子生成增加，從而攻擊并破壞胰腺β 細胞［58-60］。細菌代謝產物也可能直接攻擊胰島，鏈霉菌屬產生的毒素可通過抑制腺苷三磷酸酶降低葡萄糖耐受，減小胰島體積和降低β 細胞質量［61］。此外，研究提示表觀遺傳學改變與DM 相關，有益的腸道微生物可顯著提高小腸細胞TLR4 基因CPG 區域甲基化修飾頻率，避免產生過度炎癥反應［62］。另外，腸道菌群改變不僅存在于已確診的T2DM患者，在DM前期或經不同藥物干預的DM患者中同樣存在，對比3個階段患者腸道菌群，其多樣性均出現明顯差異，主要以厚壁菌門和擬桿菌門菌群變化為主［63］。

治療方面，二甲雙胍通過增加腸道中阿克曼菌數量、改善LPS 入血引起的慢性炎癥［64］。而中藥在此方面也有巨大潛力，不僅對腸道菌群有積極的調節作用，同時腸道菌群也有利于中藥代謝，使其有效成分更好地發揮作用，對DM治療有益［65］。

2.2 小腸固有免疫細胞 雖然固有免疫細胞種類繁多，但由于中性粒細胞、嗜酸性粒細胞及嗜堿性粒細胞主要在血液中發揮作用，NK 細胞亦主要分布于外周血和脾，NKT 細胞研究大部分在外周血中，B-1 細胞研究主要聚焦于腹膜，故目前小腸固有免疫細胞與DM 的相關研究主要集中于巨噬細胞、ILCs（ILC1s、ILC2s 和ILC3s）及γδT 細胞［66-70］。本文以這幾種細胞為主要綜述對象。

2.2.1 巨噬細胞 巨噬細胞主要存在于體腔黏膜，由巨噬細胞前體細胞發育而來，有M1（經典活化的巨噬細胞）和M2（旁路活化的巨噬細胞）兩種表型，且在一定條件下兩種表型可相互轉化。巨噬細胞最重要的功能是參與炎癥反應，其中M1 型巨噬細胞可引發炎癥，M2型巨噬細胞則可抑制炎癥。

肥胖是引起DM 的重要因素，肥胖的慢性全身性炎癥促進脂肪組織重塑和代謝變化。巨噬細胞是肥胖引起慢性全身性炎癥的主要元兇，使免疫功能持續處于失調狀態，從而造成惡性的脂肪-巨噬細胞串擾，導致胰島素抵抗和代謝異常［71］。一項針對T2DM 大鼠的相關研究中，腸系膜淋巴結流式細胞計數表明DM 大鼠巨噬細胞比例升高，腸黏膜免疫因子表達檢測中，巨噬細胞遷移阻斷因子轉錄增加［72］。相同結果也呈現在喂食高脂飼料的C57BL/6J小鼠中，喂養期間測量第2、4、8周時近腸、中腸和末梢小腸基因表達，發現巨噬細胞遷移阻斷因子在整個小腸及喂養期間的多數時間點都被上調［73］。M1/M2 型巨噬細胞極化與兩者平衡是導致胰島素抵抗或T2DM 的重要因素。巨噬細胞在細胞因子IFN-γ 或TNF-α 等誘導下發生M1 極化，而在IL-4 或IL-13誘導下發生M2極化［74］。目前研究較多的極化相關通路主要包括JAK/STAT、IRF、Notch 及PI3K/Akt 信號通路［75-78］。M1 型巨噬細胞通過分泌促炎細胞因子，如IL-1、IL-8、TNF-α 等，使機體處于低度炎癥狀態，繼而引起胰島素抵抗，逐漸發展為DM；M2型巨噬細胞則釋放TGF-β1 及IL-10 抑制炎癥反應，TGF-β1 還可激活Wnt 信號通路，利于胰島β 細胞增殖，使胰島素分泌恢復正常，有助于DM 恢復［79］。研究表明，補充益生菌能改善糖尿病預后，其機制可能為通過TLRs/MyD88/NF-κB 信號通路上調巨噬細胞M2極化和下調巨噬細胞M1極化［80］。

2.2.2 ILCs ILCs廣泛存在于人體黏膜組織，在代謝性炎癥、胰島素抵抗及DM 發生發展中起重要作用［81］。根據ILCs 產生與功能將其分為5 個亞群，即NK細胞、ILC1s、ILC2s、ILC3s和LTi細胞［82］。本文重點討論小腸中ILC1s、ILC2s 及ILC3s 3 種亞型對DM的影響。

ILC1s 通常是非細胞毒性或弱細胞毒性的，具有抵御病毒和某些細菌感染的作用，如弓形蟲或艱難梭菌感染［83-84］。ILC1s主要以產生細胞因子IFN-γ為特征，且需要轉錄因子T-bet實現這一功能。外周血和脂肪組織中，ILC1s高水平患者發生T2DM 的風險增加13.481倍［85］。ILC1s產生的IFN-γ可誘導CD8+T細胞活化，從而引起胰島β 細胞破壞［86］。T1DM 患者十二指腸組織中還觀察到ILC1s 和CD8+CXCR3+T細胞（Tc1）增多［87］。

ILC2s由其產生2型細胞因子IL-4、IL-5和IL-13的能力定義，是一種組織駐留細胞［88-92］。其中IL-13是M2 型巨噬細胞極化的主要上游調節因子，而M2型巨噬細胞極化有利于控制DM 進一步發展［93］。ILC2s 亦可促進脂肪組織中白色脂肪組織轉分化為褐色脂肪組織，改善機體產能代謝［94］。研究還發現T1DM NOD 小鼠小腸中Th2 細胞、ILC2s 和Treg 細胞減少［49］。

ILC3s 大量存在于小腸黏膜，并參與細胞外細菌固有免疫應答和腸道共生菌抑制［95-97］。ILC3s 的主要作用是產生細胞因子IL-22，通過IL-22 維持腸道穩態，促進腸道干細胞增殖。此外，ILC3s 還可調節Th17 細胞參與免疫應答［98］。ILC3s 分泌的IL-22能夠有效抑制胰島β 細胞相關炎癥信號通路活性，改善氧化應激，保護胰島β 細胞［99］。腸道共生菌群能夠通過TLR 受體作用于樹突狀細胞，促進其分泌IL-23，IL-23 又作用于ILC3s，刺激ILC3s 分泌IL-22，IL-22使上皮細胞內的STAT3發生磷酸化，繼而阻礙轉錄抑制因子REV-ERBα 轉錄，REV-ERBα 的作用與晝夜節律相關，被抑制后促使NFIL3 轉錄，NFIL3調節多個代謝相關基因表達，最終實現生物節律對代謝的調控［100］。ILC3s 中晝夜節律調節蛋白Arnt1自主消失時，腸道ILC3s 穩態中斷、出現上皮反應性受損、腸道微生物群失調及脂質代謝受損等［101］。T1DM 患者十二指腸組織中觀察到ILC3s 和Tc17 減少［87］。高脂飼料喂養的小鼠與瘦型小鼠相比，產生IL-22 的NKp46+CD4-的ILC3s 比例也降低［102］。近期研究發現游離脂肪酸受體2（free fatty acid receptor 2，FFAR2）主要在小腸ILC3s 中高表達，FFAR2 能夠介導IL-22 產生與增殖，這種介導并不會導致IFN-γ產生，因此可將FFAR2 作為調節小腸ILC3s 從而治療T1DM 的特定目標，以此改善機體炎癥環境，最終預防或阻斷胰腺β細胞自身免疫應答［103-105］。

2.2.3 γδT細胞 γδT細胞是ILL的一種，于1986年被首次發現［106］。γδT 細胞可橋接固有免疫和適應性免疫，在許多感染、自身免疫性疾病、過敏和免疫調節中具有重要作用［106-108］。γδT細胞根據基因表達不同分為幾個亞型，健康成年人外周血中，多數γδT細胞為Vγ9Vδ2+T 細胞，通常占循環淋巴細胞的1%～10%。這些細胞在腸道、肝臟和其他上皮組織中很少見，而Vδ1+γδT 細胞在這些部位的出現頻率更高［109］。同時，參與炎癥反應的兩個重要細胞因子IL-17和IFN-γ也均可由γδT細胞產生［110］。

一項研究中，經高脂飼料喂養的小鼠腸道中γδT 細胞比例發生改變，通過12 周高脂飼料喂養，小鼠小腸產生IL-17 的γδT 細胞增加［102］。而人體研究與小鼠情況不同，肥胖患者空腸黏膜中γδT 細胞總量無變化［111］?？赡苡捎谌撕托∈螃忙腡 細胞發育過程及γδT 細胞不同亞型在組織中分布位置不同，兩者不具有直接可比性，從一個研究結果推到另一個時需格外注意［109，112-116］。由于目前研究數量有限，小腸γδT細胞與DM的具體關系有待進一步明確。

2.3 小腸固有免疫分子 固有免疫分子包括補體、細胞因子與酶類物質等，免疫細胞分泌的細胞因子與DM 的關系研究最為深入。正常人群腸道微環境細胞因子以高滴度的sIgA 及IL-10 為主，而代謝綜合征患者腸道固有層及上皮中促炎因子增加［117-118］。T1DM 患者腸上皮細胞培養物中觀察到較高水平的IL-17C，證明DM 患者腸道具有促炎微環境［87］。高脂飲食誘發的肥胖亦與炎癥有關，炎癥又會促進胰島素抵抗發展。幾項采用高脂飲食喂養小鼠的實驗中，發現小鼠回腸免疫結構變化與肥胖過程中變化一致，小鼠回腸中的IL-22、IL-17A、IL-17F和IL-10 mRNA 水平下降，已知這些mRNA 水平可維持腸上皮屏障完整性［119-120］；回腸中TNF-α mRNA 顯著增加，且這種增加與體重增加、肥胖、血漿胰島素和葡萄糖水平相關［121］。另一項DM大鼠實驗則發現模型組大鼠腸黏膜中促炎因子IL-1β、TNF-α 轉錄增加，具有腸黏膜屏障保護作用的IL-4、IL-10轉錄減少。小檗堿干預后，IL-1β轉錄受抑制，高劑量小檗堿組TNF-α 水平降低，IL-10、IL-4 轉錄增加，這種作用與調控TLR4/MyD88/p-IKKβ/NF-κB信號通路相關［72］。肥胖人群空腸標本中，固有層和上皮部分各種促炎細胞因子均增加，包括IL-23、TNF-α、TGF-β、CCL5及IFN-γ，同時胰島素抵抗的肥胖受試者十二指腸中IFN-γ與IL-1β水平升高［111-122］。腸道菌群也與DM 發生息息相關。ILC3s 分泌的IL-17和IL-22在維持腸道屏障和調節腸道菌群方面起關鍵作用［123］。喂食高脂飲食的NOD2 缺陷型小鼠腸系膜淋巴結和回腸中觀察到IL-17和IL-22基因表達降低［124］。而IL-17/IL-17R軸可驅動腸中性粒細胞遷移，減少腸道營養不良，并抑制LPS向內臟脂肪組織轉運，預防代謝綜合征［119］。

3 結語

一直以來，小腸的消化吸收功能最為人所熟知，但小腸亦是機體重要的代謝器官，具有內分泌功能，可分泌GLP-1、PYY、GIP 等激素，通過促進胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延緩胃排空及抑制食欲等途徑調控機體代謝［125-127］。此外，小腸還具有免疫功能。小腸固有免疫失衡與DM 的關系已成為世界DM 研究的前沿、難點和新興領域。本文總結了小腸固有免疫系統在DM 發病機制中的作用，包括小腸組織屏障功能障礙、小腸固有免疫細胞功能失調與小腸固有免疫分子比例失調。不可否認，小腸固有免疫在DM 發病機制中扮演重要角色，受到全世界研究者關注，每年都有大量相關文獻推動這部分研究進展。調節小腸固有免疫已成為治療DM的新途徑，希望本文能為相關研究提供參考。