腸道菌群與類風濕關節炎的相關性研究

喬 軍 宋 珊 趙 蓉 常敏靜 張升校 李小峰

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種以滑膜炎癥、軟骨損傷和骨破壞為主要特征的慢性炎癥性自身免疫性疾病，其發病機制尚不明確，但通常認為其病因主要與遺傳易感性和環境因素等有關。RA在我國所困擾的人口約占總人口的0.35%，嚴重影響患者的生活質量，目前急需新的研究和治療方法[1]。

胃腸道被數百萬億種不同的原核微生物大量定殖，包括細菌、真菌和病毒，統稱為腸道微生物群[2]。腸道微生物群包含1000多種不同種類的微生物，其數量比人體細胞數還要多，大約為后者的10倍，厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門以及放線菌門在其中所占的比例為99%[3]。在正常生理條件下，人類腸道微生物群是一個穩態的生態系統，具有對宿主健康重要的多項功能和相互關系，包括幫助人體進行營養吸收、合成以及能量轉化、代謝，調節機體免疫應答以抵御外界病原菌入侵和機體對自身抗原的免疫反應[4]。這種平衡的破壞會導致生態失調并增加罹患疾病的風險。近年來大量研究表明，腸道菌群作為重要的環境因素之一，密切參與RA的發生、發展，為RA的治療提供新思路[5, 6]。

一、RA患者腸道菌群特征

流行病學研究表明，RA致病機制非常復雜，與遺傳和環境等因素密切相關。McInnes等[7]研究顯示，同卵雙胞胎RA患者的發病一致率為15%～30%，表明環境因素是誘發遺傳易感個體患病的因素之一。此外，大量臨床研究發現，RA患者腸道微生物的組成與健康人比較發生了明顯改變。

Scher等[8]通過16S rRNA測序發現，美國早期未經治療的RA患者中普氏菌(prevotella. copri, P.copri)的豐度相比于健康對照組明顯升高，而有益菌如擬桿菌和梭狀芽胞桿菌的豐度則明顯降低；同時發現普氏菌的豐度與HLA DRB-1風險等位基因的缺失相關。Maeda等[9]研究顯示，大約有33%日本早期未經治療的RA患者腸道中普氏菌的豐度明顯增加，以普氏菌為主的微生物群使得腸道內分布的反應性T細胞有效激活，誘導自發型類風濕性關節炎小鼠出現Th17細胞依賴性關節炎。相比之下，另一項研究表明，從人類腸道中的共生細菌中分離出的普氏菌(prevotella. histicola, P.histicola)使得HLA-DQ8小鼠膠原蛋白誘導關節炎程度極大的降低[10]。研究顯示，P.histicola的序列與P.copri的序列完全不同。這些結果支持了不同的普氏菌對關節炎有不同影響的觀點。綜合來看，對于RA患者來講，普氏菌有一定概率為其優勢菌群，且在很大程度上與RA的發生、發展有關。

Zhang等[11]通過宏基因組測序發現，中國早期未經治療的RA患者嗜血桿菌的豐度顯著減少，并且與血清自身抗體水平呈顯著負相關。研究還表明，在RA患者中觀察到的菌群失調在使用改善病情抗風濕藥物治療后可得到部分改善。近年來另一項研究中，Chen等[12]以RA患者作為研究對象發現，伴隨著病程增加，類風濕因子效價增加。此時，腸道菌群將會具有相對更低的豐富度以及多樣性，同樣觀察到使用改善病情抗風濕藥物治療后，患者表現出腸道微生物群落的改善。整體來看，RA發病可能與腸道微生態失調有一定的關聯性。

二、腸道菌群參與RA的發病機制

1.免疫調節細胞失衡：腸道菌群對RA發病機制的影響主要表現在黏膜免疫上，與免疫調節細胞有關。研究表明，有發展成為RA風險的患者中存在免疫異常，例如免疫調節細胞的激活或抑制，這些異常通常先發生在局部，隨后在全身發生[13]。RA患者常表現出循環Treg細胞的功能缺陷以及血漿和滑液中Th17細胞的增加。由巨噬細胞和樹突細胞衍生的TGF-β、IL-1β、IL-6、IL-21和IL-23提供了促進Th17細胞和抑制Treg細胞分化的內環境，到了免疫細胞穩態，進而出現炎癥。腸道菌群可對黏膜免疫(由Th17-Treg細胞的平衡介導)進行調節，進而對腸道免疫產生影響[14]。Feng等[15]研究發現, 在K/BxN小鼠模型中，分段絲狀細菌(segmentous filamentous bacteria，SFB)可以誘導促炎的Th17細胞分化，加重關節炎的癥狀。Atarashi等[16]研究發現, 梭菌屬細菌可促進Treg細胞的發育, 抑制梭菌屬細菌的增殖和分化,可減輕關節炎的癥狀。雙歧桿菌屬通過促進Th17-Treg細胞穩態失衡和Toll樣受體信號轉導(TLR2-TLR4)介導來觸發該模型中的關節炎。因此，腸道菌群的組成在Th17/Treg細胞平衡中發揮著關鍵作用。

2.腸道屏障功能紊亂:雖然小腸有相當大的表面積暴露于外界，但腸道的上皮細胞形成了一個動態的物理屏障，防止腸道內的有害物質穿過腸黏膜進入其他組織。有研究報道，RA、強直性脊柱炎和炎癥性腸病患者均會出現腸道屏障通透性異常以及細菌易位[17]。腸道屏障破壞的首要機制是增加連蛋白的產生，腸道菌群紊亂是腸上皮細胞釋放連蛋白的觸發因素之一[18]。連蛋白主要通過分解緊密連接蛋白-1和閉鎖蛋白來降低調腸上皮細胞緊密連接的完整性，進而破壞腸道的屏障功能[19]。近年來的一項轉基因小鼠實驗發現，相比于關節炎抗性*0402小鼠，關節炎易感*0401小鼠表現出黏膜通透性增加和Th17細胞相關基因表達的改變。因此，腸道屏障功能陷入紊亂，且顯著增加腸道通透性和細菌易位，這些因素對于自身免疫反應具有明顯的促進作用。

三.重建腸道微生態在RA防治中的應用

1.飲食干預:飲食干預可能是通過恢復腸道微生物群治療RA的一種理想方法，幾乎沒有不良反應[20]。迄今為止，在RA試驗的飲食干預措施中，只有素食或地中海飲食被證明有助于疾病活動的降低[21]。膳食纖維和多酚是素食或地中海飲食帶來益處的主要貢獻者，這兩種成分被證明對于RA有重要的緩解作用[22]。動物模型中的相關實驗證明，膳食纖維素攝入后，被腸道菌群分解產生短鏈脂肪酸，其中丁酸鹽能夠增強腸道黏膜屏障功能，對腸道起保護作用。同時多酚中的天然類黃酮白藜蘆醇可以通過影響腸道菌群進而在RA中發揮抗炎作用[23]。一項對RA患者使用高纖維膳食飲食的可行性研究發現，飲食干預后，RA患者外周血Treg細胞增多，骨侵蝕標志物減少，臨床癥狀也得到改善[24]。

2.傳統藥物:抗風濕藥物(disease modifying antirheumatic drugs，DMARDs)可以通過調節免疫功能和直接作為微生物細胞代謝中的外源性物質來擾亂微生物成分起作用。Rodrigues等[25]研究發現，與健康對照組比較，接受DMARDs治療的RA患者糞便樣本中擬桿菌和普氏菌的相對豐度增加，而梭狀芽胞桿菌的相對豐度降低。一項甲氨蝶呤治療RA患者的研究發現，甲氨蝶呤治療與腸桿菌相對豐度的降低相關，這可能是由于甲氨蝶呤可以影響由細菌表達的高度保守的二氫葉酸還原酶，因此可能對細菌存活和增殖產生脫靶效應[26]。另外一項研究發現，使用羥基氯喹治療的RA患者腸道菌群的豐富度和多樣性顯著增加，這可能與羥氯喹能恢復產生丁酸鹽的菌群數量(例如糞桿菌)有關[12]。在接受依那西普(TNF-α拮抗劑)治療的RA患者的腸道微生物群中，藍藻門細菌增加，梭狀芽胞桿菌和δ-變形菌綱減少。其他細胞因子抑制劑(例如IL-6等)對RA相關腸道微生物群的影響有待于進一步研究。

3.益生菌:通過益生菌恢復腸道微生物菌群失調正在成為預防和治療RA的潛在方法[27]。益生菌是一種含有活微生物的補充劑，可以改變微生物群的組成，當給予足夠的量時，會給宿主帶來益處。益生菌主要通過抗菌作用、增強黏膜屏障功能和免疫調節3種方式發揮其有益作用。動物模型中以口服干酪乳桿菌為例：在佐劑性關節炎大鼠模型中，口服干酪乳桿菌能抑制關節腫脹，降低關節炎評分，改善骨破壞并使部分乳酸菌菌株恢復正常，同時降低促炎性細胞因子IFN-γ、TNF-α、IL-1β、IL-17、IL-6等的表達；在膠原誘導關節炎小鼠模型中，口服干酪乳桿菌可通過減少促炎性細胞因子而抑制環氧合酶-2，具有抗關節炎作用[28]。此外，對干酪乳桿菌等研究顯示，益生菌可以調節緊密連接蛋白1和閉鎖蛋白的表達和分布，保護腸道屏障阻止菌群易位，同時益生菌還可以通過分解產生短鏈脂肪酸，對腸道屏障功能起正性調節作用。目前，一些隨機對照試驗正在進行中，旨在研究益生菌對RA患者疾病活動度、免疫細胞及細胞因子的影響。但4個此類試驗的Meta分析并未證明益生菌作為RA輔助治療的特殊療效。整體來說，由于在人體中的研究有限，目前還不足以證明益生菌治療RA患者的有效性。為了對緩解RA最優的益生菌菌種進行確定，并實現對最優攝入方法以及劑量的確定，此時非常有必要展開多中心、大樣本量隨機對照試驗。

4.糞菌移植：糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)和益生菌一樣被認為是通過恢復腸道微生物菌群失調治療RA的一種潛在方法。研究表明，將RA患者以普氏菌為主的糞便微生物群轉移到無菌自發性類風濕關節炎小鼠會導致腸道內Th17細胞增加，并加劇小鼠關節的炎癥[9]。近年來發表了1例難治性RA患者成功接受FMT治療的病例報告，但目前還沒有大規模的臨床研究能證明使用FMT治療RA的有效性。如果有更多證據支持腸道微生物群變化與RA發生、發展之間的聯系，FMT可能是一種新的治療選擇。

五、展 望

腸道菌群在RA的發病中起重要作用，失調的菌群可以影響腸上皮細胞間的緊密連接，破壞腸道黏膜屏障，導致致病菌易位至腸固有層引起免疫反應，產生促炎性細胞及因子，并經過血液循環到達關節，引發RA。失衡的菌群還會導致Th17-Treg細胞失衡，造成促炎的免疫細胞以及相關促炎性細胞因子增加，而抗炎的免疫調節細胞和抗炎性細胞因子減少，加重機體的炎性反應。總之，腸道-關節的相互作用構成了RA發病機制的一個重要方面。綜合考慮來自關節炎實驗模型和RA患者研究的數據，似乎在疾病臨床發作之前就已經發生了微生物失調，并影響了關節炎的發展。因此，我們可以從恢復腸道微生物穩態為出發點來預防和治療疾病的發生。飲食調節、傳統藥DMARDs等治療可以通過調整菌群；保護腸道黏膜屏障進而改善RA的相關癥狀，對RA發展有正性調節作用。補充益生菌和FMT通過補充對機體有益的菌群來改善RA，是目前認為的潛在治療方法，尚未有太多的臨床證據來證明它們在RA方面的療效，因此還需要繼續進行臨床研究來收集更多有利的證據。