腸道微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫的影響

劉艷 孫靜 葛良鵬 馬繼登 張進(jìn)威

（1. 重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460；2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)畜禽遺傳資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130；3. 農(nóng)業(yè)部養(yǎng)豬科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 養(yǎng)豬科學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 402460）

哺乳動(dòng)物出生后，其黏膜組織暴露于環(huán)境中，使得細(xì)菌、真菌、原生生物等微生物迅速地在宿主皮膚、口腔、呼吸道、尿生殖道和腸道等多個(gè)部位定植，形成了復(fù)雜的微生物群落，這些微生物被統(tǒng)稱為共生微生物（commensal microbiota）［1］，它們的數(shù)量是宿主細(xì)胞的10倍，且不同組織的共生微生物種類和豐度存在巨大差異，表現(xiàn)出不同的宿主-微生物互作模式（host-commensal interactions）［2］。在進(jìn)化過程中，共生微生物與宿主形成了和諧的共生關(guān)系，對(duì)塑造免疫系統(tǒng)和誘導(dǎo)保護(hù)性免疫反應(yīng)發(fā)揮了重要作用，從而維持宿主健康［3］。其中，腸道微生物種類最為豐富，研究領(lǐng)域也最廣泛深入，它們以特殊的方式與宿主細(xì)胞相互作用。大多數(shù)腸道微生物屬于非致病性微生物，與腸道細(xì)胞共生，通過參與先天性免疫和適應(yīng)性免疫的發(fā)育和維持從而影響機(jī)體健康［4］。

適應(yīng)性免疫主要由T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫和B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫組成［5］。腸道微生物可以直接調(diào)節(jié)T細(xì)胞和B細(xì)胞的分化和活化［6］，影響漿細(xì)胞分泌免疫球蛋白A（immuno-globulin-A, IgA）、IgG、IgM、IgD和IgE［7-8］，筑成黏膜免疫的第一道屏障，保護(hù)機(jī)體免受感染。本文綜述了腸道微生物及其對(duì)宿主早期免疫系統(tǒng)發(fā)育的影響，并對(duì)腸道微生物對(duì)細(xì)胞免疫和體液免疫的影響進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為腸道微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫的互作及其調(diào)控機(jī)制提供理論參考。

1 宿主腸道微生物概述

在多細(xì)胞生命出現(xiàn)之前，微生物群落在地球上居住了超過30億年，宿主為不同的微生物提供了棲息地。研究表明，這些共生微生物有助于發(fā)育、先天性免疫和適應(yīng)性免疫等，并且還有助于遺傳變異以及物種的起源和進(jìn)化［9］。多細(xì)胞生物的屏障表面存在共生微生物，這些微生物也影響著宿主許多生理過程［10-12］。哺乳動(dòng)物的腸道微生物包括細(xì)菌、病毒、真菌等，其基因組包含約3×106個(gè)基因，大約是人類基因組的150倍［13］。哺乳動(dòng)物胃腸道是暴露于環(huán)境的一個(gè)廣泛界面，被數(shù)以萬億計(jì)的微生物定植（以細(xì)菌為主），種類超過1 000種，約為1-2 kg［14-16］，其中結(jié)腸內(nèi)微生物最為豐富，密度可達(dá)1012CFU/g［17］。物種、性別、年齡、飲食習(xí)慣等因素導(dǎo)致了不同個(gè)體間腸道微生物的組成差異［18］。近年來許多研究表明，腸道微生物穩(wěn)態(tài)對(duì)維持宿主生理健康至關(guān)重要［19-20］，腸道微生物紊亂（種類、結(jié)構(gòu)、豐度等顯著變化）會(huì)引起宿主罹患許多疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加，如肥胖［21］、過敏［22］、炎癥性腸?。?3］和糖尿?。?4］等。

2 腸道微生物與宿主早期免疫系統(tǒng)發(fā)育

2.1 微生物早期定植的“機(jī)會(huì)窗口”

目前的研究報(bào)告普遍認(rèn)為，哺乳動(dòng)物在妊娠期間子宮內(nèi)環(huán)境保持無菌狀態(tài)［25-26］。出生瞬間，環(huán)境微生物與幼崽體表接觸產(chǎn)生定植并與宿主形成共生關(guān)系［27-29］。出生到斷奶期間，被稱為共生微生物定植的“機(jī)會(huì)窗口”［30-31］。在“機(jī)會(huì)窗口”的最初幾小時(shí)，微生物迅速定植于幼崽皮膚及腸道；48 h左右，幼崽微生物密度（微生物數(shù)量）就能趨于成年水平［32-33］。然而，在“機(jī)會(huì)窗口”時(shí)期微生物豐度（即微生物種類）發(fā)展較緩，人類需要2-3年才能達(dá)到成年水平，小鼠需要3-4周［34］。在小鼠中，“機(jī)會(huì)窗口”在斷奶前后就會(huì)關(guān)閉；在人類中，穩(wěn)定的腸道微生物群落一般是在2-3歲時(shí)建立，目前還沒有證據(jù)表明人類“機(jī)會(huì)窗口”關(guān)閉的確切時(shí)間［35］。

幼崽出生后，受到多種因素（分娩方式、喂養(yǎng)方式、抗生素使用和環(huán)境暴露［36-38］等）的影響，環(huán)境微生物選擇性定植，伴隨宿主的生長(zhǎng)發(fā)育逐漸形成穩(wěn)定的腸道微生物。母乳在“窗口”時(shí)期對(duì)幼崽微生物定植及抗原耐受具有重要作用［39］。母乳中的人乳低聚糖（human milk oligosaccharides, HMOs）可以促進(jìn)特定代謝物（例如吲哚-3-乳酸）產(chǎn)生，對(duì)全身和腸道炎癥產(chǎn)生抑制作用［40］。此外，在小鼠上已證實(shí)母乳中IgA有助于特定微生物在腸道黏膜定植，母乳中IgG可以防止侵襲性感染［41］。在“機(jī)會(huì)窗口”時(shí)期，微生物可以影響幼崽免疫系統(tǒng)發(fā)育，并對(duì)免疫反應(yīng)和免疫病理產(chǎn)生長(zhǎng)期影響［42］。例如，在斷奶前接受抗生素或抗原轉(zhuǎn)移抑制劑（通過腸道屏障）治療的小鼠比斷奶后接受微生物定植的無菌（germ-free, GF）小鼠，成年后對(duì)過敏和炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease, IBD）的易感性增加［43-44］。

2.2 腸道微生物影響宿主早期免疫系統(tǒng)發(fā)育

許多研究表明，腸道微生物或其代謝產(chǎn)物會(huì)影響人類和小鼠的早期免疫系統(tǒng)發(fā)育［45-46］。幼崽出生前，母體腸道微生物及其代謝物，特別是短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs），已被證實(shí)會(huì)影響后代的免疫發(fā)育［47-48］。有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠懷孕期間補(bǔ)充乙酸，不僅可以降低母體對(duì)過敏性氣道疾?。╝llergic airway disease, AAD）的易感性，還可以抑制后代的過敏性氣道疾病產(chǎn)生，究其原因是添加乙酸影響了母體及后代的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells, Tregs）的增殖。腸道微生物對(duì)宿主免疫發(fā)育影響最顯著的是腸道黏膜屏障，雖然隱窩結(jié)節(jié)（crypto patches, CP）和派爾氏結(jié)（peyer's patches , PPs）以及腸系膜淋巴結(jié)（mesenteric lymph nodes, MLNs）在產(chǎn)前已經(jīng)形成［49］，但出生后在腸道微生物的刺激下進(jìn)一步促進(jìn)了它們的發(fā)育［50］，以及T和B細(xì)胞募集到固有層（lamina propria, LP）和PPs中，以便淋巴細(xì)胞進(jìn)一步的分化與成熟［51］。出生后，若腸道微生物未能定植成功，腸道免疫功能將會(huì)受到損害，導(dǎo)致某些腸道疾病（如潰瘍性結(jié)腸炎［52］、克羅恩?。?3］等）的發(fā)病率增加。無菌小鼠出生后與常規(guī)小鼠相比表現(xiàn)出盲腸增大，腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cells, IECs）周轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)改變，淋巴器官發(fā)育不良［54］。腸道微生物成熟受限會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)發(fā)育遲緩，從而增加小鼠對(duì)沙門氏菌的易感性［55］。部分腸道微生物可充當(dāng)益生菌，對(duì)宿主健康有益［56］。盡管益生菌發(fā)揮生理功能的分子機(jī)制知之甚少，但現(xiàn)有研究已表明，益生菌主要通過以下幾種方式發(fā)揮生理功能：（1）在腸腔內(nèi)與腸道微生物（1級(jí)）生態(tài)系統(tǒng)互作或通過酶促活動(dòng)；（2）與腸道黏液和腸上皮細(xì)胞（2級(jí)）在腸道屏障效應(yīng)、消化過程、黏膜免疫系統(tǒng)、腸神經(jīng)系統(tǒng)方面互作；（3）胃腸道外（3級(jí)）向外周組織器官傳遞信號(hào)分子，例如：肝臟、淋巴、大腦等［57］。在小鼠和豬的腸道內(nèi)，單一益生菌菌種就可以影響早期宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育，這些益生菌在一定程度上可以促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)育和功能完善［58-60］，常見益生菌見表1。

表1 腸道微生物對(duì)宿主早期免疫發(fā)育的影響Table 1 Effects of intestinal microbiota on host early immune development

3 腸道微生物與適應(yīng)性免疫

宿主-微生物共生關(guān)系在長(zhǎng)期的共同進(jìn)化過程中已經(jīng)建立起來，豐富多樣的腸道微生物在宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟中起著至關(guān)重要的作用［69］。機(jī)體主要包含先天性免疫和適應(yīng)性免疫，二者協(xié)同保護(hù)宿主免受外源病原體入侵和維持腸道穩(wěn)態(tài)［70-71］。與先天性免疫系統(tǒng)不同的是，適應(yīng)性免疫需要通過細(xì)胞表面受體識(shí)別特定的抗原［72］。盡管適應(yīng)性免疫系統(tǒng)在第一次遇到抗原時(shí)需要一段時(shí)間對(duì)增殖和分化過程進(jìn)行反應(yīng)，但經(jīng)歷過抗原的記憶細(xì)胞可長(zhǎng)期存活，并在遇到相同抗原時(shí)提供高效反應(yīng)。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)主要包括B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫和T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫。腸道微生物對(duì)適應(yīng)性免疫具有重要意義，尤其是對(duì)幼齡動(dòng)物腸道相關(guān)淋巴組織（gutassociated lymphoid tissue, GALT）的發(fā)育以及T細(xì)胞和B細(xì)胞的分化和成熟至關(guān)重要［73］。根據(jù)不同腸道微生物的定植生態(tài)位、抗原類型和代謝特性，CD4+T細(xì)胞的反應(yīng)有很大差異，從而分化成不同的亞群［74］。此外，腸道微生物促進(jìn)B細(xì)胞的持續(xù)多樣化，影響T細(xì)胞依賴型和T細(xì)胞非依賴型抗體的產(chǎn)生（尤其是IgA）［74］。

3.1 腸道微生物與細(xì)胞免疫

腸道微生物和細(xì)胞免疫之間的相互作用非常復(fù)雜，微生物可以促進(jìn)T細(xì)胞的分化，以快速響應(yīng)來自外界環(huán)境的影響，從而啟動(dòng)適應(yīng)性免疫反應(yīng)［75］。

3.1.1 腸道微生物對(duì)CD8+T細(xì)胞的調(diào)控 CD8+T細(xì)胞可以將感染或患病細(xì)胞與健康細(xì)胞區(qū)分開來，在抗病毒和抗腫瘤免疫中起著關(guān)鍵作用［75］。腸道微生物代謝物，短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids,SCFAs）（尤其是丁酸）可直接不依賴GPR41和GPR43，通過抑制組蛋白去乙?；福℉DACs）調(diào)節(jié)腸系膜淋巴結(jié)中CD8+CTLs和產(chǎn)生IL-17的CD8+T細(xì)胞的干擾素-γ（IFN-γ）和顆粒酶B（granzyme, B）的基因表達(dá)［76］?？勺兯髼U菌（Fusobacterium muta）定植腸道后，顯著干擾適應(yīng)性免疫，降低了CD8+T細(xì)胞數(shù)量［77］。11種混合菌群刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)后［78］，IFNγ+CD8+T細(xì)胞在腸道固有層中積累，顯著干擾細(xì)胞免疫功能。IELs主要分為TCR+和TCR-兩個(gè)亞群，前者類似于傳統(tǒng)的T細(xì)胞，后者功能類似于固有淋巴樣細(xì)胞（innate lymphoid cells, ILCs）。天然TCR+IEL包括TCRαβ+T細(xì)胞和TCRγδ+T細(xì)胞。在小鼠小腸中，50%-60%的IEL是TCRγδ+T細(xì)胞，而在人類中，主要是CD8αβ+IEL［79］。CD8+T細(xì)胞在早期宿主防御病原體入侵中起著重要作用。例如擬桿菌（Bacteroidales）可以與產(chǎn)生白介素-6（IL-6）的IEL，共同促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞增殖，有助于完善腸道屏障［80］。在病原體入侵的情況下，CD8γδ+IEL能在數(shù)小時(shí)內(nèi)迅速遷移到腸道上皮細(xì)胞內(nèi)，并與病原體直接接觸的位置保持一致［81］。

3.1.2 腸道微生物對(duì)CD4+T細(xì)胞的調(diào)控 CD4+T細(xì)胞主要分布于腸道固有層中。腸道微生物激活CD4+T細(xì)胞后，由樹突狀細(xì)胞等細(xì)胞呈遞抗原，引起特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而產(chǎn)生不同的CD4+T細(xì)胞亞群，例如T-bet Th1［82］、GATA-3 Th2［83］、RORγt Th17［84］和FOXP3 Treg［85］以及BCL6 TFH細(xì)胞［6］（圖1）。這些不同亞群的分布，動(dòng)態(tài)地適應(yīng)了微生物組成的變化，不同的腸道微生物對(duì)CD4+T細(xì)胞亞群存在不同作用。

圖1 腸道微生物對(duì)不同CD4+T細(xì)胞亞群的調(diào)控Fig. 1 Regulation of different CD4+T cell subgroups by intestinal microbiota

3.1.2.1 Th17細(xì)胞 適應(yīng)性免疫應(yīng)答依賴于將CD4+T輔助細(xì)胞分化為具有不同效應(yīng)功能的亞群，產(chǎn)生白介素17（IL-17）的輔助性T細(xì)胞-17（Th17）是其中之一，Th17細(xì)胞參與對(duì)細(xì)胞外細(xì)菌和真菌的免疫清除，在腸黏膜免疫防御系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用［86］，由于其在宿主保護(hù)和炎癥紊亂中的作用不明確而被廣泛研究。IL-6是腸道T細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要介質(zhì)，樹突狀細(xì)胞可以產(chǎn)生IL-6和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transform growth factors, TGF-β），誘導(dǎo)Th17細(xì)胞與腸道微生物結(jié)合［87］。Th17細(xì)胞的增殖受到腸上皮細(xì)胞的負(fù)調(diào)控，腸上皮細(xì)胞在識(shí)別微生物后產(chǎn)生白介素25（IL-25），IL-25可以抑制固有層中白介素23（IL-23）的產(chǎn)生，而IL-23是T細(xì)胞在結(jié)腸內(nèi)增殖所必需的，從而限制了Th17細(xì)胞增殖［88］。Th17細(xì)胞的增殖還受到分節(jié)絲狀菌（Segmented filamentous bacteria, SFB）［89］、青少年雙歧桿菌（B. adolescentis）［90］以及白色念珠菌（Candida albicans）［91］等腸道微生物的影響。此外，腸道微生物產(chǎn)生的次級(jí)膽汁酸［92］——3-氧代石膽酸（3-oxolithocholic acid），可以通過直接結(jié)合Th17細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子RORγt來抑制腸道Th17細(xì)胞的分化［93］。腸道Th17細(xì)胞有兩個(gè)亞群：一個(gè)亞群有益于宿主的免疫系統(tǒng)，另一個(gè)會(huì)引起多種自身炎癥性疾病［94］。兩個(gè)亞群的炎癥傾向在很大程度上是由引起它們分化的不同細(xì)菌決定的［50］。SFB誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞是非炎癥性的，而枸櫞酸桿菌（Citrobacter）誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞是炎癥細(xì)胞因子的重要來源［95］。炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease, IBD）患者的腸道微生物發(fā)生轉(zhuǎn)移會(huì)增加Th17細(xì)胞的數(shù)量。因此，腸道Th17細(xì)胞的頻率可以作為預(yù)測(cè)結(jié)腸炎模型中的疾病狀態(tài)和嚴(yán)重程度的指標(biāo)［91］。Th17細(xì)胞因其在IBD發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是控制腸道炎癥和治療IBD的可行靶標(biāo)。潛在的靶向治療策略包括抑制Th17細(xì)胞的分化和增殖，中和或抑制Th17細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，抑制Th17細(xì)胞的遷移等［96］。

3.1.2.2 Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞 輔助性T細(xì)胞1（Th1）和輔助性T細(xì)胞2（Th2）和通過其獨(dú)特的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)模式介導(dǎo)不同的免疫應(yīng)答［97］。Th1主要引起細(xì)胞介導(dǎo)的免疫和吞噬細(xì)胞依賴性炎癥，而Th2引起嗜酸性粒細(xì)胞積累和抗體誘導(dǎo)的反應(yīng)，并抑制吞噬細(xì)胞［98］。Th1細(xì)胞通過阻止病原菌入侵、調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞（IECs）的代謝和功能、促進(jìn)IEC自我更新，是維持腸道穩(wěn)態(tài)不可或缺的［99］?？死撞暇↘lebsiella spp.）在腸道中可以誘導(dǎo)GF小鼠Th1細(xì)胞增殖［100］，其誘導(dǎo)的Th1細(xì)胞分化由堿性亮氨酸拉鏈ATF樣轉(zhuǎn)錄因子-3（Batf-3）依賴性樹突狀細(xì)胞和TLR信號(hào)通路所介導(dǎo)的［101］。一旦克雷伯氏菌在穩(wěn)態(tài)失衡期間占主導(dǎo)地位，促進(jìn)Th1細(xì)胞分化后可誘發(fā)嚴(yán)重的腸道炎癥［102］。此外，嗜膽菌（B. wadsworthia）也可以促進(jìn)Th1細(xì)胞增殖［103］。然而，單核增生李斯特菌（Listeria）感染無菌小鼠后，抑制Th1細(xì)胞分化，機(jī)體免疫受到抑制［104］。從傳統(tǒng)的角度來看，最健康的免疫狀態(tài)是在“細(xì)胞免疫”（接近Th1）和“體液免疫”（Th2）之間平衡的狀態(tài)。GF小鼠淋巴細(xì)胞總數(shù)下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞因子分泌減少，Th1/Th2比例失衡，并向Th2傾斜。但是，正常腸道微生物或特定腸道微生物的定植可以糾正這種免疫失衡［105］。比如，線蟲（C. elegans）可以誘導(dǎo)Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槊庖叻磻?yīng)效率更高的Th1細(xì)胞［106-107］。此外，乳酸桿菌（Lactobacillus）和脆弱芽孢桿菌（B.fragilis）通過影響Th2細(xì)胞活性來抑制Th1細(xì)胞活性，這表明腸道微生物可以同時(shí)影響Th1和Th2細(xì)胞［102］。

3.1.2.3 Tregs細(xì)胞和TFH細(xì)胞 表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors, TF）Foxp3的Treg細(xì)胞是抑制腸道過度免疫反應(yīng)和維持免疫穩(wěn)態(tài)的重要組成部分［108］。Tregs靶向的多數(shù)免疫細(xì)胞，通過接觸依賴機(jī)制、免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子（如IL-10、TGF-β和IL-35）或靶細(xì)胞的代謝紊亂，以抗原特異性方式觸發(fā)免疫耐受［109］。在宿主中，Treg細(xì)胞主要分為兩個(gè)不同的亞群，一個(gè)是CD4+CD25+Foxp3+自然調(diào)節(jié)性T（natural regulatory T cells, nTregs）細(xì)胞，這些細(xì)胞從胸腺中未成熟的前體細(xì)胞分化而來，另一個(gè)亞群是誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T（induces natural regulatory T cells, iTregs）細(xì)胞，這些細(xì)胞主要是由腸道免疫生態(tài)位中的na?ve T細(xì)胞重新產(chǎn)生的［109-110］。腸道微生物的存在促進(jìn)na?ve T細(xì)胞分化為具有不同于正常Treg細(xì)胞的T細(xì)胞受體的結(jié)腸Treg細(xì)胞，這些結(jié)腸Treg細(xì)胞提供了對(duì)腸道微生物的耐受性［111］。鞭毛蛋白是腸道中共生微生物表達(dá)的一種常見抗原，具有強(qiáng)大的IgA特異性反應(yīng)，可阻止導(dǎo)致炎癥和組織損傷的CD4+T細(xì)胞反應(yīng)［112］。Treg細(xì)胞降低了腸道對(duì)鞭毛蛋白的IgA特異性反應(yīng)，并允許鞭毛蛋白特異性CD4+T細(xì)胞的增殖。將Foxp3+T細(xì)胞轉(zhuǎn)移到T細(xì)胞缺陷小鼠體內(nèi)，可以恢復(fù)PPs生發(fā)中心的形成和腸道IgA的產(chǎn)生［113］。在結(jié)腸中，梭狀芽胞桿菌（Clostridium）通過腸上皮細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，從而介導(dǎo)結(jié)腸固有層產(chǎn)生分泌IL-10的Treg細(xì)胞［114］?，F(xiàn)有的報(bào)道顯示，脆弱雙歧桿菌（B. fragilis）能夠影響分泌IL-10的Treg細(xì)胞的產(chǎn)生［115］。此外，有報(bào)道證實(shí)嬰兒雙歧桿菌（Bifidobacterium）促進(jìn)Treg細(xì)胞生成［116］，乳酸桿菌（Lactobacillus）參與Treg細(xì)胞分化并影響其活性，干酪乳桿菌（Lacticaseibacillus casei）誘導(dǎo)Treg細(xì)胞發(fā)育和IL-10的分泌［117］。另一種乳酸桿菌菌株（L. murinus）已被證明可以調(diào)節(jié)小腸中的Treg細(xì)胞，從而減輕與結(jié)核分枝桿菌感染相關(guān)的肺部炎癥［118］。Zhang等［119］報(bào)道，用青霉素抗生素氨芐西林治療可減少Treg細(xì)胞增殖并解除Th1細(xì)胞對(duì)細(xì)菌感染的反應(yīng)。微生物對(duì)TFH細(xì)胞數(shù)量和功能有一定影響，相反，TFH細(xì)胞也可以調(diào)節(jié)微生物的組成［120］。TFH細(xì)胞能夠通過受體P2X7感知細(xì)菌ATP，進(jìn)而塑造腸道微生物的組成［121］。SFB可以促進(jìn)PPs中TFH細(xì)胞分化［122］，黏蛋白菌（A.muciniphila）也可在PPs中誘導(dǎo)TFH細(xì)胞的分化［123］（圖1）。

3.2 腸道微生物與體液免疫

體液免疫由T細(xì)胞依賴型和非T細(xì)胞依賴型的B細(xì)胞組成，B細(xì)胞通過產(chǎn)生抵抗微生物入侵的抗體，保護(hù)宿主免受侵害［124］。T細(xì)胞依賴型的B細(xì)胞產(chǎn)生抗體與微生物抗原暴露有關(guān)［125］。腸道微生物可以增加具有抗炎功能的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞（regulatory B cells, Bregs）的數(shù)量。腸道微生物定植后可以誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞（dendritic cells, DCs）和組織細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β和IL-6，促進(jìn)na?ve B細(xì)胞向腸系膜淋巴結(jié)Bregs分化［126］。腸道微生物產(chǎn)生激活B細(xì)胞的Toll樣受體（Toll-like receptors, TLRs），B細(xì)胞可以通過TLRs以及B細(xì)胞抗原受體（B-cell receptors, BCR）和CD40接收信號(hào)（圖1），TLRs通過與這些受體連接協(xié)同作用，增強(qiáng)B淋巴細(xì)胞的適應(yīng)性免疫功能［127］。B細(xì)胞的發(fā)育主要發(fā)生在骨髓中，祖細(xì)胞和前體B細(xì)胞通過V(D)J基因重排，形成高度多樣的抗體庫［29］。B細(xì)胞發(fā)育還發(fā)生在腸黏膜上，來自微生物的細(xì)胞外信號(hào)可以影響早期B胞發(fā)育和腸道免疫球蛋白譜［128］。

盡管B細(xì)胞在幼崽出生前就存在于腸道相關(guān)淋巴組織中，包括PPs和腸系膜淋巴結(jié)［129］，但腸道微生物和腸道微生物代謝物（如短鏈脂肪酸），可以促進(jìn)黏膜及全身其他部位的漿細(xì)胞分化［130］，IgA是黏膜表面主要的分泌型抗體，在維持腸道穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用［131］。

3.2.1 腸道微生物影響IgA的分泌 在黏膜組織產(chǎn)生的抗體中，IgA免疫球蛋白占近80%［132］。黏膜IgA+漿細(xì)胞可以通過T細(xì)胞依賴型和非T細(xì)胞依賴型兩種機(jī)制產(chǎn)生。母乳是早期IgA的重要來源［133］，其中的IgA成分既可以保護(hù)嬰兒免受感染，也易于腸道微生物的定植。IgA發(fā)揮功能的機(jī)制包括與微生物抗原結(jié)合［112］、防止抗原凝集［134］以及中和病原細(xì)菌毒素［135］。機(jī)體受到抗原刺激以后，產(chǎn)生IgA的B細(xì)胞回到腸上皮，在那里產(chǎn)生IgA，然后通過上皮細(xì)胞基底外側(cè)表達(dá)的聚合免疫球蛋白受體（poly-Ig receptor, pIgR）穿過腸上皮進(jìn)入腸腔，與微生物形成共生關(guān)系，確保機(jī)體的健康水平［136-137］。由于物理距離上的接近，腸道微生物極大地影響了腸道IgA的分泌［138］。無菌動(dòng)物IgA+漿細(xì)胞數(shù)量減少，IgA豐度降低。這可能是由于淋巴組織的發(fā)育受損，而淋巴組織是非T細(xì)胞依賴型的IgA產(chǎn)生的主要部位［139］。腸道中非T細(xì)胞依賴型的IgA是多反應(yīng)性的，單個(gè)抗體能夠以低親和力結(jié)合多個(gè)靶點(diǎn)［140-141］。然而，大多數(shù)腸道IgA是T細(xì)胞依賴型的，特別是與細(xì)菌蛋白抗原結(jié)合的IgA。像SFB和黏液螺旋藻菌（Mucispirillum sp.）能夠黏附在腸道上皮細(xì)胞表面的細(xì)菌，是T細(xì)胞依賴型IgA的有效誘導(dǎo)劑，通過增強(qiáng)腸道樹突狀細(xì)胞對(duì)抗原的攝取，從而提高了IgA的親和力［140］。這種T細(xì)胞依賴型IgA主要通過B細(xì)胞，在PPs中以依賴CCR6的方式與和抗原結(jié)合的樹突狀細(xì)胞發(fā)生相互作用［142］。在志賀氏菌（Shigella）感染期間，抗原特異性IgA可以在黏膜層結(jié)合細(xì)菌并進(jìn)行清除，避免細(xì)菌與上皮細(xì)胞進(jìn)行接觸造成宿主感染［143］。此外，IgA-細(xì)菌復(fù)合物還可以轉(zhuǎn)移到PPs中，在PPs抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，從而避免感染造成組織損傷［143］。

3.2.2 腸道微生物影響IgG、IgM、IgE、IgD的分泌 除了IgA外，IgM和一些IgG亞類以及IgE和IgD也結(jié)合腸道微生物，其中大多數(shù)依賴T細(xì)胞非依賴性途徑［144］。在體液免疫應(yīng)答中，IgM是最早出現(xiàn)的抗體，是機(jī)體抗感染系統(tǒng)的“先驅(qū)”［145］。與小鼠相比，人類腸道中有更豐富的IgM+漿細(xì)胞，這些漿細(xì)胞分泌的IgM抗體，有助于在黏液層中與IgA協(xié)同維持多樣的共生微生物群落［146］。IgG可以與微生物特異性結(jié)合，并且可以通過識(shí)別細(xì)菌抗原直接與細(xì)菌相互作用，因此腸道微生物的定植可誘導(dǎo)具有低親和力的IgG［147］。在腸道中還發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的IgG2b和IgG3，這些抗體的產(chǎn)生依賴于通過B細(xì)胞的Toll樣受體信號(hào)傳導(dǎo)，但不依賴于T細(xì)胞的幫助［144］。無菌小鼠和新生小鼠的微生物刺激不足會(huì)導(dǎo)致黏膜B細(xì)胞的IgE類別轉(zhuǎn)換增加，并以CD4+T細(xì)胞依賴的方式升高血清IgE水平，這一過程在出生后立即被常規(guī)腸道微生物定植逆轉(zhuǎn)［148］。IgE水平升高會(huì)使肥大細(xì)胞表面結(jié)合IgE增多，可能導(dǎo)致機(jī)體過敏。如果在幼齡動(dòng)物的“機(jī)會(huì)窗口”期，增加腸道微生物的豐富度，便可降低IgE的水平［149］。因此，生命早期存在一個(gè)需要微生物刺激來誘導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵窗口期［5］。與其他免疫球蛋白相比，IgD是罕見的，但最近有研究表明，IgD的類別轉(zhuǎn)換優(yōu)先發(fā)生在黏膜層，并依賴于多樣化的腸道微生物［150］。

4 腸道微生物與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的相互作用

腸道微生物可以通過多種途徑在多個(gè)維度（空間和時(shí)間）上調(diào)節(jié)宿主的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。腸道微生物和免疫系統(tǒng)在幼崽出生后便存在相互作用，腸道微生物影響免疫系統(tǒng)的發(fā)育，免疫系統(tǒng)反過來塑造了腸道微生物的組成［151］。

在小鼠中，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的缺陷對(duì)微生物組成有很大影響，它們的完全缺失或功能缺陷會(huì)影響腸道微生物多樣性及組成。B細(xì)胞在適應(yīng)性免疫中起著關(guān)鍵作用，兩種不同類型的B細(xì)胞缺陷小鼠，μMT和Jh基因缺陷小鼠（前者IgM重鏈跨膜區(qū)域缺失，后者在免疫球蛋白重鏈位點(diǎn)J段缺失）的腸道微生物組成存在差異。B細(xì)胞缺陷小鼠的梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium spp.）較少，副球菌屬（Paracoccus spp.）和乳球菌屬（Lactococcus spp.）的細(xì)菌較多，血清脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）濃度高于對(duì)照組小鼠。以上結(jié)果表明，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中的B細(xì)胞存在缺陷時(shí)，腸道屏障完整性將會(huì)被破壞［152］。此外，Rag1基因缺陷小鼠的B和T細(xì)胞分化在早期就已經(jīng)停止，因此缺乏成熟的T、B細(xì)胞，并無法與抗原受體的V(D)J基因片段進(jìn)行重排。Rag1缺陷小鼠的微生物多樣性明顯低于同窩的對(duì)照組，并對(duì)機(jī)體代謝及免疫產(chǎn)生了影響［153-156］。缺失Rag2基因會(huì)導(dǎo)致腸道中缺乏IgA［157］。除了IgA，T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫也被認(rèn)為可以塑造腸道微生物組成，但具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。與外部因素對(duì)腸道微生物的影響相比，關(guān)于宿主免疫如何調(diào)節(jié)腸道微生物的信息有限。

綜上所述，腸道微生物會(huì)影響宿主適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，而宿主適應(yīng)性免疫系統(tǒng)反過來也影響腸道微生物的多樣性和數(shù)量，二者相互促進(jìn)、制約，共同維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。

5 展望

腸道微生物與宿主形成不可分割的共生關(guān)系，與宿主適應(yīng)性免疫系統(tǒng)相互作用，共同維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。截至目前，大量報(bào)道利用無菌小鼠模型研究腸道微生物對(duì)肥胖［158］、過敏［159］、炎癥性腸?。?60］以及糖尿?。?61］等疾病的影響。例如，有研究將熱帶念珠菌（C. tropicalis）接種于無菌小鼠上發(fā)現(xiàn)，與未感染的對(duì)照組相比，感染小鼠表現(xiàn)出更嚴(yán)重的結(jié)腸炎、腸道微生物組組成發(fā)生變化以及對(duì)葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的敏感性增加［162］。然而，嚙齒動(dòng)物模型受到與人類重要生理和代謝差異的限制［163］。因此，需要更多與臨床相關(guān)的人類胃腸道模型。豬（Sus scrofa）在解剖學(xué)、生理學(xué)、疾病發(fā)生等方面與人類極為相似，且具有廉價(jià)、易于管理、遺傳學(xué)背景清晰、倫理問題極小等優(yōu)勢(shì)，具有與人類相似的解剖學(xué)、生理學(xué)和遺傳學(xué)［164］。利用無菌豬作為研究模型可以排除背景微生物對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，獲得高重復(fù)性高敏感的研究結(jié)果，為探索“宿主-微生物互作”機(jī)制提供了合適且高效的大動(dòng)物研究模型。

本研究團(tuán)隊(duì)已成功構(gòu)建自主可控的無特定病原體（specific pathogen free, SPF）豬群體［165］，建立了國(guó)內(nèi)最大的無菌豬培育與應(yīng)用平臺(tái)［163］?；跓o菌豬和SPF豬的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物會(huì)影響仔豬骨骼肌的生長(zhǎng)、發(fā)育和功能［166］以及仔豬黏膜免疫組織的發(fā)育和成熟［167］；通過母體糞菌移植發(fā)現(xiàn)，腸道微生物可以改善無菌仔豬的腸道發(fā)育和屏障功能［168］。在未來的研究中，以無菌豬與無特定病原體豬為模型，結(jié)合單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)，探究共生微生物對(duì)免疫組織的細(xì)胞圖譜及其空間基因表達(dá)的影響，以期從組織解剖學(xué)區(qū)域和細(xì)胞異質(zhì)性的視角深度解析共生微生物對(duì)宿主適應(yīng)性免疫的分子調(diào)控機(jī)制，有助于深刻理解“微生物-宿主互作”對(duì)宿主免疫反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制，為進(jìn)一步系統(tǒng)闡釋共生微生物對(duì)宿主的影響提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。