类风湿关节炎与肠道微生态

戴小娜 林进 曹恒

●综 述

类风湿关节炎与肠道微生态

戴小娜 林进 曹恒

类风湿关节炎（RA）是常见的慢性炎症性自身免疫性疾病，遗传与内外环境因素共同导致其发病。RA的发生与肠道微生态失调密切相关，肠道微生物的检测及调节有一定的诊断价值和治疗作用。本文对RA患者肠道菌群构成与健康人群的差异、肠道菌群失调参与RA发生、发展的作用机制和重建肠道微生态在RA治疗中的作用进行综述。

类风湿关节炎 肠道微生态 菌群失调 益生菌

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种致残率较高的自身免疫性疾病，以滑膜炎为病理基础，增生的滑膜血管翳可侵蚀关节软骨及软骨下骨，最终导致关节畸形和功能丧失。遗传与内外环境因素共同参与了RA的发生、发展。目前已证实HLA-DRB1等基因与RA发病高度相关，而一项同卵双胞胎的研究表明基因遗传在RA发病中的作用约为60%[1]，提示吸烟、感染等环境因素在RA发病中起重要作用[2]。研究显示环境因素中的肠道微生物菌群失调与RA发病密切相关[3]。健康成人肠道内定植有约1014个微生物，其中99%以上为细菌，肠道菌群与宿主互利共生，参与免疫系统成熟及免疫调节[4]。第二代测序技术（16S rRNA测序和宏基因组鸟枪测序）的快速发展为检测不可培养的及未知的微生物群落提供了可能。目前发现多种因素（包括饮食、吸烟等）可使肠道菌群的组成和多样性发生改变[5]，造成肠道微生态失调。现已证实肠道微生态失调与众多疾病的发生、发展密切相关，包括消化道疾病（如炎症性肠病）、代谢类疾病（如肥胖）和心血管疾病（如动脉粥样硬化）等[4]。目前肠道微生态失调参与RA发病机制的研究逐渐兴起，本文就RA患者肠道菌群的构成、参与发病的机制和相关治疗进展方面作一综述。

1 RA患者肠道菌群变化

早在20世纪初，Warden[6]提出“毒血症假说”，认为肠道中G-厌氧菌产生过多有毒物质，被人体吸收后会导致RA发生。随后多项研究分析比较了RA患者与健康对照人群的粪便样本，提示RA患者存在肠道菌群失调，见表1。

表1 RA患者肠道菌群组成变化

芬兰Vaahtovuo等[7]发现与纤维肌痛综合征患者相比，RA患者肠道中正常人粪便菌群的常见菌属（如双歧杆菌属、脆弱拟杆菌亚群、卟啉单胞菌属、普氏菌属等）丰度显著减少。而美国Scher等[8]发现与对照组相比，新发未治疗的RA患者肠道中普雷沃菌属丰度增高，有益菌群如拟杆菌属丰度却减少，治疗后患者肠道普雷沃菌丰度可被抑制到健康对照水平。后续的肠炎动物模型再次证实，普雷沃菌属可成为肠道优势菌群，并增加化学诱导结肠炎的敏感性。该研究首次提出RA与特定肠道菌群之间的密切关系。日本Maeda等[10]研究也发现约有1/3的新发RA患者肠道中普雷沃菌属丰度增高。

此外，通过宏基因组鸟枪测序法及宏基因组关联分析技术（MGWAS），Zhang等[9]对未经治疗的RA患者及健康对照人群的牙菌斑、唾液和粪便样本进行分析，结果显示与对照组相比，RA患者上述3种样本中嗜血杆菌属丰度均显著减少，且与血清自身抗体水平呈负相关；唾液乳杆菌丰度均有增加，在疾病高度活动的个体中增加尤为显著。RA患者肠道中G+菌丰富而G-菌减少，其优势菌群包括梭状芽胞杆菌属、唾液乳杆菌属和戈登氏菌属等；且菌群失调可以由包括甲氨蝶呤、来氟米特等改变病情抗风湿药物部分纠正（尤其是临床治疗反应良好的患者）。这是至今有关RA患者最大、最全面的肠道菌群宏基因组学分析。

基于上述研究结果，RA患者肠道微生态失调，肠道细菌群落组成和功能改变可能是RA的发病因素之一。然而由于以上基于人群的观察分析仅在单一时间点进行，并不能揭示肠道菌群失调与RA发病之间的因果关系；且样本量较少，饮食、药物、基因背景等混杂因素较多，存在假阳性风险。因此，未来需要多中心、大样本的前瞻性实验对RA患者中肠道菌群的分布进行进一步探究。

2 肠道菌群参与RA发病

2.1 肠道菌群的免疫调节作用 肠道菌群的菌体抗原及其代谢产物具有促炎和抗炎双重作用。在K/BxN小鼠模型中，分段丝状细菌（segmented filamentous bacteria，SFB）可上调回肠内急性期血清淀粉样蛋白[10]，促进固有层树突状细胞发育并产生IL-6、IL-22，诱导促炎辅助T细胞17（Th17细胞）分化，从而发挥促炎作用；而脆弱拟杆菌的多糖A[11]和肠道菌群代谢产物短链脂肪酸[5]可诱导调节性T细胞（Treg细胞）产生从而调节炎症反应。因此，肠道菌群失调可能会导致肠道屏障与免疫功能减弱，诱发条件致病菌侵袭，引起机体对外源性抗原产生免疫应答，导致抗原交叉反应，增加RA的易感性。

2.2 肠道菌群参与RA发病的可能机制 RA的发生与自身反应性抗体和促炎T淋巴细胞产生的增加有关[12]。在临床关节炎发作之前，RA患者血清中即可检测出特征性的自身抗体如类风湿因子（RF）及抗瓜氨酸蛋白自身抗体（ACPA），提示RA发病可能起源于远离关节滑膜外的部位如肠道黏膜位点。肠内抗原刺激免疫活化，通过增加脱酰胺作用和瓜氨酸化，导致自身抗体的产生及滑膜、软骨和骨等靶器官损害[13]。肠道菌群在RA发病中的确切作用尚不明确，可能机制如下。

2.2.1 Th17-Treg平衡失调 Th17细胞产生IL-17等促炎细胞因子，Treg细胞可抑制炎症反应，在免疫耐受中起重要作用。RA患者外周血中Th17细胞表达增加，Treg细胞表达降低，且Th17/Treg比值与Th1和Th17相关细胞因子的血清浓度呈正相关[14]，提示Th17-Treg失衡在RA的发病中可能起重要作用。

肠道菌群失调可致Th17-Treg平衡破坏，促进关节炎发生。在无菌条件下，K/BxN小鼠模型自身免疫性关节炎严重程度明显减弱，血清自身抗体滴度和小肠固有层Th17细胞数量减少。将SFB引入清洁小鼠后，固有层Th17细胞可恢复至正常水平，并迅速引起关节炎样表现，提示SFB可能通过促进Th17细胞亚群分化，驱动自身免疫性关节炎发生[15]。IL-1受体拮抗剂敲除小鼠出现IL-1信号过表达而产生自身免疫性关节炎，在无菌条件下小鼠关节炎显著减弱；种植双歧杆菌后，通过活化Toll样受体诱导T细胞亚群分化，致Th17-Treg失衡从而诱发关节炎[16]。Maeda[10]等将RA患者优势菌群为普雷沃菌属的粪便样本接种到清洁条件的SKG模型小鼠后，其肠道Th17细胞数量增加，用酵母聚糖处理后可诱发严重关节炎；将清洁SKG小鼠的初始T细胞与普雷沃菌属刺激的树突状细胞共同孵育，T细胞针对关节炎相关抗原（RPL23A）产生的IL-17明显增多，提示肠道菌群失调可能通过激活Th17细胞增加关节炎的敏感性。

2.2.2 滤泡辅助T细胞（Tfh细胞）的作用 Tfh细胞是CD4+T细胞亚群，Bcl6是其分化必需的转录因子。Tfh细胞可诱导生发中心形成，辅助B细胞产生高亲和力、高滴度的自身抗体，具有重要的免疫保护作用。然而，过度的Tfh细胞反应可导致包括RA等多种自身免疫疾病[17]。用SFB处理K/BxN小鼠模型，发现SFB不仅诱导皮氏小结中Tfh细胞增加，且肠外器官如脾脏中的Tfh细胞也明显增加[18]，提示Tfh细胞在SFB介导的自身免疫性关节炎中可能起重要作用。SFB通过驱动皮氏小结中Tfh细胞分化并迁移到肠外部位，从而增加全身Tfh细胞数量和自身抗体产生，诱导关节炎发生，这可解释肠道菌群引发关节炎的可能机制。Block等[19]发现在K/BxN小鼠模型中IL-17基因敲除型小鼠与对照组发生相似的关节炎；相反，Bcl6敲除的T细胞在受体小鼠中无法诱导关节炎产生，提示肠道菌群可能通过Tfh细胞而不是Th17细胞导致关节炎发生。因此，尽管大多数研究支持肠道菌群在RA Th17-Treg失衡中起作用，但其他可能机制仍待进一步探索。

2.2.3 肠道通透性增加，细菌移位诱导关节炎发生 肠道菌群失调可增加肠道通透性，导致细菌移位从而诱导关节炎发生[20-21]。肠道微生物及其代谢产物可进入血液循环，早在2000年，在RA患者的关节滑膜中可以检测到细菌rRNA，其中一部分是RA特异的，而在对照组的关节中无法检测出[22]；RA患者滑液中也可发现细菌DNA和细菌肽聚糖[23]。Gomez等[24]比较关节炎易感小鼠DRB1*0401与关节炎抗性小鼠DRB1*0402的肠道菌群，发现DRB1*0401小鼠肠道菌群失调（优势菌群为梭状芽胞杆菌）且肠道通透性增加，提示梭状芽胞杆菌等病原菌可能产生易位及诱导全身免疫应答，在遗传易感个体中引发关节炎。人源化小鼠模型的研究发现，与对照组相比，RA患者中以柯林斯菌属为代表的稀有菌群显著扩增，可能是通过减少上皮细胞中紧密连接蛋白ZO-1的表达增加肠道通透性，使小鼠关节炎发病率和严重性增加[25]。这些证据表明肠道菌群及其代谢产物可能以某种方式转移到局部组织，并参与RA的免疫病理损伤，然而具体机制尚不明确。

3 重建肠道微生态在治疗RA中的应用

利用益生菌制剂调节肠道菌群，重建肠道正常微生态是治疗RA的新策略之一。益生菌主要通过抗病原菌、增强黏膜屏障完整性和免疫调节3种机制发挥作用。

动物实验表明干酪乳杆菌通过下调促炎细胞因子途径降低关节炎模型小鼠的炎症反应[26-27]，然而，有关益生菌治疗RA的临床实验结果并不一致。与安慰剂组相比，服用含干酪乳杆菌01菌株胶囊的RA患者血清促炎细胞因子如TNF-α、IL-6和IL-12明显降低，调节性细胞因子IL-10增加[28]，补充干酪乳杆菌01可改善RA患者的疾病活动度和炎症状态。此外，接受凝结芽孢杆菌（GBI-30，608）治疗的RA患者在疼痛评分上显著改善[29]。而在另一项小型研究中，与对照组相比，服用干酪乳杆菌胶囊的RA患者健康评估问卷评分显著改善，但两组在美国类风湿病学会20%改善标准达标率（ACR20）上比较差异无统计学意义[26]。近期一项对益生菌治疗RA的随机对照研究的荟萃分析结果表明，由于目前进行的临床研究有限，益生菌作为干预措施治疗RA未显示有充分的有效性，未来需要进行更多的多中心、大样本的研究以评估益生菌在RA治疗中的作用[27]。

4 展望

肠道微生态失调与RA的发生、发展密切相关。随着第二代测序技术的发展，肠道菌群在RA中的组成和功能改变被深入研究。但由于肠道微生态系统的复杂性以及研究设计的局限性，目前两者的因果关系尚不明确，需进行更多的研究以阐释其关联以及具体作用机制，从而为RA的治疗开辟新的途径。

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（本文由浙江省医学会风湿病学分会推荐）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.21.2017-1611

浙江省教育厅科研项目(Y201432082)

310003 杭州，浙江大学医学院附属第一医院风湿免疫科

曹恒，E-mail：1508044@zju.edu.cn

2017-07-07）

陈丽）