肠道菌群在自身免疫性甲状腺疾病发生中的作用机制研究进展

孙博文，杨孟雪, 杨波，周雪，李飞

(遵义医科大学，贵州遵义 563000)

自身免疫性甲状腺疾病(AITD)是一种常见的自身免疫性疾病之一，其患病率约为5%[1]，主要包括Graves病和自身免疫甲状腺炎，共同特征为血清中存在针对甲状腺细胞的促甲状腺素受体抗体(TRAb)、抗甲状腺过氧化物酶抗体(TPOAb)及抗甲状腺球蛋白抗体(TGAb)等自身抗体，以及甲状腺淋巴细胞的浸润,但是其目前病因仍未明确。近年随着测序技术的发展，肠道菌群紊乱已被证明与类风湿关节炎、多发性硬化、系统性红斑狼疮等自身免疫性疾病相关[2～4]。越来越多的证据表明,肠道菌群失调与AITD相关，并可能在AITD的发生发展中起重要作用，其机制方面的探讨成果也较多，现就肠道菌群参与AITD发病的作用机制作以下综述。

1 肠道菌群的组成、生理作用

肠道菌群目前已知由1 000多种细菌组成，数量约为3.8×1013，占体质量的0.3%，被称为人类第二大基因库，具有异质性和复杂性[5]。在属水平上，主要由梭菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、链球菌属和埃希菌属等组成[6]。随着测序技术的发展，研究发现,肠道菌群对于维持宿主的营养、代谢和免疫稳态方面均发挥着重要作用。肠道菌群的组成取决于宿主遗传因素和环境因素相互作用，正常情况下肠道菌群处于动态平衡，但受长期饮食习惯、药物使用和疾病等因素影响，当这种动态平衡被打破会导致肠道菌群紊乱，并通过分子模拟[7]、旁路激活[8]和表位抗原扩展[9]等机制触发自身免疫反应导致自身免疫性疾病。

2 肠道菌群在AITD发生中的作用机制

2.1 通过分子模拟等机制引起交叉免疫反应 宿主组织和细胞对共生菌群成分的免疫耐受是维持健康的先决条件，自身免疫反应的原因之一是宿主抗原的异常定位。正常情况下甲状腺过氧化物酶(TPO)位于甲状腺细胞的顶膜上，甲状腺球蛋白(TG)主要位于甲状腺滤泡的胶体中，不与血液接触，TPO在甲状腺细胞基底膜上的异常定位或由于甲状腺破坏而导致TPO和TG在血液中的出现会在遗传易感人群中引发针对甲状腺的自身免疫反应[10]。最合理的解释是微生物可能通过分子模拟机制诱发自身免疫性疾病，即T和B淋巴细胞对同源细菌或病毒抗原的交叉免疫反应而产生自身反应性抗体[11]。目前研究报道，主要有耶尔森菌、双歧杆菌、乳杆菌、幽门螺杆菌(Hp)等通过分子模拟等机制引起交叉免疫反应从而诱发AITD，但不同细菌通过不同的物质引起交叉免疫反应。

2.1.1 通过促甲状腺素受体(TSH-R)样物质引起交叉免疫反应 目前已知的肠道耶尔森菌和丙型肝炎病毒含有与主要甲状腺抗原同源的蛋白成分，并通过分子模拟机制引发AITD[12]。肠道中的耶尔森菌和TSH-R存在着序列相似的肽，1986年Heyma等[13]发现耶尔森菌中的TSH-R样物质能增加Graves病的发病率，并提出经典分子模拟，认为感染因子和促甲状腺素受体的抗原决定簇分子结构相似，引起抗体对自身TSH-R交叉反应。此外，有研究报道耶尔森菌感染患者恢复后，外周血中免疫球蛋白在甲状腺滤泡细胞膜中显示出类似TRAb活性，并且与正常人群相比，Graves病患者感染的比例更高。在诊断为自身免疫性甲状腺炎的患者中，超过70%的患者存在对耶尔森菌的某些抗原决定簇抗体，提示耶尔森菌可能参与AITD发病[14]。

2.1.2 通过TPO和TG样物质引起交叉免疫反应 双歧杆菌及乳杆菌等有益菌对于维持肠道屏障的完整性及免疫调节具有重要意义，在治疗肠易激综合征、功能性胃肠疾病、抗生素相关性腹泻等疾病中发挥有益作用。但有研究[15]报道服用益生菌可通过产生Th1导致炎症反应，对患有Th1介导的自身免疫性疾病的患者产生负面影响。双歧杆菌及乳杆菌的某些特定菌株可以通过交叉反应触发自身免疫，在人血清中检测到了一些针对双歧杆菌抗原的特异性抗体，这种抗体反映了宿主对共生微生物的免疫耐受被打破[16]。研究[17]发现，双歧杆菌及乳杆菌某些属种通过分子模拟机制触发AITD的易感基因位点是分子MHC-Ⅱ的DRB 1*0301(DR3，DR17)、DRB 1*04(DR4)、DR5、MHC I B8。在TPOAb阳性血清中检测到双歧杆菌、乳杆菌抗原的概率是TPOAb阴性血清样本的3倍。TPO和TG的氨基酸序列与双歧杆菌和乳杆菌属的某些特定菌株蛋白具有同源性，这些氨基酸序列可能是B和T淋巴细胞的表位抗原。双歧杆菌、乳杆菌含有的一些蛋白组分，在其他抗体含量过多的情况下，可选择性地与TPOAb和TGAb相互作用，并竞争TPO和TG结合[18]。因此，微生物没有绝对的“好”与“坏”之分，双歧杆菌属和乳酸菌属的某些特定菌株可能通过分子模拟机制参与触发AITD。

2.1.3 通过TPO样物质引起交叉免疫反应 Hp是一种革兰阴性菌，胃黏膜是常见的定植和感染部位，该菌最毒的菌株可以产生细胞毒素相关基因A(Cag-A)抗原。近年研究[19]表明，Hp感染与AITD，特别是与桥本病之间存在正相关关系。与健康对照组相比，不仅在初诊Graves病患者中，而且治疗后甲状腺功能恢复的Graves病患者中，表达Cag-A的Hp感染率都高[20]。一项在中国人群的研究[21]也证实了这一点，并发现Cag-A阳性、HLA-DQA 0201阴性或者Hla-DQA 0501阳性的患者更有可能合并Graves病。CAG-A阳性Hp菌株与TPO序列有一定的相似性，Hp抗体滴度与TPOAb呈正线性回归[22]，药物治疗根除Hp后，这些抗体明显减少，提示在合并Hp感染期间，针对甲状腺抗原结构产生的抗体可能与Hp存在交叉免疫反应[23]。Larizza等[24]研究报道，在Graves病发病的易感人群中，Hp感染可诱导和加重自身免疫性甲状腺炎，并可能与人白细胞DRB1*0301抗原相关。值得注意的是，在初诊时，Hp在Graves病患者中的阳性率高提示感染可能出现在疾病开始之前。因此，Hp感染可能也是“触发”Graves病因素之一。

2.2 通过影响Th17/Treg轴诱发AITD Graves病的部分病因是由于自身对甲状腺自身抗原的免疫耐受减弱，从而导致致病性自身反应性T和B淋巴细胞攻击甲状腺滤泡细胞。近几年越来越多的证据[25，26]表明除了Th1与Th2细胞在Graves病的发展中起着关键作用，另外两种新发现的CD4+T细胞亚群，即Th17和Treg细胞也参与Graves病的发病，并且Th17/Treg轴失衡与AITD的严重程度有关。Th17细胞主要功能是合成并分泌具有促炎作用的IL-17，大量研究表明Th17细胞在炎症性肠病、类风湿关节炎、银屑病等自身免疫性疾病中具有致病作用。以CD+4、CD+25和转录因子FOX-P3表达为特征的Treg细胞，通过IL-10和TGF-β等调节因子的分泌抑制自身反应性T、B细胞，而维持自身免疫耐受[27]。

肠道菌群紊乱可能是影响Th17/Treg轴潜在的机制之一，有些肠道细菌可以与树突状细胞结合，产生多种细胞因子，促进树突状细胞的聚集和激活，它们可以迁移到肠系膜淋巴结中，并诱导CD4+T细胞分化为Th1、Th2、Th17、Treg等细胞。例如肠道脆弱拟杆菌可以通过其多糖A分子诱导Th1细胞的产生，柯林斯菌通过降低上皮细胞中紧密连接蛋白的表达并诱导IL-17的表达增加肠道黏膜的通透性[28]。

分节丝状细菌(SFB)被发现是肠道黏膜固有层Th17细胞的有效诱导剂[29]。动物实验[30]表明，无菌小鼠小肠中没有Th17的产生，这可能因为肠道黏膜缺乏SFB诱导产生Th17细胞。SFB可诱导并促进Th17细胞依赖性自身免疫性疾病的发生，例如SFB诱导固有层的Th17细胞可以再循环到大脑引起炎症[31]。Graves病患者肠道黏膜中SFB的丰度高于健康对照人群，同时外周血Th17细胞比例明显升高。Ⅳ型和ⅪVa型梭菌属能促进Treg细胞分化[32]。桥本病患者肠道普雷沃氏菌属的相对丰度降低，与甲状腺功能状态密切相关，普雷沃菌属通过降低Th17极化和促进抗炎Treg细胞在肠道分化而增强抗炎活性[33]，但也有研究[34]报道Graves病患者普雷沃氏菌属相对丰度显著增加。以上研究表明分节丝状细菌、普雷沃菌属等肠道细菌失调可能是AITD中Th17/Treg轴失衡的原因之一。

直肠真杆菌为肠道菌群的组成成分之一，体内外实验证明该菌可以通过分解难以消化的碳水化合物生产丁酸盐等短链脂肪酸[35]，而丁酸盐在肠道中可以诱导Treg 细胞的产生并促进其功能增强。丁酸盐通过激活细胞受体HCA2，使Treg细胞和IL-10产生增多，还可以通过增强FOX-P3基因内含子保守非编码序列中组蛋白H3的乙酰化，从而促进胸腺外产生Treg细胞[36]。近年一项在中国人群的研究[37]表明,甲亢患者直肠真杆菌的丰度较健康人群低，并推测其产生的丁酸盐量显著下降。直肠真杆菌还与肠道黏膜通透性有关，直肠真杆菌丰度明显降低可以导致肠道黏膜通透性增加，进而使毒素、细菌代谢产物、甚至细菌本身易位进入血液。另外，研究[37,38]还发现甲亢患者大肠杆菌志贺菌及柔嫩梭菌的比例升高，由于柔嫩梭菌可以诱导抗炎因子的分泌来调节免疫反应，该研究推测其与对抗甲状腺功能亢进症而产生的应激反应相关，而大肠杆菌志贺菌为痢疾的致病菌，传染性高且危害严重，也提示甲亢患者免疫力下降及肠道微生态系统的失调。以上研究表明SFB、普雷沃菌属、直肠真杆菌等肠道细菌失调可能是AITD中Th17/Treg轴失衡的原因。

综上所述，AITD患者肠道菌群紊乱导致肠道黏膜屏障通透性增加，毒素、抗原、细菌代谢物、甚至细菌易位，从肠道进入血液引起持续炎症刺激，并通过分子模拟、旁路激活和表位抗原扩展等机制触发AITD的自身免疫反应，例如耶尔森菌、双歧杆菌、乳杆菌、Hp等菌株某些特定蛋白与TSH-R、TPO、Tg具有同源性，从肠道进入血液触发自身免疫反应;而SFB、普雷沃菌属、直肠真杆菌等菌通过影响Th17/Treg轴诱导和加重AITD。通过调节肠道菌群改善肠道黏膜屏障的通透性，减轻肠道慢性炎症状态，恢复免疫稳态，对AITD具有潜在的治疗作用。