肠道菌群在自身免疫性甲状腺疾病中的研究进展

李园园，王 华，陈 月

(上海市宝山区中西医结合医院内分泌科，上海 201900)

自身免疫性甲状腺疾病(autoimmune thyroid disease，AITD)是一组器官特异性的自身免疫性疾病，主要包括桥本甲状腺炎和Graves病。其发病原因为多种因素促进机体产生针对促甲状腺激素受体的自身抗体，即促甲状腺激素受体抗体，分为刺激性和阻断性两类，它们分别在Graves病和桥本甲状腺炎的发病机制中起关键作用[1-2]。目前认为，遗传易感性和环境诱发因素的相互作用是导致免疫耐受异常及AITD发病的关键原因[3-6]。近年来，随着高通量测序技术的发展，人们对肠道菌群的认识日渐深入，肠道菌群在多种肠道疾病和肠外免疫性疾病中的作用也逐渐得到证实[7]。研究发现，许多免疫性相关疾病(1型糖尿病、炎性肠病、多发性硬化等)与肠道菌群紊乱存在一定的相关性[7-8]，并得到医学科研工作者的广泛认可和极大重视。此外，肠道菌群不仅与甲状腺相关的炎症免疫和T细胞免疫密切相关，也与甲状腺激素的代谢及吸烟、饮酒、药物等环境诱发因素密切相关[9]。因此，肠道菌群可能参与AITD的发生发展[9-10]。现就肠道菌群在AITD中的研究进展予以综述，以为AITD的预防、诊断及治疗提供新思路。

1 肠道菌群

肠道菌群是存在于人体胃肠道内的正常微生物群，由大量需氧菌、厌氧菌、病毒等组成，被誉为人体的“第二基因组”。肠道菌群参与机体许多生理功能的维持，与营养物质的消化吸收、免疫系统的调节、内分泌系统的激素代谢平衡有重要联系，肠道菌群与机体相互作用，使宿主机体保持稳定[7,11]。在生理情况下，肠道菌群间的相互作用维持了肠道生态环境的动态平衡，在受到外界刺激或病原菌侵袭时，肠道菌群发挥屏障和抵御作用；而在病理情况下或疾病发生过程中，肠道菌群的紊乱和失调，通过与机体内外环境的作用，使机体的免疫功能受损[12]。据报道，正常肠道内寄居的乳杆菌、双歧杆菌能通过调控机体的免疫细胞，在全身免疫系统上使整个机体的免疫应答得到平衡[13]。Furusawa等[14]通过对小鼠肠道菌群模型进行研究发现，肠道菌群能明显增加调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)的数量，且其分泌的丁酸有助于Treg细胞的分化、成熟。另一方面，整体免疫系统具有监测和制约肠道菌群的作用，从而使肠道菌群处于良性的相对平衡中[12]。

但当机体受到创伤应激、病原微生物(细菌、病毒等)感染或抗生素使用不当时，机体的肠道菌群可发生明显改变，主要表现为肠道菌群数目的异常、种类的减少或不同肠道菌群的比例失衡[11]。同时，肠道菌群的失调或紊乱也能改变肠道黏膜的屏障作用、影响机体对营养物质的吸收及对有害物质的屏障作用，进而影响机体的免疫系统功能，促进疾病的发生、发展，最终形成恶性循环[8,11,15]。研究表明，当肠道菌群出现紊乱时，机体出现一系列免疫性相关疾病(系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、心血管疾病等)[7-8]。作为人体的“隐形器官”，肠道菌群在多种疾病中的重要作用得到研究者的广泛重视和关注[8,11,15-16]。

2 肠道菌群与AITD的关系

肠道菌群与AITD的发生、发展有密切联系[9]。其紊乱和失调可激活机体免疫系统，介导机体免疫反应，促进炎症细胞因子的产生和释放导致自身抗体产生，从而参与AITD 的发生。近年来，已证实可能介导AITD发生的肠道微生物主要有幽门螺杆菌、耶尔森菌、伯氏疏螺旋体、巴尔通体等[9]。

2.1 幽门螺杆菌与AITD 幽门螺杆菌不仅是胃肠疾病的重要致病因子，还与糖尿病、动脉粥样硬化性疾病、心血管疾病及免疫性相关疾病紧密相关[17]。目前，幽门螺杆菌与AITD关系的研究较多，但尚无一致结论。

Figura等[18]发现，AITD患者抗幽门螺杆菌抗体和抗细胞毒素相关基因A抗体的滴度较正常患者显著升高，提示幽门螺杆菌参与了AITD。随后有学者报道，幽门螺杆菌相关标志物在AITD患者中明显增加，提示幽门螺杆菌可能是AITD发病的危险因素[9,19-20]。Arslan等[21]对幽门螺杆菌感染与AITD的发生进行研究发现，AITD在幽门螺杆菌感染患者中的发生率显著增加。另有学者通过根治幽门螺杆菌感染并对甲状腺相关的指标进行检测发现，根治后甲状腺相关抗体的水平明显下降[22]。而幽门螺杆菌感染参与AITD发生的机制可能为：其部分基因片段与甲状腺过氧化物酶具有相似性，幽门螺杆菌基因序列可能通过分子模拟的方式刺激机体免疫细胞表达甲状腺过氧化物酶抗体同源的决定簇，从而促进甲状腺过氧化物酶抗体的分泌，最终引起AITD的产生。然而，也有学者报道幽门螺杆菌感染与AITD无关[23-24]。未来，仍需要大规模的临床流行病学及分子生物学研究来明确幽门螺杆菌与AITD的关系。

2.2 耶尔森菌与AITD 早在20世纪70年代，就有学者发现AITD患者中小肠耶尔森菌抗体的阳性率较正常对照者和非自身免疫性甲状腺疾病患者明显升高[25-26]。随后，Wenzel等[27]报道在AITD患者的血清中存在耶尔森菌抗体。进一步研究指出，在AITD患者中抗耶尔森菌抗体和血清抗耶尔森菌外膜蛋白水平显著高于正常人，提示耶尔森菌可能参与AITD的发病过程[28-30]。另有学者发现，耶尔森菌上存在特定的促甲状腺激素结合部位，其可与促甲状腺激素受体发生交叉免疫反应，通过分子模拟机制诱导促甲状腺激素的产生和释放，从而导致AITD发生[31-32]。此外，Brix等[33]对双胞胎人群进行观察发现，耶尔森菌感染可能会显著增加Graves病的发病率，其风险约增加5倍。这提示，耶尔森菌感染可能是AITD发生的危险因素。

2.3 其他菌群与AITD 有学者报道，巴尔通体感染与桥本甲状腺炎的发生具有相关性[34]。而益生菌株鼠李糖乳酸杆菌和双歧杆菌已被证实能够加强自身免疫性甲状腺炎、桥本甲状腺炎小鼠模型中脾细胞γ干扰素的生成[35]。此外，伯氏疏螺旋体和肉毒杆菌也可能通过其细菌抗原表位与促甲状腺激素受体的交叉免疫反应导致AITD的发生[9]。

在一项横断面研究中，研究者收集了28例桥本甲状腺炎患者和16名健康对照者的粪便样品，采用16S基因测序方法分析微生物群，结果发现桥本甲状腺炎患者的肠道菌群与健康对照者存在27个细菌种属的显著差别，且这27个菌属与临床相关指标(甲状腺激素水平、甲状腺相关抗体等)具有强相关性[36]。研究者进一步筛选出前10种细菌菌属发现，其可以作为标志物区分和预测桥本甲状腺炎[36]。此外，肠道菌群可通过影响甲状腺素的代谢、T细胞免疫和炎症反应，从而参与AITD[9,37-38]。AITD的危险因素也可能通过引起肠道菌群的改变或紊乱导致AITD的发生[9]。

3 肠道菌群在AITD中的作用

3.1 参与甲状腺代谢 碘的代谢异常在流行病学研究和动物模型实验中被证实是引发AITD最为重要的环境因素[3-4,16]。有证据表明，肠道菌群可影响碘的吸收、摄取、排泄及甲状腺激素的代谢[16,39]。碘和硒在甲状腺稳态中至关重要。研究显示，肠道菌群可影响碘和硒等营养物质的利用率，但其对机体的影响程度尚不完全清楚[16]。同时，肠道菌群也可通过调控肠道中的关键酶，从而影响甲状腺素向三碘甲腺原氨酸转化；此外，肠道菌群参与了甲状腺激素的肝肠循环，从而影响其稳态[16]。

作为肠道微环境的重要组成部分，当肠道菌群受到破坏、出现紊乱时，肠道表面的酶及转运蛋白发生改变，从而影响甲状腺素、三碘甲腺原氨酸等相关激素在体内的稳态及作用[16]。

3.2 参与AITD的交叉免疫反应 交叉免疫反应是指抗体与具有相同或相似表位的抗原之间出现的反应，即进入机体的某些外来抗原如果与体内组织成分有相同或相似的抗原决定簇，那么机体产生的抗体就可与该组织发生交叉免疫反应而致病。如风湿病、肾小球肾炎等自身免疫性疾病的发病机制均有交叉免疫反应参与。Wenzel等[27]报道在桥本甲状腺炎患者血清中耶尔森菌抗体显著高于健康对照者，提示耶尔森菌可能参与AITD的发病。越来越多的研究发现，耶尔森菌与AITD的发生、发展密切相关[30-32]。研究者发现，可引起肠炎的耶尔森菌具有与促甲状腺激素受体蛋白相似的抗原决定簇，机体感染后可能会产生针对促甲状腺激素受体蛋白的抗体[31-32]。因此，肠道菌群可能会通过交叉免疫反应参与AITD的发病。

3.3 通过免疫调节参与AITD的发生 T细胞亚群及其介导的免疫调节在AITD发生中具有重要作用。参与AITD的T细胞亚群主要有辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)1、Th2、Th17及Treg细胞[3,37]。在生理稳态情况下，Th1/Th2及Th17/Treg细胞处于动态平衡[3,4,37,40]。在外界不利病原体刺激后，Th1和Th17细胞可被激活产生有效的炎症反应对抗病原菌，但若此过程调节失衡，则可导致过度炎症及自身免疫性疾病的产生[7]。而Th2细胞及Treg细胞具有抗炎和对抗Th1、Th17细胞的作用。目前有学者认为，Th1/Th2及Th17/Treg细胞的失衡改变了促炎和抗炎因子的表达水平，引起淋巴细胞浸润及B细胞激活，导致甲状腺自身抗体的产生，从而对AITD发病起至关重要的作用[3,37,40]。而肠道菌群与T细胞亚群失衡及细胞因子的产生密切相关[7,15,41-42]。不同肠道菌群可通过多种途径参与T细胞亚群的调节过程。

Th1/Th2细胞的平衡受肠道菌群的调节。据报道，无菌小鼠的Th1/Th2细胞失衡表现为Th2细胞增多[43]。而在无菌小鼠中定植脆弱类杆菌可促进CD4+T细胞向Th1细胞分化，从而改善Th1/Th2细胞失衡[44]。其原因可能为脆弱类杆菌的多聚糖A与CD4+T细胞的Toll样受体2结合，诱导CD4+T细胞向Th1细胞分化[44-45]。此外，Atarashi等[46]发现口腔中存在的肺炎克雷伯菌在肠道定植会导致Th1细胞的过度激活，从而导致炎性肠病的发生。

肠道菌群具有调控Th17细胞的功能。而Th17细胞在抵御病原及调控自身免疫中具有重要作用。已有实验表明，肠道菌群可调控Th17细胞的分化[42-43]。Lee等[47]报道，将分节丝状菌定植于无菌小鼠可促进Th17细胞的生成和自身免疫性疾病的发生。Ivanov等[48]报道，分节丝状菌与梭状芽孢杆菌具有促进小鼠Th17细胞生成的作用。分节丝状菌定植后可促进血清淀粉样蛋白A的产生，刺激树突状细胞产生白细胞介素-6 和白细胞介素-23因子，从而促进CD4+T细胞向Th17细胞分化[48]。

同时，肠道菌群也能调控Treg细胞的功能。Treg细胞可通过影响体内自身免疫反应性的T细胞亚群，控制炎症反应及维持自身免疫耐受[49]。与正常小鼠相比，无菌小鼠肠道黏膜中的Treg细胞明显减少[42]。而将脆弱类杆菌、梭状芽孢杆菌或ASF(altered Schaedler flora)定植于无菌小鼠后可促使Treg细胞的重新生成[49-51]。Smith等[52]报道，脆弱类杆菌和梭状芽孢杆菌是通过促进丙酸盐和醋酸盐的产生，进而上调Treg细胞。

综上可知，肠道菌群紊乱可通过多种方式调节免疫细胞的分化，促进机体的炎症反应，且进一步通过级联放大诱导机体自身抗体的产生，造成甲状腺靶器官的损害，最终导致AITD的发生。

3.4 与易感因素相互作用参与AITD的发生 吸烟、饮酒、药物、压力、应激等被认为是AITD的易感因素。研究表明，AITD的易感因素可打破正常菌群平衡，导致肠道菌群失衡[9,53]。与非吸烟者相比，吸烟可改变吸烟者的口咽和气管环境[54]。然而，Biedermann等[55]研究发现，吸烟也会影响肠道微生物。他们还发现，戒烟后厚壁菌门和放线菌门的细菌数量增加，拟杆菌属和变形菌门的细菌数量轻微减少，同时微生物多样性增加。一项对73名士兵的研究指出，在压力环境诱导下，有超过50%细菌种属的表达相对丰度发生显著改变，且其肠道黏膜的通透性明显增加,肠道菌群的多样性也明显改变[56]。

虽然包括AITD在内的自身免疫性疾病的性别分布不均已得到证实，但只有少数学者试图研究肠道菌群在自身免疫性疾病性别分布差异中的作用。有学者发现，男性自身免疫性疾病中的拟杆菌属和普雷沃菌属较女性高，但对于其他细菌没有观察到性别差异[57]。此外，肠道菌群的性别差异也在免疫性相关疾病中得到进一步研究[58-59]。

可见，AITD的相关危险因素与肠道菌群密切相关，肠道菌群可能通过与其危险因素的相互作用参与AITD的发生发展。

4 小 结

肠道菌群作为人体共生的重要组成部分，具有调节宿主营养、代谢和免疫功能的作用。多种肠道微生物与AITD的发生发展密切相关。肠道菌群可通过参与甲状腺激素代谢、交叉免疫反应、T细胞亚群介导的免疫调节等导致AITD的发生。然而，肠道菌群在AITD中的基础和临床研究尚无重大突破，主要原因为肠道内菌种数量庞大、菌种之间的相互作用较为复杂等。随着宏基因组技术、基因芯片、高通量测序等技术的发展，未来全面了解AITD发病过程中肠道菌群的变化规律，并掌握特定菌种在AITD发病中的具体作用机制，对AITD的预防、早期诊断和治疗具有重要作用。