肠道微生物在类风湿关节炎发病机制中的研究进展

孙何花，王 佳，郝育飞，张升校，王彩虹，李小峰

(山西医科大学第二医院风湿免疫科，太原 030000)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA) 是以滑膜炎和血管翳为基本病理表现的慢性自身免疫性疾病，是一种常见的高度致残性疾病，目前其发病机制尚不明确。我国RA的发病率约为0.34%，患病总人数约为500万，严重威胁患者健康，给患者家庭和社会带来巨大负担[1]。既往研究认为，RA发病与一些相关遗传易感位点有关[2]。但流行病学研究发现，RA在同卵双胎中的发病相符率较低，表明环境等非遗传因素也在自身免疫性疾病的发生发展中起重要作用[3-4]。有研究认为，RA由表观遗传修饰、免疫调节及环境因素相互作用所致，环境改变可通过表观遗传使免疫稳态失衡，从而引起风湿性疾病的发生发展[5]。越来越多的证据表明，肠道微生物的组成和功能变化与自身免疫性疾病的关系密切，并与RA发病密切相关[6-11]。研究表明，肠道菌群失调可导致RA等一系列风湿性疾病的发生发展，其机制可能是肠道微生物及其代谢产物通过调节自身免疫性疾病的免疫功能所致[7,12-13]。现对肠道微生物与RA的相关研究进展予以综述。

1 RA发病与肠道微生物变化的相关性

RA以关节畸形和功能障碍为主要临床表现，早期仅出现血清相关自身抗体升高，无明显临床滑膜炎表现，故认为RA早期病变可能起源于关节外[14]。对小鼠的实验研究发现，无菌条件下K/BxN关节炎小鼠的自身免疫性关节炎明显减轻；并发现导入肠道分节丝状菌的无菌小鼠的关节炎症状加重，不仅恢复了固有层辅助性T细胞17的数量，还诱发了血清自身抗体的产生，表明肠道共生微生物在自身免疫性疾病的发生中起重要作用，但应重视人类与小鼠胃肠环境的物种差异[15]。随着高温超导技术的飞速发展，对肠道菌群组成和功能的研究进展也不断深入。Chen等[8]通过元组猎枪测序和元组关联研究对治疗初期RA患者的粪便、牙齿和唾液样本进行测试发现，RA患者肠道和口腔菌群均存在菌群失调，且两者差异一致；RA患者口腔和肠道中嗜血杆菌较健康对照组明显减少，并与血清自身抗体滴度呈负相关；唾液乳酸菌的比例升高与疾病活动度显著相关。利用16S核糖体RNA基因测序技术的研究发现，未治疗的初发RA患者肠道普氏菌显著高于健康对照组，且治疗后RA患者肠道普氏菌的分布水平与健康对照组基本接近，可见，肠道菌群变化与RA发病及疾病活动具有强相关性[16-18]。此外，Maeda等[9]的研究表明，早期RA患者携带以普氏菌为主的肠道菌群。普氏菌的增加与早期RA患者体内拟杆菌和有益菌的减少有关[8]。由此可见，肠道微生物在RA发病中起重要作用。

2 肠道微生物参与RA的发病机制

免疫功能紊乱与RA发病相关，但具体发病机制尚不明确。调节性T细胞(regulatory T cells，Treg细胞)和辅助性T细胞的失衡与RA的发生发展以及疾病活动密切相关[5]。有研究显示，肠道有大量Treg细胞富集[19]。约1014个微生物定殖于成人消化道，重达1～1.5 kg，其数量是人体体细胞数量的10倍，编码约330万个基因，是人类基因数的150多倍，可见人体中的微生物具有重要的生理功能[20]。研究发现，肠道微生物及其代谢产物可影响Treg细胞的形成及分化，肠道菌群可能通过影响免疫细胞分化干扰机体的免疫功能，进而诱发RA等多种自身免疫性疾病[5,8]。另有研究表明，肠道微生物可通过分子模拟、抗原交叉反应、破坏黏膜屏障等机制影响自身免疫性疾病的发生[21]。综上所述，肠道微生物可通过调节机体免疫细胞分化、利用分子模拟机制或诱导炎症介质产生影响宿主的免疫功能，诱导自身免疫性疾病。肠道微生物主要通过改变微生物成分或微生物代谢物两种方式影响宿主免疫系统[5]。

2.1肠道微生物对机体免疫功能的调节 肠道微生物在调节机体免疫中发挥重要作用。正常肠道微生物通过产生白细胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-6 促进脾脏和肠系膜淋巴结中调节性B细胞的分化，调节性B细胞通过分泌IL-10抑制过度炎症；诱导关节炎后，IL-1β和IL-6仅在常规饲养小鼠中产生，并直接促进调节性B细胞分化和IL-10的产生；与常规饲养对照组小鼠相比，使用抗生素治疗或无菌饲养环境小鼠诱导关节炎后产生的调节性B细胞的数量和功能均较弱，导致关节炎继续进展并加重，提示肠道菌群可通过诱导调节性B细胞在内的免疫细胞的产生抑制机体的过度炎症反应[22]。另有研究发现，给予常规饲养幼年小鼠口服接种梭菌可明显降低其成年后结肠炎的发病率，并可对全身免疫球蛋白E应答产生明显抵抗，故可将口服梭菌作为治疗自身免疫和变态反应的新方法[19]。Chen等[8]对比无菌小鼠和特异性无菌小鼠免疫系统的差异发现，无菌小鼠有较小的独立淋巴滤泡和集合淋巴结，且肠分泌IgA和浆细胞减少，而无菌小鼠肠道和肺组织中稳定的自然杀伤T细胞显著增加，此研究揭示了共生菌对免疫系统结构和功能的影响。此外，在无菌小鼠结肠固有层中辅助性T细胞17和Treg细胞均被调整到较低的水平，表明共生微生物的存在对建立获得性免疫耐受至关重要[23]。

肠道微生物不仅参与免疫细胞的分化过程，还对维持免疫平衡起重要作用[24-25]。以荚膜多糖A为例，将含有荚膜多糖A的细菌脆弱类杆菌引入无菌小鼠，可以纠正原已存在的辅助性T细胞1/辅助性T细胞2失衡，同时还可通过与Toll样受体2的相互作用直接促进Treg细胞的分化和进一步的免疫耐受[26]。研究发现，肠道分节丝状菌可增强宿主黏膜免疫反应，主要通过上调血清淀粉样蛋白的表达促进固有层树突状细胞发育，分泌IL-6、IL-22等炎症因子，活化辅助性T细胞17，促进IL-17产生，同时促进破骨细胞形成，最终诱导关节破坏[27]。干酪乳杆菌可以显著降低RA患者血清IL-1、IL-2、IL-6和IL-17，提高IL-10等抗炎因子水平，从而改善RA患者的病情，可见肠道菌群可通过调节细胞因子影响免疫细胞分化，干扰机体的免疫功能，进而诱发自身免疫性疾病[28]。

Rombouts等[29]的体外实验发现，肠道菌群持续刺激可诱导RA患者体内类风湿因子的分泌，表明肠道微生物可通过分子模拟影响人类免疫系统，进而诱发自身免疫性疾病。另有研究发现，RA患者血清及关节液中耶尔森菌属(Yersinia)和沙门菌属(Salmonella)的抗体滴度明显高于健康人群，提示肠道菌群可能通过抗原交叉反应参与自身免疫性疾病的发生发展[30]。动物实验证实，大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、草绿色链球菌等机会致病菌和难辨梭菌分泌的肠毒素均可诱导产生多种炎症细胞及炎症因子，攻击自身组织，引起肠黏膜通透性增加，导致肠道条件致病菌侵袭，破坏肠上皮完整性，引起机体对外源性抗原的免疫应答，增加RA的患病风险[31-32]。由此可见，微生物及其代谢产物不仅影响机体的免疫稳态，还可影响宿主对多种免疫介导疾病的易感性。

2.2肠道菌群代谢物对RA患者免疫功能的调节 短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)是参与机体免疫细胞分化的最常见的肠道代谢物[33]。SCFAs 是肠道菌群影响机体免疫细胞的重要信号传递介质，主要由结肠寄居的微生物群对未消化复合碳水化合物的分解产生[34]。SCFAs不仅是人类肠道上皮细胞和微生物的关键能源，还参与细胞分化、凋亡、抗炎反应等多种重要的生理功能[35]。有研究表明，SCFAs可通过招募中性粒细胞加重炎症，对RA等自身免疫性疾病发挥重要的免疫调节作用[36]。在炎症初期，SCFAs主要通过作用于肠上皮细胞表面的G蛋白偶联受体41和G蛋白偶联受体43将信号传输给免疫细胞，从而抑制炎症产生；此外，SCFAs还可通过激活细胞内的激活蛋白-1通路，促进细胞因子和趋化因子释放，增强机体免疫应答[37]。

SCFAs是重要的组蛋白去乙酰化酶抑制剂，可通过表观修饰调节免疫细胞的分化。丁酸作为SCFAs的代表，具有广泛的组蛋白去乙酰化酶抑制作用，可通过抑制组蛋白去乙酰化酶影响外周血单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞的功能来抑制机体炎症反应，还可通过抑制Treg细胞中组蛋白去乙酰化酶-6和组蛋白去乙酰化酶-9的表达促进Treg细胞的分化,并实现Treg细胞的免疫抑制功能，进而维持结肠的免疫稳态[6,34]。此外，丁酸盐能够促进肠道上皮细胞增生和黏蛋白合成，对保持肠道上皮细胞完整性起重要作用[38]。

叶酸和胆碱都是重要的甲基供体，在DNA和组蛋白甲基化中起重要作用。除摄入叶酸外，肠道菌群产生的叶酸被寄主结肠吸收，通过对宿主叶酸水平的调节影响包括Treg细胞在内的多种免疫细胞的分化。此外，其他能够影响宿主免疫系统的细菌代谢物还包括芳基烃受体配体和多胺等多种物质[39]。综上所述，微生物及其代谢产物可通过诱导免疫细胞分化、激发RA相关抗原的产生及增加宿主的疾病易感性诱发自身免疫性疾病，可能成为治疗自身免疫性疾病的新方法。

3 调节肠道微生物在RA治疗中的应用

肠道益生菌可能对RA患者的治疗有辅助作用。对吲哚美辛治疗的关节炎诱导大鼠的研究发现，干酪乳杆菌干预大鼠的血管翳形成、滑膜浸润、骨破坏等较非菌群干预大鼠明显减少[40]。口服抗生素恩罗沙星的胶原诱导关节炎小鼠上的在部分肠道共生细菌减少，并出现更严重的关节炎症状[41]。此外，将双歧杆菌等益生菌定值于使用非甾体抗炎药治疗的动物模型的研究表明，双歧杆菌可有效缓解药物的胃肠道影响，对肠黏膜有明显的保护作用[42]。由此可见，肠道微生物干预将有助于改善某些治疗自身免疫性疾病药物所引起的胃肠道不良反应。

临床研究表明，口服益生菌干酪乳杆菌1周后，RA患者的疾病活动度评分明显降低；与健康对照组相比，益生菌组血清促炎细胞因子肿瘤坏死因子-1和IL-6显著降低，而血清调节细胞因子IL-10显著升高[28,43]。此外，将含有嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧杆菌的益生菌胶囊引入RA患者，与安慰剂组相比，益生菌组疾病活动度评分较低，B细胞功能、血清高敏C反应蛋白水平也显著降低[12]。

综上所述，通过调节肠道微生物可影响机体的免疫功能，进而改变RA等自身免疫性疾病的病情；使用益生菌可影响机体免疫系统，明显改善RA患者的病情[44]。然而，不同菌株肠道微生物对免疫系统功能的调节作用不同，有些菌株可刺激免疫反应，对免疫缺陷患者有利，有些菌株可抑制免疫反应，对RA患者的免疫活化有利[44-47]。随着益生菌在关节炎动物模型研究的逐渐增多，有望将其转化为临床实践，但现有补充益生菌的RA患者管理的数据很少，无法提供确切的疗效证据，仍需对肠道微生物的进一步探索[12]。

4 小 结

人类肠道微生物与宿主免疫系统密切相关，在RA等自身免疫性疾病的发生发展中起重要作用，可能通过分子模拟机制、抗原交叉反应等多种途径影响机体免疫稳态，但具体机制仍不明确，尚有待进一步探索。某些肠道菌群可预测RA患者的易感性，对特定菌群的检测成为临床医师预测并控制患者发生自身免疫性疾病的可能方法[9-10]。此外，肠道菌群对RA发病的影响不仅与菌株种类和数量的差异有关，其分布位置的差异也与机体诸多疾病密切相关。因此，对肠道菌群种类及功能的探索十分必要，由于肠道菌群种类繁多、数量庞大，故需要长期大规模的研究。

随着科技的进步，可结合微生物群与基因、蛋白等多组学分析探索人类免疫系统和微生物群之间的相互作用，加深对肠道菌群的认识，有望发现用于RA诊断以及预后评估的新的生物标志物。探索RA患者肠道微生物群的改变可为RA患者分层治疗提供新的参考手段。通过靶向调控肠道微生物恢复其生态平衡的新药可能成为基于微生物层面RA患者的精准靶向治疗。