肠道菌群对脑卒中后免疫功能影响的研究进展

于 淼综述，曾宪章审校

脑卒中是一种急性的脑血管疾病，包括缺血性脑卒中和出血性脑卒中。脑卒中是目前我国国民第一致死病因，也是导致成年人残疾的首要原因。脑卒中可激活机体的炎症和免疫反应。肠道免疫系统是机体内最大的免疫系统，含有超过70%的炎症和免疫细胞。人体肠道内寄生着10万亿个细菌等微生物。研究表明，肠道菌群对脑卒后的炎症和免疫反应起着关键的调节作用，可能成为脑卒中防治的切入点。本文主要就肠道菌群对脑卒中后相关炎症和免疫反应的影响做一综述。

当前脑卒中的发病率和死亡率在全世界范围内占据首位，其发病机制和治疗方法一直是学者们研究的热点。脑卒中包括缺血性脑卒中和出血性脑卒中，以缺血性脑卒中为主。目前为止，临床上对缺血性脑卒中的治疗效果差强人意。静脉溶栓治疗存在治疗时间窗短的问题[1]，而且纤溶系统的激活增加了颅内出血的风险[2]；机械性血栓切除术虽然治疗时间窗有所扩大[3]，但是也仅限于大血管栓塞。近年来研究表明，肠道菌群介导的炎症和免疫反应对于缺血性脑卒中的发生发展有重要作用，可能成为缺血性脑卒中治疗的新靶点。本文主要论述肠道菌群通过调节炎症和免疫反应对缺血性脑卒中的影响。

1 肠道免疫细胞在缺血性脑卒中发病过程中的作用

1.1 肠道免疫系统的组成 肠道包含一个由肠相关淋巴组织(GALT)组成的庞大而复杂的免疫系统。GALT可以使肠道不断地识别并杀伤致病菌，对抗原发生免疫应答，还可以维持宿主免疫耐受。胃肠道免疫细胞区主要包括：派氏结(PP)、固有层免疫细胞(LP)、上皮内淋巴细胞(IEL)和肠系膜淋巴结，LP是其中最大的组成部分，拥有大量的B细胞、CD4和CD8亚群的T细胞、巨噬细胞、肠系膜树突状细胞、CD8+T细胞和γδT细胞等。

1.2 T细胞在缺血性脑卒中发病过程中的作用 T细胞包括Th1、Th2、Th17和Tregs等亚群，在脑缺血过程中起重要作用[4]。促炎性亚群(如Th1、Th17)可促进神经炎症，抗炎性亚群(Th2、Tregs)则可以减轻神经炎症，具有脑保护作用。脑卒中发生后，Th1通过分泌IL-2、IL-12、肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFN-γ)等因子诱发免疫应答[5]。Th17则通过产生IL-6、IL-23、IL-17等细胞因子激活基质金属蛋白酶(MMPs)并破坏血脑屏障(BBB)的结构。Th2通过分泌抗炎性细胞因子IL-4、IL-13抑制炎症反应进行脑保护[6，7]。Tregs则通过分泌抗炎细胞因子IL-10、IL-35、转化生长因子(TGF-β)抑制炎症反应进行神经保护[8，9]。

1.3 肠道免疫细胞对缺血性脑损伤的影响 脑卒中发生后，肠道固有层的淋巴细胞发挥免疫调节和效应功能。Benakis等人研究发现，肠道γδT细胞的数量在脑卒中后增高，并可以迁移到大脑的软脑膜[10]，通过产生IL-17加重脑缺血后的炎症反应[11]。虽然Th17也可以产生IL-17,但在急性感染过程中，γδT细胞是产生IL-17的主要细胞[12]。与γδT细胞和Th17相反，Tregs在脑卒中发生后抑制炎症反应，发挥神经保护方面起重要作用[13]。在脑卒中的中晚期，肠系膜树突状细胞(DC)促进CD4+T细胞转化成为Tregs并且激活,肠道微生物通过其代谢产物也可诱导产生Tregs，DC促进Tregs向肠道迁移，抑制产生IL-17的γδT细胞分化，减少了γδT细胞向脑损伤部位的迁移[14]。有研究认为，Tregs对γδT细胞的抑制作用可能是通过产生抗炎因子IL-10实现的[10]。Liesz等人发现，Tregs的缺失能够增加脑卒中后炎症细胞(小胶质细胞和T细胞)的数量和激活程度,导致肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素c(IFN-c)生成增多，早期拮抗TNF-α和延迟中和IFN-c均能够阻止Tregs缺乏小鼠脑梗死的增长。

2 缺血性脑卒中与肠道菌群的相互影响

2.1 缺血性脑卒中对肠道菌群的影响 脑卒中后，半数以上的患者会出现胃肠道并发症，包括：肠道菌群失调、肠道运动障碍、肠道出血等[1]。缺血脑组织和活化的小胶质细胞释放细胞因子，从血液中聚集炎性和免疫细胞到脑组织损伤部位。此外，缺血性脑损伤会导致细胞因子的释放和迷走神经的激活，从会导致肠道通透性增加以及肠道菌群失调，细菌移位，肠道内的炎症和免疫细胞通过循环进入到脑损伤部位[15]。脑卒中后，硬壁菌、类杆菌和放线菌等菌属的丰度显著降低[16]。有研究发现，脑卒中和短暂性脑缺血发作患者肠道菌群多样性减少[17]。肺部感染是脑卒中后最常见的并发症，研究表明，从宿主肠道微生物群到外周组织(即肺)的选择性细菌移位在脑卒中后感染的发展中起着关键作用[18]。通常情况下，居住在小肠内的细菌在脑卒中后能够在肺部定植，大脑中动脉阻塞(MCAO)后24 h内，肺部的微生物超过60%来自小肠[18，19]。动物实验发现，脑卒中改变了盲肠肠道菌群的组成[18]，该研究结果显示：MCAO导致交感神经兴奋、肠动力下降，阻塞后第3天盲肠内的黏液蛋白和杯状细胞数量下降且肠道菌群发生改变。另一项动物研究的结果也得出了类似的结论：MCAO引起肠道菌群的显著变化，表现为幼年和老年小鼠拟杆菌门的相对丰度降低，厚壁菌门的相对丰度增加，最终导致厚壁菌门/拟杆菌门比值(F∶B)增加[20]。

2.2 肠道菌群对缺血性脑卒中的影响 研究发现，肠道菌群组成的不同会影响缺血性脑损伤的程度，通过粪便菌群移植(FMT)恢复脑卒中患者正常的肠道菌群，可以改善脑卒中患者的预后[21]。Chen等人发现，FMT显著改变缺血性脑卒中患者的肠道菌群，减轻神经功能损害及脑水肿，减少脑梗死体积[22]。众多的动物实验也证实了FMT对缺血性脑损伤的保护作用。Singh等人通过动物MCAO模型发现，在脑卒中后进行FMT治疗可部分恢复肠道菌群的多样性，显著减轻缺血性脑损伤[16]。Spychala等人发现，年轻小鼠的肠道菌群能够减轻老年小鼠MCAO后的脑损伤程度，而老年小鼠的肠道菌群则能够加重年轻小鼠MCAO后的脑损伤程度[20]。Benakis等人将阿莫西林敏感(ACsens)和阿莫西林抵抗(ACres)小鼠的粪便移植到经阿莫西林(AC)处理后的小鼠上，诱导MACO后发现ACsens小鼠的脑梗死面积比ACres小鼠减少了54%，且缺血3 d和7 d后，感觉运动功能更好[10]。上述研究结果证实：肠道菌群对缺血性脑卒中的预后具有调节作用。

3 肠道菌群对缺血性脑卒中后肠道免疫细胞的调节

3.1 肠道菌群失调影响免疫功能 研究表明，肠道菌群在免疫系统的成熟以及稳态的维持过程中发挥关键作用[23]。肠道菌群由共生菌群和致病菌群共同组成,肠道稳态被外界因素打破,共生菌数量下降,将会引起免疫系统失调。共生菌群是T细胞发育、诱导过程中必不可少的，肠道菌群的失调可以导致T细胞亚群的失衡进而引发自身免疫和炎性疾病[24]。此外还有研究发现，肠道菌群对脑卒中后全身的细胞因子反应有显著影响。与具有老年肠道菌群的小鼠相比，具有年轻肠道菌群的小鼠在MCAO后，保护性细胞因子IL-4和粒细胞集落刺激因子(G-CSF)有显著增加[20]。

3.2 免疫细胞可能介导缺血性脑卒中与肠道菌群之间的相互作用 共生菌群和肠相关淋巴组织的相互作用可以调节全身免疫。很多研究证明，肠道菌群和胃肠免疫细胞在脑卒中发病过程中具有重要作用。急性缺血性脑卒中能够破坏外周免疫系统稳态，降低肠道运动能力，导致肠道菌群失调，类杆菌门多样性降低，肠杆菌科、链球菌科等机会致病菌明显增加。与此同时，肠道菌群也能够影响缺血性脑卒中的结果，Winek等人发现 ，抗生素诱导的肠道菌群衰竭会导致MCAO后小鼠存活率显著降低[25]。以上两项研究证明了缺血性脑卒中与肠道菌群之间能够相互作用，而这一过程很有可能与免疫功能有关。

动物实验发现，PP内的T细胞和B细胞在脑卒中后24 h显著减少[26]，这说明缺血性脑卒中能够影响肠道免疫细胞的数量。Benakis等人在抗生素诱导的肠道微生物失调模型中证明，菌群失调会影响脑卒中后的神经炎症。该研究发现，阿莫西林可以导致小鼠体内Treg细胞增多，从而抑制了小肠γδT细胞表达IL-17，进而减小MCAO后的梗死体积[10]。这说明肠道菌群可以对脑卒中发生后的免疫细胞功能产生影响。 Singh等人发现，将脑卒中小鼠的粪便移植到无菌小鼠体内，这些受体小鼠在发生MCAO后，体内PP中的Th1和Th17细胞增多，干扰素γ(IFN-γ)和IL-17表达增加，72 h后的梗死体积增大[16]。该研究者在随后的研究中进一步发现，发生MCAO后，无菌小鼠的脑梗死体积比接受正常菌群定植小鼠和无特定病原体(SPF)的小鼠分别大50%和300%，从而得出结论：脑卒中后，机体存在由肠道菌群控制的，淋巴细胞驱动的保护性神经免疫反应[21]。那么，肠道菌群在脑卒中时如何调节免疫细胞？目前认为很有可能与肠道菌群的代谢产物有关。免疫性内毒素脂多糖(LPS)由肠道菌群产生，能够直接或者通过激活外周免疫细胞诱导神经的免疫炎症反应[17,27]。

4 小结与展望

固有性和适应性免疫细胞负责脑卒中后的炎症和免疫反应。这些炎症细胞和免疫细胞在脑卒中后从肠道、脾脏等器官迁移到大脑。脑卒中会导致肠屏障受损，使肠道菌群失调和细菌移位，通过肠道菌群激活肠道的炎症和免疫细胞，对脑卒中的发生、发展和预后起到重要作用。所以，肠道菌群很有可能是治疗脑卒中的一个新靶点。更好地了解肠道菌群对脑卒中后炎症和免疫反应的影响对脑卒中的防治至关重要。然而，目前上述相关结论大多数是基于动物研究的结果，在缺血性脑卒中患者中，肠道菌群引起的炎症和免疫反应以及脑卒中后肠道菌群失调的变化规律尚待仔细研究。