食物蛋白过敏与肠道微生态的国内外研究进展

李其泽 综述 朱莉 审校

(贵州医科大学,贵州 贵阳 550004；2.贵阳市妇幼保健院，贵州 贵阳 550003)

作为婴幼儿最常见的过敏性疾病之一，食物蛋白过敏被认为是过敏性疾病的开端。其已成为全世界许多家庭的负担，并对患儿的生长发育产生极坏的影响。食物蛋白过敏的症状呈非特异性，可涉及全身各个系统，并以消化系统症状和皮肤症状为最主要表现。研究[1]发现肠道微生态与食物蛋白过敏密切相关。益生菌可有效改善肠道菌群结构，提升宿主黏膜免疫功能，以抑制过敏反应。

1 食物蛋白过敏的流行病学及发病机制

1.1食物蛋白过敏的流行病学 人类生活环境和生活方式的巨大改变，使食物蛋白过敏的发病率在全球范围内急剧增高[2]。1岁内是食物蛋白过敏的高发年龄，国际上经口服激发试验证实的食物蛋白过敏约占1岁内婴儿的2%～3%，6岁后下降到1%以下[3]。通过皮肤点刺试验(skin prick testing，SPT)和血清IgE测定研究报道的患病率为2%～9%[4]。而我国最近报道[5]关于该病的发病率为2.68%。

1.2食物蛋白过敏发病机制 食物蛋白过敏是一种多因素相关性疾病，其与黏膜屏障及免疫功能密切相关，当发生黏膜损坏和(或)免疫功能紊乱时更易使机体致敏。在正常儿童中，当食物蛋白进入消化道后，首先经过相关消化酶分解形成小分子蛋白。分解后的小分子蛋白在肠道微生物的相关分子修饰后，被肠系膜淋巴结或Peyer氏结从中摄取蛋白抗原,并呈递给上皮细胞下方的树突状细胞(DC)。在DC细胞中形成具有抗原的内体，并将其转运至溶酶体或与溶酶体融合。此后抗原将降解为多肽，并转运至MHC Ⅱ类分子室，以形成稳定的抗原肽-MHC Ⅱ类分子复合物。然后复合物转运至抗原提呈细胞(APC)膜表面，并将抗原提呈给初始CD4+T细胞，促使其中的初始辅助T细胞0(help T cell 0，Th0)向调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)的分化[6]。研究[7]发现调节性T细胞在口服耐受和维持调节中起决定作用。抑制Treg细胞分化会促使Th0细胞分化为Th1、Th2和Th17细胞，使机体产生免疫应答[7]。此外DCs分泌的白细胞介素(interleukin，IL)-5、IL-6可产生协同作用，这些细胞因子刺激局部IgA的产生，进一步扩大CD4+CD25+T调节细胞，抑制CD4+效应细胞(Th1和Th2)的生长，并抑制免疫应答，从而形成和维持肠道对免疫耐受的耐受性[8]。

当肠上皮细胞之间的紧密连接蛋白被破坏时，肠道的通透性增加，食物中的蛋白质大分子容易通过肠道黏膜进入固有层，在缺乏肠道微生物修饰的同时与肠道黏膜相关淋巴组织结合，引起过敏反应。有研究[9]发现给无菌小鼠单独定植多形拟杆菌后，宿主的转录蛋白水平上调，其中包括能加速修复肠表皮细胞损伤的导管蛋白，同时小鼠表现出对蛋白过敏原的耐受增加，这表明了肠道微生物可通过修复肠黏膜的作用来起到屏障功能，并抑制过敏反应的发生。

同时有研究[10]发现了肠道菌群与宿主免疫之间的存在相互作用关系，肠道菌群结构发生变化会使机体内一些保护体内平衡的信号缺失，破坏 Th1/Th2平衡，使其偏向Th2反应，从而诱发过敏反应。通过调节菌群失调可以有效改善免疫紊乱，抑制过敏反应的发生、发展。在小鼠模型试验发现具有共生菌群减少的小鼠(包括无菌或抗生素处理后的小鼠)表现出对蛋白过敏原的敏感性增加以及血清中IgE含量升高[11]。通过IL-4Ra增强信号传导的小鼠对食物抗原表现出严重的过敏反应[12]，而通过使用特异性Treg细胞治疗来阻止了IL-4Ra增强信号传导的小鼠表现出食物过敏相关的特征性微生物群的增长，并出现了明显的口服耐受的相关特征，揭示了宿主的免疫反应和共生菌群的密切关系，肠道菌群的改变可能加剧免疫系统的失衡，进而导致过敏反应的发生。微生物群参与影响先天免疫细胞和适应性免疫细胞的发育。微生物群能影响先天免疫细胞的转录编程，一些特定菌株可直接影响免疫系统发育和分化[13]。微生物群还可以直接调节肠道上皮细胞的表达以达到维持免疫平衡的作用。研究[14]发现IL-25或IL-33的过度表达驱动对食物抗原的过敏反应，这表明这些上皮细胞因子可能通过将肠道免疫环境从耐受性转变为过敏性而导致食物过敏的发生。肠道菌群的改变能从多个途径影响肠道对食物蛋白的吸收。通过进一步研究肠道菌群与食物蛋白的关系，可能达到防治食物蛋白过敏的效果。

2 肠道菌群对食物蛋白过敏的调节机制

2.1微生物群对肠道屏障功能的保护 微生物组可产生抗菌肽(AMPs)，其和肠道杯状细胞产生的黏液共同作用形成物理屏障，限制细菌和抗原进入上皮表面，使未被分解的大分子蛋白质不能穿过上皮细胞与黏膜下的免疫细胞结合，这有助于降低食物致敏性。研究[15]表明共生微生物增强上皮细胞的屏障功能可有效减少肠道对过敏原的吸收，并对预防过敏起重要作用。研究[15]发现用梭状芽孢杆菌菌落定殖无菌小鼠可诱导IL-22产生，刺激肠黏膜产生保护性黏膜层和AMP，以确保这种细菌群落的丰富程度。这些细菌诱导的屏障保护功能降低了食物蛋白过敏原穿过上皮屏障并进入全身循环的可能。在健康个体中，食物过敏原特异性和细菌诱导的Treg细胞与固有淋巴样细胞(innate lymphoid cells，ILC)衍生的IL-22依赖性效应子功能(例如,诱导黏液分泌AMP)协同以维持上皮屏障完整性和黏膜稳态。驻留在近端结肠中的过敏保护性细菌群可能通过分泌代谢物影响该位点细胞的迁移，以此调节小肠对过敏原的摄取。在食物过敏受试者中，这些过敏保护性细菌群的丧失会损害屏障的完整性。过敏原接触的增加和代谢物(如短链脂肪酸SCFAs)的消耗会导致上皮层压力负荷增加，更易导致食物过敏[16]。因此，肠道菌群可通过对保护肠道上皮屏障的积极作用来预防和治疗食物蛋白过敏。

2.2肠道菌群调节肠道免疫平衡 肠道菌群通过多种途径调节免疫平衡，并起到预防和治疗过敏的作用。肠道菌群被肠道固有免疫系统识别为无害。有相应的肠道菌群分泌细胞因子维持黏膜屏障和免疫平衡。研究[17]表明在生态失调的条件下，微生物群分泌相应细胞因子(如IL-17)的水平降低，从而促使肠道中的免疫环境倾向于2型免疫反应，这最终导致对食物抗原的异常Th2应答，而“健康”的微生物群可以通过维持肠上皮细胞的相应细胞因子的表达来预防过敏致敏。

肠道菌群还能通过促进增加Th1细胞因子的分泌，降低Th2在机体中的含量，使Th1/Th2平衡。新生儿期的免疫反应以Th2为主，随着出生后环境中抗原的刺激，Th1型细胞因子逐渐增多，使免疫反应向Th1转化，并达到“Th1/Th2平衡”。当婴幼儿受环境中抗原的刺激减少，造成机体免疫反应向Th2偏移，分泌的IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子增多，刺激B细胞产生IgE，导致过敏性疾病的发生[14]。而肠道菌群可抑制Th2型细胞因子的生成，以达到维持体内免疫平衡的作用[11]。

微生物群能强烈诱导结肠Treg细胞的生成，并以此抑制过敏反应的发生。但由于肠道Treg群体内存在异质性，特定细菌可能诱导具有不同功能的特定Tregs群体，并维持动态平衡[16]。研究[18]发现菌群介导的Treg扩增可以保护机体免受食物过敏原致敏，菌群特异性Tregs可能迁移到小肠固有层(可能通过MLN再循环)并分泌IL-10以增强耐受性的环境。鉴于此，由菌群衍生的Treg细胞维持的耐受性环境可能有助于在接触食物抗原时，产生食物抗原特异性Treg，而非促进Th2细胞的过度增殖，并诱导口服耐受的形成[14]。

肠道菌群还可通过介导Treg诱导的信号传导途径，被相应模式识别受体识别，并产生抑制炎症的细胞因子来获得免疫耐受。有研究[19]提出了宿主Toll受体(TLR)被肠道菌群激活，并促进诱导维持耐受性反应的结肠Treg细胞的产生。其在MLN中的CD103+DCs诱导新形成的Treg表面上肠道归巢受体CCR9、a4b7和β7整合素配体-黏膜血管地址素细胞粘附分子1(MadCAM-1)的表达，使Treg细胞从MLN迁移至小肠固有层(抗原被摄入的地方)，通过大量产生IL-10和/或T辅助(Th)3细胞，进而产生TGF-β，最终诱导免疫耐受的形成。

2.3肠道微生物群代谢产物的作用 短链脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)是肠道菌群代谢产物中最主要的标志物之一。肠道中不同种属类型的细菌产生的SCFA的种类和数量各不相同，通过检测肠道中SCFA的变化，可以反应肠道中肠道菌群的变化。肠道菌群代谢产生短链脂肪酸，例如丁酸，丙酸和乙酸。这些代谢产物在肠道上皮吸收食物蛋白时直接影响这免疫反应，其免疫改变包括增加的Tfh细胞，增加的IgA和增加的Treg细胞，并依赖于通过SCFA受体在上皮细胞上的GPR43和在免疫细胞上的GPR109 A的信号传导，以此抑制过敏反应[20]。

3 益生菌治疗食物蛋白过敏的临床研究

益生菌系对宿主有益的活性微生物，它们在人体肠道和生殖系统中定殖，产生确切的良性效应，改善宿主微生态平衡，并发挥有益作用。

生命早期的微生态失调易导致过敏性疾病的发生，在此期间改变微生物组成的干预性治疗可能对预防机体过敏有效[10]。研究[21]表明孕期和(或)婴儿期使用益生菌在湿疹发病率上有显著的下降。世界过敏组织(World Allergy Organization,WAO) 在过敏性疾病预防指南(2015版)中指出，使用益生菌来预防特异性皮炎是有益的[22]。

在益生菌治疗过敏性疾病的研究中，研究[23]发现eHPF联合酪酸梭菌能有效治疗婴儿湿疹，减轻湿疹症状，且能下调患儿血清 IgE 水平。 S.O.Kim等[24]研究表明益生菌可以是用于治疗特异应性皮炎(AD)的一种选择，尤其是治疗儿童和成人中重度AD，但对于婴儿使用益生菌的有益作用仍需进一步研究。国内研究[25]双歧杆菌BBMN68可治疗婴儿CMPA性腹泻，同时降低了患儿血清中IL-4、IL-6、 IL-1β、IgE水平。研究[26]表明在确诊的CMPA中显示补充益生菌可能与CMPA儿童更早获得对牛奶蛋白的耐受性有关。

鼠李糖杆菌(LGG)作为第3代益生菌在治疗牛奶蛋白过敏中获得较大的成功。乳杆菌菌株可以在治疗过敏性疾病中提供免疫机制介导的临床益处[27]。有研究[28]通过运用鼠李糖乳杆菌及深度水解奶粉显著改善了牛奶过敏性结肠炎结肠黏膜的恢复,间接表现为粪便钙卫蛋白的降低和一个月后粪便中潜血持续存在的婴儿数量的减少。也有研究[29]表明饲喂含有LGG的深度水解酪蛋白配方的牛奶过敏儿童在12个月时获得的牛奶耐受率增加。使用LGG补充配方治疗牛奶过敏婴儿，患儿肠道菌群中产丁酸盐的细菌菌株明显增加，这对治疗牛奶过敏有明显益处[30]。这些结果表明了肠道微生物群靶向治疗可能是食物过敏的有效策略[22]。

但也有研究[31]发现对119名牛奶过敏婴儿使用干酪乳杆菌CRL431和乳酸乳球菌Bb-12补充12个月后，其耐受性没有明显变化。目前对益生菌治疗牛奶蛋白过敏尚无确切结论，LGG可能在治疗该病中起积极作用，而其他菌群的疗效仍需进一步研究。中华医学会对于使用益生菌作为治疗牛奶蛋白过敏的方案目前尚无统一意见[32]。

关于益生菌在预防和治疗过敏方面研究的矛盾结果可能归因于菌株的巨大异质性，治疗持续时间和使用剂量。