肠道菌群对CD4+T淋巴细胞分化和稳态影响的研究进展

陈莹，侯亚义，王婷婷

(南京大学医学院及医药生物技术国家重点实验室，江苏 南京 210093)

肠道菌群与适应性免疫的相互调节，特别是对T细胞分化发育的影响，已较为明确。研究发现，肠道菌群的组成和多样性的变化对于T细胞数量和功能改变的影响是疾病发生发展的重要病理机制[1]。因此，分析患者与健康者之间肠道菌群的差异性，筛选出疾病特征菌群，明确其与T细胞分化和功能的联系，通过饮食、益生菌和(或)益生元、抗生素和粪便微生物移植对相关菌群进行调控，对疾病的诊断、治疗和预后具有重要意义。

1 肠道菌群概述

1.1 肠道菌群的组成

人体胃肠道是宿主、环境因素与抗原相互作用的最大界面之一，面积可达250～400 m2 [2]，其中生活着数以万亿计的微生物，包括细菌、真菌、蠕虫和病毒等，称为肠道菌群[3]，它们对宿主的体内平衡和疾病发展具有重要作用。通过16S rRNA基因序列和全基因组鸟枪法测序分析肠道细菌组成和多样性，发现主要有五大类群：厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门和疣微菌门，其中以厚壁菌门和拟杆菌门数量最多[2,4-5]。此外，丰富多样的真菌群落也寄生在哺乳动物的胃肠道中，与肠道细菌具有相似的壁龛，通过相互调节维持肠道菌群的稳定。下消化道真菌多样性较上消化道多，主要包括念珠菌属、酵母菌属、曲霉菌属等。这些真菌大部分能够在37℃中存活，提示具有在肠道中永久定植的可能性[6]。

肠道菌群的组成和丰度处于动态变化中，受遗传、地理位置、饮食和免疫状况等多种内、外因素的影响，从而与宿主和外部环境建立起一个动态平衡[7]。目前，肠道菌群的研究已经从对微生物群落的组成分类研究转向了解其在宿主健康和疾病方面的生理作用。随着高通量16S rRNA基因测序和鸟枪法宏基因组学等高通量低成本测序方法的成熟[2,5]，人们能够从整体把握特定群落的特征和功能，使菌群的调控成为可能。

1.2 肠道菌群的代谢物

肠道菌群通过与宿主相互作用，产生一系列代谢物，包括短链脂肪酸、生物胺、色氨酸代谢物等，其不仅在肠道内维持免疫平衡，还可以影响宿主远端疾病的发展，包括中枢神经系统[8]。

肠道菌群中的拟杆菌属和梭状芽孢杆菌属等细菌具有一系列酶，通过对难以消化的多糖如膳食纤维的厌氧发酵产生短链脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，通常在胃肠道中以1 ∶1 ∶3比例出现[9]，其中以丁酸的研究最为广泛[10]。短链脂肪酸的浓度随肠道部位的不同而变化，在盲肠和近端结肠中最高，在远端结肠中下降。短链脂肪酸作为骨髓细胞和上皮细胞表面受体Gpr41、43和109a的配体，能够抑制组蛋白去乙酰化酶活性，为肠道上皮的主要能量来源，通过发挥抗炎作用维持肠道稳态[11-12]。

肠道菌群能从头合成维生素K、维生素B复合体(烟酸、叶酸、硫胺素、核黄素等)等多种宿主无法合成的维生素。双歧杆菌是叶酸的主要生产者，参与宿主代谢以及DNA的合成与修复[2]；乳酸菌对于维生素B12的合成至关重要。脆弱拟杆菌、迟缓真杆菌和肠球菌属等细菌是参与合成维生素K的主要肠道细菌，可用于预防和治疗菌群相关疾病[13]。

此外，肠道细菌也是强效抗炎生物胺如组胺、腐胺和精胺的重要来源[8]；结肠细菌能将难以代谢的胆汁酸转化为次级胆汁酸[8]；来自梭菌纲、拟杆菌属和脱硫弧菌属的肠道细菌能够合成非核糖体肽合成酶，这些物质的改变与代谢相关疾病的发生发展密切相关[8]。

1.3 肠道菌群的功能

肠道菌群在免疫、代谢、疾病等方面为宿主提供多种有益的功能。由于组成的多样性，肠道菌群显示出高度的功能冗余[4]，目前普遍认为对其功能的探究比组成更为重要[14]。

肠道菌群最重要的功能是对宿主免疫系统的影响。一方面，肠道菌群促进机体早期免疫系统的发育和成熟；另一方面帮助维持肠道屏障的完整性，调节宿主免疫系统，维持免疫平衡[15]。同时，肠道菌群能够通过产生相关的酶促进肠道对营养物质的分解吸收[11]；通过直接杀死、争夺有限的营养和增强免疫反应来抵抗病原体的入侵，介导对肠道病原菌的定植抗性[16]；其成分变化能够预测肠道早期疾病[17]；参与肠道代谢昼夜节律的设定[18]。

研究发现，肠道菌群失调或其代谢过程的改变与多种肠道内、外疾病相关[3,8]，特别是T细胞介导的炎性以及自身免疫性疾病，具体的相关性将在下文进行阐述。

1.4 宿主对肠道菌群的免疫反应

肠道免疫系统又称黏膜免疫系统，是人体免疫系统最大的组成部分，不断暴露于各种抗原和潜在的免疫刺激中，通过肠道屏障来调节对共生菌的耐受性和对致病菌的免疫排斥，从而维持体内平衡[19-20]。

肠道屏障是由物理(上皮和黏液层)、生化(酶和抗菌素前体)和免疫(IgA和上皮相关免疫细胞)等综合成分组成的动态屏障[2,21]。由于不断受到微生物以及食物抗原的刺激且不能区分病原体和共生菌群，肠道免疫系统不断被激活并受到严格调控，具有多种免疫耐受机制。肠道屏障能够通过协同物理屏障、抗菌肽和多种免疫细胞将多种微生物限制在一定的空间内，从而减少上皮细胞与肠道菌群的直接接触，但该限制不是绝对的[4]。某些共生菌如分节丝状菌、脆弱拟杆菌和变形杆菌等，可渗透黏液层与肠上皮细胞结合[4]。肠道屏障的破坏以及菌群的失调会导致免疫耐受性的破坏，引发多种炎性疾病。

2 肠道菌群对CD4+T淋巴细胞分化的影响

CD4+T细胞分化受细胞因子环境，转录活动和表观遗传机制(包括DNA甲基化、microRNA表达变化以及组蛋白修饰)影响，表明CD4+T细胞谱系分化决定因素的复杂性[22]。在肠道淋巴细胞中，CD4+T细胞是介导多种宿主保护和稳态反应的主要细胞群[23]。肠道菌群及其代谢物可以通过直接或间接的方式诱导CD4+T细胞分化，包括T-bet+Th1细胞、RORγt+Th17细胞、Foxp3+调节性T细胞(Treg细胞)和GATA3+Th2细胞[15]。细菌、真菌和病毒主要诱导Th1，Treg或者Th17细胞反应，寄生虫定植介导Th2细胞反应。

2.1 肠道菌群对Treg细胞分化的影响

Treg细胞是外周免疫耐受和免疫平衡的关键介质，其分化、功能和稳定主要由转录因子Foxp3和IL-2-α链受体(CD25)调控[24]。Treg细胞通过产生抗炎细胞因子IL-10、IL-2、IL-35和TGF-β，以及CTLA-4与树突状细胞(dendritic cell,DC)CD28配体(如CD80和CD86)的相互作用，防止对共生菌群产生不利的免疫反应，其失调与多种炎症和自身免疫性疾病相关[25]。

肠道菌群可以在小肠和结肠固有层中促进Treg细胞诱导、迁移和增殖，包括大肠埃希氏菌属、艾克曼氏菌属、拟杆菌属、梭状芽胞杆菌属、乳杆菌属和链球菌属，目前研究多集中在Treg细胞较多的结肠中[2-3,26]。在广谱抗生素治疗或无菌培养条件下，结肠Treg细胞数量的减少进一步证明肠道菌群对于Treg细胞分化的重要性。

多项研究证明，脆弱拟杆菌和梭状芽孢杆菌在功能性Treg细胞的诱导中起关键作用[27-28](图1)。脆弱拟杆菌的荚膜多糖A刺激CD4+T细胞膜表面TLR2表达,诱导产生抗炎细胞因子IL-10的Treg细胞，从而促进定植和肠道有益的免疫抑制[29]。同时，脆弱拟杆菌的外膜囊泡能够通过激活非经典自噬诱导Treg细胞，抑制黏膜炎症[8]。另一项研究表明，来源于脆弱拟杆菌的鞘脂也能够诱导Treg细胞，并且通过与CD1d结合激活恒定自然杀伤T细胞，从而产生耐药反应和炎症抑制[30-31]。

图1 肠道菌群对Th17/Treg细胞分化的影响以及涉及其平衡的相关疾病

短链脂肪酸尤其是丁酸，是驱动CD4+T细胞分化的重要代谢物，但不是所有的短链脂肪酸都能诱导结肠Treg细胞的产生[27]。从人类原生菌群中分离出17株诱导Treg细胞的肠道菌群，分别属于梭状芽孢杆菌簇Ⅳ、ⅩⅣa和ⅩⅧ[32]。梭状芽孢杆菌产生的短链脂肪酸和色氨酸代谢物，分别由G蛋白偶联受体和芳香烃受体识别，通过表观遗传修饰，诱导Treg细胞扩增和结肠迁移，维持整体肠道稳态[3,33]。例如，来源于梭状芽孢杆菌的丁酸[27]，一方面通过抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，提高Foxp3启动子和保守非编码DNA序列3增强子区域组蛋白H3的乙酰化水平；另一方面通过激活丁酸受体Gpr109a，诱导CD103+DC表达视黄酸脱氢酶(RADLH1)，产生视黄酸，结合保守非编码DNA序列1，二者协同促进Foxp3表达，而DNA甲基化可能是维持共生菌群定植后Treg细胞稳态的重要机制[25]。

2.2 肠道菌群对Th17细胞分化的影响

Th17细胞是CD4+效应T细胞的一个亚群，受RORγt转录调控[34]，通常在小鼠和人类的小肠固有层中数量最多。它们通过分泌细胞因子IL-17A、IL-17F和IL-22[35]，诱导肠上皮细胞产生抗菌肽和紧密连接蛋白，从而维持肠道屏障的完整性，参与炎症和自身免疫性疾病的发生[15,28]。

肠道Th17细胞是在肠道共生菌和某些细胞外病原体的定植下诱导和积累的[36]，具有强大的促炎性。小鼠黏膜与全身炎性Th17细胞的分化与分段丝状菌、青春双歧杆菌[28]、鼠柠檬酸杆菌[37]、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和白色念珠菌的定植相关[3]。黏附入侵的大肠埃希菌能够通过依赖辅酶B12的丙二醇脱水酶诱导Th17细胞的产生[8]。然而，GF小鼠在接种了溃疡性结肠炎患者和健康者粪便后，结肠Th17细胞数增加，表明人类肠道菌群中存在Th17细胞的诱导物种，但稳态下能够诱导Th17细胞产生的人源共生菌群仍未确定[28]。研究发现，人源青春双歧杆菌能够利用与分段丝状菌不同的转录过程诱导肠道Th17细胞[28]。某些双歧杆菌物种需要与其他微生物联合才具有诱导Th17细胞的能力，这可能是多用益生菌混合物诱导Th17细胞的原因[28]。

定植在啮齿动物回肠末端的分段丝状菌是介导Th17细胞极化的典型强效诱导剂，其定植水平与肠道内的Th17细胞丰度密切相关[3,25]，而持续的抗生素处理可以抑制该过程。研究发现，大多数由分段丝状菌诱导的肠道Th17细胞都表达T细胞受体，通过CD11c+DC对分段丝状菌特异性抗原产生应答[36]。分段丝状菌附着却不入侵肠上皮细胞，介导上皮细胞释放血清淀粉样蛋白A(serum amyloid A，SAA)，同时诱导ILC3s产生IL-22从而增强SAA表达。CD11c+DC在SAA的刺激下，分泌TGF-β、IL- 12和IL-23，协同极化T细胞表达RORγt转录因子和分泌IL-17A。另一项研究发现，分段丝状菌可以促进活性氧产生，从而促进IL-1β分泌，进一步促进Th17细胞分化[38]。反之，Th17细胞分泌的IL-17可以通过产生抗菌肽和活性氧以及招募中性粒细胞来限制分段丝状菌扩张[22,39-40]。此外，分段丝状菌产生的短链脂肪酸也能够诱导Th17细胞，以维持免疫稳态[15](图1)。目前，尚不清楚分段丝状菌诱导释放SAA的关键信号以及驱动Th17细胞极化的特异通路或分子[3,41]。虽然分段丝状菌局限于小肠，但其在结肠定植后也能够诱导少量Th17细胞[37]，且对于Th17细胞在肠道外的分化同样具有重要作用[42]。

结肠中Th17细胞是由肠道菌群的代谢物ATP诱导的。结肠CD70+DC表达ATP感应受体P2X和P2Y，优先诱导幼稚T细胞分化为Th17细胞[25]。此外，定植在结肠的柠檬酸杆菌等肠道病原菌的感染也会引起Th17反应[37]。目前尚不清楚病原体诱导的炎性Th17细胞和共生菌诱导的肠道内稳态Th17细胞的区别。有研究表明，与共生菌诱导的稳态Th17细胞相比，炎性Th17细胞的IFN-γ分泌和糖酵解水平升高，向外周大量扩散，展现出高度的可塑性[37]。明确两种不同Th17细胞的区别能够在不破坏肠道稳态的前提下，靶向炎性Th17细胞，治疗相关疾病[37]。

3 肠道菌群对CD4+T淋巴细胞稳态的影响

CD4+T细胞的初始极化是不确定且动态变化的，具有一定的可塑性，主要特征是关键转录因子和特征性细胞因子的转变。菌群相关的炎性反应可以重编程RORγt+细胞共表达T-bet或Foxp3，促使Treg细胞与Th17细胞相互转换。菌群还能够与不同T细胞相互合作，维持免疫平衡。

3.1 肠道菌群对Th1/Th2细胞平衡的影响

肠道菌群可以通过特定的细胞因子组合、菌群环境以及生物地理影响T细胞亚群的形成。例如，在IL-12、IL-18和IL-23影响下，通过表达T-bet形成了分泌IFN-γ的Th13细胞，而Th2细胞是在IL-4或IL-5的影响下形成的，表达GATA3以及分泌IL-5和IL-13[43]。

共生菌群通过调节Th细胞分化来重塑生命早期形成的Th2型免疫性偏倚的肠道系统[25]。小肠和结肠中定植的寄生虫可诱导Th2反应，如鼠毛线虫和曼氏血吸虫虫卵[44]。菌群诱导Th2细胞在不同的疾病模型中有不同的作用，依赖于疾病的发生机制。肠道寄生线虫除了能够驱动典型的Th2细胞反应，其代谢物对于疾病的发生发展以及T细胞的分化也具有重要作用。例如，线虫感染加重由柠檬酸杆菌引起的结肠炎[45]，但线虫来源的海藻糖能够通过影响肠道菌群，增加瘤胃球菌的丰度，诱导CD8+Treg细胞，抑制1型糖尿病[46]。同时，研究发现，线虫的长期感染可以使Foxp3+Treg细胞数量上升[46]，提示线虫在疾病治疗中具有一定的潜力。

大多数具有上皮细胞侵袭能力的微生物可被DC吞噬，也可以刺激DC释放IL-6、TNF-α等炎性细胞因子，并与OX40、IL-12结合，这些信号可以优先极化Th1细胞[3]。例如，通常存在于口腔的克雷伯氏菌可以在基因易感个体的肠道定植，是Th1细胞的强效诱导剂[47]。由此表明，口腔菌群可能会在肠道外定植并持续存在，异常激活肠道免疫系统从而导致慢性炎症[47]。单核细胞增多性李斯特氏菌同样是Th1的强效诱导剂，在将分段丝状菌抗原引入后，也能够诱导产生特异性Th1细胞[20]。由此表明，对于Th细胞的诱导不是取决于抗原本身，而在于环境、代谢机制以及相关组合，但特定的机制尚不明确。脆弱拟杆菌的定植不仅可以诱导Treg细胞分化，其产生的荚膜多糖A还可以通过MHCII+CD11c+DC膜上的TLR2信号促进Th1细胞发育，调节Th1细胞和Th2细胞的平衡[22,25]。在体内模型中，双歧杆菌在Th1和Th2反应的平衡中也发挥重要作用。据报道，双歧杆菌的CpG基序能够促进Th1反应，从而抵抗病毒等胞内病原体[48]。由此可见，菌群对于适应性免疫的影响不是单一的，这也增加了通过菌群调控T细胞分化从而治疗疾病的难度。

3.2 肠道菌群对Treg/Th17细胞平衡的影响

Th17细胞和Treg细胞是两种功能相反的重要淋巴细胞亚群。尽管具有不同的功能特性，从幼稚T细胞分化为Th17细胞和iTreg细胞都依赖于TGF-β的表达水平[34]。低表达水平的TGF-β、IL-23或IL-6诱导幼稚T细胞向Th17细胞发育，而高表达水平TGF-β可能诱导iTreg细胞产生[34]。目前，肠道菌群与这两类细胞的相互作用已经建立：肠道菌群能够诱导Th细胞应答，进而抑制肠道菌群，同时调节Treg细胞应答，提供对肠道菌群的耐受性[49]。Th17细胞和Treg细胞的微妙平衡是胃肠道内外环境的一个关键屏障[24]。肠道菌群失调导致T细胞亚群数量和活性失衡，进而引发多种代谢或免疫紊乱相关疾病。因此，了解特定肠道菌群与Th17细胞和Treg细胞平衡之间的关系，将有利于治疗失衡所导致的一系列疾病。

稳态下，Th17细胞和Treg细胞在肠道固有层中富集，数量呈负相关[50]。从十二指肠到结肠Th17细胞数量逐渐减少，Treg细胞在结肠中数量最多[19]。在肠道等外周器官，Treg细胞和效应细胞之间的平衡通常经三种途径实现： ① 原位诱导幼稚T细胞； ② 募集分化的Treg细胞和效应细胞至组织中； ③ 将已经分化的Treg/效应细胞重编程至外周组织中的其他细胞系[51]。利用小鼠模型追踪Th17细胞转分化为Treg细胞的能力，表现为标志性转录特征的改变和获得强大的调节能力[52]。比较转化前后Th17细胞的转录特征发现，经典TGF-β信号通路和芳香烃受体在转化过程中具有重要作用[52]。例如，以色氨酸代谢物为代表的多种菌群代谢产物为芳香烃受体激动剂，对抗炎反应具有促进效应[3]。全反式维甲酸是维生素A的代谢物，其能够使Foxp3以及IL-10、TGF-β等调节细胞因子表达水平升高，IL-17表达下降，表明全反式维A酸是T细胞向Treg细胞分化的关键分子以及Th17细胞方向转变的抑制剂[24,43]。在无菌条件下，脆弱拟杆菌产生的荚膜多糖A，诱导Th1和Foxp3+Treg细胞积累，减弱Th17细胞应答[15]。

Foxp3+Treg细胞不是终末分化细胞，在某些炎症情况下Fxop3不表达，从而分化成多种效应T细胞[34]。例如，菌群诱导的IL-21和IL-23可以支持Treg细胞向产生IL-17A的CD4+T细胞逆转[3]。菌群产生的ATP同样能够促进促炎细胞因子的表达，从而促进Th17细胞发展，抑制Treg细胞的产生[22]。炎症小体也可参与该过程。致病菌和相关产物在下层黏膜易位和暴露增加，触发炎症小体激活，增强TLR样和NOD样受体信号表达，导致IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18和IL-23产生，这种促炎环境可导致适应性免疫系统的激活，致Th17/Treg平衡破坏[24]。Foxp3+Treg细胞在某些情况下会共表达其他系特异性转录因子，如T-bet、GATA3和RORγt[53]，展现出不同的功能特性。例如，在RORγt+Treg细胞缺失的情况下，Th2细胞抗寄生虫的能力增强，协同菌群介导的多种免疫细胞维持免疫平衡[54]。

4 肠道菌群介导的T细胞免疫调控与疾病

遗传变异和环境因素是导致疾病发生的主要原因。研究发现，致病性效应T细胞和Treg细胞间的失衡可引发多种T细胞相关的自身免疫性和炎症性疾病，如炎症性肠病、类风湿关节炎、肿瘤、多发性硬化以及代谢相关疾病[3,15]。肠道菌群诱导T细胞分化，表明可通过肠道菌群调节适应性免疫，进而治疗多种疾病。

4.1 炎症性肠病

炎症性肠病主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，是一组慢性胃肠道炎症性疾病，导致肠道炎症和组织损伤，受遗传、环境和免疫等多种因素影响。肠道菌群失调以及免疫反应紊乱是炎症性肠病的重要特征，然而菌群的变化与炎症性肠病发病的因果关系尚不清楚[25,55]。现已明确肠道菌群与多种T细胞亚群分化之间的联系，从而将肠道菌群失调与炎症性肠病中Th17/Treg细胞平衡的变化相联系。

炎症性肠病患者CD4+T细胞在肠道中异常积累，提示CD4+T细胞是炎症性肠病发生发展的重要驱动因素，可作为治疗的靶细胞[23]。之前的研究表明，克罗恩病可能由T-bet+Th1细胞和相应的细胞因子IFN-γ、IL-6、IL-12驱动，而溃疡性结肠炎是由分泌IL-5和IL-13的GATA3+Th2细胞驱动[43]。与健康供体相比，接受炎症性肠病患者肠道菌群定植的小鼠GATA3+Th2细胞数显著增加[56]，进一步证实上述观点。

此外，在炎症性肠病患者和小鼠结肠炎模型中，Th17细胞和Treg细胞的数量和功能都发生改变，具体表现：Treg细胞数量和抑制功能存在缺陷[55]，而Th17细胞富集以及黏膜和血清中IL-17转录水平升高[43]。多种微生物产生的代谢物通过调控Th17/Treg细胞平衡从而对炎症性肠病产生不同的作用。全反式维甲酸通过改变Th17/Treg细胞平衡降低小鼠和人类结肠炎的严重程度；短链脂肪酸对Treg细胞的分化和扩张也具有保护实验性结肠炎的作用[57]；二甲双胍可以通过调节IL-17和Foxp3的表达来减轻炎症性肠病严重程度[24]。ATP处理小鼠后会加重T细胞介导的小肠结肠炎[36]。最近一项研究发现，通过对无菌小鼠进行粪便微生物移植，与炎症性肠病菌群相比，健康菌群能够诱导更多的RORγt+Treg细胞产生，而对Foxp3+Treg细胞的诱导没有明显差别[56]。此外还发现小鼠中RORγt+Treg/Th17比例能够预测炎症性肠病患者和小鼠结肠炎的严重程度[56]。由此表明，Th17/Treg细胞平衡的破坏对肠道内免疫稳态失衡的相关疾病具有重要作用。然而，由于IL-17单克隆抗体治疗不能改善克罗恩病的症状，表明IL-17和炎症性肠病发生之间的关系较复杂[24]。近年来，关于炎症性肠病的两种治疗方法受到广泛关注[24]。一是通过使用益生菌和益生元来纠正肠道生态失调[58]；二是通过粪便微生物移植来恢复炎症性肠病患者中的共生关系[59]。虽然这两种方法在炎症性肠病的治疗中展现了一定的益处，但筛选系统的建立、治疗效果和安全性的提高还有待进一步研究[24]。

4.2 糖尿病与肥胖

糖尿病是常见多因素影响的代谢相关性疾病，主要包括：1型和2型。除与遗传和表观遗传因素相关，近来认为糖尿病与环境因素密切相关，尤其是肠道菌群。在1型糖尿病患者中，肠道菌群多样性降低，厚壁菌门和拟杆菌门比例发生变化[60]。尽管处于研究的早期阶段且缺乏相关的人体数据，但肠道菌群通过调节免疫反应从而参与糖尿病的发生发展具有一定的研究潜力[60]。1型糖尿病经由Th1细胞产生的IFN-γ调控，与CD8+T细胞和Th1/Th2细胞反应相关。寄生虫感染诱导的Th2免疫反应，可以抑制非肥胖型糖尿病小鼠的自身免疫性糖尿病，但无论使用重组IFN-γ还是缺乏IL-4均未加重糖尿病，因此对于Th1/Th2在糖尿病发病机制中的作用还存在争议。Th17细胞在1型糖尿病中的作用可能与疾病环境相关[15]。分段丝状菌诱导的Th17细胞能够抑制糖尿病的发展，而胰岛素抗原特异性Th17细胞能够转分化为分泌IFN-γ的Th1样细胞，诱导小鼠糖尿病的发生[15]。

肥胖是一种低等级的慢性炎症，伴有细胞因子的异常产生和各种炎症通路的激活，与包括胰岛素抵抗和2型糖尿病在内的不良临床结果相关[24,61]。肥胖与肠道菌群分布有关，表现为拟杆菌门数下降，厚壁菌门数升高[62]。肠内厚壁菌门多于拟杆菌门使得人体更有效地吸收食物中的热量且更易转化为脂肪积累于皮下，从而导致肥胖[62]。在肥胖背景下，Th17细胞在次级淋巴器官的极化能够促进实验性自身免疫性脑脊髓炎和哮喘等慢性疾病的发展[62]。Th17细胞在控制脂肪形成和葡萄糖稳态中起关键作用。肠道Th17细胞与小鼠能量代谢和胰岛素敏感性相关。研究发现，RORγt+IL-17+CD4+T细胞数减少导致胰岛素抵抗发生[24]。另一方面，肥胖还影响Treg细胞数量，调节全身代谢反应。瘦鼠内脏脂肪组织中的Treg细胞数增多，通过PPAR-γ控制脂肪生成[24]。由此表明，Th17/Treg细胞平衡对于疾病的发展具有重要作用，可作为疾病调控的靶点。

4.3 肿瘤

肠道菌群作为肿瘤微环境的一部分，与肿瘤的关系复杂，可能增强、降低癌症易感性亦或对癌症易感性完全没有影响[63]，以多种方式影响肿瘤生长和扩散。肠道菌群致癌主要通过三种途径[64]:① 激活致瘤途径，如一些细菌产生的蛋白可以使得β-连环蛋白从E-连环蛋白中分离，从而激活致癌β-连环蛋白信号通路；② 菌群失调通过Toll样受体产生大量促炎细胞因子；③ 通过释放特定代谢物破坏DNA，从而促进癌症发展。例如，许多细菌产生的防御因子具有破坏DNA的能力，进而导致癌变。脆弱拟杆菌毒素能够激活β-连环蛋白信号通路，促进肿瘤发生。大肠埃希菌产生的大肠杆菌素能够增强小鼠肠道肿瘤的发生[63]。肠道菌群还能够通过影响T细胞浸润进而参与肿瘤的发生发展。在结直肠癌中，肠上皮Th17细胞能够招募中性粒细胞和细胞毒性CD8+T细胞进入肿瘤，提高肿瘤患者生存期，可作为IL-17/Th17治疗的相关靶点[65]。另有研究报道，在结直肠癌中，菌群刺激的肠上皮细胞能够分泌多种趋化因子，增强Th17、Th1和Tfh细胞浸润，提高患者存活率[66]。上述结果提示，或许可以通过调控特定菌群来增加肿瘤微环境中效应T细胞的浸润，从而提高化疗、放疗以及靶向治疗的疗效。

4.4 其他相关疾病

肠道菌群和T细胞亚群的失衡是类风湿关节炎和多发性硬化的重要致病因素，肠道菌群失调导致Th17细胞和Treg细胞的数量和功能发生变化是重要的病理机制。类风湿关节炎患者体内拟杆菌属和双歧杆菌丰度降低，这可能与Treg细胞数量降低相关。同时，类风湿关节炎患者外周血和滑膜液中Th17细胞增多且IL-17表达升高，而在无菌动物中引入能诱导Th17细胞产生的分段丝状菌后，能够促进关节炎发生[67]。

多发性硬化是一种以中枢神经系统神经元脱髓鞘为特点的自身免疫性疾病。对多发性硬化患者菌群分离并鉴定，发现与疾病显著相关的特异性细菌，如阿克曼菌和乙酸钙不动杆菌，并且IL-10+Treg细胞比例降低以及Th17细胞增多[68]。利用小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎模型研究多发性硬化发现，抗生素处理后能够阻止疾病的发生，加入诱导Treg细胞的细菌能够减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎症状[68]。由此表明，Th17/Treg细胞失衡是类风湿关节炎和多发性硬化的主要病理因素。通过药物或菌群来纠正Th17/Treg平衡的疗法已在临床应用，并且在类风湿关节炎、炎症性肠病中取得了一定的疗效。然而这些疗法往往缺乏普遍适用性，可能与疾病的病因、发病机制以及分子菌群之间相互作用的复杂性相关，更为关键和特异的分子机制还需要进一步研究。

5 以T细胞为导向的相关疗法现状

5.1 以Treg细胞为导向的治疗方法

Treg细胞在免疫耐受中发挥关键作用，小鼠和人类的研究已经强调多种肠道炎症和自身免疫病的发生是由于免疫稳态的失调继发于定性或定量Treg细胞缺陷，如在炎症性肠病患者中发现Treg细胞数量分布以及抑制功能均存在缺陷[55]。将患者血液中的Treg细胞在体外扩增，形成以Treg细胞为导向的过继免疫治疗。过继转移健康的Treg细胞至各种疾病(包括炎症性肠病和自身免疫性疾病)的患者体内，改变活跃炎症区域的平衡，使其向更耐药的微环境转移[55]，从而抑制疾病的发生发展。

过继Treg细胞在早期临床试验包括实体器官移植、移植物抗宿主病和1型糖尿病的治疗中展现出一定的安全性和治疗前景[55,69]。在许多小鼠模型中，过继Treg细胞能够预防结肠炎的发生或治疗结肠炎，在对克罗恩病的治疗中也展现出良好的前景，许多临床前研究正在开展。然而，这种方法在治疗上仍存在一些问题[69]：Treg细胞在体外扩增至目标剂量的技术仍需提高；T细胞的可塑性使得其在过继免疫治疗时可能采用炎症表型从而加重炎症，如Treg细胞在转移过程中表达IL-17；黏膜T细胞对Treg细胞介导的抑制具有一定的抵抗作用；Treg细胞归巢到肠道和淋巴组织的能力尚不清楚。

5.2 以Th17细胞为导向的治疗方法

Th17细胞是炎症和自身免疫性疾病的重要参与者。针对Th17细胞或该通路不同成分的抑制剂，如IL-12、IL-23和IL-17A及其受体进行干预治疗，对银屑病、克罗恩病、类风湿关节炎以及多发性硬化等具有不同程度的益处[37]。因此，明确肠道菌群与Th17细胞之间的联系，可以解决涉及异常Th17细胞反应的疾病。

肠道菌群引起Th17反应可在抗肿瘤免疫的背景下应用。环磷酰胺是一种常用的抗癌药物，其可以刺激抗肿瘤免疫反应，改变小肠内肠道菌群的组成，并选择性诱导革兰氏阳性菌转移到次级淋巴器官。在这些易位细菌的刺激下，宿主产生一群致病性pTh17细胞，这些细胞对提高肿瘤对环磷酰胺的敏感性以及治疗效果非常重要[70]。

目前，肠道菌群诱导的炎性Th17细胞与稳态Th17细胞很难区分，但两种细胞状态存在差异，这可能有助于对炎性Th17细胞进行靶向治疗。例如，与炎性Th17细胞不同，肠道稳态Th17细胞不依赖于IL-23。同样，IL-23受体的突变与炎症性肠病风险增加有关，并且在炎症性肠病患者中检测到IL-23蛋白表达量增加。因此，针对IL-23的治疗不会损害肠道稳态Th17细胞[37]。虽然Th17细胞通路分子调控有共通之处，但每个分子都有独特的非Th17细胞特征，产生不同的功能结果[53]。对于不同分子在不同疾病模型中的致病机制还需要进一步研究。

5.3 肠道菌群对肿瘤免疫治疗效果的影响

肿瘤患者肠道菌群的组成和丰度与肿瘤免疫治疗效果密切相关。大量研究表明，肠道菌群能够提高肿瘤免疫检查点抑制剂的疗效，包括PD-1/PD-L1单抗疗法以及抗CTLA-4疗法[71]。例如，在小鼠黑色素瘤模型中，无菌条件下PD-1抑制剂效力减弱，通过补充益生菌如双歧杆菌，其活化抗原提呈细胞，促进肿瘤微环境中活化的CD8+T细胞积累，增强PD-L1阻断效果；在小鼠和肿瘤患者中，抗CTLA-4的抗肿瘤作用与多种拟杆菌属细菌的T细胞应答相关，如多形拟杆菌、脆弱拟杆菌等[64,72]。由此可见，通过益生菌和益生元以及粪便微生物移植调控肠道菌群联合免疫疗法，有望作为肿瘤治疗的新策略(表1)。

表1 与CD4+T细胞分化相关的关键肠道菌群以及相关疾病和治疗方法

6 展望

作为与免疫系统相互作用的一种方式，肠道菌群及其代谢物通过直接或间接调控CD4+T细胞分化和稳态，进而参与多种疾病的发生发展。因此，以期进一步通过靶向和非靶向菌群调控调节T细胞分化、转移以及功能。一种常见的方法是进行全微生物组相关性研究，以寻找特定微生物与罕见疾病之间的相关性。然而，尽管在多种疾病中发现肠道菌群组成和多样性的改变，仍未筛选出疾病特征菌落和有效的诊断标志物。同时，不同状态下T细胞表型和功能的改变以及非传统T细胞在疾病中的作用和机制还需要进一步探究。能否真正使患者得到最大的临床获益，肠道菌群相关疗法筛选系统的建立以及安全性的提高是目前亟待解决的两个问题。总体而言，通过肠道菌群及其代谢物调节免疫系统，为多种疾病的治疗提供新思路。