肠道菌群调节免疫方式研究的新进展

李玲，盛正和，黄文

(1.广西中医药大学，广西 南宁；2. 广西科技大学附属柳州市人民医院，广西 柳州)

0 引言

人的肠道中约有4100 万亿个微生物，这些微生物被称为肠道微生物，其中大部分存在于结肠中，其密度接近1011 至1012 个细胞/毫升。成人胃肠道包含细菌、真菌、病毒及原生动物等，细菌的细胞密度是最高的[1]。肠道菌群在人类的健康和疾病中起着重要的作用，包括代谢、营养和免疫等功能，也许更重要的是，其有助于肠道免疫系统的发育和调节[2]。研究证实，肠道菌群与多个系统疾病相关，在这篇综述中，我们将具体介绍肠道常见菌与其免疫方式以及中医药治疗疾病对肠道菌群及免疫的影响。

1 人体肠道微生态概述

近年来，特别是随着复杂的宏基因组学研究的发展，我们对肠道菌群的研究越来越多，这从根本上改变了我们对微生物组及其与人类健康维持和疾病发展的关系的认识。人体肠道菌群是一个复杂而动态的微生物群落，对维持人体健康和调节宿主免疫系统必不可少[3]。免疫系统不仅是一个防御系统，也是一个维持系统，维持机体和机体与特定肠道细菌的健康共生关系[4]。越来越多的证据表明，微生物群的组成或功能的永久性改变可以改变机体免疫反应、新陈代谢、肠道通透性和消化运动等[5]。微生物群与人的有机体建立了一种互利(共生)的动态联系，从而维持正常的免疫、代谢和运动功能，以及正确的营养消化和吸收[6,7]。

2 人体肠道内与免疫系统稳态相关性大的微生物组成

健康成年人肠道微生物的总数约达1014 个[8]，与人体细胞的比率约为10：1[9]；微生物基因数量大约有300 万个，大概为人类基因组基因数量的100 倍，包括大约30 属1000多种微生物。肠道菌群主要由专性厌氧菌、兼性厌氧菌和好氧菌组成，其中约90%-99.9%为专性厌氧菌，仅有约0.1%-10%为兼性厌氧菌和好氧菌[10]。肠道菌群主要由厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门以及梭杆菌门等菌门组成，其中厚壁菌门和拟杆菌门有着绝对的优势。研究证明，厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门等主要构成了肠道菌群的98%[11]。人体肠道内微生物种类超过上千种，但只有一小部分构成了99%的肠道细菌，下面主要介绍几种具有重要意义且研究较多的肠道细菌。

2.1 梭状芽孢杆菌

梭状芽胞杆菌分布于人类和各种动物的肠道内，是胃肠道中最显著的革兰氏阳性和孢子形成菌之一，属厚壁菌门。XIVa 和IV 型梭状芽孢杆菌在宿主肠道中占主导地位。梭状芽孢杆菌在维持宿主的正常状态、消除外源性病原体和控制整个微生物群方面起着重要的作用[12,13]。

一方面，在稳定状态下，以梭菌为条件的肠道树突状细胞(Dendritic cells，DCs) 产生RA 和其他调节分子来诱导Treg 细胞。另一方面，在炎症条件下，DCs 产生炎性分子，如IL-23，促进CD4+ T 细胞成为效应T 细胞(Teff)[14]。

最近一项研究强调，梭状芽胞杆菌菌群XIVa 和IV 是结肠粘膜Treg 细胞积聚的强诱导因子。梭状芽胞杆菌XIVa和IV 菌群在GF 小鼠上的定殖诱导了Treg 细胞的分化表达高水平的IL-10。重要的是，在实验模型小鼠中，XIVa 和IV组梭状芽胞杆菌丰度的增加导致了对过敏或肠道炎症的抵抗[15]。此外，梭状芽孢杆菌可介导调节宿主的免疫和代谢。梭状芽胞杆菌XIVa、IV 具有将难消化的碳水化合物转化为发酵产物的能力，包括SCFAs(短链脂肪酸)。SCFAs 可通过多种机制作用于肠道内各种免疫细胞，抑制炎症反应[16]。

2.2 分叶丝状菌

分叶丝状细菌(SFB)是宿主特异性的肠道共生菌，在梭状芽孢杆菌科中组成一个独特的分支，即假丝酵母，属厚壁菌门。SFB 介于专性和兼性胞内细菌之间。SFB 可引起多方面的免疫反应，使宿主免受肠道病原体的侵袭[17]。

在复杂的微生物群中，SFB 定殖增强了宿主对肠道致病菌定殖的抗性。SFB 的保护作用可能来自于其对肠道免疫屏障的增强作用、其他物种生长和适应性的辅助作用，从而更好地抵抗病原体的竞争：(1) SFB 通过IL-22｛IL-22 由ILC3(Ⅲ型固有淋巴细胞)、CD4+T 细胞和可能的中性粒细胞产生｝可显著诱导上皮细胞中的岩藻糖基转移酶2 (Fut2)，允许岩藻糖基残基向上皮糖包被的添加，促进共生拟杆菌物种的代谢[18]。B 共培养的上皮细胞中SAA(淀粉样蛋白A )转录本的诱导，SFB 在体内对上皮细胞中SAA 的两个亚型SAA1 和SAA2的显著上调依赖于ILC3 细胞对IL-23 信号的反应而产生IL-22 信号[19]。SFB 可能直接在上皮细胞中诱导SAA，也可能通过刺激树突状细胞亚群中IL-23 的产生间接诱导SAA，而树突状细胞又刺激IL-22 在ILC3 中发挥作用[20]。(2)通过SAA，SFB 还可能远作用于骨髓树突状细胞(BMDC)，刺激其产生IL-23，而IL-23 又促进IL-17 的分泌和中性粒细胞的募集，从而增强宿主对溶组织内阿米巴原虫的肠道感染保护[21]。3.SFB 还可增强全身免疫反应，从而增强宿主对肺部细菌感染的抵抗力，也可影响自身免疫性疾病的结局。

2.3 干酪乳杆菌

乳酸菌是最常见的益生菌属，干酪乳杆菌是一种常用的益生菌，已被证明可以改变肠道内的微生物群并影响宿主的免疫反应[22]。

干酪乳杆菌对肠道PRR( 模式识别受体)、AMP( 肠道抗菌肽) 调节有影响[23]Busra Aktas 等人筛选PRR，选取TLRs(toll 样受体)实验，TLRs 可诱导炎性细胞因子的分泌，参与肠上皮细胞间紧密连接的维持和AMPs 的产生[24]结果表明干酪乳杆菌具有抑制TLRs 表达的间接作用机制，对小鼠免疫系统具有抗炎作用。AMPs 是先天免疫系统的重要组成部分，是抵御肠道感染的重要防御机制之一[25]。Busra Aktas等人检测了小鼠小肠中不同AMPs 的表达，结论显示，大多数干酪乳杆菌菌株能够通过增加TJP(紧密连接蛋白)基因表达来增强肠上皮屏障功能。干酪乳杆菌BL23(L. casei BL23)菌株小鼠可诱发地方和系统性FoxP3+RORγt+3 型Treg 细胞，实验结果表明，L. casei BL23 在体内外都增加了3 型Treg 细胞的频率。这一Treg 群体的诱导至少在一定程度上可以解释L. casei BL23 的免疫调节能力[26]。另一项实验表明，用L. casei BL23 处理的小鼠显示Th17 细胞轻微增加，表明L.casei BL23 触发了Th17/Treg 混合型免疫反应；L. casei BL23口服降低了Th17 相关细胞因子TGF-b 和IL-6 的表达，IL-23(参与Th17 分化的细胞因子)的表达保持不变，但显著增加了IL-22 的表达(一种通常与th17 细胞相关的细胞因子)[27]。

2.4 脆弱拟杆菌

脆弱拟杆菌 (Bacteroides fragilis，BF) 是人类肠道共生菌，主要存在于结肠中，属拟杆菌门，为革兰阴性的专性厌氧菌[28]。

脆弱拟杆菌或者其免疫调节荚膜多糖A (PSA)可预防各种外周和中枢无菌性炎症[29]SA 是一种具有免疫调节性的细菌分子[30]在此之前，PSA 被证明可诱导或激活FoxP3+CD4+Tregs(调节性T 细胞)[31,32]的PSA 对无菌动物进行腹腔内处理足以使T 细胞扩展到常规小鼠的水平[33]肠道浆细胞样树突状细胞(pDC)和巨噬细胞结合PSA 可诱导分泌il -10 的调节性T 细胞[34]PSA 还可纠正TH1/TH2 失衡。PSA 是第一个能纠正这种不平衡的纯共生抗原的例子。树突状细胞/CD4+T 细胞与纯PSA 在体外共培养，刺激TH1 细胞因子干扰素(IFN-)和IL-2 的表达，恢复TH1/TH2 细胞因子的正常平衡。这些结果表明，PSA 是诱导宿主免疫系统发育所必需的[35]脆弱拟杆菌通过调节Th1/Th2 平衡比值，以及CD4+T 细胞分化为Tregs 和Th17 的有限反应，具有抗炎作用[36]。

2.5 双歧杆菌

双歧杆菌属是双歧杆菌科的一员，属放线菌门，为革兰氏阳性微生物。双歧杆菌作为肠道益生菌的代表，具有多种生理活性，促进机体健康[37]。益生菌与宿主免疫系统的相互作用发生在肠相关淋巴组织中，在位于肠粘膜的淋巴样结构中，肠道派氏结 (PPs)是对微生物刺激的主要淋巴细胞启动位点之一[38]。

双歧杆菌BB-12 (BB-12)是一种来源于动物的过氧化氢酶阴性的双歧杆菌。BB-12 可抑制D-半乳糖(D-gal)诱导的J774A.1 巨噬细胞衰老。巨噬细胞在受到不同刺激物作用后，可分化为经典巨噬细胞(M1 巨噬细胞)和交替活化巨噬细胞(M2 巨噬细胞)两种类型[39]其具有杀菌、产生促炎因子和补体介导的吞噬等功能，从而发挥抗感染及对组织的修复和重建过程产生影响[40,41]。

双歧杆菌还可增强中性粒细胞的吞噬能力和自然杀伤细胞杀伤肿瘤的活性[42]。此外，Fang Zhifeng 等在特异性皮炎(AD)小鼠实验中证实，与2，4-二硝基氟苯(DNFB)诱导小鼠AD 对照组相比，口服青春双歧杆菌AD 实验组显著增加脾脏的Tregs 比率；降低血清IgE、IL-5、巨噬细胞来源的趋化因子(MDC/CCL22)的表达水平；增加IFN-γ 和IL-10 水平。青春双歧杆菌具有提升Th1 型免疫反应和抑制Th2 型免疫反应的能力，恢复了与Th1 型和Th2 型免疫反应之间的平衡[43]。

3 肠道菌群与中医脏腑学说

中医学与微生态学在整体观与平衡观上具有相似性，中医学强调整体观念，并且中医是以整体观和平衡观来认识人体结构、功能及人体与疾病的关系。人的整体以五脏为中心，脏与腑相互表里，经络相通，疾病传变时相互影响，五脏六腑与外界环境具有统一性[44]。然而，微生物与宿主的统一论也是微生态学的基本认识原则，研究微生物与宿主环境的相互关系，从而达到微生态平衡的稳态，这种内在理论构建体系与总体指导原则的统一性，使传统中医学与现代生命科学分支微生态学之间产生强烈共鸣[45]。

肠道菌群与脾：脾与“第二基因组”之称的肠道菌群的生理功能相似，肠道菌群数量大、种类多、参与人体许多重要生理功能，脾为“后天之本”体现脾在五脏之中的重要之处，脾的功能与肠道菌群在保持人体健康中均发挥至关重要的作用；脾主运化与肠道菌群在机体消化吸收中相互为用[45]；“脾为之卫”、“脾旺不受邪”，脾功能正常，可以维护机体不受外邪侵袭或驱邪外出，防止疾病的发生发展，这与肠道菌群发挥免疫防御功能也是一致的[46]。中医古籍未从微观研究肠道菌群组成，但随着中医学的发展，借鉴西医研究方法及成果阐释中医学理论机制已是目前的主要趋势。现代研究中，肠道菌群的功能与中医脾胃功能有相同之处，有学者提出，肠道菌群的部位在肠，功能属脾胃[47]。

4 中药治疗与肠道菌群和免疫系统

蒋海燕等设立C57BL/6 雄性小鼠右腋下接种Lewis 肺癌细胞对照实验，发现健脾固肠方中药可能通过增加肺癌小鼠肠道菌群多样性、改善肠道菌群、调节肠道Th17/Treg 细胞平衡、维持肠道免疫平衡、改善机体免疫等进而抑制肺癌小鼠肺癌细胞的侵袭及转移[48]。苗斌等使用肠宁汤治疗溃疡性结肠炎(湿热证)大鼠，得出结论，肠宁汤能有效地改善急性溃疡性结肠炎大鼠的病理反应，提高免疫功能，减少细胞炎症因子反应，改善肠道菌群[49]。中药亦能改善微生物的代谢、减轻代谢性炎症，以及抑制产生大肠杆菌的体外和体内基因毒性，中草药的药效成分经肠道微生物转化后发挥抗炎、镇痛和抗肿瘤等药理作用[50]。中药具有多成分、多作用靶点的特点，其治疗疾病的作用机制一直是中医药领域的研究的热点[51]，在部分疾病的发生发展中具有重要作用，调节肠道菌群、调节机体免疫功能是中医药防治疾病的重要靶标。

5 结语

不同肠道菌群有着不同的免疫方式，虽然我们目前已初识大多数肠道细菌，但其中只有少数菌种的免疫机制和功能被阐明，所以对肠道菌群的研究仍然任重而道远。深入了解肠道菌群与机体的免疫方式，从免疫细胞、免疫分子层面了解肠道菌群在免疫方面的作用，将为肠道菌群在治疗、甚至预后方面作出铺垫。中医学具有多成分、多作用靶点优势，中药及其有效成分对肠道菌群、免疫系统具有广泛调节作用从而治疗疾病，将中医药疗效机制与肠道菌群交互融合，有助于推动中医药发展。我们期待肠道菌群在疾病中发挥更大的作用。