肠道菌群影响缺血性脑卒中预后的免疫机制研究进展

郭双辉 张玉梅

首都医科大学附属北京天坛医院1神经病学中心，2康复医学科（北京100071）

脑卒中是由遗传、环境等多种因素共同导致的异质性疾病，具有高发病率、高致残率、高病死率、高复发率、高经济负担五大特点，现已成为我国成人致死、致残的首要病因，我国卒中防治正面临巨大的挑战［1］。

缺血性脑卒中是最常见的卒中类型，占脑卒中的70%以上。尽早恢复缺血脑组织血流灌注，挽救缺血半暗带是现今治疗急性脑梗死的最根本目标。但是静脉溶栓和血管内介入治疗有时间限制，受益患者少［2］；并且，缺血脑组织血流恢复后所引起的缺血再灌注损伤也会使患者病情恶化［3］。脑卒中发生后，局部和全身的免疫炎症反应是一个持续过程，参与脑组织损伤和修复的全过程，因此，免疫调节治疗可能是脑卒中治疗的新方向［4］。消化道是机体最大的免疫系统，70%的免疫细胞都分布在消化道。肠道菌群在肠道免疫系统的调节中扮演了重要角色，通过调节卒中患者肠道菌群及其代谢产物来调节卒中后机体免疫炎症反应可能是卒中治疗的新方法［5］。

1 脑卒中后机体的免疫应答

1.1 血管内炎症事件急性缺血性脑卒中所导致的血流动力学改变会使血管内皮细胞和血小板在数分钟内释放P 选择素等黏附分子，导致白细胞的募集、黏附、游出，加重局部血管阻塞和脑组织的损伤。凝血级联反应的激活会进一步激活炎症信号。凝血酶会诱导血管内皮细胞表面黏附分子的表达，破坏血管内皮功能，激活补体系统［6］。补体系统过度激活会促进小胶质细胞和巨噬细胞吞噬神经元，导致脑卒中不良预后［7］。在血管内炎症反应开始的同时，脑组织的破坏也在同步进行。死亡的脑细胞释放损伤相关模式分子（damage⁃associated molecular patterns，DAMPs），DAMPs 激活小胶质细胞，促进细胞因子，趋化因子的释放，募集外周免疫细胞进入脑实质［8］。

1.2 外周固有免疫应答血管内炎症事件启动后，中性粒细胞释放金属基质蛋白酶破坏血脑屏障。DAMPs 和细胞因子通过破坏的血脑屏障或脑脊液进入外周循环激活外周免疫应答引起全身炎症反应［9］。DAMPs 可以诱发肠道炎症反应和免疫细胞活化，导致肠道屏障功能受损。脑卒中患者外周免疫应答激活后会出现免疫抑制，可能与交感神经和下丘脑—垂体—肾上腺轴激活密切相关［10］。

1.3 外周和脑部适应性免疫应答卒中后受损组织和死亡的脑细胞会释放中枢神经系统隐蔽抗原，这些抗原可以被脑内的抗原呈递细胞识别［11］。这些抗原呈递细胞能通过脑膜淋巴管进入外周循环，到达淋巴器官，促进T 细胞和B 细胞分化，这些分化的自身反应性淋巴细胞返回大脑组织，导致卒中后遗症［12］。

2 脑卒中对肠道功能和肠道菌群的影响

肠道菌群主要有厚壁菌门（Firmicute）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacterium）四个类群，其中厚壁菌门/拟杆菌门比值失调是肠道菌群失调的重要标志［13］。虽然不同的研究关注的肠道菌群具体种类有所不同，结论存在差异，但是物种多样性降低，厚壁菌门减少和拟杆菌门过度生长是卒中后菌群变化的主要特点［14］。脑卒中引起肠道菌群失调的机制是复杂的，交感神经系统激活、免疫稳态破坏、肠道功能障碍和菌群移位均与卒中后菌群失调密切相关。厚壁菌门与拟杆菌门可以影响T 细胞的分化方向，卒中导致的肠道菌群变化可以促进小肠派尔集合淋巴结内促炎免疫细胞Th1 和Th17 的表达，恶化脑卒中结局，而通过粪菌移植改变肠道菌群组成则能改善卒中预后［14］。

2.1 卒中后自主神经系统对肠道菌群的影响正常情况下，消化道迷走神经的传入神经末梢能感受肠道菌群产生的生物活性物质，影响大脑功能，调控肠壁通透性和外周免疫应答［15］。脑卒中后，迷走神经抑制，交感神经兴奋释放的去甲肾上腺素能导致肠道局部炎症反应和肠壁通透性改变，引起肠道菌群失调［15-16］。此外，脑卒中能激活下丘脑—垂体—肾上腺轴（HPA 轴），HPA 轴分泌的促肾上腺皮质激素释放激素增加肠壁通透性，引起菌群移位和菌群失调［17-18］。

2.2 卒中后肠道免疫稳态破坏对肠道菌群的影响血脑屏障破坏后，DAMPs 进入外周循环，作用于模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）引起肠道炎症反应，破坏肠道稳态。髓样细胞触发 受 体⁃1（triggering receptors expressed on myeloid cells⁃1，TREM⁃1）是一种表达于骨髓源性细胞表面的受体，TREM⁃1 可以协同经典模式识别受体（Toll 样受体，Nod 样受体等）增强炎症反应，导致卒中不良结局。脑内小胶质细胞和肠道固有层内单核/巨嗜细胞（Mo/MΦ）亚群均可表达TREM⁃1，TREM⁃1 在卒中后机体的固有免疫应答中发挥了重要作用。脑卒中发生后，去甲肾上腺素依赖性肠壁通透性增加导致菌群移位，肠道固有层促炎性免疫细胞对病原体相关模式分子（pathogen⁃asso⁃ciated molecular patterns，PAMPs）做出应答，导致其表面的TREM⁃1 表达上调，TREM⁃1 协同PRR，增强肠道局部对PAMPs、DAMPs 的免疫应答，进一步加重肠道功能障碍，同时外周表达TREM⁃1 的促炎性细胞迁移至脑实质，增强大脑局部炎症反应，恶化卒中患者预后［19-21］。

3 通过调节肠道菌群及其代谢产物影响卒中后机体免疫应答

脑卒中发生后会激活小胶质细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、固有淋巴样细胞、T 淋巴细胞、B 淋巴细胞等一系列免疫细胞。其中促炎性的Th1、Th17 和γδT 细胞常加剧缺血性脑组织损伤导致不良预后，而Treg 细胞则可以通过分泌IL⁃10 抑制炎症反应，改善卒中预后。肠道菌群可以通过影响卒中后机体炎症反应程度，释放神经活性物质，调节T 淋巴细胞向软脑膜的转移，进而影响患者预后［22］。BENAKIS 等［23］使用抗生素改变卒中后小鼠的肠道菌群，发现小鼠的缺血性脑损伤减轻，肠道菌群作用于树突状细胞，使肠道调节性T 细胞增加，IL⁃17+γδT 细胞减少。胆碱能抗炎通路在脑梗死后的抗炎反应中起重要作用，炎性因子刺激迷走神经，激活胆碱能抗炎通路释放乙酰胆碱作用于全身表达α7 烟碱型乙酰胆碱受体的免疫细胞（比如小胶质细胞），抑制炎症因子的释放，减轻炎性损伤［24］。李素彦等［25］通过向大鼠尾静脉注射脂多糖制备脓毒症大鼠模型，在制模一天后分别灌喂正常大鼠粪便稀释液和生理盐水，每日三次，每次2 mL，7 d 后测定各组大鼠脑电图波形，脑皮质α7 烟碱型乙酰胆碱受体蛋白的表达和机体炎症因子水平，结果显示粪菌移植可以减少脓毒症大鼠脑电图异常波形，上调脑皮质α7烟碱型乙酰胆碱受体的表达并且降低机体炎症水平，提示粪菌移植可以改善肠道菌群失衡，激活胆碱能抗炎通路，减轻脑部炎性损害。

短链脂肪酸是肠道菌群代谢产物之一。短链脂肪酸可以直接跨过血脑屏障，影响大脑功能［26］。在实验性自身免疫性脑炎中，短链脂肪酸可以促进抗炎T 细胞亚群分化，减少轴突损伤，改善预后［27］。SADLER 等［28］研究发现脑卒中会导致血清短链脂肪酸水平降低，而补充短链脂肪酸可以改善预后。补充短链脂肪酸既可以减少大脑内小胶质细胞的激活，也可以减少外周淋巴细胞的激活，进而减少缺血脑组织淋巴细胞浸润，改善患者预后。

肠道菌群亦可通过色氨酸代谢产物调节机体免疫系统，比如乳酸杆菌就可以产生吲哚⁃3⁃甲基肟激活固有样淋巴细胞［29］。色氨酸代谢产物的组成是复杂的。内源性色氨酸代谢产物有犬尿氨酸、5⁃羟色胺、褪黑素，细菌性色氨酸代谢产物有吲哚、吲哚酸、甲基吲哚、色氨。肠道菌群也可以直接或间接影响内源性色氨酸的产生［30］。色氨酸代谢产物作用于芳基受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR）调节机体免疫系统。既往研究显示，机体炎症反应会激活犬尿氨酸代谢通路，进而诱导Treg细胞分化，抑制炎症反应［31］。在脑卒中患者中，可以观察到血清色氨酸代谢产物明显降低，但是色氨酸对脑卒中后机体炎症反应、氧化应激的影响仍需进一步研究［32］。SCHIERING 等［33］发现AhR配体的过度降解会破坏肠道免疫稳态，而补充AhR 配体可以拮抗这种不利影响。这提示补充色氨酸代谢产物可能通过影响肠道免疫系统改善卒中预后。最近的研究表明强抗氧化剂褪黑素与神经系统和免疫系统密切相关，可能是治疗脑血管疾病的有益药物［34］。小胶质细胞表面有褪黑素受体，褪黑素作用于小胶质细胞促进其向具有抗炎保护作用的M2 型分化，早期应用褪黑素可以有效减轻脑组织缺血再灌注损伤，改善卒中预后［35］。

4 总结及展望

脑卒中会引起大脑局部和全身的免疫炎症反应，激活大量免疫细胞。肠道免疫系统在其中扮演了重要角色。来自肠道免疫系统的免疫细胞浸润脑实质会密切影响卒中预后［19，36］。肠道菌群在卒中后机体免疫应答中扮演了重要角色。虽然有研究证实，卒中诱导的肠道菌群变化会加剧机体炎症反应，恶化卒中结局［14］，但是也有研究证实，缺乏分节丝状菌（segmented filamentous bacteria）的小鼠由于Treg 细胞扩增受限，其脑梗面积明显扩大［37］。由此看来，进一步研究哪些种类的肠道微生物在脑卒中中具有神经保护作用，哪些具有不利作用是必要的。目前，肠道菌群影响卒中后机体免疫应答的具体机制尚不明确，肠道菌群代谢产物可能是连接肠道菌群与机体免疫应答之间的重要环节，探寻肠道菌群—代谢产物—炎症免疫反应之间的细胞分子机制，可能是以后研究肠道菌群与卒中后机体免疫应答关系的重要方向。脑卒中对肠道菌群的影响体现在肠道菌群代谢产物的变化上，利用肠道菌群代谢产物调节卒中后机体免疫应答可能是卒中治疗的新路。