Th17/Treg 免疫轴调控溃疡性结肠炎肠道菌群的机制研究

张娇娇，余星星，王小刚，张 帆，李 毅

（陕西中医药大学，陕西 西安712046）

UC 是一种主要涉及结直肠的慢性炎症复发性疾病，病变部位主要集中于结肠黏膜及黏膜下层，临床以黏液性血便、腹部疼痛、腹泻为特点，并可伴随眼部、关节、皮肤、肝胆等肠外部位的损害，发展至后期甚至有癌变可能。西方国家的调查显示UC好发于30～40 岁人群，但据我国现有资料显示其好发于20～49 岁，且无明显性别差异［1］。在过去的20年中，亚洲国家UC 的发病率迅速上升，其中以中国的发病率为最高（3.44/100 000）［2］。

UC 病因较为复杂，目前尚不明确，临床报道其发病与免疫、遗传、饮食等因素相关。UC 患者肠道菌群失衡，其优势菌群受到抑制，而条件致病菌和瞬时致病菌的繁殖显著增强。大量证据强调UC 患者存在明显的Th17/Treg 比例失衡，血清中Th17相关促炎因子浓度增加，而Treg 相关抗炎因子则相应减少。另外，也有学者发现肠道菌群与Th17/Treg 免疫轴在疾病发生发展过程中存在微妙的调节关系。本文将从UC 患者的肠道微生物群、Th17/Treg 细胞以及二者之间存在的相关性等问题做一简要论述，现综述如下。

1 肠道菌群与UC

1.1 生理状态下的肠道菌群

肠道微生物群被认为是人体的重要器官，与肠道疾病密切相关，其数量约为人体组织细胞的10倍［3］，主要营养来源为宿主的饮食碳水化合物及肠腔中脱落的上皮细胞，代谢广泛，发挥稳定宿主肠道微生态作用。肠道微生物群包括细菌、原生生物、真菌、病毒等，其中细菌占比最高（>99%），具有营养代谢、免疫和保护功能，故通常用肠道菌群（GM）代指肠道微生物群。肠道微生物群主要由4个细菌分支组成：类杆菌门、硬壁菌门、放线菌门和变形菌门，此外还有疣微球菌门、梭杆菌门等。硬壁菌是一种革兰氏阳性菌群，可分为梭状芽孢杆菌和杆菌。肠道菌群也可分为优势菌、条件致病菌和瞬时致病菌，其中优势菌占总体99%以上，包括双歧杆菌、拟杆菌、乳酸杆菌等，主要集中于小肠末端及结肠；剩余为条件致病菌和瞬时致病菌，如变形杆菌、肠球菌、大肠杆菌等，其繁殖受优势菌群抑制［4］。十二指肠、空肠中以革兰氏阳性菌为主，回肠中以大肠菌为主，回盲瓣则主要是类杆菌、双歧杆菌、梭菌和乳酸杆菌等厌氧菌。

正常宿主中，优势菌与致病菌保持动态平衡，其通过上皮细胞、巨噬细胞、树突状细胞、T 淋巴细胞和B 淋巴细胞激活一个连续的稳态反应程序，允许机体与微生物及其产物共存。而一旦宿主受某些病理条件的影响导致菌群平衡被打破，位于相邻上皮细胞间的紧密连接蛋白被破坏，允许腔内容物随意通过，肠道中的致病菌便会定植入侵，持续刺激宿主免疫系统而诱发炎症［5］。

1.2 病理状态下的肠道菌群

当抗生素、激素、免疫制剂等外界因素作用于肠道，导致肠道稳态失衡，肠道菌群通过菌种、定植入侵及代谢产物的变化，破坏肠道黏膜，持续刺激免疫系统，Th17 等相关炎症细胞因子产生，并通过诱导其他促炎细胞因子和趋化因子促进组织炎症。GM 紊乱时，其菌种、丰度及均度下降，但数量增多。另外，UC 患者肠道微生物中缺失最显著的细菌类群包括特定的类杆菌和乳杆菌以及一些未分类的疣微菌科和毛螺菌科的成员。活动期UC 患者优势菌群数量明显降低，如乳酸杆菌［6］、双歧杆菌［7］；条件致病菌和瞬时致病菌则显著增强，如大肠杆菌［8］、肠球菌［9］。一项研究发现大肠杆菌可通过分泌α-溶血素破坏UC 患者细胞间的紧密连接来参与炎症反应［10］。另外，据报道，UC 活动期患者肠道内的梭状芽胞杆菌亚群（XIVa）细菌［11］、丁酸球菌属（Butyrici‐coccus）［12］均显著降低。

免疫代谢领域的数据表明，微生物衍生代谢物在控制免疫细胞表型方面同样有效。肠道菌群的代谢产物之一短链脂肪酸（SCFAs），包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，可通过调节Th17/Treg 平衡而发挥 抗 炎 作 用［13］。 普 氏 粪 杆 菌［Faecalibacterium（F.）prausnitzii］是人肠中最丰富的厌氧细菌之一，大量存在于正常人体内，是SCFAs 中丁酸的主要生产者之一。Machiels 等［14］通过对代谢产物采用气相色谱-质谱法定量检测，结果发现UC 患者肠道硬壁菌门中著名的丁酸产生菌Roseburia hominis 和F.prausnitzii 丰度降低，且与疾病活动呈负相关。 除了已确定的微生物代谢产物短链脂肪酸或硫酸甲酚的直接免疫调节活性外，最近的研究还表明，肠道微生物群相关代谢物组胺、精胺和牛磺酸通过共同调节下游抗微生物肽谱、上皮IL-18 分泌和NL‐RP6 炎症细胞信号来形成宿主肠道微环境［15］。另外，胆汁酸也是具有多效功能的细菌代谢产物，其通过与微生物和宿主受体的相互作用来调节代谢和炎症［16］。

2 Th17/Treg 与UC

目前普遍认为免疫因素参与UC 的发病及预后，是UC 发病的最终环节。当肠道发生过度免疫活动时，会损害消化道，并产生免疫损伤效应，导致疾病发生。其中UC 患者外周血中Th17、Treg 细胞以及Th17/Treg 的比例变化对UC 的发病和演变具有重要意义。

2.1 Th17 及其相关因子与UC

近年来，逐渐发现Th17 是区别于Th1 和Th2的独立T 细胞谱系，是一种新亚型效应T 细胞，在白细胞介素10（IL-10）存在的情况下，转录因子孤儿受体γt（RORγt）被诱导而抑制Treg 产生，促使Th17 在转化生长因子β（TGF-β）和白介素6（IL-6）的共同作用下从初始CD4+T 细胞中分化而来。Th17 细胞的特征是产生标志性细胞因子，包括白细胞介素（IL）-17、IL-21、IL-22、IL-23 和IL-25，它们通过诱导其他促炎细胞因子和趋化因子促进组织炎症［17］。 通常Th17 细胞存在于健康肠道以保护机体不被感染，但在炎症期间，外周血中Th17 比例上调，并产生高水平的IL-17（IL-17A）等促炎因子，参与UC 的发生发展［18］。 IL-17 家族是诱导机体内炎性反应的关键细胞因子，包含6 种蛋白质：IL-17A至IL-17F，并由T 细胞及几种17 型免疫细胞表达，如γδT 细胞、ILC3s、不变NKT 细胞和NK 细胞，参与炎症形成并引起组织浸润，驱动疾病发生发展［19］。有研究进一步证实，细胞因子IL-17 水平在活动期UC 中高表达，其与C 反应蛋白（CRP）水平相关，且与炎性反应呈正相关［20］。RORγt 是Th17细胞表达的特定转录因子，可通过调控炎症及UC发展，促进Th17 细胞分化发挥致病机理。最近的一项研究进一步揭示RORγt 可通过抑制IL-10 的产生以驱动和维持Th17 细胞的致病性，诱导肠道炎症［21］。有学者发现Th17/IL-17 免疫反应除通过促炎作用来参与UC，促纤维化也可能是其作用机制，并从反面论证抗IL-17 抗体可通过下调胶原蛋白3和几种促纤维化细胞因子的表达来显著减轻2，4，6-三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的小鼠结肠直肠纤维化［22］。除具有致炎作用外，李佩容等［23］总结其还可维持肠道局部黏膜免疫微环境的平衡。

2.2 Treg 及其相关因子与UC

Treg 是由主转录因子叉状头/翅膀状螺旋转录因子3（Foxp3）控制的T 细胞的一个子集，由初始CD4+T 细 胞 在 单 一TGF-β 诱 导 下 分 化 而 来，可 介导免疫耐受，具有广泛的免疫抑制和抗炎作用。Foxp3 是Treg 细胞发育和功能的主要调节剂，诱导和维持Treg 细胞免疫抑制特性［24］。根据起源不同，Tregs 分 为 天 然 型Tregs（nTregs）和 诱 导 型Tregs（iTregs），二者分化均受Foxp3 调节，可分泌抑炎因子（TGF-β、IL-10 和IL-35），从而抑制适应性与先天性免疫反应。疾病状态下，Tregs 的分化受到抑制，触发IL-10、TGF-β 在内的抑炎细胞因子的减少，从而促进炎症［25］。

Treg 细胞发挥免疫抑制功能是通过细胞接触依赖机制以及产生IL-10、TGF-β、IL-35 等免疫抑制性细胞因子和分泌可溶性CD25（sCD25）而实现的［26］。IL-10 的免疫调节作用始于与IL-10 受体（IL-10R）的结合，二者结合后激活Janus 激酶1（JAK1）和酪氨酸激酶2（Tyk2），从而导致信号转导子和转录激活子3（STAT-3）磷酸化，促进下游靶基因的激活，最终表达抗炎效应［27］。IL-10 对维持FoxP3 表达至关重要，主要通过直接抑制效应T 细胞增殖和促炎性细胞因子合成发挥免疫抑制功能［28］。TGF-β可作为UC 的疾病严重程度标志物［29］，是由多种细胞类型（包括免疫细胞和非造血细胞）产生的多效细胞因子，可调节多种免疫细胞（如Treg 和Th17）、上皮细胞和腔内微生物群，从而抑制免疫反应［30］。Xu 等［31］通过对72 例UC 患者使用溃结冲剂治疗后取得满意疗效，考虑其作用机制与减少TGF-β 的表达相关。IL-35 对促进小鼠Treg 细胞在体内外的抑制功能必不可少，其调节肠道免疫反应主要通过控制肠道T 细胞的活化。在IBD 动物模型中，IL-35表达的Treg 细胞的过继转移和IL-35 基因治疗已被证明可治疗结肠炎症状。Lord［32］发现Treg 细胞除通过接触依赖性免疫调节机制外，还可通过可溶性因子、细胞因子控制炎症。另外，有学者指出mi‐croRNA（miRNA）也参与自身免疫性疾病，尤其是在调节Treg 的生物学功能中发挥关键作用。miR‐NAs 是一类小的非编码RNA，通过直接与3′-utr 结合并靶向降解来控制基因转录后的表达，对Treg 谱系的稳定性和免疫功能具有重要意义。miRNAs 在Treg 细胞谱系中的表达紊乱导致Treg 的功能严重改变，从而导致自身免疫性疾病。Mohammadnia-Afrouzi 等［26］观察发现，在UC 患者的Treg 培养物中观察到IL-10、IL-35 的水平显著降低，miR-21、miR-146a、miR-155 水平下调，而miR-31 水平上调，表明miRNA 可能在UC Treg 细胞的功能和同位性中起新型调节剂的作用，在UC 的病理生理中发挥关键作用。在几种实验模型和人类自身免疫疾病中，发现Treg 细胞的数量和功能的缺陷与自身免疫疾病的发展也密切相关。除抗炎和免疫抑制作用外，Treg 在维持肠道动态平衡中的作用也得到了证明。Ihara 等［33］发现TGF-β 信号传导可通过调节上皮细胞分化和粪便微生物群来调节肠内稳态。

2.3 Th17/Treg 免疫轴与UC

鉴于Th17、Treg 细胞在调节机体免疫功能中发挥的重要作用，探究Th17/Treg 免疫轴失衡与UC 患者炎症水平及疾病进展的相关性显得十分必要。Th17、Treg 细胞均来源于同一前体细胞，分别具有促炎和免疫抑制、免疫调节作用，二者在分化及免疫效应方面既相互联系，又相互抑制，共同调节机体免疫环境的平衡，当免疫轴失调导致微环境失衡，促进炎症进而诱发UC。大量运用流式细胞术（FCM）检测Treg/Th17 免疫轴的研究发现，UC患者存在明显的Th17/Treg 比例失衡，血清中Th17相关促炎因子IL-6、IL-17A 和IL-17F 浓度增加，而Treg 相 关 抗 炎 因 子TGF-β、IL-10 则 相 应 减 少［34］。有研究表明，经抗TNFα 治疗1 年后，患者疾病活动（梅奥评分）降低，且外周血中Treg 的变化明显，数量显著增加［35］。 另外一项调查中国汉族人群UC患者的Th17/Treg 免疫平衡，采用ELISA 法及FCM 分 别 测 定 参 与 者 血 清 中TGF-β1、Th17 及IL-17 和Treg 细胞的百分比，结果显示UC 患者IL-17、Th17 水平升高，TGF-β1、Treg 降低，且前者与临床活动指标和内镜评价之间呈正相关，后者呈负线性相关［36］。UC 受细胞因子和转录因子的复杂信号网络调节，该网络受到干扰则会导致严重的病理损害。与Treg/Th17 失衡相关的细胞因子有转化生长因子β1（TGF-β1）［30］、维甲酸（RA）、可诱导共刺激因 子ICOS［37，38］等，相 关 转 录 调 控 因 子 有Foxp3、RORγt、哺 乳 动 物 雷 帕 霉 素 靶 蛋 白（m TOR）、AhR 、细胞外信号调节激酶（ERK）［39-42］等。

3 Th17/Treg 与肠道菌群

肠道菌群及Th17/Treg 免疫轴失调均会诱发UC，然而，近年来随着对UC 的相关研究进一步加深，逐渐发现UC 患者肠道菌群与Th17/Treg 免疫轴之间也存在一定的相关性。

F.prausnitzii 被报道为UC 肠道菌群失调的代表，具有抗炎特性，是一种抗炎细菌［43］。有证据表明F.prausnitzii 的上清液发挥了抗炎作用，为了探究其抗炎物质及作用机制，Zhou 等［13］采用一系列分析检测方法，如酶联免疫吸附测定、FCM、气相色谱-质谱仪、免疫印迹等，最终得出结论：F.prausnit⁃zii 上清液仅通过分泌丁酸酯来发挥抗炎作用，其作用机制主要通过阻断HDAC1 和下游IL-6/STAT3/IL-17 信号通路，激活Foxp3，从而降低Th17 并促进Treg 来调节Th17/Treg 平衡。共生微生物的代谢产物SCFAs 可以通过影响T 细胞表观基因组，促进调节性T 细胞的分化，在介导肠道菌群对Th17/Treg 的诱导中起关键作用。Luo 等［17］发现SCFAs 具有HDAC 抑制活性作用，其水平与结肠Treg 的数量相关，可通过增加Foxp3 和IL-10 的表达而促进Treg 的分化，还可影响树突状细胞和巨噬细胞，从而诱导IL-10 和RA 产生并促进Treg 分化，最终影响胃肠道中的Th17/Treg 平衡。此外，多形拟杆菌可产生外膜囊泡（OMVs）刺激结肠树突状细胞，从而促进分泌细胞因子IL-10，调节Th17/Treg 免疫轴，维持机体平衡免疫反应［44］。 梭状芽胞杆菌通过影响小鼠结肠固有层中CD41Foxp31 调节细胞从而促进Treg 细胞的发育来减轻炎症［45］。双歧杆菌多糖A（PSA）通过TLR2 信号途径促进Treg 分化改善UC 黏膜免疫系统［46］、乳杆菌可抑制Th17 细 胞 分 化 并 降 低IL-17、RORγt 表 达，促 进Tregs 分化及调节IL-10、Foxp33 表达［47］。

最近，有报道称肠道微生物群的变化与Th17/Treg 平衡的相关性可能由表观遗传机制介导，共生细菌通过SCFAs 影响miRNA 的表达是其潜在机制之一。丁酸盐已被报道可以影响44 种不同的miR‐NAs 在人类细胞中的表达，其中包括miR-17-92 簇成 员miR-17［17］，Wu 等［48］报 道miR-17 会 促 进Th17介导的炎症。另外，有明确证据表明miR-21 通过靶向抑制SMAD-7（TGF-β 信号的负调节剂）来促进Th17 分化［49］；同样的，miRNA 也在一定程度上影响着Treg 的分化。单个miRNA 簇miR-17-92 在T 细胞活化过程中以CD28 共刺激依赖的方式上调，对器官特异性自身免疫的发展有显著影响，而在缺乏miR-17-92 的情况下，会显著影响Treg 的积累及IL-10 的分泌。

4 讨论

综上，UC 的发病与肠道菌群、Th17、Treg 细胞均有一定的相关性。当UC 发生时，肠道菌群失衡，持续刺激宿主免疫系统诱发炎症。Th17/Treg 的比例上调，表现为血清中Th17 相关促炎因子IL-6、IL-17A 和IL-17F 浓度增加，Treg 相关抗炎因子TGFβ、IL-10 则相应减少，在介导UC 的发病过程中二者可能并非单独出现，而是相互作用伴随出现，进而导致免疫失衡参与疾病进展。Th17/Treg 细胞的平衡可以通过减少Th17、促进Treg 以及增强Th17 与Treg 细胞之间的表型转移来恢复。肠道菌群在UC的发生发展中起着重要作用，其变化涉及多种因素，并不是简单的因果关系，而是复杂、动态的。肠道微生物群的组成及代谢失调、部分单一微生物群、单个微生物群的组合都可能是导致UC 的原因。然而，当前对于个体微生物群和人类宿主致病性的认识还很有限，截止目前，没有一种细菌被明确证明是UC 的直接病因，在特定宿主中治疗细菌种群的分子靶点也尚未确定。

作为UC 病因研究的热点方向之一，肠道菌群与多种疾病均有一定相关性。鉴于目前UC 发病率的不断上升以及肠道菌群与Th17/Treg 免疫轴之间存在的重要相关性，未来应着眼于肠道微生物群的治疗学，设计更为完善的实验，建立确切的UC 肠道菌群模型，进行大规模的前瞻性纵向研究，通过积极探求肠道菌群与Th17/Treg 免疫轴之间的相关性，从而为基于肠道菌群治疗提供一个新的靶点。