肠道菌群与狼疮性肾炎相关研究进展

祝秋玉 尤燕舞

【摘要】 肠道菌群近年已成为肠道稳态研究的热点，在多种疾病中有着重要的生理功能，人们逐渐认识到肠道菌群在狼疮性肾炎（lupus nephritis，LN）的发病机制中也占据着举足轻重的地位，为此文章基于较新的研究报道，阐述肠道菌群与LN之间的相互关系及其未来的治疗作用。

【关键词】 肠道菌群;狼疮性肾炎;肠黏膜屏障;免疫反应;微生物调节

中图分类号：R593.24+2   文献标志码：A   DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.07.001

【Abstract】  Intestinal flora has become the hot spot of gut homestasis research in recent years， it has an important physiological function in various diseases， people gradually realize that intestinal flora also plays a pivotal role in the pathogenesis of lupus nephritis （LN）. Therefore， this paper expounds relationship between intestinal flora and LN and its future therapeutic effect based on  new research reports.

【Key words】 intestinal flora; LN; intestinal mucosa barrier; immune reaction; microbial regulation

肠道细菌及其代谢产物具有维持宿主肠道微生态平衡、增强免疫功能、调节肠道动力、影响营养物质吸收等重要的生理功能，目前认为菌群失调与免疫失调和炎症反应之间密切相关。系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）是一种严重程度不同的多系统自身免疫性疾病，其病因是多因素的，主要涉及遗传、表观遗传和环境因素。LN是系统性红斑狼疮严重的并发症，临床上50%以上的系统性红斑狼疮患者肾脏受累。肠道菌群作为肠道内环境的重要组成部分已成为近年来肠道稳态研究的热点，人们逐渐认识到肠道菌群在LN的发病机制中也占着举足轻重的地位，本文将肠道菌群与LN患者的研究新进展进行综述。

1 肠道菌群简述

人体内的微生物主要寄居在肠道中的大量微生物，称为肠道菌群，其构成主要有细菌、古细菌、真菌、病毒等[1]。它们在人体营养代谢、发育及免疫方面起到重要的作用，因此被誉为第二基因组肠道细菌及其代谢产物，具有维持宿主腸道微生态平衡、增强免疫功能、调节肠道动力、影响营养物质吸收等重要的生理功能[2]，可以通过调节肠道激素的分泌、激活免疫应答等途径调节糖脂代谢，因而胃肠道被认为是人体最大的免疫器官，许多淋巴因子与免疫因子的聚集地[3]。然而，肠道细菌组成比例并不完全是静态的，婴儿在出生时肠道处于暂时性的无菌状态，免疫系统发育不完善，出生后3个月菌群会循序渐进的定植，首先是兼性厌氧菌，其次是厌氧菌[4]。随着外界因素的改变，尤其在一些病理状态下，可能会引起定植菌群的失调，也称营养不良，从而引起代谢紊乱，与包括自身免疫性疾病在内的多种宿主疾病的发病机理有关。同样，遗传易感人群的肠道组成改变可能会影响全身免疫，导致自身抗原耐受性下降[5]。这就表明疾病的发生和肠道菌群失调谁是因谁是果还有待进一步研究，也说明微生物群与宿主免疫系统之间的相互作用是众多、复杂和双向的，免疫系统必须学会耐受共生微生物，并对病原体做出适当反应，所以微生物群是免疫系统正常运转所不可或缺的。

2 肠道菌群对肠黏膜屏障功能的影响

人体胃肠道由1014 细菌组成，这些肠道菌群与肠黏膜上皮密切接触，通过影响肠黏膜屏障功能和宿主免疫系统，即肠黏膜免疫系统起调节作用[6]。肠黏膜屏障是微生物群和肠道免疫系统之间的空间相互作用的一道物理屏障，第一层黏液层组成的变化会影响肠道菌群，如B细胞可将微生物抗原特异性分泌型IgA（sIgA）分泌到肠腔中，也可从上皮细胞中排除微生物。大约20%的肠道微生物都被sIgA包被，sIgA涂层在结肠炎和炎症过程中会增加，sIgA涂层有靶向细菌调理作用，但不会激活补体，可以在肠道中提供定植优势[7]。产生sIgA克隆的肠浆细胞可以被新的抗菌反应所竞争，从而使黏膜免疫系统对不断变化的微生物群做出反应。第二层由至少七种分化的细胞类型组成，这些细胞类型共同维持屏障完整性并在紧密连接的情况下提供对病原体的防御力。肠上皮细胞（IEC）是上皮细胞的主要吸收细胞，由微绒毛的存在决定，但是肠上皮细胞的作用不仅限于营养吸收。它们是维持肠道完整性和黏膜免疫力的重要细胞。杯状细胞在防止病原菌与上皮之间的相互作用中有助于维持共生细菌和肠道稳态。Paneth细胞在维持肠道屏障方面也提供了独特的保护来源，Paneth细胞产生AMPs、溶菌酶、分泌型磷脂酶A2、C-凝集素RegIIIγ、α-和β-防御素以及血管生成素-4，以保护宿主免受致病细菌的侵害，同时使微生物群的组成得以改变。肠内分泌细胞在促进黏膜免疫中的作用尚不完全清楚。然而，免疫系统和肠内分泌细胞之间存在相互作用[8]。第三层由固有层和肠系膜形成，主要以肠相关淋巴样组织位于该层内。在固有层中，可以发现由隐窝斑和Peyer斑形成的成熟的孤立淋巴滤泡。微生物组的变化可能是由于暴露于各种环境因素包括饮食、毒素、药物和病原体引起的。而肠道病原体最有可能引起微生物营养不良，并可能引发局部和全身性炎症。微生物组组成和屏障功能的改变可导致自身免疫性疾病和慢性炎性疾病，代谢功能障碍和癌症的发展[9]。大量证据表明，肠道微生物群可能与自身免疫性疾病患者的疾病进展有关，可能的机制包括分子模拟，对肠黏膜通透性的影响，微生物群引起的宿主免疫反应以及抗原模拟[10]。肠道菌群通过影响局部黏膜免疫的功能对全身免疫系统发挥作用，导致多种免疫性疾病的发病，尤其是因错误的识别并攻击自身组织而导致的自身免疫性疾病。

3 肠道菌群参与免疫炎症

狼疮性肾炎患者肠屏障处的不适当免疫反应可能导致机体对微生物群的耐受力下降，从而导致特定细菌群的扩张和/或收缩，这些菌群可能会以营养不良状态达到高潮，致全身炎症反应，由某些环境因素触发该屏障的破坏导致对微生物群的炎症反应，从而导致分泌破坏性分子的嗜中性粒细胞的浸润增加，促炎性抗原呈递巨噬细胞或树突状细胞的分化，以及T细胞优先极化至Th1或Th17子集。肠道营养不良不仅影响抗原呈递细胞的Toll 样受体（TLR）的表达水平，而且还导致Th17/Treg失衡。B细胞将微生物抗原特异性分泌型IgA分泌到肠腔中，也可从上皮细胞中排除微生物[11]。所以肠道菌群的组成和代谢产物在产生抗体，塑造B细胞组成，维持Th17/Treg平衡，调节Th17细胞的不同亚群以及调节T辅助细胞不同种群的体内平衡方面起着主要作用[12]。炎症共刺激可促进自身反应性Th17或Th1细胞的分化，长期存在或抑制不当的Th17或Th1细胞可诱发炎症性疾病。脆弱类杆菌是肠道内带有荚膜的革兰阴性短杆菌，可通过其菌体成分荚膜多糖A活化并诱导IL-10产生Tregs发挥抗炎作用，这种分子作用的机制可能与PSA通过TLR2信号通路抑制机体的免疫应答，下调Th17等促炎因子的免疫反应有关。乳酸杆菌是正常存在于人体内的益生菌，具有重要的免疫调节作用，其数量不仅可以影响机体免疫，而且还可以通过影响T细胞的功能调节机体免疫状态，免疫刺激性益生菌的特征在于Th1和Th17细胞的进展以及NK细胞活化的诱导，可以改善炎症和自身免疫性疾病并诱导耐受性[13]。

4 LN的肠道菌群表现

SLE是一种典型的自身免疫性疾病，涉及多个器官，特别是在育龄女性中。SLE的特征是自身抗体产生和免疫复合物沉积，对各种自身抗原的耐受性丧失是SLE的關键特征[14～15]。LN是系统性红斑狼疮严重的并发症，临床上50%以上的系统性红斑狼疮患者有肾脏受累，约占继发性肾小球疾病的70%[16]。目前认为LN的发生、发展可影响人体组织器官功能，特别是对胃肠道的组织结构、屏障功能和动力学等影响更为显著。一项研究在狼疮易感小鼠体内发现乳酸菌的减少及毛螺菌的增加与病情的严重程度相关[17]。正常肠道菌群不仅可以与肠黏膜紧密结合构成肠道的生物屏障，阻止细菌、病毒和食物等抗原的入侵，还可参与人体多种正常的生理代谢过程。在宿主方面，先天性和适应性免疫系统的协调，以在微生物群和宿主上皮层之间提供生化屏障，并最大程度地减少微生物与上皮细胞之间的直接接触。据此我们推测肠道菌群与LN的发生发展也有着重要的联系。可能在狼疮性肾炎中适应性免疫系统和先天性免疫系统均被改变。

5 肠道菌群在LN发病机制中的作用

在一些研究中，生物失调已被证明与SLE有关。肠道微生物群生物失调在动物和人类中都与SLE有关。SLE患者的免疫状态是快速控制肠道微生物群代谢组的一个主要因素，研究发现在易患狼疮的雌性小鼠中，乳酸菌明显枯竭，并且鞭毛藻科和总体多样性增加。携带丁酸盐生成属的梭菌科和梭菌科在狼疮发展过程中的特定时间点在易患狼疮的小鼠肠道中含量更高，并提供了证据表明益生菌乳酸杆菌和视黄酸作为膳食补充剂可减轻狼疮患者的炎症[18]。一项研究报告肠道微生物群在LN的发病机制中的作用，使用了5种乳杆菌菌株（Lactobacillus oris，鼠李糖乳杆菌，罗伊氏乳杆菌，约氏乳杆菌和加氏乳杆菌）的混合物，在MRL/lpr模型小鼠上研究表明其具有泄漏的肠道，通过增加的乳杆菌定植而逆转，乳杆菌通过降低IL-6和增加肠道中IL-10的产生而有助于抗炎环境。在循环中，乳杆菌处理增加IL-10并降低IgG2a，其被认为是MRL/lpr小鼠肾脏中的主要免疫沉积物。在肾脏内部，乳酸杆菌处理也使Treg-Th17平衡倾向于Treg表型。这些有益效果存在于雌性和阉割雄性小鼠中，但不存在于完整雄性小鼠中，这表明肠道微生物群以性激素依赖性方式控制狼疮性肾炎[19]。很少有人类研究来确定肠道微生物发育失调对LN发育的影响。因此，在这个发展领域，需要进行更多的研究来描述肠道微生物群对LN发病机制及其表现的确切作用。

6 狼疮性肾炎的微生物调节治疗选择

6.1 益生菌

一些实验和临床研究表明乳酸菌和双歧杆菌菌株对炎症和自身免疫性疾病具有有益的作用。益生菌不仅可以提高营养素的生物利用度和适度的健康，还可以帮助调节胃肠道生态系统，并刺激多种免疫细胞的免疫调节特性[20]。已发现益生菌在预防、治疗自身免疫性疾病中的机制主要归因于减轻炎症反应和增加对病原菌的非特异性宿主抗性[21]。另一研究从69种不同乳酸菌的菌株中，初步选择由14株属于不同物种的菌株组成，在模拟胃肠环境中进行功能测试，结果显示：特异性菌株抑制临床分离株的生长，而其他菌株则优于诱导抗炎细胞因子IL-10。基于功能测试和一般关于益生菌设计和安全性的标准，选择了以下六种菌株的制造（生态641）：双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、乳杆菌、嗜酸杆菌、干酪乳杆菌、唾液乳杆菌和乳球菌。这些菌株的组合促成了更广泛的抗菌谱，与单个成分相比，更好地诱导IL-10促炎细胞因子的沉默。因此，乳杆菌可能在狼疮的发病机理中起到预防作用[22]。通过高通量测序研究狼疮小鼠和人类的肠道微生物群落，发现在SLE患者中，无论种族如何，Firmicutes与细菌的比率都持续降低，与所使用的动物模型（MRL/Lpr小鼠或NZB/WF1小鼠）乳酸杆菌的相对丰度不同[23]。综上可知益生菌可作为预防和/或治疗狼疮性肾炎肠道微生态的主要选择。

6.2 抗生素

抗生素可以用于去除或抑制人微生物组的不良成分，抗生素类靶向治疗可以减少肠道中的特定细菌类群[24]。有证据表明，低剂量抗生素治疗会降低兼性厌氧菌的数量，同时严格厌氧菌的数量也会随之增加。因此，长时间使用抗生素作为治疗选择时必须谨慎，因为存在诱发炎症性疾病的潜在风险。另一方面，与兼性厌氧菌相比，高剂量的抗生素会逆转这种作用，严格厌氧细菌的数量大大减少[25]。一项研究将4周龄和12周龄的小鼠分为两组，分别接受抗生素或媒介物对照，在实验开始和结束时，收集血液，肾脏和肠组织对粪便细菌负荷和蛋白尿进行定量分析，结果表明抗生素治疗有效地耗尽了粪便微生物群，损害了肠相关淋巴样组织结构并影响了小鼠IgA的产生。最终粪便细菌负荷与IgAN的关键临床和病理生理特征密切相关，使用广谱抗生素治疗可逆转疾病[26]。另一项研究在微生物菌落定植的无菌小鼠中阐明缺血/再灌注损伤的严重性会随着受体小鼠炎症的加剧而加剧，而口服抗生素可消除微生物，从而防止缺血/再灌注损伤，这种肾脏保护作用与减少的Th17、Th1反应以及调节性T细胞和M2巨噬细胞的扩张有关[27]。所以在使用激素、免疫抑制剂的同时靶向肠道菌群可能会在LN中提供一种新颖的治疗策略。

6.3 饮食

饮食是决定个体微生物组成的最重要的环境因素之一，长期膳食摄入会影响居住在人体肠道中的数万亿微生物的结构和活性[28]。饮食、遗传和肠道微生物组是代谢状态的决定因素，部分是通过肠道微生物群产生代谢物[29]。膳食纤维发酵会产生几种有益的次生代谢产物，例如维生素和短链脂肪酸（SCFA），它们在宿主的营养和免疫调节中起着至关重要的作用[30]。SCFA是结肠中必不可少的次生代谢产物，可以增加共生细菌的生长并帮助维持均衡的微生物组。SCFA与免疫细胞直接相互作用使宿主免疫系统保持体内平衡。许多研究报告了SCFA在细胞加工中的重要性，例如细胞凋亡、趋化性、分化、增殖和肠上皮及与肠相关的免疫细胞的表达。一类丰富的微生物代谢产物是适应性免疫微生物群落共适应的基础，并促进结肠稳态和健康。SCFA通过被动扩散或钠依赖性/非依赖性单羧酸盐转运蛋白转运到细胞中。增加的SCFA水平通过GPR43介导的途径或抑制组蛋白H3脱乙酰基作用（HDAC）增强T细胞分化，从而导致Treg细胞分化增加，Treg的产生和SCFA维持上皮完整性减轻了肠道炎症[31]。我们可以从饮食中摸索LN患者的饮食类别，有望作为营养科医生常规指导及教育患者饮食。

6.4 粪便菌群移植

粪便微生物菌群移植是一种独特的技术，其中将来自供体的健康菌群转移到患有营养不良症的患者中，以恢复受体的普遍性，从而治疗潜在疾病[32]。粪便菌群移植相关的变化会受到饮食和宿主免疫因素等环境因素的影响。健康个体的微生物组会随着环境的影响以及时间的推移緩慢变化，而粪便菌群移植则表明微生物组发生了剧烈变化。然而，尽管有证据表明粪便菌群移植后临床可恢复，但宿主微生物组的永久恢复未必一定会遵循。粪便菌群移植带来的另一个风险是已知与肥胖症和代谢综合征等疾病有关的细菌的潜在传播。在小鼠中，肥胖个体的微生物群转移增加了小鼠的肥胖，提示通过粪便菌群移植转移与细菌相关的未知疾病的潜力。因此，粪便菌群移植的效果需要随时间进行监控，以识别和解决不利变化，这表明微生物衍生的代谢产物可能对治疗有帮助，但目前没有研究表明粪便菌群移植可以完全缓解自身免疫性疾病[33]。

7 总结与展望

我们仍处于全面理解微生物群中所有基因、代谢物和蛋白质的早期阶段，这些基因、代谢物和蛋白质是与所述免疫功能复杂相互作用的基础。可能很难区分微生物群的变化是疾病过程的结果还是导致疾病发作的诱因。当在动物模型中接种某些细菌菌株时，它们在疾病发展中建立了明确的因果关系，为未来的研究提供了重要的证据。这将帮助我们了解如何诱导微生物群变化以促进有益细菌的生长。近年来，越来越多的研究表明，包括抗生素、益生菌、抗菌干预、粪便菌群移植和选择性益生菌在内的几种方法都可以调节肠道菌群。但一些不适当的抗生素使用，甚至非抗生素药物都与肠道菌群组成的变化有关。越来越多的实验和临床证据表明，肠道菌群失调所引起的慢性炎症反应可以极大地促进自身免疫性疾病的发展。

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（收稿日期：2021-05-18 修回日期：2021-06-29）

（編辑：潘明志）