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重症急性胰腺炎中的肠道免疫与菌群紊乱

2021-11-29殷诺铭曾悦

中华胰腺病杂志 2021年3期
关键词:屏障胰腺淋巴细胞

殷诺铭 曾悦

上海交通大学附属第一人民医院消化内科,上海胰腺病重点实验室,上海 200080

【提要】 SAP是临床常见的急腹症之一,病情凶险,病死率高。SAP早期即可出现肠道屏障功能障碍。肠道免疫系统和肠道菌群与肠道屏障功能密切相关,二者在SAP期间会出现不同程度的改变,影响病情及预后。基于肠道菌群的肠道免疫疗法治疗SAP备受关注,但其临床应用的有效性及安全性仍有待更深层次的研究。

SAP是一种严重威胁生命的疾病,常并发胰腺局部或全身感染、SIRS、MODS等,病死率高达20%~40%[1]。肠道屏障功能障碍在SAP进展中起着重要的作用。Wu等[2]在一项Meta分析中通过对肠道上皮屏障完整性、肠道屏障功能以及细菌易位3方面进行评估,发现约59%AP患者合并肠道屏障功能障碍,且SAP死亡人数的80%是因为肠源性感染[3]。肠道免疫系统和肠道菌群作为肠屏障功能的重要组成部分,在SAP时会发生不同程度的变化。本文就SAP时肠道免疫功能改变、肠道菌群紊乱以及基于肠道菌群的免疫疗法进行阐述,以期对SAP的研究与临床诊疗有所帮助。

一、肠道免疫系统的组成

作为机体最大的免疫器官,肠道含有数量最多的免疫细胞。肠黏膜免疫系统主要可以分为诱导性部位和效应性部位[4]。诱导位点主要由包括Peyer斑和孤立淋巴滤泡等在内的肠黏膜相关淋巴组织(gut-associated lymphoid tissue,GALT)、局部和区域引流淋巴结(lymph nodes,LNs)组成,是原始T、B细胞在肠道抗原刺激下活化的部位。效应位点主要位于肠道上皮层、固有层以及部分肠道外分泌腺的间质,各种免疫细胞在此处进一步分化成熟并发挥作用,如合成分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,sIgA)[4]。诱导位点与效应位点协同作用,通过发挥固有免疫、适应性免疫功能,维持肠道稳态。

二、SAP时肠道免疫功能的变化

免疫反应失衡是SAP患者病情恶化的重要原因。SAP可出现SIRS、代偿性抗炎反应综合征(compensatory anti-inflammatory response syndrome,CARS)、混合性抗炎反应综合征(mixed anti-inflammatory response syndrome,MARS)等不同的免疫阶段。既往认为SIRS和CARS是SAP中连续出现的两个阶段,而最近的研究发现,在SAP早期SIRS和CARS即呈平行发展,促炎和抗炎反应同时存在,而无论是何种反应占主导,都可能导致SAP病情进展[5-6]。肠道作为机体最大的免疫器官,在SAP中也会出现免疫功能的改变。

1.肠道固有免疫功能受损:完整的肠上皮细胞和上皮细胞间紧密连接构成肠道机械屏障,将肠腔内容物及抗原与固有层分隔。作为机体防御病原体的第一道防线,肠道机械屏障在SAP早期即出现损害。SAP时TNF-α等炎症因子瀑布式释放,导致肠黏膜微循环障碍、缺血再灌注损伤以及由此引发的氧化应激和内质网应激,是造成肠道机械屏障损伤的主要机制[7]。在上述机制的作用下,肠上皮细胞凋亡显著增加[8],同时上皮细胞间紧密连接蛋白如ZO-1、ZO-2、occludin以及claudin-4等表达均降低,导致肠黏膜机械屏障完整性破坏[9-10]。最近的研究发现SAP时释放的大量高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)可影响claudin-2和occludin等紧密连接蛋白的表达,损伤肠道机械屏障[11]。此外,Paneth细胞及其分泌的多种抗菌肽、杯状细胞及其分泌的黏液对肠黏膜均具有重要的保护作用,而SAP时回肠末端的Paneth细胞数目及其分泌的抗菌肽减少,肠道杯状细胞数目减少、黏蛋白MUC2表达下调导致肠黏液层变薄,进一步加重肠黏膜的损害[10,12]。多重损害导致肠黏膜机械屏障功能障碍、固有免疫功能受损、肠通透性增高,为细菌易位、继发感染创造了条件,而细菌易位可通过募集炎症细胞进一步增加肠黏膜的通透性,形成恶性循环,加重肠道的损伤、促进病情的恶化[9,13]。

2.淋巴细胞数目减少及功能改变:SAP时肠道淋巴细胞数目减少。在大鼠急性坏死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis, ANP)早期,肠黏膜固有层的CD3+CD4+T淋巴细胞减少,同时肠道病原菌产生大量毒素,Peyer斑接受抗原负荷增加,出现较多的B淋巴细胞凋亡[14-15]。此外,淋巴细胞归巢功能减弱也可引起肠道淋巴细胞减少。Peyer斑整合素α4β7与小静脉内皮上表达的黏附分子MAdCAM-1相互作用,构成肠淋巴细胞归巢的主要分子基础,而ANP大鼠外周血中整合素α4β7阳性的淋巴细胞数量明显降低,肠黏膜固有层中CD3+CD4+T淋巴细胞减少,提示Peyer斑整合素α4β7表达下降可能是导致肠道的淋巴细胞数量下降的原因[16]。最近的研究发现,在SAP早期胰腺出现坏死改变的同时,肠系膜淋巴结中的T细胞呈现抗炎性分化,更多向着Th2和调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs)方向分化,即表现为SIRS和CARS同步[6]。

3.sIgA合成和分泌减少:sIgA是肠道以非炎症方式产生免疫保护作用的关键物质,其中Peyer斑和固有层中的浆细胞是产生和分泌sIgA的主要部位[17]。有研究显示,SAP时肠道的sIgA分泌减少。Qiao等[14]发现,大鼠粪便sIgA浓度在造模ANP后24、48和72 h显著降低。Peyer斑等部位淋巴细胞减少,并同时伴有功能障碍,进而导致sIgA分泌降低。Zhong等[18]观察到肠内营养联合益生元治疗ANP大鼠时,肠黏膜sIgA的浓度显著升高,肠黏膜免疫功能得到改善。最近的研究显示,用黄芪多糖干预ANP大鼠时,肠道sIgA分泌增加,其机制可能是黄芪多糖提高了淋巴细胞的增殖分化能力、抑制了淋巴细胞凋亡[19]。

三、肠道菌群与肠道免疫间的关系

哺乳动物的肠道定居数以万亿计的肠道共生菌,对肠道免疫系统有着广泛的影响。表达在大部分肠道免疫细胞表面的模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)通过识别肠道内的微生物相关分子模式(microbiota-associated molecular patterns,MAMPs)引起Paneth细胞释放抗菌肽、杯状细胞产生黏液等多种固有免疫反应,也可通过树突状细胞维持黏膜下的适应性免疫反应[20],如梭状芽孢杆菌(Clostridium)Ⅳ和ⅪⅤa等共生菌可影响肠道Tregs的生成[21]。共生菌的代谢物,如短链脂肪酸、色氨酸代谢物等在调节肠道免疫功能中同样具有重要的作用[22]。而肠道菌群缺乏会导致无菌小鼠肠道免疫缺陷,对病原体的早期免疫反应受损[23],提示肠道菌群在肠道免疫中起着重要作用。同时肠道免疫反应也可以调节肠道菌群的结构和组成,两者相互作用,共同维持肠道功能的稳态。

1.SAP时存在肠道菌群紊乱:作为肠道生物屏障的肠道菌群,在SAP发病中起着重要的作用,也是引起肠源性感染的重要原因。Li等[24]研究发现,无菌鼠诱发AP时胰腺的损伤减轻,而粪便菌群移植则加剧胰腺损伤。Zheng等[25]研究也发现,肠道内无菌会明显减轻ANP大鼠的胰腺和肠道损伤,以上现象均证明肠道菌群参与了SAP的发病。SAP的肠道菌群紊乱主要表现为肠道菌群多样性降低和结构改变[10,24]。Tan等[26]研究发现,AP患者肠道菌群多样性降低,致病性肠球菌、肠杆菌科增加,双歧杆菌减少。最近Zhang等[27]发现,AP患者肠道中拟杆菌门、变形菌门丰富度增加,而厚壁菌门、放线菌门丰富度降低。Chen等[10]研究发现ANP大鼠肠道菌群多样性降低,大肠埃希菌-志贺氏菌丰度显著提高,且丰度的提高与肠道屏障功能损伤呈正相关。最近van den Berg等[28]研究发现,AP时肠道产丁酸盐的细菌丰富度降低。胰腺感染是晚期SAP患者死亡的主要原因,而胰腺或其他器官的感染主要是由肠道细菌易位引起的[29]。Li等[30]在68.8%AP患者的外周血中检测到大肠杆菌-志贺菌等肠道来源的致病菌DNA。研究发现,SAP时细菌易位主要发生在小肠,结肠出现细菌易位的频率较低[29]。综上所述,肠黏膜损伤、肠道菌群紊乱、细菌易位间相互作用,进而导致SAP时病情的恶化。

2.SAP时肠道菌群紊乱与肠道免疫改变间的联系:肠道菌群与肠黏膜免疫系统间存在较为平衡的相互作用,而SAP时二者间的平衡很有可能被打破。SAP时肠道菌群紊乱,部分益生菌及其代谢产物减少[28],而各种肠黏膜损伤、坏死的成分,以及增多的致病菌分别作为危险相分子模式(danger-associated molecular patterns,DAMPs)、病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)与PRR结合,这一转变,可能导致肠黏膜免疫反应失调,加重肠道损伤[20]。Zheng等[25]使用共生大肠杆菌MG1655灌无菌鼠胃肠道后诱导ANP,发现MG1655可通过增加TLR4/MyD88/p38 MAPK和ERS信号转导加重对肠上皮细胞的损伤,进而加重大鼠ANP。相应地,SAP时肠道机械屏障受损、Paneth细胞功能障碍、sIgA分泌不足等肠道免疫功能障碍也会加重菌群紊乱。Chen等[10]研究发现,ANP时肠道大肠埃希菌-志贺菌丰度的提高与 Paneth细胞及抗菌肽减少有关。Guo等[31]研究发现耗竭Paneth细胞后会进一步降低ANP大鼠肠道菌群多样性,加重胰腺与肠道的损伤,这说明SAP肠道免疫改变与菌群紊乱间密切相关。由此可见,SAP时肠道菌群紊乱与肠黏膜免疫功能障碍相互影响,恶性循环,可能是加重肠道损伤、引起肠源性感染、致使病情恶化的重要原因。

四、基于肠道菌群的肠道免疫治疗

体内免疫反应的失衡是导致SAP患者病重甚至死亡的重要原因之一,调节免疫功能是治疗SAP重要手段。目前,对于SAP的免疫调节疗法更加关注对于免疫细胞的调节,早期改善肠道免疫功能对于改善SAP预后具有关键作用[5]。研究发现,在早期肠道营养中添加谷胺酰氨、精氨酸等营养物质的免疫营养治疗能改善AP时的肠道免疫功能[32]。最近的研究发现,补充丁酸盐、低甲氧基柠檬果胶、菊粉型果聚糖等膳食纤维以及壳寡糖等物质能通过改善肠道屏障功能、减轻肠道炎症、调节肠道菌群,缓解AP和SAP的病情[9,28,33]。

在过去几年中,益生菌在恢复SAP肠道菌群和改善肠道损伤中的应用引起广泛关注。多名学者研究发现,使用6种益生菌菌株混合物能够减轻AP时胰腺和肠道的损伤,改善肠屏障功能,调节肠道菌群,减少细菌易位[34-35]。最近Pan等[36]发现,丁酸杆菌灌胃预处理可通过改善肠通透性、重塑肠道菌群减轻AP的严重程度[34]。但目前关于益生菌对SAP的临床治疗效果尚没有统一的意见。Olah等[37-38]开展了两项关于益生菌治疗AP的随机对照试验,一项结果表明,益生菌治疗后感染性并发症发生率明显下降;另一项结果发现,益生菌治疗后发生MODS的风险下降,而感染性并发症的发生率却没有明显改变。此外,Karakan等[39]发现益生菌能显著降低SAP并发症的发生率,缩短患者住院时间。然而,Besselink等[40]使用益生菌治疗后,虽然感染性并发症的发生率无显著变化,但死于肠系膜缺血的患者比例明显上升,产生该结果的原因可能是高负荷的微生物数量激发局部炎症并增加耗氧量,进一步减少肠道血液灌注所致。之后,Tan等[26]研究表明,乳酸菌在恢复肠道菌群平衡方面无明显作用。因此,在SAP治疗中是否应常规使用益生菌仍存在争议。《中国急性胰腺炎诊治指南(2019年,沈阳)》[41]认为,益生菌可调节肠道免疫和纠正肠道菌群失调,从而重建微生态平衡,但对SAP患者是否应该使用益生菌的治疗尚未达成共识。

五、小结

综上所述,肠道作为机体最大的免疫系统与微生物栖息地,在SAP发病时都发生不同程度的改变,影响着SAP患者病情与预后。过去的研究对于SAP时肠机械屏障损害、菌群紊乱已有许多报道,而对于肠道免疫细胞、维持肠道功能研究却很少。此外,肠道黏膜中的巨噬细胞、Th17细胞、Tregs细胞、固有淋巴细胞等多种免疫细胞以及IL-22、IL-17、IL-10等因子在保持正常肠道结构和功能中均发挥重要的作用。未来的研究可以更多地探讨SAP时肠道免疫功能变化及其机制,以期通过对肠道免疫功能进行及时、有效地干预,改善SAP患者的病情及预后。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

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