肠道菌群与甲状腺疾病的关系

杨双竹,兰丽珍

(1.山西医科大学，太原 030001； 2.山西医科大学第一医院全科医疗科，太原 030001)

肠道菌群是指在宿主胃肠道内定植的有机微生物群，其数量是人体细胞总量的10倍，或是人类基因数量的150多倍，总重量达1～1.5 kg，肠道菌群参与机体的营养吸收、激素合成与代谢、免疫应答调节与稳定[1-3]，在许多内分泌及免疫相关疾病(如糖尿病[4]、类风湿关节炎[5]、炎症性肠炎[6])中发挥重要作用。当机体内环境失衡或受到外界环境刺激时,肠道菌群的动态平衡被打破，菌群数量或结构出现异常，称为“肠道菌群紊乱”。临床常见的甲状腺疾病有自身免疫性甲状腺疾病(autoimmune thyroid disease，AITD)，主要包括Graves病、自身免疫性甲状腺炎，以及甲状腺功能减退症、甲状腺癌等，近年来甲状腺疾病的发病率逐渐升高，其中以AITD为著。甲状腺疾病的具体发病机制尚不明确，现有证据表明与环境和遗传因素有关[7]，其中免疫调节紊乱在疾病发生发展中的作用不容忽视。为了更好地探究肠道菌群与甲状腺各类疾病的关系，现就各类甲状腺疾病患者肠道菌群的改变及其参与甲状腺疾病发病的机制进行综述。

1 肠道菌群

人体携带的正常微生物的数量高达1014个[8]。微生物在胃肠道中广泛分布，肠道菌群又被称为“人类的第二基因库”[9]。数十万年来，肠道菌群与人体共同进化，互为环境。在宿主不同生命阶段肠道菌群都有其独特的组成和功能特征，在成人阶段更为稳定[10]。肠道菌群主要通过代谢产物和自身产生的蛋白质直接或间接调节人体的免疫状态，以维持其与宿主之间复杂的动态平衡。

研究表明，肠道菌群与人体自身免疫性疾病、慢性免疫疾病密切相关，甚至与其患病机制直接相关，如系统性红斑狼疮[11]、类风湿关节炎[5]、1型糖尿病[4]、炎性肠病[6]、多发性硬化症[12]、银屑病[13]、白塞病[14]等。近年来，甲状腺疾病的发病率逐年升高，其发病机制与机体的自身免疫有关，甲状腺疾病中肠道菌群的改变及其作用也引起了关注。

2 甲状腺疾病中肠道菌群结构的改变

2.1AITD AITD在世界范围内的发病率为5%[7]，是最常见的器官特异性自身免疫性疾病,其中以桥本甲状腺炎最多见，其特征是产生甲状腺自身抗体——甲状腺过氧化物酶抗体和抗甲状腺球蛋白抗体，同时炎症细胞浸润甲状腺，破坏甲状腺滤泡，使实质组织大量纤维化，导致甲状腺功能减退。桥本甲状腺炎的确切病因尚未完全阐明，可能是遗传易感性[15]和各种环境因素相互作用的结果，前者表现在主要组织相容性复合体Ⅰ类、Ⅱ类基因和一些非主要组织相容性复合体基因的基因多态性，后者则包括碘过量或缺乏、药物(如α干扰素、胺碘酮)、锂、维生素D、环境暴露[16]、细菌和病毒感染(如小肠结肠炎耶尔森菌和丙型肝炎病毒[17])等。

肠道细菌的过度生长在AITD的发生发展中发挥重要作用，Zhao等[18]对28例桥本甲状腺炎患者和16名健康对照者的粪便样本进行微生物群构成分析发现，两组的27个菌属比较差异有统计学意义，并与相关临床指标(甲状腺激素水平、甲状腺相关抗体等) 强相关；该研究还发现，桥本甲状腺炎患者粪便微生物群布拉提菌、鲁米诺球菌、罗布特西亚菌、罗斯布里亚菌、多拉菌、梭状芽孢杆菌以及真杆菌等菌属的丰度有所上升，而粪细菌、拟杆菌、拉克诺氏菌和普沃氏菌等菌属的丰度有所降低。Ishaq等[19]则认为，与健康人群相比，桥本甲状腺炎患者整体肠道菌群丰度和多样性增加，其中普雷沃氏菌属和小杆菌属丰度降低，副杆菌属和大肠杆菌的丰度升高，甲状腺功能减退和甲状腺功能正常的桥本甲状腺炎患者的拟杆菌属丰度减少，而甲状腺功能减退患者肠道厚壁菌属可能减少。以上研究表明,在桥本甲状腺炎患者肠道菌群构成中，厚壁菌门和拟杆菌门是绝对优势菌门；甲状腺功能亢进患者普雷沃氏菌属的丰度明显降低，但降低程度与甲状腺功能状态无关。

2.2甲状腺功能减退症 甲状腺功能减退症是由自身免疫性疾病、药物、甲状腺破坏、上位内分泌器官功能障碍等原因导致的甲状腺激素分泌不足或利用障碍，可引起一系列全身低代谢综合征。甲状腺功能减退症发病隐匿，主要表现为代谢率降低和交感神经兴奋性下降，病程较长，女性发病率远超男性。

小肠细菌过度生长指小肠中细菌数量异常升高，即从空肠近端分离出的大肠菌群>105个菌落形成单位/mL[20]。当肠道细菌生长控制机制受到干扰时，小肠细菌过度生长即可发生，临床以氢葡萄糖呼气试验阳性作为诊断标准。

Lauritano等[21]选取50例因自身免疫性甲状腺炎而出现明显甲状腺功能减退的患者，利福昔明治疗后复查葡萄糖呼吸试验发现，27例患者的氢葡萄糖呼气试验阳性；而抗生素治疗后,患者腹部症状明显改善，故认为甲状腺功能减退与细菌过度生长有关。随后，Konrad等[22]再次证实了该研究结果。健康个体正常的胃肠蠕动可以防止细菌微生物的过度生长，维持肠道内环境稳态。有研究发现，甲状腺功能减退时胃肠道运动功能障碍显著,排空延迟[23]。由此推测，甲状腺功能减退与肠道细菌过度生长互为因果、相互影响。Su等[24]的动物研究也证实了这一观点。因此，对于甲状腺功能减退伴慢性胃肠道问题者应进行小肠细菌过度生长评估。

2.3甲状腺癌 甲状腺癌是最常见的内分泌系统恶性肿瘤，女性发病率远高于男性，是女性最常患的恶性肿瘤之一[25]。根据病理学分型甲状腺癌可分为甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡状癌、甲状腺低分化癌、未分化癌和髓样癌，其中前两者统称为“分化型甲状腺癌”。甲状腺癌的病因与肥胖、辐射、碘摄入不足、基因突变、应激等多种因素有关，也与肠道菌群改变相关。

Feng等[26]对30例甲状腺癌患者和35名健康对照者的粪便样本进行肠道微生物群落特征分析发现，与健康对照者的微生物群落组成相比，甲状腺癌患者的19个菌属显著富集，8个菌属减少，还有一些菌属的改变与载脂蛋白A、载脂蛋白B等相关。PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of Unobserved States)分析和系统分析显示，甲状腺癌组肠道菌群与健康对照组存在12种明显不同的代谢途径；应用液相色谱质谱分析表征代谢物谱发现，甲状腺癌组肠道菌群21个属的72种代谢产物存在显著变化；该研究还发现，联合使用8种代谢物与5个属能更有效地鉴别甲状腺癌患者[26]。朱立威[27]对8例甲状腺乳头状癌患者、2例甲状腺癌合并桥本甲状腺炎患者、11例健康人的新鲜粪便行16S rRNA V4片段测序发现，三组的菌群结构与丰度水平比较差异无统计学意义(高丰度门水平菌群相似——厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门以及放线菌门，低丰度科水平组成存在细微差异)，但两组生物标志物仍存在差异，健康对照组的生物标志物为拟普雷沃菌属和肠杆菌属,甲状腺乳头状癌组的生物标志物为瘤胃菌科属以及毛螺菌科KF843559属。Aghajani等[28]在甲状腺癌患者粪便样本中检测出大量拟杆菌科和理研菌科细菌。

3 肠道菌群的作用

3.1影响甲状腺素的合成与代谢 甲状腺激素的合成依赖一系列微量元素，其中碘和硒发挥首要作用。美国马里兰州一研究所检测经卡那霉素治疗封闭群大鼠的肠道菌群及甲状腺功能，结果发现卡那霉素减少了雌性大鼠肠道中总需氧菌和厌氧菌的数量，且抗生素治疗后3 h，甲状腺摄碘率有所下降，认为肠道菌群数量减少可能会影响甲状腺功能[29]。Hofstee等[30]根据饮食将妊娠期大鼠分为富硒饮食组和低硒饮食分组，结果发现，低硒饮食组大鼠后代的甲状腺代谢水平异常，且与Mehl等[31]的一项横断面研究结论一致。肠道菌群可能通过参与、影响甲状腺激素的合成与代谢影响甲状腺稳态。在肠道菌群处于平衡状态时，有益菌占主导地位，它们通过调节微量元素的利用协助和维持甲状腺功能稳定；当肠道菌群失衡时，甲状腺稳态被打破，甲状腺功能发生异常。Konrad等[22]的研究亦证实肠道菌群可影响甲状腺素的合成与代谢。

3.2影响酶活性 肠道菌群在Graves病中的作用可能与酶活性有关。既往有学者在大鼠和人的肠壁中检测到了脱碘酶[32]。脱碘酶的活性被肠道常驻菌群抑制，当肠道菌群失衡时，菌群对脱碘酶活性的抑制减弱，更多的甲状腺素经脱碘酶作用转化为三碘甲腺原氨酸，从而导致甲状腺功能亢进或疾病严重程度加重。还有研究发现，部分乳杆菌属细菌可以在细胞内将亚硒酸钠固定为硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸(硒元素在宿主体内的两种主要活性形式)，提高人体内硒的水平，参与调解甲状腺激素代谢[33-34]。肠道菌群是否还可通过改变其他酶的活性影响甲状腺疾病的发生发展，仍需进一步研究。

3.3影响免疫反应 一项针对多发性硬化症患者的研究发现，具有高疾病活性和更高Th17表达患者的厚壁菌门/拟杆菌门比值和链球菌相对丰度较大，但普雷沃氏菌菌株数较少，证明肠道Th17与人类小肠中普雷沃氏菌属的相对丰度成反比，普雷沃氏菌属通过减少Th17极化和促进肠水平的抗炎性调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)分化增强抗炎活性[35]。综上所述，肠道菌群可通过菌群组成、结构变化及代谢产物直接或间接影响免疫细胞和细胞因子的产生与激活，以指导淋巴细胞发生，调节甲状腺免疫状态，从而导致疾病发生。

在甲状腺疾病中，肠道菌群失衡的影响主要表现在Th17/Treg轴失衡上。宋影春等[36]研究发现，甲状腺功能亢进患者肠道菌群的丰度和多样性均有所降低，最显著差异来自直肠真杆菌属，其丰度的降低可能与疾病的免疫机制相关。丁酸盐是直肠真杆菌的主要产物，其减少可造成诱导分化的Treg细胞以及抗炎细胞因子释放减少，最终导致甲状腺抗炎能力、肠上皮细胞屏障功能减弱；该研究还认为，对菌群行定量分析对于早期预测甲状腺功能亢进有重要意义。韩璐[37]选取30例初发Graves病患者和30名健康对照者进行研究发现，Graves病患者外周血Th17细胞百分比较健康对照者显著升高，且Th17细胞水平与外周血游离三碘甲腺原氨酸、游离甲状腺素水平呈正相关，同时肠道分节丝状菌和普雷沃氏菌水平也较高，推测肠道细菌可能有促进Th17产生的作用。Shukla等[38]研究发现，耶尔森菌具有与促甲状腺激素受体类似的抗原决定簇，机体感染后外周血免疫球蛋白会在甲状腺滤泡细胞膜上显示出与促甲状腺激素受体抗体类似的活性。另有研究证实,Th17/Treg轴失衡与AITD病情严重程度密切相关，此外，Th22细胞也参与了甲状腺疾病的发生[39]。

肠道细菌过度生长还与肠道有益菌刺激Treg细胞生成增多、活性增强有关。Lakritz等[40]给予小鼠罗伊乳酸杆菌(一种长期存在于肠道的有益菌，其产物罗伊素能改善肠道功能，有预防典型老年性体重增加和嗜睡的作用)喂养发现，罗伊乳酸杆菌能够触发抗炎CD25+Treg细胞，刺激有益机体的免疫反应，改善腺体功能并有效抑制腺体癌变。Cervantes-Barragan等[41]的研究结论与其一致，并更详细地叙述了相关调节机制。

CD4+CD8αα+双阳性上皮内淋巴细胞(double-positive intraepithelial lymphocytes，DP-IELs)是一类最新发现的可与Treg细胞互补的调节性细胞，起源于固有层CD4+T细胞，在上皮层通过下调Thpok(T-helper-inducing POZ/Krueppel-like factor)、上调Runt相关转录因子3和T-bet(T-box expressed in T cell)激活CD8+T细胞谱系程序发挥作用，认为DP-IELs参与了包括口服耐受在内的多种免疫反应。无菌小鼠不存在DP-IELs，表明DP-IELs的分化取决于微生物因素[41]。罗伊乳酸杆菌产生的吲哚-3-乳酸(L-色氨酸的吲哚衍生物)能诱导CD8αα+CD4+T细胞(一种色氨酸的吲哚衍生物)，激活CD4+T细胞中的芳香烃受体，从而使Thpok下调并分化为DP-IELs[41]。可见，在富含色氨酸饮食条件下，罗伊氏乳杆菌可以将上皮内的CD4+T细胞重新编程为免疫Treg细胞。

3.4影响雌激素代谢 目前关于肠道菌群失衡及其与甲状腺癌关系的前期研究尚不完善，具体作用机制仍需深入研究，现阶段仅有肠道菌群失衡影响雌激素代谢的证据。Zahid等[42]对40例女性甲状腺癌患者和40例女性健康对照者的尿液样品进行分析发现，患者尿液样本中的脱嘌呤雌激素-DNA加合物与雌激素代谢物及结合物比值的特异性和敏感性极高，说明甲状腺癌患者体内存在雌激素代谢紊乱，雌激素-DNA加合物的形成可能对甲状腺癌的发生产生影响。2012年，美国独立卫生研究院首次通过人体试验证明，肠道微生物可通过肠肝循环(包括但不限于β-葡萄糖醛酸酶)调节机体非卵巢雌激素水平，55个菌群对雌激素水平有显著影响，其中以厚壁菌门的梭状杆菌属和瘤胃球菌科的3个菌种最为显著[43]。甲状腺癌患者肠道菌群失衡，瘤胃菌科属可能通过影响人体内雌激素水平，在甲状腺癌的发病过程中发挥作用。肠道菌群改变在甲状腺癌中的作用机制是否与其他因素有关还需要更多临床和实验研究的证实。

4 小 结

肠道菌群在维持机体稳态中具有不可忽视的作用，肠道菌群失衡可造成肠内及肠外多种疾病的发生。肠道菌群对于甲状腺疾病的发生发展起促进、诱导或加重作用，但其主要作用机制尚不明确，目前认为与营养失衡、甲状腺激素代谢紊乱和免疫调节改变有关。维持肠道微生物群结构与组成稳定对于预防甲状腺疾病的意义重大。然而，肠道菌群个体化差异巨大，极易受到环境、药物、饮食、心理等不稳定因素影响，因此诊断疾病的定性定量标准、个体化调节治疗形式等仍需进一步探讨和研究，深入研究肠道菌群可为甲状腺疾病提供新的诊疗方向。