肠道菌群与桥本甲状腺炎关系的研究进展

阚宝芹，王晓武，马志军，马德寿

(青海大学附属医院甲状腺乳腺外科，西宁 810000)

肠道菌群种类繁多且与人类共生，分布于人体胃肠道内[1]，又称人体“虚拟器官”，其携带着人体“第二基因”[2]。近年来高通量测序技术的发展促使肠道菌群基因库的建立逐步完善，使研究者对肠道菌群的构成、功能及与疾病的联系有了新的认识。研究表明，肠道菌群与桥本甲状腺炎(Hashimoto′s thyroiditis，HT)之间存在一定关系[3]。HT是以慢性无菌性炎症、循环自身抗甲状腺过氧化物酶抗体和甲状腺球蛋白为特征的自身免疫性疾病，其发病率呈上升趋势，一般发病率为10%～12%[4]。有研究认为，HT是甲状腺乳头状癌的独立危险因素[5]。目前HT的具体发病机制尚未完全明确，可能涉及肠道菌群失调等因素。近年研究报道，肠道菌群通过甲状腺-肠轴参与HT发生发展并改变HT甲状腺功能[6]。随着肠道菌群与HT关系研究的深入，提示可从精准医疗角度探索益生菌、粪菌移植等肠道微生态疗法对HT的治疗效果，但目前可靠和可重复性的研究较少。现就肠道菌群与HT关系的研究进展予以综述。

1 肠道菌群

人类肠道宏基因组及微生物组研究逐渐揭示了全面的人类肠道菌群信息。宏基因组测序表明，肠道菌群基因是人类基因数的150倍，约含330万个基因[7]。肠道菌群主要由细菌、病毒、真菌和原核生物群落等微生物组成，其中细菌又以需氧菌、厌氧菌为主[8-9]，来自不同的12个门，变形菌门、厚壁菌门、放线菌门及拟杆菌门所占比例最多[10-11]。根据对人体产生的不同生理作用肠道菌群分为以下几类：①对身体有益的生理性菌，如双歧杆菌、乳酸杆菌；②一定条件下可致病的条件致病菌，如肠杆菌、肠球菌；③可致病的致病菌属，如志贺菌、沙门菌。年龄、性别、饮食习惯、民族、海拔及药物等因素可影响肠道菌群构成，故肠道菌群构成在不同个体间存在较大差异，但肠道菌群整体在不同个体中仍发挥类似的功能，如人体蛋白谱与代谢物谱相似[12-13]。肠道菌群与人类共生，人体为其提供适宜的生存环境和营养物质，肠道菌群参与机体消化分解和营养吸收[14]、免疫平衡和免疫系统成熟[15]、肠道屏障功能[16]、机体解毒和维生素合成中代谢功能以及淋巴系统发育[17]。肠道菌群紊乱时，机体会发生一系列免疫相关疾病，肠道菌群在免疫性疾病中的重要作用得到广泛关注。

2 肠道菌群与HT

2.1肠道菌群失调与HT 正常情况下机体与肠道菌群之间保持动态平衡，当人体微生态系统超出自我调节能力时即可发生肠道菌群失调，则肠道菌群的功能和形态会发生一系列改变[18]。Zhao等[19]研究发现，HT患者肠道厚壁菌门等增加，拟杆菌门等减少，表明HT患者存在肠道菌群失调。近年来，Cayres等[20]研究发现，HT患者肠道拟杆菌门增加，放线菌门中双歧杆菌减少。Liu等[21]发现，甲状腺功能减退型HT患者肠道拟杆菌门等数量显著多于甲状腺功能正常型HT患者，甲状腺功能减退型HT患者考拉杆菌属的含量较高，考拉杆菌属含量增加可导致肠道信息处理和代谢功能下降，表明不同甲状腺功能状态的HT患者肠道菌群组成不同。以上研究虽然证明了HT患者存在肠道菌群失调，但肠道优势菌不同，可能由于不同地域、民族等所致。目前HT发病与肠道菌群失调之间的因果关系以及HT患者甲状腺功能、甲状腺激素的变化与肠道菌群变化之间的因果关系尚不明确，仍需要大量更严谨的研究进行验证。

2.2肠道菌群致HT发病的机制 目前HT与肠道菌群之间的具体联系机制尚未完全确定。Penhale和Young[22]研究发现，向特定无菌大鼠转移常规大鼠菌群，则大鼠自身免疫性甲状腺炎的易感性增加，表明肠道菌群可能激发机体交叉免疫反应。肠道菌群失调引起某些菌群过度生长导致肠道通透性增加[23]，机体对自身抗原的耐受性丧失以及T细胞亚群失衡[24-25]可能导致HT的发生。

2.2.1肠道菌群失调致肠道通透性增加 肠道菌群对肠道屏障防御功能至关重要。研究表明，无菌动物肠道黏液层厚度显著变薄可减弱肠道化学屏障作用，同时肠道免疫屏障清除能力、控制肠道共生菌定植以及肠道菌群反向调控力下降[26-27]。Sasso等[23]发现HT患者十二指肠远端肠道发生超微结构的改变，如肠道微绒毛厚度变薄以及相邻微绒毛间距增大，与健康对照者相比，HT患者肠道通透性增加。Cayres等[20]评估发现HT患者血清Zonulin显著升高，Zonulin是一种细胞间紧密连接的生理调节剂，参与大分子运输、上皮和内皮屏障的完整性以及肠道黏膜的免疫耐受。细菌的过度生长是促使Zonulin释放的主要原因，肠道菌群失调可激活Zonulin释放通路，增加HT患者的肠道通透性。以上研究表明，肠道菌群与肠道上皮屏障的相互作用在HT发生发展中起重要作用。

2.2.2肠道菌群失调使自身抗原的免疫耐受性丧失以及T细胞亚群失衡 肠道菌群失调可参与HT机体交叉免疫反应导致自身抗原免疫耐受性丧失，并通过T细胞亚群及其介导的免疫调节在HT发生中发挥重要作用。Kiseleva等[28]研究表明，肠道益生菌中双歧杆菌属和乳酸杆菌属特定菌株的氨基酸序列与甲状腺过氧化物酶、甲状腺球蛋白具有同源性，这些菌株的某些蛋白质成分会选择性结合抗甲状腺球蛋白抗体、甲状腺过氧化物酶抗体，与天然抗原甲状腺球蛋白、甲状腺过氧化物酶竞争，同时效应性T细胞与这些菌株抗原发生反应，研究还发现包含甲状腺过氧化物酶抗体血清与肠道菌群发生抗原抗体反应的概率是不含甲状腺过氧化物酶抗体血清样本的3倍。因此，肠道益生菌双歧杆菌属和乳酸杆菌属可能参与HT交叉免疫反应，机体T细胞由于这些肠道益生菌特定的蛋白质组分产生攻击自身甲状腺组织的抗体，促进HT发生发展，表明双歧杆菌和乳酸杆菌作为益生菌具有两面性。辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)可极化为促炎细胞因子(Th1、Th17细胞)参与HT的发病，T淋巴细胞亚群的功能失衡可导致甲状腺细胞破坏以及甲状腺功能衰竭。研究报道，人类原始单核细胞来源的树突状细胞群体可在肠道共生细菌存在下驱动Th细胞的极化，这些肠道共生细菌具有独特的免疫调节特性，可能通过激活视黄酸受体α调节免疫反应和形成分化单核细胞来源的树突状细胞的免疫原性，而后者能够介导强烈的Th1和Th17细胞反应[25]。肠道菌群失调可间接导致T淋巴细胞亚群功能失调及T淋巴细胞因子的表达异常，进而导致机体免疫功能紊乱和免疫反应异常，促进HT的发生发展。

2.3肠道菌群与HT甲状腺功能 HT患者最初无特殊临床表现，淋巴细胞浸润甲状腺实质，导致腺体增大、纤维化和破坏，进行性甲状腺细胞减少可导致甲状腺激素功能下降和永久性临床甲状腺功能减退。研究表明肠道菌群的变化与HT患者甲状腺功能变化相关[21]。肠道菌群可通过甲状腺-肠轴影响甲状腺素所必需的微量元素吸收[6]，以及通过多种途径参与碘化原氨酸的代谢[29]，进而影响HT甲状腺激素的合成和代谢。

2.3.1肠道菌群影响甲状腺必需微量营养素的摄取 Knezevic等[6]最先通过“甲状腺-肠轴”概念来综合表述肠道菌群影响合成甲状腺激素有关的多种微量元素(如维生素D、硒、碘、铁、锌)的摄取，其中乳酸杆菌和双歧杆菌与膳食铁呈负相关，与硒、锌呈正相关，在HT中上述细菌减少，提示肠道菌群可能影响HT合成甲状腺激素必需的微量元素摄取，从而影响HT甲状腺功能。Thomas等[30]研究发现，肠道中产丁酸菌多的健康男性1,25-二羟维生素D水平升高，产丁酸菌可促进维生素D吸收进而调节免疫力。当维生素D水平低下的HT患者补充足够的维生素D时，血清抗甲状腺球蛋白抗体和甲状腺过氧化物酶抗体水平明显下降，甲状腺功能减退症发生率降低，表明HT甲状腺自身抗体水平与维生素D的缺乏程度密切相关[31-32]。甲状腺是机体中含硒量最高的器官，Lavu等[33]在体外胃肠模型研究中发现小肠中未被吸收的硒可能在结肠中吸收，并被驻留的微生物代谢，在HT和抗甲状腺过氧化物酶抗体阳性的人群中，补硒可降低抗甲状腺抗体水平从而改善甲状腺功能减退的临床症状[34-35]，其原因考虑与HT患者肠道菌群改变影响硒的吸收有关。碘过量也是HT发病的因素之一，肠道菌群通过调节碘摄取影响甲状腺激素水平[36]，当肠道菌群紊乱时肠道微环境改变，导致与碘吸收互补的各种酶、转运体(Na+/多种维生素转运体)[37]受到影响。Luo等[38]研究了健康人群中铁、碘与甲状腺功能的关系，结果表明铁水平下降可导致机体碘活化、甲状腺激素合成减少，甲状腺激素合成过程中的碘活化需要甲状腺过氧化物酶催化，甲状腺过氧化物酶属于含铁酶，铁缺乏会导致机体甲状腺过氧化物酶合成减少进而影响碘活化，使甲状腺激素合成减少。锌是催化甲状腺素转化为三碘甲腺原氨酸的1,5′-脱氢酶所必需的微量元素，Arora等[39]在甲状腺功能减退HT患者中发现锌与三碘甲腺原氨酸呈显著正相关，推测锌缺乏的机制为肠道菌群失调导致胃肠道吸收功能受损。上述研究证明，肠道菌群与维生素D、硒、碘、铁、锌可能相互作用从而影响HT患者的甲状腺功能。

2.3.2肠道菌群参与碘化甲腺原氨酸代谢 肠道菌群通过多种途径参与甲状腺素的代谢，而肠道菌群参与碘化甲腺原氨酸代谢是其中途径之一。Roche和Michel[40]研究表明，大肠埃希菌对放射性碘甲腺原氨酸具有较高的结合(三碘甲腺原氨酸>甲状腺素)和摄取能力。Nguyen等[41]研究证实，正常大鼠的粪便和盲肠内容物中带放射标记的三碘甲腺原氨酸与甲状腺素存在可逆结合，而抗生素治疗的大鼠中这种结合减少甚至消失，表明肠道菌群可能扮演了碘化甲腺原氨酸储存库的角色。脱碘和结合过程是整个碘化甲腺原氨酸代谢中最有效的途径，肠道菌群可参与其中一些步骤从而影响碘化甲腺原氨酸代谢：①脱碘酶活性[42]，20%的甲状腺素在肠道中可经过某些肠道菌群脱碘酶作用转化为活性三碘甲腺原氨酸形式。②葡萄糖醛酸结合碘化甲腺原氨酸的解偶联[43]，葡萄糖醛酸结合碘化甲腺原氨酸反应可增加碘化甲腺原氨酸的水溶性，使其在胆管和肾脏得到清除并减少在肠道的吸收。在24 h内，含有葡萄糖醛酸酶活性较高的人类粪便悬浮液可以水解超过50%的肠道重吸收的碘化甲腺原氨酸。③肠-肝循环[44]，人类粪便中含有葡萄糖醛酸酶活性，而葡萄糖醛酸结合反应主要在肝脏微粒体中进行，提示碘化甲腺原氨酸存在肠-肝循环，肝脏中逃逸的甲状腺激素部分可在体循环中再次被检测到，放射性标记三碘甲腺原氨酸在喂养大鼠血浆中的重吸收显著减少，而在无菌动物中消失。以上研究表明，某些肠道菌群可通过分泌脱碘酶或菌株本身参与碘化甲腺原氨酸代谢途径改变甲状腺激素水平，进而影响甲状腺功能变化，但是肠道菌群变化对碘化甲腺原氨酸稳态的影响仍需要进一步的证据量化。

3 肠道微生态疗法与HT治疗

3.1益生菌、益生元 益生菌是可以活性形式到达结肠的有益菌[45]。Cayres等[20]研究表明，HT患者肠道菌群中拟杆菌增多、双歧杆菌减少，且拟杆菌与双歧杆菌呈负相关，提示未来可探索双歧杆菌类益生菌对HT进行治疗，但需考虑个体差异。益生菌可能积累微量元素，考虑到硒、锌和益生菌通过不同途径对甲状腺功能发挥作用，当益生菌与不同微量元素结合时可能对机体健康产生协同效应。益生元作为一种食物化合物能促进肠道菌群的生长活动，Talebi等[46]研究显示，作为益生元的组合——合生元补充剂可使甲状腺功能减退症患者获益，但尚未观察到对抗甲状腺过氧化物酶的作用。尽管益生菌和益生元对自身免疫性疾病能够起到一定防治作用，但益生菌和益生元与HT之间的确切关系仍需进一步探索，以期为临床调节HT患者肠道菌群失调或甲状腺功能提供新途径。

3.2粪便微生物菌群移植 粪便微生物菌群移植是证明肠道菌群与多种疾病存在相互作用的直接证据。目前粪便微生物菌群移植的作用机制[16]主要是营养刺激、肠道黏膜保护、免疫调节及参与机体代谢。2013年粪便微生物菌群移植写入美国食品药品管理局治疗指南，2019年菌群移植归为中低风险生物医学新技术[47]。2020年国内发布《菌群移植标准化方法学的建立与临床应用专家共识》[48]，粪便微生物菌群移植治疗复发性或难治性艰难梭菌感染被录入指南，指出粪便微生物菌群移植将逐步应用于自身免疫性疾病等治疗。未来关于粪便微生物菌群移植对HT临床防治的研究可能具有重要临床意义。

4 结 语

肠道菌群紊乱与多种免疫性疾病密切相关，成为多种疾病治疗的新靶点。目前肠道菌群与HT的关系处于探索阶段，主要包括：①肠道菌群失调导致肠道通透性增加并参与调节机体免疫，从而导致抗原高暴露和局部炎症反应；②参与体内碘化甲腺原氨酸代谢途径影响HT甲状腺功能；③影响甲状腺激素合成所需微量元素(如维生素D、锌、碘、铁、硒)的吸收。虽然HT与肠道菌群失调关系密切，但具体与哪一类肠道菌群失调相关仍无明确报道。未来深入了解肠道菌群的结构和作用机制,可能为HT的精准诊疗提供新思路。