自身免疫性疾病与肠道菌群互作及中药干预研究进展

刘盼茹,郭玺,唐乙朝,王海丹,郭云柯,殷爱玲,李永明,周伟

(1.天然药物活性组分与药效国家重点实验室,中国药科大学中药学院,江苏 南京 210009;2.南京中医药大学附属医院,江苏 南京 210029;3.南京中医药大学附属南京市中医院,江苏 南京 210001;4.南京中医药大学医学院·整合医学院,江苏 南京 210023)

自身免疫性疾病引起的组织损害和器官功能障碍,用临床上传统化学药物治疗副作用大,给广大患者带来了巨大的痛苦,而中药有疗效稳定,副作用小的优势,引起人们广泛关注。自身免疫性疾病的发生和发展常常伴随着肠道菌群的紊乱,为进一步了解自身免疫性疾病和肠道菌群的关系,本文通过对类风湿关节炎、溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis, UC)、自身免疫性甲状腺炎、系统性红斑狼疮和自身免疫性肝炎的研究,以期更好地了解肠道菌群在这些疾病中的重要性以及通过中药调节肠道菌群与其发挥疾病预防和控制效果之间的相关性。

1 肠道菌群与自身免疫性疾病概述

肠道菌群,是人体内肠道的微生物,肠道细菌数量达100万亿之多,与宿主建立了共生关系[1]。人体内肠道菌群主要可被分为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门等,其中厚壁菌门和拟杆菌门共占肠道菌群总数90%以上[2]。厚壁菌门主要由革兰氏阳性菌包括瘤胃球菌属、梭菌属、乳酸杆菌属、真杆菌属、粪杆菌属等属水平细菌组成。拟杆菌门主要由革兰氏阴性菌包括拟杆菌属、普雷沃菌属等属水平细菌组成[3]。近年来,随着对肠道菌群的深入研究,肠道菌群与宿主和谐共生形成稳态,参与免疫调节、脂肪代谢、能量供应等诸多方面[4]。肠道菌群是一个动态变化的“器官”,对内部或外部环境等因素的改变很敏感,当菌群紊乱时会发生一系列相关疾病[5],不仅会引起高血脂和肥胖等代谢性疾病,而且与多种自身免疫性疾病密切相关[6]。

自身免疫性疾病(Autoimmune diseases,AID),是通过异常的免疫炎症反应,破坏和损伤自身的细胞成分,导致组织损害和器官功能障碍并出现临床症状的一类疾病[7]。自身免疫性疾病包括器官特异性自身免疫性和系统性自身免疫性疾病。前者是针对特定器官引起的病理损害或功能障碍,如桥本甲状腺炎、Ⅰ型糖尿病等。后者造成全身多器官和组织的病理损伤,如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等[8]。目前部分的自身免疫性疾病治疗方法作用广泛且非疾病特异性,所以相应的副作用明显[9],例如甲氨蝶呤治疗类风湿性关节炎易引起胃肠道刺激和骨髓抑制,干扰素β治疗多发性硬化病易引起头痛和抑郁,皮质类固醇治疗炎症性肠病和银屑病易导致骨质疏松。对自身免疫性疾病患者进行有针对性的个性化的治疗,最重要的目标之一是找到减少副作用的新治疗方法,因此有必要确定新的免疫抑制剂[10]。

2 中药调控肠道菌群治疗类风湿关节炎研究进展

2.1 肠道菌群与类风湿关节炎

类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis,RA)是一种慢性、全身性的自身免疫性疾病,临床主要表现为对称性、多滑膜关节炎、软骨及骨关节破坏,最终导致关节畸形和功能丧失[11]。据流行病学调查,我国RA发病率约0.5%,男女患病比例约1∶4[12-13]。该病病程较长,若不及时有效地控制患者的病情,可能会对其全身器官系统造成严重威胁。

目前已证实Th17淋巴细胞的增多,Treg淋巴细胞的减少即Treg/Th17细胞失衡是导致RA的关键因素[14]。Vaghef-Mehrabany等[15]的临床研究表明干酪乳杆菌可以显著提高RA患者血清中的抗炎因子,降低促炎细胞因子的水平,并显著降低RA的活动性。Fan等[16]对2种干酪乳杆菌(CCFM1074,CCFM1075)进行研究发现CCFM1074通过下调促炎细胞因子,重新平衡Treg/Th17细胞的比例,调节肠道微生物群和不饱和脂肪酸等血浆代谢物来改善关节炎,而CCFM1075不能通过下调促炎细胞因子和使肠道微生物群正常化来缓解关节炎。Sun等[17]发现RA患者体内狄氏副拟杆菌减少,在CIA小鼠中通过上调此菌的丰度,可有效缓解RA症状。Zhang等[18]在RA患者的肠道和口腔微生物群中检测到了嗜血杆菌属和唾液乳杆菌上调,治疗后的肠道微生态得到部分恢复。Scher等[19]发现患者中普雷沃氏菌属增多而拟杆菌属减少。以上研究表明,肠道菌群和RA之间有着密切的联系,肠道菌群紊乱可诱发或导致系统炎症的发生,但这一机制仍需进一步深入研究。见图1。

注:Haemophilus.嗜血杆菌;Lactobacillus salivarius.唾液乳杆菌;Prevotella.普雷沃氏菌属;Bacteroides.拟杆菌属;Firmicutes.厚壁菌;Actinomycete.放线菌;Lactobacillus.乳酸杆菌;Desulfotomacvlum.脱硫菌;Proteus.变形杆菌;Bifidobacterium.双歧杆菌;Lachnospira.毛螺菌属;Roseburia.罗氏菌属;Devosia.沃斯菌属;Enterococcus.肠球菌;Streptococcus.链球菌;klebsiella.克雷伯氏菌;Ruminococcus.瘤胃球菌;SCFAs.短链脂肪酸;TPO-Ab.甲状腺过氧化物酶抗体;Tg-Ab.甲状腺球蛋白抗体

目前,治疗RA的主要药物是非甾体抗炎药(NSAIDs)、糖皮质激素、抗风湿性疾病药物(DMARDs)和生物制剂。传统的治疗方法是将非甾体抗炎药与一种或两种DMARD联合使用,虽然可以有效缓解症状,但有肝损伤、肾损伤和骨髓抑制等副作用[20-21],长期疗效并不理想。近年来,随着RA研究的发展,新的免疫抑制被开发出来并对RA表现出良好的疗效。然而,这些药物对一定比例的患者的治疗仍然效果不佳。此外,这些药物在治疗过程中存在过敏反应和继发感染的潜在风险,高价格也限制了它们的使用。因此,寻找低毒、高效、经济的RA防治方法很重要。从理论和临床实践来看,中药具有资源丰富、疗效好、副作用少等优点。因其“多成分、多靶点、多层次”的药理学特性,数千年来一直被广泛用于治疗各种疾病。

2.2 中药调控肠道菌治疗类风湿关节炎的作用机制研究进展

课题组前期研究发现人参皂苷Rg2可以促进狄氏副拟杆菌的生长,该菌衍生的胆汁酸可以抑制Th17细胞的分化,促进巨噬细胞M2的极化,从而表现出抗RA的作用[17];白术通过调节肠道菌群,改善短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)的紊乱,证明白术对RA有治疗作用[22];棘球蚴总多糖和糖苷通过对RA大鼠模型的影响以及其介导的肠道微生物改变的作用发现可抑制关节炎,降低血清IL-1β和TNF-α水平,改善滑膜病变[23];紫檀芪可抑制爪厚、关节炎评分和器官指数,改变氧化应激和炎症反应,并且显著调节肠道微生物群,说明其有很好的抗关节炎作用[24];鸡矢藤提取物可直接抑制循环血液中促炎细胞因子和介质的产生,有效地缓解RA症状,可作为抗关节炎试剂的潜力药物[25];总铁线莲三萜皂苷调节了肠道微生物生态失调,并下调了CIA大鼠的SCFAs浓度,缓解由于常用药物的副作用而引起的胃肠道损伤。但需要进一步研究总铁线莲三萜皂苷在RA相关肠道微生物群失调和SCFAs代谢紊乱中作用的具体分子机制[26];当归四逆汤可以通过影响肠道微生物群及其代谢物来改善RA的症状和病理变化[27]。见表1。

表1 中药活性成分调节肠道菌群治疗RA

3 中药调控肠道菌群治疗溃疡性结肠炎研究进展

3.1 肠道菌群与溃疡性结肠炎

UC是一种慢性炎症性肠道疾病,其病因可能与免疫系统功能障碍、感染、遗传和环境因素有关,疾病发病明确机制尚不清楚。

患者肠道微生物群厚壁菌、放线菌和乳酸杆菌减少,变形杆菌增加[28-29]。肠道微生物的代谢物也会受到影响,例如产生丁酸盐的细菌减少[30],短链脂肪酸是维持肠道稳态的关键物质,其含量降低会影响上皮细胞的生长以及Treg细胞的分化增殖[31-32]。此外,在患者中,脱硫菌等硫酸盐还原细菌的数量较高,产生的硫酸氢会损伤肠上皮细胞,并引发黏膜炎症[33-34]。总的来说,这些研究表明肠道微生物群的改变与UC的发病机制有关。见图1。

3.2 中药调控肠道菌治疗UC的作用机制研究进展

UC的发病率在过去几年中增加,但长期或大剂量使用化学药物可能导致肾损害、肝毒性等严重不良反应[35-36]。中药具有多种活性成分且疗效温和等优点,针对几种具有代表性的中药成分进行归纳,以期为今后UC的临床研究提供参考。

白头翁皂苷可以通过调节肠道菌群,显著改善炎症,潜在机制可能与有益菌增加和有害菌的减少有关[37];柴胡皂苷-d可改善病理特征、调节炎症细胞因子水平、抑制NF-κB的激活、恢复肠道屏障的完整性和调节肠道微生物群[38];地黄多糖减弱细胞炎症因子的过表达,改善DSS引起的病理损害和紧密连接蛋白以保护肠上皮的紧密性,通过NF-κB通路抑制炎症因子的表达,改善肠道组织炎症,可以保持肠道微生物的物种多样性,增加SCFAs含量,进而恢复肠道微生态的失衡[39];雷公藤可以恢复肠道微生物群并改善微生物多样性,对患病小鼠具有良好的抗炎作用[40];人参皂苷Rg1抑制结肠炎小鼠巨噬细胞活化,调节M1/M2巨噬细胞极化平衡,改善肠道菌群组成[41];淫羊藿苷可改善结肠炎小鼠肠道菌群丰度和组成,抑制组织损伤和炎症反应[42];黄芪素通过几个靶点来发挥保护作用,包括代谢内毒素血症,促炎细胞因子,增强结肠中黏蛋白和紧密连接蛋白的mRNA表达水平,抑制TLR4的相对mRNA表达水平,抑制NF-κB途径活化和调节肠道微生物群[43];丹参酸A可选择性地促进益生菌的生长,有利于肠道微生物群的稳定,显著缓解结肠炎症状[44];雪积草苷能够通过重塑患病小鼠的肠道微生物群,修复受损的肠黏膜屏障[45];苦豆子总碱通过表达部分细胞因子,调节胆汁酸代谢和肠道菌群,有效缓解结肠炎的症状[46]。见表2。

表2 中药活性成分调节肠道菌群治疗UC

4 中药调控肠道菌群治疗自身免疫性甲状腺炎研究进展

4.1 肠道菌群与自身免疫性甲状腺炎

自身免疫性甲状腺疾病(Autoimmune thyroid disease,AITD)是机体免疫系统功能异常导致甲状腺组织受免疫攻击引起损伤的疾病[47]。其主要包括Graves病(Graves disease,GD)与自身免疫性甲状腺炎(Autoimmune thyroiditis,AIT)。导致AIT发病机制尚不明确,可能与遗传易感性及环境等多种因素相关。

临床上,AIT在AITD中更为常见,甲状腺过氧化物酶抗体(Thyroid peroxidase antibody,TPO-Ab)以及甲状腺球蛋白抗体(Thyroglobulin antibody,Tg-Ab)水平显著升高是该疾病最具意义的诊断指标[48～49]。甲状腺功能的变化会影响肠道微生物种群,双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌减少,有害微生物菌群增加[50-51],导致的肠道生态紊乱,可能进而损害胃肠道神经功能。见图1。

4.2 中药调控肠道菌治疗自身免疫性甲状腺炎的作用机制研究进展

芪箭消瘿方能够改善甲状腺组织炎症浸润,减轻结肠黏膜病理损伤,其作用机制可能与调节肠道菌群,进而增加结肠紧密连接蛋白及sIgA表达,改善肠黏膜屏障损伤而起到治疗作用[52];软坚消瘿颗粒可以降低大鼠血清中促炎因子水平,从而起到抗炎作用,对ABC转运蛋白、蛋白质代谢与吸收等代谢通路具有显著回调作用,调节肠道菌群,从而起到了治疗作用[53];白芍总苷能够降低AIT大鼠甲状腺自身抗体水平,调控炎性因子及sIgA,减轻甲状腺滤泡损伤及结肠黏膜病变程度,调节肠道菌群生物多样性及物种组成,改善肠黏膜屏障损伤,从而起到治疗AIT的作用[54];益气化痰活血方可减轻AIT小鼠甲状腺淋巴细胞炎症浸润程度、降低GTAb水平,改变肠道菌群的结构及组成,但具体机制需进一步深入补充和探讨[55]。见表3。

表3 中药活性成分调节肠道菌群治疗AIT

5 系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus,SLE)

SLE是一种影响结缔组织的慢性自身免疫性疾病。SLE与遗传和环境因素有关,病因和致病机制尚不明确。研究发现SLE患者体内具有促炎作用的Th17细胞比例较高,而具有免疫抑制作用的Treg细胞含量降低[56-57]。Th17/Treg失衡在SLE的发生、发展中有关键作用。肠道菌群紊乱也影响着SLE的发展,患者与健康对照组相比,肠球菌和链球菌等上调,毛螺菌、罗氏菌和沃斯菌等下调[58]。此外,狼疮患者中厚壁菌/拟杆菌(F/B)的降低率与体外的Th17轴免疫反应的转变有关。见图1。

糖皮质激素、抗疟药、环磷酰胺和甲氨蝶呤等已广泛用于系统性红斑狼疮患者的治疗,但长期使用可能会导致严重毒性反应和并发症。中药成分白芍总苷[59]、雷公藤内酯[60]、姜黄素[61]、淫羊藿素[62]等可调节Treg/Th17的平衡,从而显著改善SLE的症状。

6 自身免疫性肝炎

自身免疫性肝炎受遗传、免疫、炎症和菌群失调等因素影响,Th1细胞/Th2细胞,Treg/Th17细胞比例失衡是其发生发展机制之一[63-64]。自身免疫性肝炎患者中克雷伯氏菌、肠球菌上调,双歧杆菌、瘤胃球菌和乳酸杆菌下调,这导致了双歧杆菌与肠球菌的比例降低[65-66]。见图1。

目前药物对于自身免疫性肝炎的治疗效果主要集中在病症缓解上,但仍需更优的治疗方式延缓、甚至逆转患病组织损伤。甘草素、人参提取物和酸枣仁种子、六神胶囊(主含麝香和人工牛黄)等中药可以通过调节肠道菌群的结构和多样性对自身免疫性肝炎发挥疗效,深入研究中药,有望改善自身免疫性疾病的预后问题[67]。

7 展望

随着研究的深入,对菌群失调后引起的疾病种类及致病机理的认识也随之增加,不仅有利于疾病的防治,而且通过调节或维持肠道菌群的平衡有可能成为自身免疫性疾病的一个有效治疗手段。自身免疫性疾病种类繁多,本文聚焦五种自身免疫性疾病,其中系统性红斑狼疮和自身免疫性肝炎,中药治疗以肠道菌为切入点的研究较少,而中药的活性成分与肠道微生物群之间的联系已成为许多研究的焦点,部分中药对肠道菌群有显著的调节作用,但能否通过调节肠道菌群的平衡或组成而发挥治疗效果需要更深入的研究。大量研究发现,中药治疗自身免疫性疾病的作用机制与修复肠道屏障、调节肠道微生物群及其代谢产物或调节免疫反应有关,具有良好的减缓病症作用。未来研究应集中在中药的有效成分如何被肠道菌群代谢,以及这些代谢产物对中药治疗自身免疫性疾病是否具有协同或者拮抗作用,进而发现新的肠道菌群有利代谢产物,这将为自身免疫性疾病和其他炎症性疾病的临床药物治疗提供新的方向。