2020肠道微生物与免疫的研究进展

实验利用无菌动物和肠道内有共生细菌的动物研究，揭示了黏膜对于共生微生物有高度的适应性,虽然这些适应的全部功能意义还没有完全理解[38-40],存在共生微生物时,整个肠道黏膜分泌IgA大于人体总分泌免疫蛋白的70%[41-43];然而，现在还不清楚分泌的IgA是简单的限制了肠道内共生微生物的生长,还是带有IgA的共生微生物被抑制穿透表层上皮,像其他病原菌,共生微生物表达物质可以被全身免疫系统的Toll-like受体检测到[44]。虽然共生微生物和它的代谢产物可以诱导B细胞和T细胞,但是他们不会诱发产生病原体感染的特性(嗜中性粒细胞的渗入和典型的炎性反应)。一个实验证明了肠道共生微生物是如何进入肠道树突细胞而诱导IgA产生的,用一定剂量的阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)和其他小白鼠的共生微生物给小白鼠进行灌胃[45]。给C5BL/6的野生型小白鼠的胃内灌入一定剂量的阴沟肠杆菌(E. cloacae)[46],培养一段时间后通过清洗肠系膜淋巴结(mesenteric lymph node,MLN)回收菌种,发现在60 h内,菌种数目维持在200~800之间,在小鼠的脾细胞和其他系统组织中没有发现细菌[45];细菌培养后通过荧光激活细胞分类,发现这活着的共生细菌被认为存在于树突细胞(dendritic cells，DCs),不能够从肠系淋巴结和淋巴结中的巨噬细胞培养细菌,因为巨噬细胞可以高效的杀死渗透的共生微生物[47],而树突细胞是相对低效的杀死细菌[47]。小鼠注入伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)后培养18 h,发现沙门菌可以从脾脏细胞和肠系淋巴结中的树突细胞及巨噬细胞中培养获得[45]。因此,共生细菌与病原体是不同的,共生细菌可以高效地被巨噬

细胞杀死,所以只有少数的共生细菌可以在树突细胞中生存[48],对胃内灌入阴沟肠杆菌培养后的小白鼠肠道分析发现，共生细菌在黏膜位置被树突细胞携带并随其一起转移到肠系淋巴结,阴沟肠杆菌被吞噬后树突细胞就被激活。对小白鼠进行反复的胃内灌入阴沟肠杆菌,小白鼠黏膜和血清里IgA被选择性地诱导,非黏膜和血清IgA没有被检测到[45]。IgA由B细胞分泌,而且IgA+B细胞仅在有携带阴沟肠杆菌的树突细胞情况下诱导。总之,虽然共生微生物可以快速地被巨噬细胞杀死,但是仍然有少数的共生微生物可以进入树突细胞存活几天,这时含有共生微生物的树突细胞就会选择性地诱导产生大量的IgA来防御共生微生物的黏膜渗透。最近一项成年人用益生元(低聚糖)处理的研究证明：一是益生元可以改变肠道共生微生物的组成;二是粪便中IgA的增加与肠道共生微生物密切相关[49]。这些研究结果表明肠道微生物参与调控IgA,为IgA相关疾病的治疗指明了新思路。 2.3 肠道微生物对免疫抗菌肽表达的影响

抗菌肽(antimicrobial peptides，AMPs)几乎在所有植物和动物中均有发现,在哺乳动物中,上皮细胞在稳定状态下和免疫细胞在有炎性反应时都会表达抗菌肽[50].抗菌肽是带正电的多肽,它可以通过破坏细胞膜的完整性而杀死微生物[51]。抗菌肽除了有抗菌作用外,在免疫方面还有促/抗炎性反应的作用[52],据报道抗菌肽cathelicidins对于自身免疫疾病(系统系红斑狼疮、血管炎、牛皮癣等)是有重要作用的[53-56].这些疾病都是由于中性粒细胞过量的表达cathelicidins,非

肥胖型自身免疫疾病的开始与这些机制是相同的[57].通过给正常小鼠和非肥胖型糖尿病小鼠注入抗菌肽cathelicidins进行研究得出一些结论[58],肠道微生物通过控制短链脂肪酸的合成来控制小鼠胰腺内分泌细胞生产cathelicidins,通过对调节性T细胞的诱导,它可以对胰腺巨噬细胞和常见的树突细胞维持免疫内环境稳态、进行积极的免疫调控作用[58]。因此,在实验中,在短链脂肪酸合成有缺陷的雌性非肥胖型糖尿病小白鼠中,发现胰腺抗菌肽cathelicidins的含量非常低,这就说明这个小白鼠将会有胰腺炎和自身免疫性疾病[58]。抗菌肽cathelicidins对各种天然免疫细胞(中性粒细胞、巨噬细胞、常见的树突细胞等)都有直接的趋化现象,有报道证明在有感染的情况下,抗菌肽cathelicidins首先利用天然免疫细胞进行防御,然后依靠这些细胞的活力避免免疫病理的组织损害[59-60]。内分泌细胞生产抗菌肽cathelicidins须依靠短链不饱和脂肪酸和它们的相关受体GPR41和GPR43。这些受体由β细胞表达[61]。肠道微生物凭借短链脂肪酸在胰腺中形成免疫环境来调控自身免疫性疾病。由于肠道微生物可以调整结肠上皮与肠道免疫系统之间的关系,所以它对各种自身免疫性疾病(例如Ⅰ型糖尿病)是有作用的[62]。降低Ⅰ型糖尿病患者在肠道微生物中生产丁酸盐的细菌,病情就可以得到改善[63-65]。在实验中,将雄性小白鼠的肠道微生物转移到有非肥胖型糖尿病的雌性小白鼠肠道内,发现有保护糖尿病的作用,同时发现非肥胖型糖尿病的雌性小白鼠肠道内生产丁酸盐细菌的比例增加.这个结果说明肠道微生物凭借短链脂肪酸的补充途径可以调整非肥胖型糖尿病[66-67]。肠道微

生物可以凭借短链脂肪酸合成途径来控制抗菌肽的生产，从而达到维持免疫内环境的稳定和阻止自身免疫疾病的发展。

3 展望

越来越多的研究正在逐步阐明人与肠道共生微生物的作用,现在已经弄清肠道微生物可以影响宿主代谢和免疫途径,参与人体健康与疾病。已经有证据表明不仅肠道微生物对胃肠疾病的发展有重要作用,而且对免疫性疾病也有重要影响(共生微生物不仅可以提供促进正常免疫反应发生的信号,而且可以影响随后发生的免疫反应)。但是,现在还没有完全弄清楚肠道共生微生物与免疫系统相互作用的机制,可能是共生微生物通过产生的物质分子与免疫系统相互作用的,如果弄清楚这些机制,对于这些疾病的治疗将不是一味地发现新的抗生素,而是通过检查肠道微生物,使用益生元和益生菌来控制这些微生物,并且可以利用正常人体中的肠道微生物制备益生菌去治疗一些疾病。同时,对于共生微生物而言,宿主仅仅是一个复杂的大环境,在健康状态和生病状态下这个大环境可能不相同.我们面临的巨大挑战是弄清是疾病引起了共生微生物的改变,还是疾病引起宿主这个大环境发生改变,共生微生物为了适应新环境而发生改变，只有更深入地了解共生微生物结构与宿主的关系才能与肠道微生物保持互惠共生的关系。