生命早期腸道菌群失調與支氣管哮喘

劉 璐 吳媛媛 李滿祥

支氣管哮喘(哮喘)是由多種炎癥細胞和細胞因子參與的一種氣道慢性炎癥性疾病，常導致氣道高反應性，以反復發作性喘息、氣急、胸悶或咳嗽(以夜間或晨起顯著)為發病特征，上述癥狀可自行或治療后緩解[1]。近年來，由于人們生活方式及周圍環境的改變，哮喘的發病率呈逐年增長趨勢，嚴重影響患者的生活質量，因而探索哮喘的病因及發病機制并給予相應的治療，在哮喘的防治中有著重要的意義[2]。

目前認為遺傳因素及環境因素與哮喘的發生密切相關，但新近的研究發現，生命早期腸道菌群失調是誘發哮喘的危險環境因素之一。現就生命早期腸道菌群失調與哮喘的關系進行綜述。

一、哮喘發病機制

哮喘的發病機制十分復雜，目前認為哮喘與變態反應、氣道炎癥、氣道反應性增高及神經因素等相互作用有關。Th1/Th2免疫失衡是哮喘發病的主要免疫學機制。新近研究提示，Th17、Th9細胞活性增強，Treg活性抑制，在一定程度上增強了Th2型免疫應答，誘發哮喘發作。除T細胞亞型外，氣道上皮細胞、樹突狀細胞(dendritic cells,DCs)，NKT細胞，先天淋巴細胞、巨噬細胞及與之相關的多種細胞因子也被認為是哮喘發病機制中的關鍵因素，并逐漸受到重視[3]。

二、腸道菌群失調的概念及其與哮喘相關性的研究

腸道細菌由定植在人或動物消化道中的微生物組成，各菌群按一定數量比例組合，相互拮抗、相互依存，與人體處于互惠互利的共生關系。人體為腸道細菌提供生命活動的場所，對其處于免疫耐受狀態；腸道菌群則通過調節營養代謝、供給能量、防御感染及增強腸道屏障、促進免疫系統成熟等作用參與維持人體內環境的動態平衡[4]。腸道菌群的種類、數量和分布可因先天免疫缺陷、過度應用廣譜抗生素、使用免疫抑制劑、放射或化學治療等被破壞，導致腸道菌群失調[5]。

近年來研究發現，生命早期腸道菌群失調是誘發哮喘的危險因素之一。Herbst 等[6]利用卵清蛋白(ovalbumin,OVA)霧化吸入制備小鼠氣道高反應模型，與無特定病原體(specific pathogen free,SPF)小鼠相比，無菌(germ free,GF)小鼠氣道淋巴細胞及嗜酸性粒細胞的浸潤增加顯著，若在OVA誘發前重新定植共生菌可避免這種現象。Russell等[7]研究發現，圍產期及新生小鼠經萬古霉素處理后，可增加其日后哮喘的易感性，但在7周齡以上的成年小鼠中沒有觀察到類似現象。生命早期腸道菌群失調對哮喘的誘發作用不僅在動物試驗中得到了驗證，而且在臨床實踐中也得到了證實。Murk等[8]對1950年至2010年7月期間，關于孕期及嬰兒時期抗生素暴露與兒童哮喘發生的相關研究進行了統計分析，證明胎兒或嬰兒期應用抗生素可增加兒童哮喘的發生率。這可能與生命早期:①腸道菌群尚未穩定定植，易受到外來因素影響；②機體免疫系統發育尚不完善，易受影響發生應答紊亂有關。

三、腸道菌群失調誘發哮喘的相關機制

1.Th1/Th2免疫應答：胎兒時期，機體以Th2型免疫反應占優勢，以減少和母體之間的免疫應答。出生后(多在5歲以前)，在周圍環境因素的刺激下，Th0細胞逐漸向抗感染的Thl型免疫反應方向偏移，從而達到Thl/Th2平衡。若缺少微生物抗原的刺激，如腸道菌群失調，特應性個體將繼續以Th2為優勢應答，易導致變應性疾病的發生[9]。

2.Th17細胞水平：Th17細胞來源于CD4+T細胞前體，以表達視黃酸相關的孤兒受體γt(retinoic acid related orphan receptor γt,RARγt)為特征[10]，其主要分泌細胞因子IL-17，而IL-17在哮喘的發病中起著重要作用[11]。Sun等[12]利用頭孢哌酮和白色念珠菌制備腸道菌群失調小鼠模型，吸入OVA激發肺部炎癥反應，結果表明腸道菌群失調小鼠肺組織中Th17和IL-7水平較正常對照組小鼠的明顯升高。

3.Treg細胞：Treg細胞是于1995年由Sakaguchi等首次提出的一種CD4+T細胞亞群，能通過細胞間接觸或分泌細胞因子(如IL-10、TGF-β)控制其它免疫細胞功能及免疫反應，從而對機體免疫系統產生重要的調節作用[13]。研究表明，Treg細胞能夠減輕哮喘相關的氣道變應性炎癥反應及臨床表現[14]，提示其參與了哮喘的病理過程。

Russell等[7]發現對圍生期及新生小鼠給予萬古霉素處理后，Treg數量較對照組減少，提示Treg可能對黏膜組織異常的Th2炎癥反應具有抑制作用。Josefowicz 等[15]發現Treg的缺乏可引起腸道和肺組織自發性Th2型病理學改變。Hinz等[16]提出，妊娠期間臍血中低Treg水平會升高胎兒血清IgE水平。

4.DCs：DCs是功能強大的抗原提呈細胞(antigen presenting cell,APC)，能刺激幼稚和記憶性T細胞增殖，決定其分化方向，在啟動和調節免疫應答中起著重要的作用[17-18]。研究表明，DCs對Th2細胞的始動作用在哮喘的起始階段發揮重要作用[19-20]。益生菌制劑能夠增加CD11c+調節性樹突狀細胞(regulatory dendritic cells,rDCs)的水平，使其高分泌IL-10、TGF-β、吲哚胺2,3-雙加氧酶等細胞因子，上調CD4+Fox3+Treg水平，提示腸道菌群失調誘發哮喘的作用機制可能與DCs有關[4]。

機體內部處于穩態時，DCs提呈無害的共生菌抗原，誘導淋巴結中抗原特異性T細胞失能，或使其分化為保護性FoxP3+Treg[21]。當腸道菌群失調時，益生菌數量減少，機會菌大量繁殖，DCs可通過：①PAMPs-PRRs；②內化壞死、凋亡細胞兩種途徑活化、成熟[22]，呈遞抗原能力增強，其表面MHCⅠ、Ⅱ類分子及細胞間黏附分子表達增加，并通過淋巴系統在外周組織間遷移，有效地將抗原呈遞給初始Th0細胞，影響其增殖及分化，激活免疫應答[23]。但腸道菌群失調如何通過DCs選擇性介導Th2型優勢免疫應答的機制尚不清楚。

5.iNKT細胞：iNKT細胞通過主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ類分子-CD1d，識別內源性和外源性脂質抗原，活化并分泌大量促炎性細胞因子，如IL-4、5、13、14等[24]。

早期微生物定植下調腸道、肺臟黏膜趨化因子配合基16(CXCL16)編碼基因甲基化及其表達，避免 iNKT聚集，建立黏膜iNKT免疫耐受。若生命早期腸道菌群失調，腸道及肺臟黏膜CXCL16水平特異性升高，且高度甲基化，趨化iNKT聚集，均會增加宿主對變應性炎癥的敏感性[25]。進一步的研究發現，在OVA誘發的哮喘模型中，GF小鼠與SPF小鼠相比，肺組織中iNKT的相對和絕對數量明顯升高，且將新生GF小鼠暴露于正常微生物群后，可逆轉其肺部iNKT聚集及病理改變[25]。iNKT可能通過其細胞因子，促進B細胞釋放IgE，誘導嗜酸性粒細胞生成、成熟、活化，引起氣道高反應性和呼吸道黏液分泌[26]。

四、結語與展望

綜上所述，腸道菌群不僅能調節營養代謝、提供能量、防御感染及增強腸道屏障，還可作為刺激因子促進免疫系統成熟，保護機體抵抗哮喘的發生，而腸道菌群失調作為環境因素之一參與，并促進了哮喘的發生。據此理論，我們可以從避免腸道菌群失調及添加益生菌重建腸道菌群兩方面起到預防及治療哮喘的作用。前者主要包括：避免濫用抗生素、適當接觸環境刺激、合理飲食等。大量實驗證實，添加益生菌能改善哮喘等變應性疾病的癥狀，在哮喘等變應性疾病的治療中已取得了一定的進展[27-29]。但至今尚不清楚成人腸道菌群失調是否也會增加哮喘易感性，是否可作為成人哮喘的輔助治療策略。隨著對腸道菌群失調與哮喘關系及其分子機制的深入研究，維持生命早期腸道菌群平衡在哮喘的防治中必將起到積極的作用。

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