類風濕關節炎與腸道微生態

戴小娜 林進 曹恒

●綜 述

類風濕關節炎與腸道微生態

戴小娜 林進 曹恒

類風濕關節炎（RA）是常見的慢性炎癥性自身免疫性疾病，遺傳與內外環境因素共同導致其發病。RA的發生與腸道微生態失調密切相關，腸道微生物的檢測及調節有一定的診斷價值和治療作用。本文對RA患者腸道菌群構成與健康人群的差異、腸道菌群失調參與RA發生、發展的作用機制和重建腸道微生態在RA治療中的作用進行綜述。

類風濕關節炎 腸道微生態 菌群失調 益生菌

類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種致殘率較高的自身免疫性疾病，以滑膜炎為病理基礎，增生的滑膜血管翳可侵蝕關節軟骨及軟骨下骨，最終導致關節畸形和功能喪失。遺傳與內外環境因素共同參與了RA的發生、發展。目前已證實HLA-DRB1等基因與RA發病高度相關，而一項同卵雙胞胎的研究表明基因遺傳在RA發病中的作用約為60%[1]，提示吸煙、感染等環境因素在RA發病中起重要作用[2]。研究顯示環境因素中的腸道微生物菌群失調與RA發病密切相關[3]。健康成人腸道內定植有約1014個微生物，其中99%以上為細菌，腸道菌群與宿主互利共生，參與免疫系統成熟及免疫調節[4]。第二代測序技術（16S rRNA測序和宏基因組鳥槍測序）的快速發展為檢測不可培養的及未知的微生物群落提供了可能。目前發現多種因素（包括飲食、吸煙等）可使腸道菌群的組成和多樣性發生改變[5]，造成腸道微生態失調。現已證實腸道微生態失調與眾多疾病的發生、發展密切相關，包括消化道疾病（如炎癥性腸病）、代謝類疾病（如肥胖）和心血管疾病（如動脈粥樣硬化）等[4]。目前腸道微生態失調參與RA發病機制的研究逐漸興起，本文就RA患者腸道菌群的構成、參與發病的機制和相關治療進展方面作一綜述。

1 RA患者腸道菌群變化

早在20世紀初，Warden[6]提出“毒血癥假說”，認為腸道中G-厭氧菌產生過多有毒物質，被人體吸收后會導致RA發生。隨后多項研究分析比較了RA患者與健康對照人群的糞便樣本，提示RA患者存在腸道菌群失調，見表1。

表1 RA患者腸道菌群組成變化

芬蘭Vaahtovuo等[7]發現與纖維肌痛綜合征患者相比，RA患者腸道中正常人糞便菌群的常見菌屬（如雙歧桿菌屬、脆弱擬桿菌亞群、卟啉單胞菌屬、普氏菌屬等）豐度顯著減少。而美國Scher等[8]發現與對照組相比，新發未治療的RA患者腸道中普雷沃菌屬豐度增高，有益菌群如擬桿菌屬豐度卻減少，治療后患者腸道普雷沃菌豐度可被抑制到健康對照水平。后續的腸炎動物模型再次證實，普雷沃菌屬可成為腸道優勢菌群，并增加化學誘導結腸炎的敏感性。該研究首次提出RA與特定腸道菌群之間的密切關系。日本Maeda等[10]研究也發現約有1/3的新發RA患者腸道中普雷沃菌屬豐度增高。

此外，通過宏基因組鳥槍測序法及宏基因組關聯分析技術（MGWAS），Zhang等[9]對未經治療的RA患者及健康對照人群的牙菌斑、唾液和糞便樣本進行分析，結果顯示與對照組相比，RA患者上述3種樣本中嗜血桿菌屬豐度均顯著減少，且與血清自身抗體水平呈負相關；唾液乳桿菌豐度均有增加，在疾病高度活動的個體中增加尤為顯著。RA患者腸道中G+菌豐富而G-菌減少，其優勢菌群包括梭狀芽胞桿菌屬、唾液乳桿菌屬和戈登氏菌屬等；且菌群失調可以由包括甲氨蝶呤、來氟米特等改變病情抗風濕藥物部分糾正（尤其是臨床治療反應良好的患者）。這是至今有關RA患者最大、最全面的腸道菌群宏基因組學分析。

基于上述研究結果，RA患者腸道微生態失調，腸道細菌群落組成和功能改變可能是RA的發病因素之一。然而由于以上基于人群的觀察分析僅在單一時間點進行，并不能揭示腸道菌群失調與RA發病之間的因果關系；且樣本量較少，飲食、藥物、基因背景等混雜因素較多，存在假陽性風險。因此，未來需要多中心、大樣本的前瞻性實驗對RA患者中腸道菌群的分布進行進一步探究。

2 腸道菌群參與RA發病

2.1 腸道菌群的免疫調節作用 腸道菌群的菌體抗原及其代謝產物具有促炎和抗炎雙重作用。在K/BxN小鼠模型中，分段絲狀細菌（segmented filamentous bacteria，SFB）可上調回腸內急性期血清淀粉樣蛋白[10]，促進固有層樹突狀細胞發育并產生IL-6、IL-22，誘導促炎輔助T細胞17（Th17細胞）分化，從而發揮促炎作用；而脆弱擬桿菌的多糖A[11]和腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸[5]可誘導調節性T細胞（Treg細胞）產生從而調節炎癥反應。因此，腸道菌群失調可能會導致腸道屏障與免疫功能減弱，誘發條件致病菌侵襲，引起機體對外源性抗原產生免疫應答，導致抗原交叉反應，增加RA的易感性。

2.2 腸道菌群參與RA發病的可能機制 RA的發生與自身反應性抗體和促炎T淋巴細胞產生的增加有關[12]。在臨床關節炎發作之前，RA患者血清中即可檢測出特征性的自身抗體如類風濕因子（RF）及抗瓜氨酸蛋白自身抗體（ACPA），提示RA發病可能起源于遠離關節滑膜外的部位如腸道黏膜位點。腸內抗原刺激免疫活化，通過增加脫酰胺作用和瓜氨酸化，導致自身抗體的產生及滑膜、軟骨和骨等靶器官損害[13]。腸道菌群在RA發病中的確切作用尚不明確，可能機制如下。

2.2.1 Th17-Treg平衡失調 Th17細胞產生IL-17等促炎細胞因子，Treg細胞可抑制炎癥反應，在免疫耐受中起重要作用。RA患者外周血中Th17細胞表達增加，Treg細胞表達降低，且Th17/Treg比值與Th1和Th17相關細胞因子的血清濃度呈正相關[14]，提示Th17-Treg失衡在RA的發病中可能起重要作用。

腸道菌群失調可致Th17-Treg平衡破壞，促進關節炎發生。在無菌條件下，K/BxN小鼠模型自身免疫性關節炎嚴重程度明顯減弱，血清自身抗體滴度和小腸固有層Th17細胞數量減少。將SFB引入清潔小鼠后，固有層Th17細胞可恢復至正常水平，并迅速引起關節炎樣表現，提示SFB可能通過促進Th17細胞亞群分化，驅動自身免疫性關節炎發生[15]。IL-1受體拮抗劑敲除小鼠出現IL-1信號過表達而產生自身免疫性關節炎，在無菌條件下小鼠關節炎顯著減弱；種植雙歧桿菌后，通過活化Toll樣受體誘導T細胞亞群分化，致Th17-Treg失衡從而誘發關節炎[16]。Maeda[10]等將RA患者優勢菌群為普雷沃菌屬的糞便樣本接種到清潔條件的SKG模型小鼠后，其腸道Th17細胞數量增加，用酵母聚糖處理后可誘發嚴重關節炎；將清潔SKG小鼠的初始T細胞與普雷沃菌屬刺激的樹突狀細胞共同孵育，T細胞針對關節炎相關抗原（RPL23A）產生的IL-17明顯增多，提示腸道菌群失調可能通過激活Th17細胞增加關節炎的敏感性。

2.2.2 濾泡輔助T細胞（Tfh細胞）的作用 Tfh細胞是CD4+T細胞亞群，Bcl6是其分化必需的轉錄因子。Tfh細胞可誘導生發中心形成，輔助B細胞產生高親和力、高滴度的自身抗體，具有重要的免疫保護作用。然而，過度的Tfh細胞反應可導致包括RA等多種自身免疫疾病[17]。用SFB處理K/BxN小鼠模型，發現SFB不僅誘導皮氏小結中Tfh細胞增加，且腸外器官如脾臟中的Tfh細胞也明顯增加[18]，提示Tfh細胞在SFB介導的自身免疫性關節炎中可能起重要作用。SFB通過驅動皮氏小結中Tfh細胞分化并遷移到腸外部位，從而增加全身Tfh細胞數量和自身抗體產生，誘導關節炎發生，這可解釋腸道菌群引發關節炎的可能機制。Block等[19]發現在K/BxN小鼠模型中IL-17基因敲除型小鼠與對照組發生相似的關節炎；相反，Bcl6敲除的T細胞在受體小鼠中無法誘導關節炎產生，提示腸道菌群可能通過Tfh細胞而不是Th17細胞導致關節炎發生。因此，盡管大多數研究支持腸道菌群在RA Th17-Treg失衡中起作用，但其他可能機制仍待進一步探索。

2.2.3 腸道通透性增加，細菌移位誘導關節炎發生 腸道菌群失調可增加腸道通透性，導致細菌移位從而誘導關節炎發生[20-21]。腸道微生物及其代謝產物可進入血液循環，早在2000年，在RA患者的關節滑膜中可以檢測到細菌rRNA，其中一部分是RA特異的，而在對照組的關節中無法檢測出[22]；RA患者滑液中也可發現細菌DNA和細菌肽聚糖[23]。Gomez等[24]比較關節炎易感小鼠DRB1*0401與關節炎抗性小鼠DRB1*0402的腸道菌群，發現DRB1*0401小鼠腸道菌群失調（優勢菌群為梭狀芽胞桿菌）且腸道通透性增加，提示梭狀芽胞桿菌等病原菌可能產生易位及誘導全身免疫應答，在遺傳易感個體中引發關節炎。人源化小鼠模型的研究發現，與對照組相比，RA患者中以柯林斯菌屬為代表的稀有菌群顯著擴增，可能是通過減少上皮細胞中緊密連接蛋白ZO-1的表達增加腸道通透性，使小鼠關節炎發病率和嚴重性增加[25]。這些證據表明腸道菌群及其代謝產物可能以某種方式轉移到局部組織，并參與RA的免疫病理損傷，然而具體機制尚不明確。

3 重建腸道微生態在治療RA中的應用

利用益生菌制劑調節腸道菌群，重建腸道正常微生態是治療RA的新策略之一。益生菌主要通過抗病原菌、增強黏膜屏障完整性和免疫調節3種機制發揮作用。

動物實驗表明干酪乳桿菌通過下調促炎細胞因子途徑降低關節炎模型小鼠的炎癥反應[26-27]，然而，有關益生菌治療RA的臨床實驗結果并不一致。與安慰劑組相比，服用含干酪乳桿菌01菌株膠囊的RA患者血清促炎細胞因子如TNF-α、IL-6和IL-12明顯降低，調節性細胞因子IL-10增加[28]，補充干酪乳桿菌01可改善RA患者的疾病活動度和炎癥狀態。此外，接受凝結芽孢桿菌（GBI-30，608）治療的RA患者在疼痛評分上顯著改善[29]。而在另一項小型研究中，與對照組相比，服用干酪乳桿菌膠囊的RA患者健康評估問卷評分顯著改善，但兩組在美國類風濕病學會20%改善標準達標率（ACR20）上比較差異無統計學意義[26]。近期一項對益生菌治療RA的隨機對照研究的薈萃分析結果表明，由于目前進行的臨床研究有限，益生菌作為干預措施治療RA未顯示有充分的有效性，未來需要進行更多的多中心、大樣本的研究以評估益生菌在RA治療中的作用[27]。

4 展望

腸道微生態失調與RA的發生、發展密切相關。隨著第二代測序技術的發展，腸道菌群在RA中的組成和功能改變被深入研究。但由于腸道微生態系統的復雜性以及研究設計的局限性，目前兩者的因果關系尚不明確，需進行更多的研究以闡釋其關聯以及具體作用機制，從而為RA的治療開辟新的途徑。

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（本文由浙江省醫學會風濕病學分會推薦）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.21.2017-1611

浙江省教育廳科研項目(Y201432082)

310003 杭州，浙江大學醫學院附屬第一醫院風濕免疫科

曹恒，E-mail：1508044@zju.edu.cn

2017-07-07）

陳麗）