腸道菌群在自身免疫性甲狀腺疾病發生中的作用機制研究進展

孫博文，楊孟雪, 楊波，周雪，李飛

(遵義醫科大學，貴州遵義 563000)

自身免疫性甲狀腺疾病(AITD)是一種常見的自身免疫性疾病之一，其患病率約為5%[1]，主要包括Graves病和自身免疫甲狀腺炎，共同特征為血清中存在針對甲狀腺細胞的促甲狀腺素受體抗體(TRAb)、抗甲狀腺過氧化物酶抗體(TPOAb)及抗甲狀腺球蛋白抗體(TGAb)等自身抗體，以及甲狀腺淋巴細胞的浸潤,但是其目前病因仍未明確。近年隨著測序技術的發展，腸道菌群紊亂已被證明與類風濕關節炎、多發性硬化、系統性紅斑狼瘡等自身免疫性疾病相關[2～4]。越來越多的證據表明,腸道菌群失調與AITD相關，并可能在AITD的發生發展中起重要作用，其機制方面的探討成果也較多，現就腸道菌群參與AITD發病的作用機制作以下綜述。

1 腸道菌群的組成、生理作用

腸道菌群目前已知由1 000多種細菌組成，數量約為3.8×1013，占體質量的0.3%，被稱為人類第二大基因庫，具有異質性和復雜性[5]。在屬水平上，主要由梭菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、鏈球菌屬和埃希菌屬等組成[6]。隨著測序技術的發展，研究發現,腸道菌群對于維持宿主的營養、代謝和免疫穩態方面均發揮著重要作用。腸道菌群的組成取決于宿主遺傳因素和環境因素相互作用，正常情況下腸道菌群處于動態平衡，但受長期飲食習慣、藥物使用和疾病等因素影響，當這種動態平衡被打破會導致腸道菌群紊亂，并通過分子模擬[7]、旁路激活[8]和表位抗原擴展[9]等機制觸發自身免疫反應導致自身免疫性疾病。

2 腸道菌群在AITD發生中的作用機制

2.1 通過分子模擬等機制引起交叉免疫反應 宿主組織和細胞對共生菌群成分的免疫耐受是維持健康的先決條件，自身免疫反應的原因之一是宿主抗原的異常定位。正常情況下甲狀腺過氧化物酶(TPO)位于甲狀腺細胞的頂膜上，甲狀腺球蛋白(TG)主要位于甲狀腺濾泡的膠體中，不與血液接觸，TPO在甲狀腺細胞基底膜上的異常定位或由于甲狀腺破壞而導致TPO和TG在血液中的出現會在遺傳易感人群中引發針對甲狀腺的自身免疫反應[10]。最合理的解釋是微生物可能通過分子模擬機制誘發自身免疫性疾病，即T和B淋巴細胞對同源細菌或病毒抗原的交叉免疫反應而產生自身反應性抗體[11]。目前研究報道，主要有耶爾森菌、雙歧桿菌、乳桿菌、幽門螺桿菌(Hp)等通過分子模擬等機制引起交叉免疫反應從而誘發AITD，但不同細菌通過不同的物質引起交叉免疫反應。

2.1.1 通過促甲狀腺素受體(TSH-R)樣物質引起交叉免疫反應 目前已知的腸道耶爾森菌和丙型肝炎病毒含有與主要甲狀腺抗原同源的蛋白成分，并通過分子模擬機制引發AITD[12]。腸道中的耶爾森菌和TSH-R存在著序列相似的肽，1986年Heyma等[13]發現耶爾森菌中的TSH-R樣物質能增加Graves病的發病率，并提出經典分子模擬，認為感染因子和促甲狀腺素受體的抗原決定簇分子結構相似，引起抗體對自身TSH-R交叉反應。此外，有研究報道耶爾森菌感染患者恢復后，外周血中免疫球蛋白在甲狀腺濾泡細胞膜中顯示出類似TRAb活性，并且與正常人群相比，Graves病患者感染的比例更高。在診斷為自身免疫性甲狀腺炎的患者中，超過70%的患者存在對耶爾森菌的某些抗原決定簇抗體，提示耶爾森菌可能參與AITD發病[14]。

2.1.2 通過TPO和TG樣物質引起交叉免疫反應 雙歧桿菌及乳桿菌等有益菌對于維持腸道屏障的完整性及免疫調節具有重要意義，在治療腸易激綜合征、功能性胃腸疾病、抗生素相關性腹瀉等疾病中發揮有益作用。但有研究[15]報道服用益生菌可通過產生Th1導致炎癥反應，對患有Th1介導的自身免疫性疾病的患者產生負面影響。雙歧桿菌及乳桿菌的某些特定菌株可以通過交叉反應觸發自身免疫，在人血清中檢測到了一些針對雙歧桿菌抗原的特異性抗體，這種抗體反映了宿主對共生微生物的免疫耐受被打破[16]。研究[17]發現，雙歧桿菌及乳桿菌某些屬種通過分子模擬機制觸發AITD的易感基因位點是分子MHC-Ⅱ的DRB 1*0301(DR3，DR17)、DRB 1*04(DR4)、DR5、MHC I B8。在TPOAb陽性血清中檢測到雙歧桿菌、乳桿菌抗原的概率是TPOAb陰性血清樣本的3倍。TPO和TG的氨基酸序列與雙歧桿菌和乳桿菌屬的某些特定菌株蛋白具有同源性，這些氨基酸序列可能是B和T淋巴細胞的表位抗原。雙歧桿菌、乳桿菌含有的一些蛋白組分，在其他抗體含量過多的情況下，可選擇性地與TPOAb和TGAb相互作用，并競爭TPO和TG結合[18]。因此，微生物沒有絕對的“好”與“壞”之分，雙歧桿菌屬和乳酸菌屬的某些特定菌株可能通過分子模擬機制參與觸發AITD。

2.1.3 通過TPO樣物質引起交叉免疫反應 Hp是一種革蘭陰性菌，胃黏膜是常見的定植和感染部位，該菌最毒的菌株可以產生細胞毒素相關基因A(Cag-A)抗原。近年研究[19]表明，Hp感染與AITD，特別是與橋本病之間存在正相關關系。與健康對照組相比，不僅在初診Graves病患者中，而且治療后甲狀腺功能恢復的Graves病患者中，表達Cag-A的Hp感染率都高[20]。一項在中國人群的研究[21]也證實了這一點，并發現Cag-A陽性、HLA-DQA 0201陰性或者Hla-DQA 0501陽性的患者更有可能合并Graves病。CAG-A陽性Hp菌株與TPO序列有一定的相似性，Hp抗體滴度與TPOAb呈正線性回歸[22]，藥物治療根除Hp后，這些抗體明顯減少，提示在合并Hp感染期間，針對甲狀腺抗原結構產生的抗體可能與Hp存在交叉免疫反應[23]。Larizza等[24]研究報道，在Graves病發病的易感人群中，Hp感染可誘導和加重自身免疫性甲狀腺炎，并可能與人白細胞DRB1*0301抗原相關。值得注意的是，在初診時，Hp在Graves病患者中的陽性率高提示感染可能出現在疾病開始之前。因此，Hp感染可能也是“觸發”Graves病因素之一。

2.2 通過影響Th17/Treg軸誘發AITD Graves病的部分病因是由于自身對甲狀腺自身抗原的免疫耐受減弱，從而導致致病性自身反應性T和B淋巴細胞攻擊甲狀腺濾泡細胞。近幾年越來越多的證據[25，26]表明除了Th1與Th2細胞在Graves病的發展中起著關鍵作用，另外兩種新發現的CD4+T細胞亞群，即Th17和Treg細胞也參與Graves病的發病，并且Th17/Treg軸失衡與AITD的嚴重程度有關。Th17細胞主要功能是合成并分泌具有促炎作用的IL-17，大量研究表明Th17細胞在炎癥性腸病、類風濕關節炎、銀屑病等自身免疫性疾病中具有致病作用。以CD+4、CD+25和轉錄因子FOX-P3表達為特征的Treg細胞，通過IL-10和TGF-β等調節因子的分泌抑制自身反應性T、B細胞，而維持自身免疫耐受[27]。

腸道菌群紊亂可能是影響Th17/Treg軸潛在的機制之一，有些腸道細菌可以與樹突狀細胞結合，產生多種細胞因子，促進樹突狀細胞的聚集和激活，它們可以遷移到腸系膜淋巴結中，并誘導CD4+T細胞分化為Th1、Th2、Th17、Treg等細胞。例如腸道脆弱擬桿菌可以通過其多糖A分子誘導Th1細胞的產生，柯林斯菌通過降低上皮細胞中緊密連接蛋白的表達并誘導IL-17的表達增加腸道黏膜的通透性[28]。

分節絲狀細菌(SFB)被發現是腸道黏膜固有層Th17細胞的有效誘導劑[29]。動物實驗[30]表明，無菌小鼠小腸中沒有Th17的產生，這可能因為腸道黏膜缺乏SFB誘導產生Th17細胞。SFB可誘導并促進Th17細胞依賴性自身免疫性疾病的發生，例如SFB誘導固有層的Th17細胞可以再循環到大腦引起炎癥[31]。Graves病患者腸道黏膜中SFB的豐度高于健康對照人群，同時外周血Th17細胞比例明顯升高。Ⅳ型和ⅪVa型梭菌屬能促進Treg細胞分化[32]。橋本病患者腸道普雷沃氏菌屬的相對豐度降低，與甲狀腺功能狀態密切相關，普雷沃菌屬通過降低Th17極化和促進抗炎Treg細胞在腸道分化而增強抗炎活性[33]，但也有研究[34]報道Graves病患者普雷沃氏菌屬相對豐度顯著增加。以上研究表明分節絲狀細菌、普雷沃菌屬等腸道細菌失調可能是AITD中Th17/Treg軸失衡的原因之一。

直腸真桿菌為腸道菌群的組成成分之一，體內外實驗證明該菌可以通過分解難以消化的碳水化合物生產丁酸鹽等短鏈脂肪酸[35]，而丁酸鹽在腸道中可以誘導Treg 細胞的產生并促進其功能增強。丁酸鹽通過激活細胞受體HCA2，使Treg細胞和IL-10產生增多，還可以通過增強FOX-P3基因內含子保守非編碼序列中組蛋白H3的乙酰化，從而促進胸腺外產生Treg細胞[36]。近年一項在中國人群的研究[37]表明,甲亢患者直腸真桿菌的豐度較健康人群低，并推測其產生的丁酸鹽量顯著下降。直腸真桿菌還與腸道黏膜通透性有關，直腸真桿菌豐度明顯降低可以導致腸道黏膜通透性增加，進而使毒素、細菌代謝產物、甚至細菌本身易位進入血液。另外，研究[37,38]還發現甲亢患者大腸桿菌志賀菌及柔嫩梭菌的比例升高，由于柔嫩梭菌可以誘導抗炎因子的分泌來調節免疫反應，該研究推測其與對抗甲狀腺功能亢進癥而產生的應激反應相關，而大腸桿菌志賀菌為痢疾的致病菌，傳染性高且危害嚴重，也提示甲亢患者免疫力下降及腸道微生態系統的失調。以上研究表明SFB、普雷沃菌屬、直腸真桿菌等腸道細菌失調可能是AITD中Th17/Treg軸失衡的原因。

綜上所述，AITD患者腸道菌群紊亂導致腸道黏膜屏障通透性增加，毒素、抗原、細菌代謝物、甚至細菌易位，從腸道進入血液引起持續炎癥刺激，并通過分子模擬、旁路激活和表位抗原擴展等機制觸發AITD的自身免疫反應，例如耶爾森菌、雙歧桿菌、乳桿菌、Hp等菌株某些特定蛋白與TSH-R、TPO、Tg具有同源性，從腸道進入血液觸發自身免疫反應;而SFB、普雷沃菌屬、直腸真桿菌等菌通過影響Th17/Treg軸誘導和加重AITD。通過調節腸道菌群改善腸道黏膜屏障的通透性，減輕腸道慢性炎癥狀態，恢復免疫穩態，對AITD具有潛在的治療作用。