腸道菌群在自身免疫性甲狀腺疾病中的研究進展

李園園，王 華，陳 月

(上海市寶山區(qū)中西醫(yī)結合醫(yī)院內分泌科，上海 201900)

自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease，AITD)是一組器官特異性的自身免疫性疾病，主要包括橋本甲狀腺炎和Graves病。其發(fā)病原因為多種因素促進機體產生針對促甲狀腺激素受體的自身抗體，即促甲狀腺激素受體抗體，分為刺激性和阻斷性兩類，它們分別在Graves病和橋本甲狀腺炎的發(fā)病機制中起關鍵作用[1-2]。目前認為，遺傳易感性和環(huán)境誘發(fā)因素的相互作用是導致免疫耐受異常及AITD發(fā)病的關鍵原因[3-6]。近年來，隨著高通量測序技術的發(fā)展，人們對腸道菌群的認識日漸深入，腸道菌群在多種腸道疾病和腸外免疫性疾病中的作用也逐漸得到證實[7]。研究發(fā)現(xiàn)，許多免疫性相關疾病(1型糖尿病、炎性腸病、多發(fā)性硬化等)與腸道菌群紊亂存在一定的相關性[7-8]，并得到醫(yī)學科研工作者的廣泛認可和極大重視。此外，腸道菌群不僅與甲狀腺相關的炎癥免疫和T細胞免疫密切相關，也與甲狀腺激素的代謝及吸煙、飲酒、藥物等環(huán)境誘發(fā)因素密切相關[9]。因此，腸道菌群可能參與AITD的發(fā)生發(fā)展[9-10]。現(xiàn)就腸道菌群在AITD中的研究進展予以綜述，以為AITD的預防、診斷及治療提供新思路。

1 腸道菌群

腸道菌群是存在于人體胃腸道內的正常微生物群，由大量需氧菌、厭氧菌、病毒等組成，被譽為人體的“第二基因組”。腸道菌群參與機體許多生理功能的維持，與營養(yǎng)物質的消化吸收、免疫系統(tǒng)的調節(jié)、內分泌系統(tǒng)的激素代謝平衡有重要聯(lián)系，腸道菌群與機體相互作用，使宿主機體保持穩(wěn)定[7,11]。在生理情況下，腸道菌群間的相互作用維持了腸道生態(tài)環(huán)境的動態(tài)平衡，在受到外界刺激或病原菌侵襲時，腸道菌群發(fā)揮屏障和抵御作用；而在病理情況下或疾病發(fā)生過程中，腸道菌群的紊亂和失調，通過與機體內外環(huán)境的作用，使機體的免疫功能受損[12]。據(jù)報道，正常腸道內寄居的乳桿菌、雙歧桿菌能通過調控機體的免疫細胞，在全身免疫系統(tǒng)上使整個機體的免疫應答得到平衡[13]。Furusawa等[14]通過對小鼠腸道菌群模型進行研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群能明顯增加調節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg細胞)的數(shù)量，且其分泌的丁酸有助于Treg細胞的分化、成熟。另一方面，整體免疫系統(tǒng)具有監(jiān)測和制約腸道菌群的作用，從而使腸道菌群處于良性的相對平衡中[12]。

但當機體受到創(chuàng)傷應激、病原微生物(細菌、病毒等)感染或抗生素使用不當時，機體的腸道菌群可發(fā)生明顯改變，主要表現(xiàn)為腸道菌群數(shù)目的異常、種類的減少或不同腸道菌群的比例失衡[11]。同時，腸道菌群的失調或紊亂也能改變腸道黏膜的屏障作用、影響機體對營養(yǎng)物質的吸收及對有害物質的屏障作用，進而影響機體的免疫系統(tǒng)功能，促進疾病的發(fā)生、發(fā)展，最終形成惡性循環(huán)[8,11,15]。研究表明，當腸道菌群出現(xiàn)紊亂時，機體出現(xiàn)一系列免疫性相關疾病(系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕關節(jié)炎、心血管疾病等)[7-8]。作為人體的“隱形器官”，腸道菌群在多種疾病中的重要作用得到研究者的廣泛重視和關注[8,11,15-16]。

2 腸道菌群與AITD的關系

腸道菌群與AITD的發(fā)生、發(fā)展有密切聯(lián)系[9]。其紊亂和失調可激活機體免疫系統(tǒng)，介導機體免疫反應，促進炎癥細胞因子的產生和釋放導致自身抗體產生，從而參與AITD 的發(fā)生。近年來，已證實可能介導AITD發(fā)生的腸道微生物主要有幽門螺桿菌、耶爾森菌、伯氏疏螺旋體、巴爾通體等[9]。

2.1 幽門螺桿菌與AITD 幽門螺桿菌不僅是胃腸疾病的重要致病因子，還與糖尿病、動脈粥樣硬化性疾病、心血管疾病及免疫性相關疾病緊密相關[17]。目前，幽門螺桿菌與AITD關系的研究較多，但尚無一致結論。

Figura等[18]發(fā)現(xiàn)，AITD患者抗幽門螺桿菌抗體和抗細胞毒素相關基因A抗體的滴度較正常患者顯著升高，提示幽門螺桿菌參與了AITD。隨后有學者報道，幽門螺桿菌相關標志物在AITD患者中明顯增加，提示幽門螺桿菌可能是AITD發(fā)病的危險因素[9,19-20]。Arslan等[21]對幽門螺桿菌感染與AITD的發(fā)生進行研究發(fā)現(xiàn)，AITD在幽門螺桿菌感染患者中的發(fā)生率顯著增加。另有學者通過根治幽門螺桿菌感染并對甲狀腺相關的指標進行檢測發(fā)現(xiàn)，根治后甲狀腺相關抗體的水平明顯下降[22]。而幽門螺桿菌感染參與AITD發(fā)生的機制可能為：其部分基因片段與甲狀腺過氧化物酶具有相似性，幽門螺桿菌基因序列可能通過分子模擬的方式刺激機體免疫細胞表達甲狀腺過氧化物酶抗體同源的決定簇，從而促進甲狀腺過氧化物酶抗體的分泌，最終引起AITD的產生。然而，也有學者報道幽門螺桿菌感染與AITD無關[23-24]。未來，仍需要大規(guī)模的臨床流行病學及分子生物學研究來明確幽門螺桿菌與AITD的關系。

2.2 耶爾森菌與AITD 早在20世紀70年代，就有學者發(fā)現(xiàn)AITD患者中小腸耶爾森菌抗體的陽性率較正常對照者和非自身免疫性甲狀腺疾病患者明顯升高[25-26]。隨后，Wenzel等[27]報道在AITD患者的血清中存在耶爾森菌抗體。進一步研究指出，在AITD患者中抗耶爾森菌抗體和血清抗耶爾森菌外膜蛋白水平顯著高于正常人，提示耶爾森菌可能參與AITD的發(fā)病過程[28-30]。另有學者發(fā)現(xiàn)，耶爾森菌上存在特定的促甲狀腺激素結合部位，其可與促甲狀腺激素受體發(fā)生交叉免疫反應，通過分子模擬機制誘導促甲狀腺激素的產生和釋放，從而導致AITD發(fā)生[31-32]。此外，Brix等[33]對雙胞胎人群進行觀察發(fā)現(xiàn)，耶爾森菌感染可能會顯著增加Graves病的發(fā)病率，其風險約增加5倍。這提示，耶爾森菌感染可能是AITD發(fā)生的危險因素。

2.3 其他菌群與AITD 有學者報道，巴爾通體感染與橋本甲狀腺炎的發(fā)生具有相關性[34]。而益生菌株鼠李糖乳酸桿菌和雙歧桿菌已被證實能夠加強自身免疫性甲狀腺炎、橋本甲狀腺炎小鼠模型中脾細胞γ干擾素的生成[35]。此外，伯氏疏螺旋體和肉毒桿菌也可能通過其細菌抗原表位與促甲狀腺激素受體的交叉免疫反應導致AITD的發(fā)生[9]。

在一項橫斷面研究中，研究者收集了28例橋本甲狀腺炎患者和16名健康對照者的糞便樣品，采用16S基因測序方法分析微生物群，結果發(fā)現(xiàn)橋本甲狀腺炎患者的腸道菌群與健康對照者存在27個細菌種屬的顯著差別，且這27個菌屬與臨床相關指標(甲狀腺激素水平、甲狀腺相關抗體等)具有強相關性[36]。研究者進一步篩選出前10種細菌菌屬發(fā)現(xiàn)，其可以作為標志物區(qū)分和預測橋本甲狀腺炎[36]。此外，腸道菌群可通過影響甲狀腺素的代謝、T細胞免疫和炎癥反應，從而參與AITD[9,37-38]。AITD的危險因素也可能通過引起腸道菌群的改變或紊亂導致AITD的發(fā)生[9]。

3 腸道菌群在AITD中的作用

3.1 參與甲狀腺代謝 碘的代謝異常在流行病學研究和動物模型實驗中被證實是引發(fā)AITD最為重要的環(huán)境因素[3-4,16]。有證據(jù)表明，腸道菌群可影響碘的吸收、攝取、排泄及甲狀腺激素的代謝[16,39]。碘和硒在甲狀腺穩(wěn)態(tài)中至關重要。研究顯示，腸道菌群可影響碘和硒等營養(yǎng)物質的利用率，但其對機體的影響程度尚不完全清楚[16]。同時，腸道菌群也可通過調控腸道中的關鍵酶，從而影響甲狀腺素向三碘甲腺原氨酸轉化；此外，腸道菌群參與了甲狀腺激素的肝腸循環(huán)，從而影響其穩(wěn)態(tài)[16]。

作為腸道微環(huán)境的重要組成部分，當腸道菌群受到破壞、出現(xiàn)紊亂時，腸道表面的酶及轉運蛋白發(fā)生改變，從而影響甲狀腺素、三碘甲腺原氨酸等相關激素在體內的穩(wěn)態(tài)及作用[16]。

3.2 參與AITD的交叉免疫反應 交叉免疫反應是指抗體與具有相同或相似表位的抗原之間出現(xiàn)的反應，即進入機體的某些外來抗原如果與體內組織成分有相同或相似的抗原決定簇，那么機體產生的抗體就可與該組織發(fā)生交叉免疫反應而致病。如風濕病、腎小球腎炎等自身免疫性疾病的發(fā)病機制均有交叉免疫反應參與。Wenzel等[27]報道在橋本甲狀腺炎患者血清中耶爾森菌抗體顯著高于健康對照者，提示耶爾森菌可能參與AITD的發(fā)病。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，耶爾森菌與AITD的發(fā)生、發(fā)展密切相關[30-32]。研究者發(fā)現(xiàn)，可引起腸炎的耶爾森菌具有與促甲狀腺激素受體蛋白相似的抗原決定簇，機體感染后可能會產生針對促甲狀腺激素受體蛋白的抗體[31-32]。因此，腸道菌群可能會通過交叉免疫反應參與AITD的發(fā)病。

3.3 通過免疫調節(jié)參與AITD的發(fā)生 T細胞亞群及其介導的免疫調節(jié)在AITD發(fā)生中具有重要作用。參與AITD的T細胞亞群主要有輔助性T細胞(helper T cell，Th細胞)1、Th2、Th17及Treg細胞[3,37]。在生理穩(wěn)態(tài)情況下，Th1/Th2及Th17/Treg細胞處于動態(tài)平衡[3,4,37,40]。在外界不利病原體刺激后，Th1和Th17細胞可被激活產生有效的炎癥反應對抗病原菌，但若此過程調節(jié)失衡，則可導致過度炎癥及自身免疫性疾病的產生[7]。而Th2細胞及Treg細胞具有抗炎和對抗Th1、Th17細胞的作用。目前有學者認為，Th1/Th2及Th17/Treg細胞的失衡改變了促炎和抗炎因子的表達水平，引起淋巴細胞浸潤及B細胞激活，導致甲狀腺自身抗體的產生，從而對AITD發(fā)病起至關重要的作用[3,37,40]。而腸道菌群與T細胞亞群失衡及細胞因子的產生密切相關[7,15,41-42]。不同腸道菌群可通過多種途徑參與T細胞亞群的調節(jié)過程。

Th1/Th2細胞的平衡受腸道菌群的調節(jié)。據(jù)報道，無菌小鼠的Th1/Th2細胞失衡表現(xiàn)為Th2細胞增多[43]。而在無菌小鼠中定植脆弱類桿菌可促進CD4+T細胞向Th1細胞分化，從而改善Th1/Th2細胞失衡[44]。其原因可能為脆弱類桿菌的多聚糖A與CD4+T細胞的Toll樣受體2結合，誘導CD4+T細胞向Th1細胞分化[44-45]。此外，Atarashi等[46]發(fā)現(xiàn)口腔中存在的肺炎克雷伯菌在腸道定植會導致Th1細胞的過度激活，從而導致炎性腸病的發(fā)生。

腸道菌群具有調控Th17細胞的功能。而Th17細胞在抵御病原及調控自身免疫中具有重要作用。已有實驗表明，腸道菌群可調控Th17細胞的分化[42-43]。Lee等[47]報道，將分節(jié)絲狀菌定植于無菌小鼠可促進Th17細胞的生成和自身免疫性疾病的發(fā)生。Ivanov等[48]報道，分節(jié)絲狀菌與梭狀芽孢桿菌具有促進小鼠Th17細胞生成的作用。分節(jié)絲狀菌定植后可促進血清淀粉樣蛋白A的產生，刺激樹突狀細胞產生白細胞介素-6 和白細胞介素-23因子，從而促進CD4+T細胞向Th17細胞分化[48]。

同時，腸道菌群也能調控Treg細胞的功能。Treg細胞可通過影響體內自身免疫反應性的T細胞亞群，控制炎癥反應及維持自身免疫耐受[49]。與正常小鼠相比，無菌小鼠腸道黏膜中的Treg細胞明顯減少[42]。而將脆弱類桿菌、梭狀芽孢桿菌或ASF(altered Schaedler flora)定植于無菌小鼠后可促使Treg細胞的重新生成[49-51]。Smith等[52]報道，脆弱類桿菌和梭狀芽孢桿菌是通過促進丙酸鹽和醋酸鹽的產生，進而上調Treg細胞。

綜上可知，腸道菌群紊亂可通過多種方式調節(jié)免疫細胞的分化，促進機體的炎癥反應，且進一步通過級聯(lián)放大誘導機體自身抗體的產生，造成甲狀腺靶器官的損害，最終導致AITD的發(fā)生。

3.4 與易感因素相互作用參與AITD的發(fā)生 吸煙、飲酒、藥物、壓力、應激等被認為是AITD的易感因素。研究表明，AITD的易感因素可打破正常菌群平衡，導致腸道菌群失衡[9,53]。與非吸煙者相比，吸煙可改變吸煙者的口咽和氣管環(huán)境[54]。然而，Biedermann等[55]研究發(fā)現(xiàn)，吸煙也會影響腸道微生物。他們還發(fā)現(xiàn)，戒煙后厚壁菌門和放線菌門的細菌數(shù)量增加，擬桿菌屬和變形菌門的細菌數(shù)量輕微減少，同時微生物多樣性增加。一項對73名士兵的研究指出，在壓力環(huán)境誘導下，有超過50%細菌種屬的表達相對豐度發(fā)生顯著改變，且其腸道黏膜的通透性明顯增加,腸道菌群的多樣性也明顯改變[56]。

雖然包括AITD在內的自身免疫性疾病的性別分布不均已得到證實，但只有少數(shù)學者試圖研究腸道菌群在自身免疫性疾病性別分布差異中的作用。有學者發(fā)現(xiàn)，男性自身免疫性疾病中的擬桿菌屬和普雷沃菌屬較女性高，但對于其他細菌沒有觀察到性別差異[57]。此外，腸道菌群的性別差異也在免疫性相關疾病中得到進一步研究[58-59]。

可見，AITD的相關危險因素與腸道菌群密切相關，腸道菌群可能通過與其危險因素的相互作用參與AITD的發(fā)生發(fā)展。

4 小 結

腸道菌群作為人體共生的重要組成部分，具有調節(jié)宿主營養(yǎng)、代謝和免疫功能的作用。多種腸道微生物與AITD的發(fā)生發(fā)展密切相關。腸道菌群可通過參與甲狀腺激素代謝、交叉免疫反應、T細胞亞群介導的免疫調節(jié)等導致AITD的發(fā)生。然而，腸道菌群在AITD中的基礎和臨床研究尚無重大突破，主要原因為腸道內菌種數(shù)量龐大、菌種之間的相互作用較為復雜等。隨著宏基因組技術、基因芯片、高通量測序等技術的發(fā)展，未來全面了解AITD發(fā)病過程中腸道菌群的變化規(guī)律，并掌握特定菌種在AITD發(fā)病中的具體作用機制，對AITD的預防、早期診斷和治療具有重要作用。