腸道菌群影響缺血性腦卒中預后的免疫機制研究進展

郭雙輝 張玉梅

首都醫科大學附屬北京天壇醫院1神經病學中心，2康復醫學科（北京100071）

腦卒中是由遺傳、環境等多種因素共同導致的異質性疾病，具有高發病率、高致殘率、高病死率、高復發率、高經濟負擔五大特點，現已成為我國成人致死、致殘的首要病因，我國卒中防治正面臨巨大的挑戰［1］。

缺血性腦卒中是最常見的卒中類型，占腦卒中的70%以上。盡早恢復缺血腦組織血流灌注，挽救缺血半暗帶是現今治療急性腦梗死的最根本目標。但是靜脈溶栓和血管內介入治療有時間限制，受益患者少［2］；并且，缺血腦組織血流恢復后所引起的缺血再灌注損傷也會使患者病情惡化［3］。腦卒中發生后，局部和全身的免疫炎癥反應是一個持續過程，參與腦組織損傷和修復的全過程，因此，免疫調節治療可能是腦卒中治療的新方向［4］。消化道是機體最大的免疫系統，70%的免疫細胞都分布在消化道。腸道菌群在腸道免疫系統的調節中扮演了重要角色，通過調節卒中患者腸道菌群及其代謝產物來調節卒中后機體免疫炎癥反應可能是卒中治療的新方法［5］。

1 腦卒中后機體的免疫應答

1.1 血管內炎癥事件急性缺血性腦卒中所導致的血流動力學改變會使血管內皮細胞和血小板在數分鐘內釋放P 選擇素等黏附分子，導致白細胞的募集、黏附、游出，加重局部血管阻塞和腦組織的損傷。凝血級聯反應的激活會進一步激活炎癥信號。凝血酶會誘導血管內皮細胞表面黏附分子的表達，破壞血管內皮功能，激活補體系統［6］。補體系統過度激活會促進小膠質細胞和巨噬細胞吞噬神經元，導致腦卒中不良預后［7］。在血管內炎癥反應開始的同時，腦組織的破壞也在同步進行。死亡的腦細胞釋放損傷相關模式分子（damage?associated molecular patterns，DAMPs），DAMPs 激活小膠質細胞，促進細胞因子，趨化因子的釋放，募集外周免疫細胞進入腦實質［8］。

1.2 外周固有免疫應答血管內炎癥事件啟動后，中性粒細胞釋放金屬基質蛋白酶破壞血腦屏障。DAMPs 和細胞因子通過破壞的血腦屏障或腦脊液進入外周循環激活外周免疫應答引起全身炎癥反應［9］。DAMPs 可以誘發腸道炎癥反應和免疫細胞活化，導致腸道屏障功能受損。腦卒中患者外周免疫應答激活后會出現免疫抑制，可能與交感神經和下丘腦—垂體—腎上腺軸激活密切相關［10］。

1.3 外周和腦部適應性免疫應答卒中后受損組織和死亡的腦細胞會釋放中樞神經系統隱蔽抗原，這些抗原可以被腦內的抗原呈遞細胞識別［11］。這些抗原呈遞細胞能通過腦膜淋巴管進入外周循環，到達淋巴器官，促進T 細胞和B 細胞分化，這些分化的自身反應性淋巴細胞返回大腦組織，導致卒中后遺癥［12］。

2 腦卒中對腸道功能和腸道菌群的影響

腸道菌群主要有厚壁菌門（Firmicute）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacterium）四個類群，其中厚壁菌門/擬桿菌門比值失調是腸道菌群失調的重要標志［13］。雖然不同的研究關注的腸道菌群具體種類有所不同，結論存在差異，但是物種多樣性降低，厚壁菌門減少和擬桿菌門過度生長是卒中后菌群變化的主要特點［14］。腦卒中引起腸道菌群失調的機制是復雜的，交感神經系統激活、免疫穩態破壞、腸道功能障礙和菌群移位均與卒中后菌群失調密切相關。厚壁菌門與擬桿菌門可以影響T 細胞的分化方向，卒中導致的腸道菌群變化可以促進小腸派爾集合淋巴結內促炎免疫細胞Th1 和Th17 的表達，惡化腦卒中結局，而通過糞菌移植改變腸道菌群組成則能改善卒中預后［14］。

2.1 卒中后自主神經系統對腸道菌群的影響正常情況下，消化道迷走神經的傳入神經末梢能感受腸道菌群產生的生物活性物質，影響大腦功能，調控腸壁通透性和外周免疫應答［15］。腦卒中后，迷走神經抑制，交感神經興奮釋放的去甲腎上腺素能導致腸道局部炎癥反應和腸壁通透性改變，引起腸道菌群失調［15-16］。此外，腦卒中能激活下丘腦—垂體—腎上腺軸（HPA 軸），HPA 軸分泌的促腎上腺皮質激素釋放激素增加腸壁通透性，引起菌群移位和菌群失調［17-18］。

2.2 卒中后腸道免疫穩態破壞對腸道菌群的影響血腦屏障破壞后，DAMPs 進入外周循環，作用于模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）引起腸道炎癥反應，破壞腸道穩態。髓樣細胞觸發 受 體?1（triggering receptors expressed on myeloid cells?1，TREM?1）是一種表達于骨髓源性細胞表面的受體，TREM?1 可以協同經典模式識別受體（Toll 樣受體，Nod 樣受體等）增強炎癥反應，導致卒中不良結局。腦內小膠質細胞和腸道固有層內單核/巨嗜細胞（Mo/MΦ）亞群均可表達TREM?1，TREM?1 在卒中后機體的固有免疫應答中發揮了重要作用。腦卒中發生后，去甲腎上腺素依賴性腸壁通透性增加導致菌群移位，腸道固有層促炎性免疫細胞對病原體相關模式分子（pathogen?asso?ciated molecular patterns，PAMPs）做出應答，導致其表面的TREM?1 表達上調，TREM?1 協同PRR，增強腸道局部對PAMPs、DAMPs 的免疫應答，進一步加重腸道功能障礙，同時外周表達TREM?1 的促炎性細胞遷移至腦實質，增強大腦局部炎癥反應，惡化卒中患者預后［19-21］。

3 通過調節腸道菌群及其代謝產物影響卒中后機體免疫應答

腦卒中發生后會激活小膠質細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、固有淋巴樣細胞、T 淋巴細胞、B 淋巴細胞等一系列免疫細胞。其中促炎性的Th1、Th17 和γδT 細胞常加劇缺血性腦組織損傷導致不良預后，而Treg 細胞則可以通過分泌IL?10 抑制炎癥反應，改善卒中預后。腸道菌群可以通過影響卒中后機體炎癥反應程度，釋放神經活性物質，調節T 淋巴細胞向軟腦膜的轉移，進而影響患者預后［22］。BENAKIS 等［23］使用抗生素改變卒中后小鼠的腸道菌群，發現小鼠的缺血性腦損傷減輕，腸道菌群作用于樹突狀細胞，使腸道調節性T 細胞增加，IL?17+γδT 細胞減少。膽堿能抗炎通路在腦梗死后的抗炎反應中起重要作用，炎性因子刺激迷走神經，激活膽堿能抗炎通路釋放乙酰膽堿作用于全身表達α7 煙堿型乙酰膽堿受體的免疫細胞（比如小膠質細胞），抑制炎癥因子的釋放，減輕炎性損傷［24］。李素彥等［25］通過向大鼠尾靜脈注射脂多糖制備膿毒癥大鼠模型，在制模一天后分別灌喂正常大鼠糞便稀釋液和生理鹽水，每日三次，每次2 mL，7 d 后測定各組大鼠腦電圖波形，腦皮質α7 煙堿型乙酰膽堿受體蛋白的表達和機體炎癥因子水平，結果顯示糞菌移植可以減少膿毒癥大鼠腦電圖異常波形，上調腦皮質α7煙堿型乙酰膽堿受體的表達并且降低機體炎癥水平，提示糞菌移植可以改善腸道菌群失衡，激活膽堿能抗炎通路，減輕腦部炎性損害。

短鏈脂肪酸是腸道菌群代謝產物之一。短鏈脂肪酸可以直接跨過血腦屏障，影響大腦功能［26］。在實驗性自身免疫性腦炎中，短鏈脂肪酸可以促進抗炎T 細胞亞群分化，減少軸突損傷，改善預后［27］。SADLER 等［28］研究發現腦卒中會導致血清短鏈脂肪酸水平降低，而補充短鏈脂肪酸可以改善預后。補充短鏈脂肪酸既可以減少大腦內小膠質細胞的激活，也可以減少外周淋巴細胞的激活，進而減少缺血腦組織淋巴細胞浸潤，改善患者預后。

腸道菌群亦可通過色氨酸代謝產物調節機體免疫系統，比如乳酸桿菌就可以產生吲哚?3?甲基肟激活固有樣淋巴細胞［29］。色氨酸代謝產物的組成是復雜的。內源性色氨酸代謝產物有犬尿氨酸、5?羥色胺、褪黑素，細菌性色氨酸代謝產物有吲哚、吲哚酸、甲基吲哚、色氨。腸道菌群也可以直接或間接影響內源性色氨酸的產生［30］。色氨酸代謝產物作用于芳基受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）調節機體免疫系統。既往研究顯示，機體炎癥反應會激活犬尿氨酸代謝通路，進而誘導Treg細胞分化，抑制炎癥反應［31］。在腦卒中患者中，可以觀察到血清色氨酸代謝產物明顯降低，但是色氨酸對腦卒中后機體炎癥反應、氧化應激的影響仍需進一步研究［32］。SCHIERING 等［33］發現AhR配體的過度降解會破壞腸道免疫穩態，而補充AhR 配體可以拮抗這種不利影響。這提示補充色氨酸代謝產物可能通過影響腸道免疫系統改善卒中預后。最近的研究表明強抗氧化劑褪黑素與神經系統和免疫系統密切相關，可能是治療腦血管疾病的有益藥物［34］。小膠質細胞表面有褪黑素受體，褪黑素作用于小膠質細胞促進其向具有抗炎保護作用的M2 型分化，早期應用褪黑素可以有效減輕腦組織缺血再灌注損傷，改善卒中預后［35］。

4 總結及展望

腦卒中會引起大腦局部和全身的免疫炎癥反應，激活大量免疫細胞。腸道免疫系統在其中扮演了重要角色。來自腸道免疫系統的免疫細胞浸潤腦實質會密切影響卒中預后［19，36］。腸道菌群在卒中后機體免疫應答中扮演了重要角色。雖然有研究證實，卒中誘導的腸道菌群變化會加劇機體炎癥反應，惡化卒中結局［14］，但是也有研究證實，缺乏分節絲狀菌（segmented filamentous bacteria）的小鼠由于Treg 細胞擴增受限，其腦梗面積明顯擴大［37］。由此看來，進一步研究哪些種類的腸道微生物在腦卒中中具有神經保護作用，哪些具有不利作用是必要的。目前，腸道菌群影響卒中后機體免疫應答的具體機制尚不明確，腸道菌群代謝產物可能是連接腸道菌群與機體免疫應答之間的重要環節，探尋腸道菌群—代謝產物—炎癥免疫反應之間的細胞分子機制，可能是以后研究腸道菌群與卒中后機體免疫應答關系的重要方向。腦卒中對腸道菌群的影響體現在腸道菌群代謝產物的變化上，利用腸道菌群代謝產物調節卒中后機體免疫應答可能是卒中治療的新路。