腸道微生物在類風濕關節炎機制中的作用及對心血管風險的影響

楊金萍 桂 明

(中南大學湘雅三醫院腎病風濕科，長沙 410013)

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種慢性系統性的自身免疫疾病，患病率在0.24%-1%之間[1]。RA的發病機制復雜，涉及遺傳和環境兩方面的因素[2]。最近的研究表明，腸道微生物通過影響調節性T細胞(regulatory T cell,Treg)和輔助性T細胞(helper T cell,Th)之間的平衡來調控促炎和抗炎反應，增加促炎細胞因子的表達，從而影響RA的發生發展[3-5]。心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是導致RA患者死亡的主要原因，RA患者的CVD的病理生理學涉及免疫失調和慢性炎癥，近期的研究表明，腸道微生物群和其代謝產物的改變參與CVD的發生發展[6]。本文將介紹腸道微生物在RA機制中的作用并探討其對心血管疾病發生風險的影響。

1 腸道微生物

1.1腸道微生物概述 人體腸道(200～300 m2的黏膜)是10萬億個不同共生體(50個細菌門和約100～1 000個細菌物種)的“秘密花園”，統稱為“微生物群”，其編碼的基因被稱為“微生物組”，比人類基因組多150倍[7]。人體大多數微生物存在于腸道中，它們在合成機體必需的維生素和營養素、保護宿主免受病原體的入侵及調節免疫宿主反應方面發揮重要作用[8]。正常情況下，腸道菌群與宿主及外部環境保持動態平衡[9]。研究表明，新生兒的腸道幾乎是無菌的，出生后腸道微生物的組成取決于以下幾個因素，包括年齡、分娩方式、母體微生物組成、早期是否使用抗生素和喂養方案等[10]。每個個體都有獨特的相對穩定的腸道微生物群模式，在一定程度上可以抵抗抗生素和病原體的干擾[11]。近期的研究表明，人類微生物群分為三種，包括：擬桿菌型、普氏菌型、瘤胃球菌型，人類腸道微生物組的個體差異大，平均遺傳率僅為1.9%～8.1%，而腸道微生物組20%以上的差異與環境因素有關[12]。

1.2腸道微生物與免疫應答 文獻報道，個體腸道微生物群數量占體內總微生物量的80%以上，與免疫系統的聯系最密切[13]。腸道相關淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT)是人體最大的免疫器官，約占人體免疫系統總表面積的70%，所有產生分泌型IgA的漿細胞約有80%駐留在腸道固有層中[14]。腸道微生物在宿主免疫系統的發育和成熟中發揮重要作用，研究發現，無菌小鼠的GALT的發育存在明顯的缺陷，若將無菌小鼠重新暴露于腸道微生物分離出來的肽聚糖中，受損的淋巴組織結構能夠正常發育成熟[15]。

研究表明，腸道微生物群在人類3歲左右時趨于穩定并維持其多樣性，與宿主免疫系統共同進化，協同完成機體必需的生理過程，從而達到共生狀態。有學者指出，腸道共生菌群的組成和相對豐度影響宿主的免疫應答[16]。在人體健康的生理情況下，腸道共生菌群維持體內Th17/Treg細胞的平衡，可以有效防止自身免疫反應的發生[17]。研究表明，分段絲狀細菌(segmented filamentous bacteria,SFB)，一種常見的腸道共生菌，它可以促進腸道中Th17細胞的增殖和活化，增加促炎細胞因子的分泌，從而增強宿主的黏膜免疫應答[10]。脆弱擬桿菌是另一種腸道共生菌，通過與Toll樣受體-2(Toll-like receptor,TLR2)結合，增加Treg細胞的比例，抑制Th17細胞的產生，從而維持免疫穩態[18]。

2 腸道微生物與RA

研究表明，腸道微生物的改變通過影響腸道微生物與宿主免疫系統之間的相互作用，導致免疫調節失調，從而導致RA發病[19]。腸道微生物和免疫系統之間雙向調控，共同維持免疫穩態。然而，腸道微生物和RA間的因果關系的確立仍有待進一步研究[20]。

2.1RA腸道微生物的變化 研究表明，與健康對照組相比，RA患者的腸道微生物多樣性降低，其中放線桿菌屬和擬桿菌屬的豐度增加[21]。此外有研究發現，早期RA患者腸道中的擬桿菌和雙歧桿菌的分布顯著下降，而普氏菌分布呈增多趨勢[22]。有學者提出，RA患者腸道微生物中的乳酸桿菌的多樣性增加[23]。值得一提的是，蠕蟲狀闌尾，作為一個富含Treg細胞的免疫器官，其黏膜周圍存在的最豐富的共生細菌門包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門。流行病學研究表明，既往有闌尾切除術病史的病人患RA的風險明顯增加，研究者認為闌尾可能有助于在腸道菌群紊亂后重新接種腸道內的微生物，參與維持RA的腸道微生物群穩態[24]。

2.2腸道微生物參與RA發病 RA是基因、環境因素和免疫系統之間的相互作用的結果，越來越多的研究表明，腸道微生物是RA發病機制中不可缺少的環境因素[25]。在20世紀提出的“毒性因子”假說認為腸道革蘭氏陰性細菌會增加循環內“有毒代謝產物”的產生，促進關節炎癥的發展[26]。KIM等[25]通過建立具有遺傳易感性的實驗性RA模型，證實了腸道微生物在RA發病中的關鍵作用。近期的研究結果顯示，RA患者的滑膜中提取出的腸道菌群DNA以及RA患者腸道共生菌群的異常，進一步驗證了腸道微生物在RA的發病機制中的重要性[27]。

腸道微生物參與RA發病的機制包括分子模擬、外膜囊泡、T細胞分化、表觀遺傳修飾、免疫啟動以及免疫衰老，其中涉及分子模擬的機制被廣泛接受[28]。研究表明，外源性細菌抗原和自身抗原之間的分子模擬可以促進T細胞和B細胞的分化和成熟，T細胞的表位模擬可能構成黏膜免疫與關節免疫之間的潛在聯系，特別是普氏菌屬可能與關節內高表達蛋白的自身表位發生交叉免疫反應，從而激活黏膜表面的T細胞，促進關節炎癥的發生[29]。類似的研究表明，腸道微生物可通過自身抗原的分子模擬促進RA的發病[23]，例如，有學者提出[30]，SFB通過分子模擬的機制選擇性地擴增Th17細胞表達的T細胞受體(T cell receptor,TCR)，識別SFB表位和自身抗原，從而增強宿主體內的自身免疫反應。同樣地，腸道微生物的代謝產物也可以發揮分子模擬的作用，包括小分子有機酸、膽汁酸、維生素、膽堿代謝物和脂質[31]。

2.3腸道微生物影響RA的免疫應答 在健康人的生理情況下，正常的腸道微生物群維持免疫穩態。最近的一項研究發現，RA患者外周血中的Treg細胞比例減少，Th17細胞比例升高，提示RA患者的Th17/Treg細胞失衡。越來越多的研究表明，腸道微生物群通過調控Th17/Treg細胞的平衡狀態來影響RA的免疫應答[32-33]。研究表明，Treg/Th17細胞的分化和擴增由厭氧細菌的特定成員獨立控制[34]；普氏菌通過介導Th細胞的分化影響Th1細胞和Th17細胞的比例[35]；脆弱類桿菌通過其表達的多糖A與TLR2相互作用，增強Treg細胞的抗炎作用[18]。此外，腸道代謝產物(如丁酸鹽)與RA的免疫應答密切相關。研究表明，丁酸鹽通過調節Treg/IL-10/Th17軸抑制了膠原誘導性關節炎(CIA)小鼠模型關節炎的進展[36]。近期的研究發現，RA患者的腸道微生物的組成和功能發生改變，并且與臨床指標相關，經過抗風濕藥物治療后，RA患者異常的腸道微生物部分恢復，研究結果進一步證實了腸道微生物參與調節RA的免疫應答[37]。

腸道微生物群與GALT之間互相影響，共同控制RA的發生發展[38]。研究表明，普氏菌通過激活表達TLR的細胞，增加促炎細胞因子的產生，從而促進了Th17細胞介導的免疫反應-中性粒細胞的募集[39]；此外，普氏菌還可以通過刺激RA小鼠模型的B細胞，調控Th17細胞的促炎反應，促進抗瓜氨酸化蛋白抗體的形成[40]。另有研究表明，SFB通過誘導腸濾泡輔助性T細胞向全身淋巴組織部位分化和遷移，促進自身抗體的產生，從而加重關節炎的癥狀[30]。

2.4RA的免疫應答及其對腸道微生物的影響 文獻報道，人體胃腸道黏膜表面由一層腸上皮細胞(intestinal epithelial cells,IECS)組成，IECS表達模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)，負責識別腸道的病原體相關模式分子(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)[41]。在RA中，腸道微生物通過調控位于GALT上的抗原提呈細胞和PRRs激活免疫應答[42]，TLR參與維持Th17/Treg細胞的平衡，其中Th17細胞通過產生促炎性細胞因子以及招募中性粒細胞促進自身免疫反應，而Treg細胞通過增加Th細胞的比例影響腸道炎癥反應[14]。研究表明，RA患者位于GALT的免疫細胞處于免疫失調狀態。例如，RA患者外周血和淋巴結中的CD4+IL-10+T細胞表達減少，而外周血中的CD4+IL-17A+T細胞表達增多，這與關節炎發病密切相關[43]。

已有大量研究證明了腸道微生物群在RA發病中的作用，但目前仍不清楚腸道微生物的改變是RA的致病因素，還是RA自身的炎癥反應影響腸道微生物群的組成[44]。以前的研究表明，宿主的免疫系統會影響腸道微生物的分布[4]。有研究表明，IECS的自噬功能的破壞可以改變小鼠腸道微生物的組成，降低小鼠腸道微生物的多樣性[45]。另有研究表明，TLR基因型參與調控腸道微生物群的組成，缺乏TLR5的小鼠的腸道微生物群發生改變[4]。更重要的是，有學者提出，RA的基因型決定腸道微生物群的組成，研究結果顯示，與攜帶具有遺傳抗性基因HLA DRB*0402的小鼠相比，攜帶關節炎易感基因HLA DRB*0401的小鼠具有不同的腸道微生物群，他們認為這與腸道黏膜免疫功能的改變相關[44]。最近的研究表明，RA中腸道微生物組的變化至少部分是由于HLA-B27和HLA-DRB1對腸道微生物群的影響所致[46]。除此之外，免疫功能上的缺陷也可能影響微生物群的組成，有研究發現，RA患者使用免疫抑制劑后，體內的腸道微生物群隨之發生變化[47]。

3 腸道微生物參與RA心血管風險的調控

文獻報道，與健康人群相比，RA患者的CVD發生率增加了兩倍，動脈粥樣硬化(arteriosclerosis,AS)是CVD中最常見的病理改變[48]。AS是一種慢性炎癥性病變，適應性免疫系統的異常激活可以加速疾病進展，研究表明，T淋巴細胞存在于AS病變的各個階段[49]。有學者提出，Treg細胞主要通過阻斷Th1細胞的分化調節局部炎癥反應，發揮抗AS的作用，效應T細胞與Treg細胞比值升高可以促進AS的進展[50]。許多研究表明,腸道微生物和其代謝產物的改變通過調控宿主的慢性炎癥反應，影響CVD的發生[51]。例如，KOREN等[52]利用16S rRNA基因測序的方法在AS斑塊中檢測到細菌DNA，證實了腸道微生物可能參與AS斑塊的形成；氧化三甲胺(Trimetlylamine oxide,TMAO)作為一種常見的腸道微生物代謝產物，已有研究證實TMAO可能影響斑塊和血栓的形成，與AS的形成密切相關[53]。

越來越多的證據表明，腸道微生物群的改變與RA疾病進展間存在關聯。益生菌作為一種活的“腸道微生物”，它主要通過增強Treg細胞的功能，減少Th17細胞的產生，從而影響宿主的免疫系統功能。研究表明，補充益生菌可以降低CIA小鼠模型中RA的發生率[54]。更重要的是，有學者發現，補充益生菌可以改變TMAO的產生，以此來達到預防AS的目的[55]。此外，近期的研究表明，普氏菌比例的增加可以導致血漿TMAO水平的增加、TLR4過度活化、C反應蛋白增加等。在RA患者中，普氏菌通過其表達的脂多糖與TLR4結合，可能導致血小板聚集、T細胞異常激活和蛋白尿的增加，從而增加心血管風險[56]。由此可見，腸道菌群的調節或許可以成為改善RA患者心血管風險的潛在治療手段。

4 小結與展望

腸道微生物群與宿主免疫系統共同維持內環境的穩態，腸道微生物對自身免疫反應的調控有重要的影響。已經有大量研究表明，RA患者腸道微生物發生特異性改變，腸道微生物是RA發病機制中不可缺少的環境因素，而且腸道微生物是體內炎癥分子的來源，其多種代謝產物已經被證明與心血管風險相關。對于RA患者而言，腸道菌群的調控或許可以為RA患者的治療提供新的治療方向。