腸道菌群對痛風免疫機制的影響研究

王慧,高惠英,李小峰

(山西醫科大學第二醫院風濕免疫科，太原 030001)

痛風是嘌呤代謝異常導致的一種炎癥及免疫性疾病，嚴重者可導致腎功能不全甚至殘疾[1]。近年來隨著人們生活水平的提高，痛風的發病率也逐年升高，嚴重威脅人類健康，給患者家庭和社會帶來巨大負擔。隨著對痛風免疫機制研究的深入發現，CD4+T細胞亞群中的輔助性T細胞17(helper T cell 17，Th17細胞)、調節性T細胞(regulatory T cell,Treg細胞)及兩者之間的平衡在痛風的發生發展中發揮重要作用，并與關節癥狀的嚴重程度相關[2-5]。近年來腸道微生態已成為調控免疫系統的重要因素，與多種自身免疫性疾病和代謝性疾病相關。腸道菌群及其代謝物可通過影響免疫功能，進而調控疾病進程。有學者發現，痛風患者的腸道菌群組成與健康體檢者不同，而給予益生菌治療可有效改善關節炎癥狀[6]，提示痛風的發病與腸道菌群失衡有關。腸道菌群失調可影響Th17與Treg細胞的免疫平衡，通過調節腸道菌群可調控Th17與Treg細胞的免疫失衡，故有可能成為控制痛風反復發作的新方法。現就腸道菌群在痛風中的研究進展予以綜述，以期為痛風的發病機制研究及治療提供新思路。

1 痛風患者腸道菌群的分布特點

人的胃腸道內寄居著種類繁多的微生物，這些微生物互相制約、互相依存，形成一種動態平衡，并與宿主建立復雜的營養關系。腸道菌群在新生兒出生后即定植于腸道。有研究表明，早期人類腸道菌群組成是兒童和成人健康狀況的相關風險因素，在宿主的整個生命中發揮重要作用[7]。腸道菌群變化與人類和動物的多種疾病相關，包括炎性腸病、類風濕關節炎、系統性紅斑狼瘡、多發性硬化癥、干燥綜合征等[8]。腸道菌群失衡可損壞腸道屏障，而給予益生菌治療可增強腸道的屏障作用，改善疾病癥狀[9]。

痛風作為一種代謝性疾病及免疫炎癥性疾病，其發生發展也與腸道菌群有一定相關性。近年來有學者通過比較痛風患者和健康人腸道菌群組成發現，痛風患者的腸道菌群組成與健康人群有明顯區別，其中糞便擬桿菌富集，而柔嫩梭桿菌、普氏菌及雙歧桿菌缺乏，且痛風患者腸道菌群變化要早于外周血中尿酸的變化[10]。另一項研究發現，腸道菌群變化伴隨代謝產物的變化，并提出代謝產物的變化可能是影響痛風的途徑[11]。Yu等[12]的動物實驗發現，高尿酸血癥大鼠中腸道菌群富集度較低，而給予降尿酸治療后并不會使腸道菌群富集度恢復。

2 腸道菌群參與痛風的免疫機制

近年來隨著對痛風免疫機制研究的深入發現，Th17及Treg細胞在痛風發病的免疫機制中占重要地位，而腸道菌群對痛風的影響可能是通過調節免疫機制實現。

2.1痛風的免疫機制 痛風患者的嘌呤代謝紊亂導致單鈉尿酸鹽沉積在關節腔，作為一種危險信號，可以觸發先天性和獲得性免疫反應。研究發現，單核細胞/巨噬細胞、肥大細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞均參與痛風性關節炎的發生發展[13]。單鈉尿酸鹽可以激活巨噬細胞，通過識別不同的模式識別受體，包括膜結合受體和細胞內模式識別受體等激活核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3[14]。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3是一種細胞內蛋白復合物，由核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3、凋亡相關斑點樣蛋白和胱天蛋白酶1組成，在痛風性關節炎中發揮重要作用，活化的胱天蛋白酶1可以裂解白細胞介素(interleukin，IL)-1β前體與IL-18前體，從而產生成熟的IL-1β與IL-18[15]。有學者用單鈉尿酸鹽晶體刺激離體小鼠的腹膜巨噬細胞發現，巨噬細胞釋放的促炎細胞因子增加，包括IL-1β、腫瘤壞死因子-α和IL-6等[16]。這些細胞因子相互作用，促進CD4+T淋巴細胞向不同亞群分化，發揮不同的作用。

Th17和Treg細胞均屬于CD4+T淋巴細胞亞群。Th17細胞可分泌IL-17、IL-21、IL-22、IL-26、腫瘤壞死因子-α等多種細胞因子，在先天性和適應性免疫應答中占據重要地位。多項研究發現，在多種自身免疫性疾病中Th17細胞明顯增多，其分泌的細胞因子IL-17在疾病的發展中發揮不可忽視的作用，其拮抗劑已用于某些自身免疫性疾病的治療[17-19]。給予斑塊狀銀屑病關節炎患者IL-17拮抗劑治療，其療效明顯優于第一代腫瘤壞死因子拮抗劑[20]，提示IL-17可作為治療免疫性疾病的高效靶標。另一項研究發現，給予痛風小鼠IL-17抗體治療，小鼠關節腫脹程度明顯減輕，并呈劑量依賴性變化[2]，提示Th17細胞在關節炎的發作中發揮重要作用。

Treg細胞是一類具有抑制體內自身免疫反應功能的CD4+T淋巴細胞亞群，其與Th17細胞作用相反，且兩者之間可以相互轉化。Treg細胞在維持耐受性和免疫穩態中起主導作用，影響許多自身免疫性疾病和自身炎癥性疾病的發生及發展，包括自身免疫性甲狀腺炎、類風濕關節炎、多發性硬化癥以及系統性紅斑狼瘡等[21]，其數量減少及功能缺失均會影響疾病進展。Treg細胞通過多種機制發揮免疫耐受作用，其中之一為通過表達表面整合素αvβ8促進轉化生長因子-β分泌，從而發揮抗炎作用，而缺乏整合素αvβ8表達的Treg細胞激活轉化生長因子-β表達的能力下降，其抗炎能力也下降[22]。有學者通過測定急性和慢性痛風性關節炎患者的Treg細胞發現，急性痛風性關節炎患者Treg細胞水平升高，而慢性痛風性關節炎患者Treg細胞水平降低，且急性組轉化生長因子-β的水平明顯高于慢性組及健康組[3]。以上結果提示，Treg細胞及轉化生長因子-β的分泌可能參與了急性痛風性關節炎的自發緩解。

Th17與Treg細胞的平衡在疾病的發生發展中發揮關鍵作用。楊虹等[4]研究發現，痛風患者Th17細胞表達增加而Treg表達減少，表明Th17/Treg細胞失衡在痛風性關節炎中起重要作用。而另一項對急性痛風性關節炎小鼠脾臟中Th17與Treg細胞的研究發現，Treg細胞在發作6 h時增高，隨后降低，48 h再次上升，提示Treg細胞與急性痛風的自發緩解相關，而Th17細胞在24 h時達到最大值，與急性痛風性關節炎癥狀1 d內達到高峰相一致，Treg/Th17細胞比值在整個過程中均高于正常值[5]。以上研究證明了Th17與Treg細胞的平衡在調節關節炎癥中的作用，通過調節Th17與Treg細胞的平衡而達到長期緩解痛風性關節炎的目的是治療的新突破點。

2.2腸道菌群及其代謝物的免疫調節作用 腸道是人體最大的免疫器官，腸道黏膜分布著豐富的淋巴組織，包括派爾集合淋巴結、闌尾、孤立淋巴濾泡、上皮內淋巴細胞等，統稱為腸相關淋巴組織。腸相關淋巴組織的成熟依賴于嬰兒時期腸道共生菌的定植[23]，腸道菌群的定植不僅可作用于腸道免疫，對全身免疫系統也有調節作用，如腸道菌群缺失會增加腸道病原菌侵入的風險[24]。

腸道菌群最常見的代謝產物為短鏈脂肪酸，其在免疫調節方面發揮重要作用。短鏈脂肪酸在結腸中的水平最高[25]，可調節免疫相關基因的激活或關閉，誘導T淋巴細胞和B淋巴細胞活化，從而產生多種炎癥因子和抗體，攻擊自身組織；此外還可通過改變黏膜屏障影響免疫功能[26]，最終導致自身免疫性疾病的發生。丁酸鹽是腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸的一種，其可抑制組蛋白去乙酰化酶的作用，尤其在調節腸巨噬細胞及樹突狀細胞在免疫應答中起作用。丁酸鹽主要通過減少促炎介質(如IL-1、IL-12)釋放，促進Treg細胞分化，介導炎癥消退[25]。另外，腸道中的樹突狀細胞還可通過分泌IL-10和其他免疫調節因子誘導Treg細胞分化，最終發揮免疫耐受作用[27]。

腸道菌群的代謝產物不僅對宿主的免疫塑造發揮不可替代的作用[28]，同時在嘌呤代謝中也起著重要作用。通過對痛風患者和健康對照人群的糞便樣品進行分析發現，痛風患者體內有3種腸道微生物代謝產物相對富集，分別為乙酸鹽、琥珀酸鹽和葡萄糖，其均可為腸道上皮細胞提供ATP，最終促進尿酸排泄，可能參與了急性痛風的自發緩解[7]。此外，苯丙氨酸也在促進尿酸排泄中發揮了關鍵作用[7]。痛風患者體內的甘氨酸和天冬氨酸也參與嘌呤的合成[29]。

痛風患者的腸道菌群紊亂，其中多種益生菌缺乏或豐度降低，如腸道內柔嫩梭桿菌、普雷沃氏菌屬、雙歧桿菌等減少，進而導致Th17/Treg細胞失衡[10]。柔嫩梭桿菌是腸道內丁酸鹽的主要來源，但在痛風患者中較健康人明顯減少，所以其介導的Treg細胞分化也相應減少，抗炎作用減弱，與目前發現的痛風的免疫失衡機制吻合[10]。給予無菌小鼠含有柔嫩梭桿菌的食物喂養后發現，其產生的代謝物丁酸鹽可促進Treg細胞分化，在保持Th17/Treg細胞平衡中發揮重要作用[30]。有研究將提取的人外周血單核細胞暴露于不同種類的短鏈脂肪酸溶液中發現，丁酸鹽較乙酸鹽和丙酸鹽有更強的促進Treg細胞分化的作用[31]。

痛風患者腸道中除柔嫩梭桿菌減少外，普雷沃氏菌屬也減少。普雷沃氏菌屬是一種富集于人體腸道的益生菌，通過分解膳食纖維產生乙酸、琥珀酸、少量的異丁酸、異戊酸和乳酸。有研究指出，腸道益生菌可通過激活Toll樣受體2導致IL-23和IL-1等細胞因子釋放，進而促進Th17細胞分化；此外還可通過刺激腸道上皮細胞產生IL-8、IL-6和CC亞家族趨化因子配體20，促進黏膜Th17細胞介導的免疫反應和中性白細胞募集，在慢性炎癥性疾病中發揮關鍵作用[32]。但腸道益生菌的發酵產物丁酸、乳酸也可促進Treg細胞分化，介導免疫耐受，從而達到控制炎癥的目的，該機制可能在痛風中發揮作用[33]。雙歧桿菌在痛風患者腸道中的豐度也降低。雙歧桿菌作為一種益生菌，可抑制有害細菌，改善胃腸道屏障功能，并抑制促炎細胞因子釋放[34]，同時也可通過增加短鏈脂肪酸的產生，介導免疫耐受[35]。

綜上所述，腸道菌群及其代謝產物具有免疫調節作用。痛風患者不僅腸道有多種益生菌減少，且也會影響Th17與Treg細胞的平衡。因此，痛風患者腸道菌群的變化可通過免疫調節作用在痛風的發生、發展中發揮重要作用。

3 調節腸道菌群治療在痛風中的進展

益生菌具有預防和治療各種全身疾病的潛在作用，包括炎癥性疾病和自身免疫性疾病，如類風濕關節炎、潰瘍性結腸炎、多發性硬化和肝性腦病等[36]，且相應的治療方案已開始應用于臨床。

最早益生菌是用于胃腸道疾病的治療，尤其在炎性腸病與腸易激綜合征中有很好的療效[37]，而益生菌與益生元結合治療的療效更佳[38]。目前在自身免疫性疾病方面，益生菌治療尚處于起步階段。糞便微生物群移植一直被認為是一種很有前景的控制疾病進展的治療手段。有研究已經證實通過糞便微生物群移植可激活不同的免疫途徑，減少結腸炎癥，并恢復腸內穩態，通過先天性和適應性免疫細胞介導IL-10產生，最終達到控制疾病的目的[39]。

痛風既是一種代謝性疾病，也是一種自身免疫性疾病，目前關于痛風腸道微生物的研究相對較少，且關于益生菌治療痛風的研究更少。人體腸道內的微生物種類繁多，不同疾病又有不同的菌群譜，不同菌群對免疫功能的調節作用也不盡相同，故需要根據不同的疾病選擇不同的益生菌。有些傳統藥物具有免疫調節和調節腸道菌群的作用，如二甲雙胍可通過抑制雷帕霉素靶蛋白信號轉導調節Th17/Treg細胞的平衡，從而減輕尿酸鹽沉積引起的炎癥性改變[40]。此外，二甲雙胍還可通過改善患者的糖代謝改變腸道菌群分布，最終控制疾病[41]。因此，為了將腸道菌群更好地應用于痛風的治療，需深入研究痛風患者的腸道菌群與免疫系統之間的調控機制。

4 小 結

腸道菌群可通過調節免疫功能達到預防及治療自身免疫性疾病的目的，并已在動物實驗和臨床試驗中得到證實。有學者提出，檢測痛風患者的腸道微生物可能較單純檢測血尿酸水平能更早、更準確地預知疾病的發生[10]。隨著細菌組學、代謝組學及基因組學的發展，將會更深入地了解腸道菌群調節免疫功能的機制，但腸道菌群數量龐大、種類繁多，其與人體的相互作用十分復雜，且不同種類的腸道菌群之間又相互作用，這提示不僅要研究不同種類的腸道菌群，更要關注不同腸道菌群之間的平衡對疾病的作用。雖然腸道菌群對痛風免疫系統的影響尚未完全明確，還需進行更多的探索，但現有的研究提供了一個研究方向：可通過探索痛風患者腸道菌群的分布特點，通過靶向調控腸道菌群恢復其生態平衡，最終達到治療疾病的目的。