腸道菌群與甲狀腺疾病的關系

楊雙竹,蘭麗珍

(1.山西醫科大學，太原 030001； 2.山西醫科大學第一醫院全科醫療科，太原 030001)

腸道菌群是指在宿主胃腸道內定植的有機微生物群，其數量是人體細胞總量的10倍，或是人類基因數量的150多倍，總重量達1～1.5 kg，腸道菌群參與機體的營養吸收、激素合成與代謝、免疫應答調節與穩定[1-3]，在許多內分泌及免疫相關疾病(如糖尿病[4]、類風濕關節炎[5]、炎癥性腸炎[6])中發揮重要作用。當機體內環境失衡或受到外界環境刺激時,腸道菌群的動態平衡被打破，菌群數量或結構出現異常，稱為“腸道菌群紊亂”。臨床常見的甲狀腺疾病有自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease，AITD)，主要包括Graves病、自身免疫性甲狀腺炎，以及甲狀腺功能減退癥、甲狀腺癌等，近年來甲狀腺疾病的發病率逐漸升高，其中以AITD為著。甲狀腺疾病的具體發病機制尚不明確，現有證據表明與環境和遺傳因素有關[7]，其中免疫調節紊亂在疾病發生發展中的作用不容忽視。為了更好地探究腸道菌群與甲狀腺各類疾病的關系，現就各類甲狀腺疾病患者腸道菌群的改變及其參與甲狀腺疾病發病的機制進行綜述。

1 腸道菌群

人體攜帶的正常微生物的數量高達1014個[8]。微生物在胃腸道中廣泛分布，腸道菌群又被稱為“人類的第二基因庫”[9]。數十萬年來，腸道菌群與人體共同進化，互為環境。在宿主不同生命階段腸道菌群都有其獨特的組成和功能特征，在成人階段更為穩定[10]。腸道菌群主要通過代謝產物和自身產生的蛋白質直接或間接調節人體的免疫狀態，以維持其與宿主之間復雜的動態平衡。

研究表明，腸道菌群與人體自身免疫性疾病、慢性免疫疾病密切相關，甚至與其患病機制直接相關，如系統性紅斑狼瘡[11]、類風濕關節炎[5]、1型糖尿病[4]、炎性腸病[6]、多發性硬化癥[12]、銀屑病[13]、白塞病[14]等。近年來，甲狀腺疾病的發病率逐年升高，其發病機制與機體的自身免疫有關，甲狀腺疾病中腸道菌群的改變及其作用也引起了關注。

2 甲狀腺疾病中腸道菌群結構的改變

2.1AITD AITD在世界范圍內的發病率為5%[7]，是最常見的器官特異性自身免疫性疾病,其中以橋本甲狀腺炎最多見，其特征是產生甲狀腺自身抗體——甲狀腺過氧化物酶抗體和抗甲狀腺球蛋白抗體，同時炎癥細胞浸潤甲狀腺，破壞甲狀腺濾泡，使實質組織大量纖維化，導致甲狀腺功能減退。橋本甲狀腺炎的確切病因尚未完全闡明，可能是遺傳易感性[15]和各種環境因素相互作用的結果，前者表現在主要組織相容性復合體Ⅰ類、Ⅱ類基因和一些非主要組織相容性復合體基因的基因多態性，后者則包括碘過量或缺乏、藥物(如α干擾素、胺碘酮)、鋰、維生素D、環境暴露[16]、細菌和病毒感染(如小腸結腸炎耶爾森菌和丙型肝炎病毒[17])等。

腸道細菌的過度生長在AITD的發生發展中發揮重要作用，Zhao等[18]對28例橋本甲狀腺炎患者和16名健康對照者的糞便樣本進行微生物群構成分析發現，兩組的27個菌屬比較差異有統計學意義，并與相關臨床指標(甲狀腺激素水平、甲狀腺相關抗體等) 強相關；該研究還發現，橋本甲狀腺炎患者糞便微生物群布拉提菌、魯米諾球菌、羅布特西亞菌、羅斯布里亞菌、多拉菌、梭狀芽孢桿菌以及真桿菌等菌屬的豐度有所上升，而糞細菌、擬桿菌、拉克諾氏菌和普沃氏菌等菌屬的豐度有所降低。Ishaq等[19]則認為，與健康人群相比，橋本甲狀腺炎患者整體腸道菌群豐度和多樣性增加，其中普雷沃氏菌屬和小桿菌屬豐度降低，副桿菌屬和大腸桿菌的豐度升高，甲狀腺功能減退和甲狀腺功能正常的橋本甲狀腺炎患者的擬桿菌屬豐度減少，而甲狀腺功能減退患者腸道厚壁菌屬可能減少。以上研究表明,在橋本甲狀腺炎患者腸道菌群構成中，厚壁菌門和擬桿菌門是絕對優勢菌門；甲狀腺功能亢進患者普雷沃氏菌屬的豐度明顯降低，但降低程度與甲狀腺功能狀態無關。

2.2甲狀腺功能減退癥 甲狀腺功能減退癥是由自身免疫性疾病、藥物、甲狀腺破壞、上位內分泌器官功能障礙等原因導致的甲狀腺激素分泌不足或利用障礙，可引起一系列全身低代謝綜合征。甲狀腺功能減退癥發病隱匿，主要表現為代謝率降低和交感神經興奮性下降，病程較長，女性發病率遠超男性。

小腸細菌過度生長指小腸中細菌數量異常升高，即從空腸近端分離出的大腸菌群>105個菌落形成單位/mL[20]。當腸道細菌生長控制機制受到干擾時，小腸細菌過度生長即可發生，臨床以氫葡萄糖呼氣試驗陽性作為診斷標準。

Lauritano等[21]選取50例因自身免疫性甲狀腺炎而出現明顯甲狀腺功能減退的患者，利福昔明治療后復查葡萄糖呼吸試驗發現，27例患者的氫葡萄糖呼氣試驗陽性；而抗生素治療后,患者腹部癥狀明顯改善，故認為甲狀腺功能減退與細菌過度生長有關。隨后，Konrad等[22]再次證實了該研究結果。健康個體正常的胃腸蠕動可以防止細菌微生物的過度生長，維持腸道內環境穩態。有研究發現，甲狀腺功能減退時胃腸道運動功能障礙顯著,排空延遲[23]。由此推測，甲狀腺功能減退與腸道細菌過度生長互為因果、相互影響。Su等[24]的動物研究也證實了這一觀點。因此，對于甲狀腺功能減退伴慢性胃腸道問題者應進行小腸細菌過度生長評估。

2.3甲狀腺癌 甲狀腺癌是最常見的內分泌系統惡性腫瘤，女性發病率遠高于男性，是女性最?；嫉膼盒阅[瘤之一[25]。根據病理學分型甲狀腺癌可分為甲狀腺乳頭狀癌、甲狀腺濾泡狀癌、甲狀腺低分化癌、未分化癌和髓樣癌，其中前兩者統稱為“分化型甲狀腺癌”。甲狀腺癌的病因與肥胖、輻射、碘攝入不足、基因突變、應激等多種因素有關，也與腸道菌群改變相關。

Feng等[26]對30例甲狀腺癌患者和35名健康對照者的糞便樣本進行腸道微生物群落特征分析發現，與健康對照者的微生物群落組成相比，甲狀腺癌患者的19個菌屬顯著富集，8個菌屬減少，還有一些菌屬的改變與載脂蛋白A、載脂蛋白B等相關。PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of Unobserved States)分析和系統分析顯示，甲狀腺癌組腸道菌群與健康對照組存在12種明顯不同的代謝途徑；應用液相色譜質譜分析表征代謝物譜發現，甲狀腺癌組腸道菌群21個屬的72種代謝產物存在顯著變化；該研究還發現，聯合使用8種代謝物與5個屬能更有效地鑒別甲狀腺癌患者[26]。朱立威[27]對8例甲狀腺乳頭狀癌患者、2例甲狀腺癌合并橋本甲狀腺炎患者、11例健康人的新鮮糞便行16S rRNA V4片段測序發現，三組的菌群結構與豐度水平比較差異無統計學意義(高豐度門水平菌群相似——厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門以及放線菌門，低豐度科水平組成存在細微差異)，但兩組生物標志物仍存在差異，健康對照組的生物標志物為擬普雷沃菌屬和腸桿菌屬,甲狀腺乳頭狀癌組的生物標志物為瘤胃菌科屬以及毛螺菌科KF843559屬。Aghajani等[28]在甲狀腺癌患者糞便樣本中檢測出大量擬桿菌科和理研菌科細菌。

3 腸道菌群的作用

3.1影響甲狀腺素的合成與代謝 甲狀腺激素的合成依賴一系列微量元素，其中碘和硒發揮首要作用。美國馬里蘭州一研究所檢測經卡那霉素治療封閉群大鼠的腸道菌群及甲狀腺功能，結果發現卡那霉素減少了雌性大鼠腸道中總需氧菌和厭氧菌的數量，且抗生素治療后3 h，甲狀腺攝碘率有所下降，認為腸道菌群數量減少可能會影響甲狀腺功能[29]。Hofstee等[30]根據飲食將妊娠期大鼠分為富硒飲食組和低硒飲食分組，結果發現，低硒飲食組大鼠后代的甲狀腺代謝水平異常，且與Mehl等[31]的一項橫斷面研究結論一致。腸道菌群可能通過參與、影響甲狀腺激素的合成與代謝影響甲狀腺穩態。在腸道菌群處于平衡狀態時，有益菌占主導地位，它們通過調節微量元素的利用協助和維持甲狀腺功能穩定；當腸道菌群失衡時，甲狀腺穩態被打破，甲狀腺功能發生異常。Konrad等[22]的研究亦證實腸道菌群可影響甲狀腺素的合成與代謝。

3.2影響酶活性 腸道菌群在Graves病中的作用可能與酶活性有關。既往有學者在大鼠和人的腸壁中檢測到了脫碘酶[32]。脫碘酶的活性被腸道常駐菌群抑制，當腸道菌群失衡時，菌群對脫碘酶活性的抑制減弱，更多的甲狀腺素經脫碘酶作用轉化為三碘甲腺原氨酸，從而導致甲狀腺功能亢進或疾病嚴重程度加重。還有研究發現，部分乳桿菌屬細菌可以在細胞內將亞硒酸鈉固定為硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸(硒元素在宿主體內的兩種主要活性形式)，提高人體內硒的水平，參與調解甲狀腺激素代謝[33-34]。腸道菌群是否還可通過改變其他酶的活性影響甲狀腺疾病的發生發展，仍需進一步研究。

3.3影響免疫反應 一項針對多發性硬化癥患者的研究發現，具有高疾病活性和更高Th17表達患者的厚壁菌門/擬桿菌門比值和鏈球菌相對豐度較大，但普雷沃氏菌菌株數較少，證明腸道Th17與人類小腸中普雷沃氏菌屬的相對豐度成反比，普雷沃氏菌屬通過減少Th17極化和促進腸水平的抗炎性調節性T細胞(regulatory T cell，Treg細胞)分化增強抗炎活性[35]。綜上所述，腸道菌群可通過菌群組成、結構變化及代謝產物直接或間接影響免疫細胞和細胞因子的產生與激活，以指導淋巴細胞發生，調節甲狀腺免疫狀態，從而導致疾病發生。

在甲狀腺疾病中，腸道菌群失衡的影響主要表現在Th17/Treg軸失衡上。宋影春等[36]研究發現，甲狀腺功能亢進患者腸道菌群的豐度和多樣性均有所降低，最顯著差異來自直腸真桿菌屬，其豐度的降低可能與疾病的免疫機制相關。丁酸鹽是直腸真桿菌的主要產物，其減少可造成誘導分化的Treg細胞以及抗炎細胞因子釋放減少，最終導致甲狀腺抗炎能力、腸上皮細胞屏障功能減弱；該研究還認為，對菌群行定量分析對于早期預測甲狀腺功能亢進有重要意義。韓璐[37]選取30例初發Graves病患者和30名健康對照者進行研究發現，Graves病患者外周血Th17細胞百分比較健康對照者顯著升高，且Th17細胞水平與外周血游離三碘甲腺原氨酸、游離甲狀腺素水平呈正相關，同時腸道分節絲狀菌和普雷沃氏菌水平也較高，推測腸道細菌可能有促進Th17產生的作用。Shukla等[38]研究發現，耶爾森菌具有與促甲狀腺激素受體類似的抗原決定簇，機體感染后外周血免疫球蛋白會在甲狀腺濾泡細胞膜上顯示出與促甲狀腺激素受體抗體類似的活性。另有研究證實,Th17/Treg軸失衡與AITD病情嚴重程度密切相關，此外，Th22細胞也參與了甲狀腺疾病的發生[39]。

腸道細菌過度生長還與腸道有益菌刺激Treg細胞生成增多、活性增強有關。Lakritz等[40]給予小鼠羅伊乳酸桿菌(一種長期存在于腸道的有益菌，其產物羅伊素能改善腸道功能，有預防典型老年性體重增加和嗜睡的作用)喂養發現，羅伊乳酸桿菌能夠觸發抗炎CD25+Treg細胞，刺激有益機體的免疫反應，改善腺體功能并有效抑制腺體癌變。Cervantes-Barragan等[41]的研究結論與其一致，并更詳細地敘述了相關調節機制。

CD4+CD8αα+雙陽性上皮內淋巴細胞(double-positive intraepithelial lymphocytes，DP-IELs)是一類最新發現的可與Treg細胞互補的調節性細胞，起源于固有層CD4+T細胞，在上皮層通過下調Thpok(T-helper-inducing POZ/Krueppel-like factor)、上調Runt相關轉錄因子3和T-bet(T-box expressed in T cell)激活CD8+T細胞譜系程序發揮作用，認為DP-IELs參與了包括口服耐受在內的多種免疫反應。無菌小鼠不存在DP-IELs，表明DP-IELs的分化取決于微生物因素[41]。羅伊乳酸桿菌產生的吲哚-3-乳酸(L-色氨酸的吲哚衍生物)能誘導CD8αα+CD4+T細胞(一種色氨酸的吲哚衍生物)，激活CD4+T細胞中的芳香烴受體，從而使Thpok下調并分化為DP-IELs[41]。可見，在富含色氨酸飲食條件下，羅伊氏乳桿菌可以將上皮內的CD4+T細胞重新編程為免疫Treg細胞。

3.4影響雌激素代謝 目前關于腸道菌群失衡及其與甲狀腺癌關系的前期研究尚不完善，具體作用機制仍需深入研究，現階段僅有腸道菌群失衡影響雌激素代謝的證據。Zahid等[42]對40例女性甲狀腺癌患者和40例女性健康對照者的尿液樣品進行分析發現，患者尿液樣本中的脫嘌呤雌激素-DNA加合物與雌激素代謝物及結合物比值的特異性和敏感性極高，說明甲狀腺癌患者體內存在雌激素代謝紊亂，雌激素-DNA加合物的形成可能對甲狀腺癌的發生產生影響。2012年，美國獨立衛生研究院首次通過人體試驗證明，腸道微生物可通過腸肝循環(包括但不限于β-葡萄糖醛酸酶)調節機體非卵巢雌激素水平，55個菌群對雌激素水平有顯著影響，其中以厚壁菌門的梭狀桿菌屬和瘤胃球菌科的3個菌種最為顯著[43]。甲狀腺癌患者腸道菌群失衡，瘤胃菌科屬可能通過影響人體內雌激素水平，在甲狀腺癌的發病過程中發揮作用。腸道菌群改變在甲狀腺癌中的作用機制是否與其他因素有關還需要更多臨床和實驗研究的證實。

4 小 結

腸道菌群在維持機體穩態中具有不可忽視的作用，腸道菌群失衡可造成腸內及腸外多種疾病的發生。腸道菌群對于甲狀腺疾病的發生發展起促進、誘導或加重作用，但其主要作用機制尚不明確，目前認為與營養失衡、甲狀腺激素代謝紊亂和免疫調節改變有關。維持腸道微生物群結構與組成穩定對于預防甲狀腺疾病的意義重大。然而，腸道菌群個體化差異巨大，極易受到環境、藥物、飲食、心理等不穩定因素影響，因此診斷疾病的定性定量標準、個體化調節治療形式等仍需進一步探討和研究，深入研究腸道菌群可為甲狀腺疾病提供新的診療方向。