腸道菌群與川崎病

柴小娟，原新慧，李宇寧，陶仲賓

川崎病（Kawasaki disease，KD），又稱皮膚黏膜淋巴結綜合征，1967年由日本川崎富作首先報告，這是一種免疫相關性系統性血管炎綜合征，以全身中、小動脈受累為主，未經正規治療的病兒約15%～25%會發展為冠狀動脈病變，而發病早期使用靜脈注射用人免疫球蛋白（IVIG）治療可將冠狀動脈瘤的發生率降低至5%以下[1]。KD病因不明，多數研究認為KD是由一種或多種病原體感染引起，作用于有遺傳易感性的兒童，激活機體免疫系統，導致免疫失衡和血管內皮炎癥。目前超抗原理論是KD的主要研究方向，但迄今為止，尚未鑒定出可以單獨或共同誘發KD的特定病原體或超抗原[2]，近年來研究表明，KD相關超抗原可能部分來源于腸道菌群，而其啟動子很可能是從人體腸道入侵的[3]。許多研究通過對糞便的宏基因測序發現KD病人存在不同程度的腸道菌群紊亂[4-6]，這可能與KD的病因、發病機制相關。作者將對腸道菌群紊亂與KD的發生發展，以及干預腸道菌群應用于治療和預防KD的發病做一綜述。

1 腸道菌群與免疫

腸道菌群在人體的整個生命周期中具有重要作用，從相對簡單的微生物組成開始，隨著遺傳、環境和生理（如營養、生活方式、激素的變化、免疫力）等相關因素的影響，微生物群的復雜性增加，使得微生物群逐漸成熟。微生物群由數萬億微生物構成，其中至少有1 000種不同的細菌、真菌和病毒，主要定植于人體皮膚和黏膜表面，其中以腸道菌群含量最為豐富[3]。腸道菌群可以維持腸道機械、化學和生物屏障的穩定性，調節黏膜中T細胞和B細胞的增殖和分化，介導細胞因子的分泌，并促進漿細胞分泌分泌型免疫球蛋白A（SlgA），從而調節腸道黏膜免疫反應[7]。在這個過程中，活化的免疫細胞可以通過淋巴結遷移到血液循環中并誘導全身性免疫反應[7]。腸道菌群紊亂可誘發多種疾病，如炎癥性腸病、過敏性疾病和自身免疫性疾病[8]。

腸道是腸道菌群與黏膜免疫系統相互作用的界面，人體與腸道菌群是互利共生的關系，免疫系統可協同共生菌抵抗致病菌的入侵，而腸道菌群對腸道免疫系統的發生、發展具有調節作用。動物實驗表明，微生物的定植可以促進腸道上皮的解剖發育，增加上皮細胞的周轉率，并啟動腸道相關淋巴組織的成熟[9]。近來有關Treg和Th17在腸道免疫系統中的作用及其對微生物群的調節受到了廣泛關注，研究發現[10]梭狀芽孢菌屬通過酵解腸道內未經消化的碳水化合物產生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFAs），SCFAs通過G蛋白偶聯受體激活途徑可以增加Foxp3的表達及Treg細胞的數量，而SCFAs濃度降低可導致無菌小鼠的腸道Treg細胞發育受損，提高SCFAs濃度或用共生菌重建腸道微環境可使得小鼠Treg細胞恢復，這說明腸道菌群與Treg細胞的發育密切相關。無菌小鼠中Th17細胞的數量顯著低于正常水平，分節絲狀菌（segmented filamentous bacteria，SFB）是一種條件致病菌，可通過增加血清淀粉樣蛋白A使得小鼠腸道內Th17細胞生成增多，提示腸道微生物在Th17細胞發育中有重要作用[11]。此外，有學者發現早期環境細菌暴露不足可使將來發生哮喘、過敏及自身免疫病的風險增加[12]。腸道菌群不僅可以促進宿主免疫系統的發育，還可以通過不同途徑調節免疫細胞功能，從而參與自身免疫病的發生發展。因此，尋找對腸道菌群功能改變產生關鍵作用的菌種或菌株，探究其免疫調節機制，將為KD發病機制和發現防治新策略提供不同的思路。

2 川崎病相關腸道菌群改變

隨著高通量測序技術的發展，可以對腸道菌群進行精確檢測，以獲得豐富的腸道菌群信息。早期基于細菌培養的方法發現與健康對照組相比，KD兒童中可產生熱休克蛋白60（hsp60）的革蘭陰性菌（例如奈瑟菌、不動桿菌、腸桿菌和韋氏菌）以及具有超抗原特性的革蘭陽性菌（包括鏈球菌、葡萄球菌）的比例顯著增加，而具有抗炎特性的乳酸菌比例顯著減低[6]，提示腸道菌群紊亂可能參與KD發病，但細菌培養不能檢測到一些不可培養的和低豐度的致病菌。

沈男等[4]通過PCR擴增KD病兒和健康兒童糞便樣本中16S rRNA基因的V1～V2可變區，并在高通量測序后進行糞便樣本的細菌學分類，采用a多樣性、β多樣性、線性判別分析和LEfSe差異分析比較KD和健康兒童腸道菌群的豐度、多樣性、組成和特征差異發現，KD組病兒腸道微生物群結構及其豐度改變，其顯著差異的變化為乳酸菌屬、韋榮球菌屬和梭菌屬豐度減少，而擬桿菌屬、腸球菌屬和副桿菌屬豐度增加。與沈男研究結果不同，SHEN等[5]通過高通量測序分析發現與健康對照組相比，KD組擬桿菌門菌的豐度顯著減少，而且首次發現Dorea在KD組幾乎缺失，此差異可能與樣本量、抗生素使用、出生方式、喂養方式等有關，后期需要大樣本研究進一步探究。另外，陳杰等[6]研究發現與健康對照組相比，急性期KD病兒腸球菌屬、不動桿菌屬、螺桿菌屬、乳球菌屬、葡萄球菌屬、丁酸單胞菌屬的豐度顯著升高，而急性期KD中產SCFAs的腸道菌群，如梭菌屬、小桿菌屬、普雷沃菌屬、優桿菌屬、羅氏菌屬及巨型球菌屬的豐度顯著低于健康對照組，與急性期KD相比，非急性期KD中產SCFAs的腸道菌群，如小桿菌屬、普雷沃菌屬、布勞特氏菌屬、梭菌屬、羅氏菌屬及瘤胃球菌屬豐度顯著增加，而且急性期KD病兒中血清炎性細胞因子IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、TNF-α和INF-γ水平較健康對照組顯著升高，相關分析表明腸球菌屬豐度改變與IL-2、IL-6呈正相關（r=0.39，P=0.01；r=0.39，P=0.02），螺桿菌屬豐度改變與IL-6呈正相關（r=0.37，P=0.00），證實了腸道菌群紊亂與KD免疫發病機制之間的相關性。

3 腸道菌群參與川崎病的發病機制

KD是一種急性免疫功能紊亂所致的血管炎綜合征，其核心特征是免疫系統過度激活和炎癥因子級聯釋放。研究發現在KD急性期Th17比例和其分泌的細胞因子IL-17，IL-6和IL-23的水平顯著升高，而Treg比例和其轉錄因子（例如FoxP3）的表達顯著降低[10]。并且KD的治療效果與Th17水平下降及Treg水平上升有關[13]，均提示Th17/Treg失衡參與KD的發病。Treg細胞介導了多種免疫機制，包括抑制細胞因子IL-10、TGF-β等的分泌，抗原提呈細胞的功能修飾或殺死，通過細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4抑制細胞接觸依賴[14]。Treg細胞主要是由腸道微生物產生的SCFAs，如乙酸、丙酸或丁酸等刺激后的幼稚T細胞前體產生的[10]，而SCFAs不僅可通過誘導上皮細胞產生TGF-β1促進Treg細胞的生成，而且還可以以GPR4315（屬于G蛋白偶聯受體家族）依賴性方式誘導胸腺Treg細胞的增殖[15]。此外，丁酸酯可抑制組蛋白脫乙酰基酶并促進Foxp3增強劑中組蛋白H3的乙酰化，從而導致幼稚CD4+T 細胞分化為外周 Treg細胞[15]。Kazunari Kaneko等[10]通過宏基因測序對使用IVIG之前的KD病人的糞便樣本及健康兒童的糞便樣本分析發現，KD病人糞丁酸濃度顯著降低（P<0.05）。先前的研究表明，梭狀芽孢桿菌通過產生丁酸來調節Treg細胞的生成，而KD急性期梭狀菌豐度顯著降低，提示腸道菌群紊亂參與KD的發生發展。此外，腸道菌群在Th17的誘導中也起著至關重要的作用。Th17是CD4+T細胞的一種亞型，可增強針對真菌和某些細胞外細菌的免疫應答，Th17可產生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22及IL-26等細胞因子，可放大炎癥反應，Th17的異常調節會導致炎癥和自身免疫性疾病的發展。Wang等[16]研究發現SFB可通過微生物粘附觸發的內吞作用將SFB抗原蛋白轉移到小腸上皮細胞，并誘導IL-17和IL-22的生成。無菌小鼠中Th17細胞缺失，而在SFB刺激后Th17細胞水平升高[17]。嚙齒類動物中可能存在與SFB相似的人類共生細菌，因為從潰瘍性結腸炎病人的糞便中分離出的細菌菌株混合物可能誘導Th17發育[11]。之前已有大量研究證實KD急性期Th17顯著升高，而且Th17的水平影響KD對IVIG的敏感性[13]。因此，腸道菌群可導致Th17/Treg的失衡，而Th17/Treg失衡可引起KD的過度免疫反應。

黃宏琳等[18]通過測定KD病兒和健康對照組血清中TNF-α、IL-6、IL-1β等指標發現，KD組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于對照組；而且冠狀動脈損傷組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于非冠脈損傷組，提示TNF-α等炎性因子參與KD發病。張少鋒等的研究進一步證實了這一點[19]。雙歧桿菌是放線菌屬的一屬，放線菌是健康人腸道中存在的主要門系之一，雙歧桿菌菌株主要分為四種不同的種，長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和動物雙歧桿菌。有研究報道在體外模型中，動物雙歧桿菌和長雙歧桿菌可誘導產生大量的 IFN-γ 和 TNF-α[15]，提示雙歧桿菌可能通過產生TNF-α而參與KD發病，但目前尚無相關研究，故后期可為KD腸道菌群相關發病機制的研究提供又一方向。

4 川崎病菌群相關防治措施

臨床研究發現腸道菌群可通過免疫調節機制參與多種疾病的發病，如系統性紅斑狼瘡、炎癥性腸病、過敏性疾病及慢性腎臟疾病等，也有大量研究通過調節腸道菌群的組成和功能來干預疾病的發生發展。研究發現腸道中有益菌尤其是腸桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌和玫瑰菌等的恢復，可緩解KD的臨床癥狀[20]，因此，可針對KD的菌群干預治療進行進一步研究，以發現KD新的治療方法。

越來越多的研究表明，膳食纖維會影響腸道菌群的組成，膳食纖維不僅可為腸道菌群的細菌活性提供能量來源，還可以直接或間接影響腸道黏膜的免疫反應，因此可通過改變飲食結構來調節腸道菌群，進而改善免疫反應[21]。SCFAs為腸道微生物酵解產物，研究發現SCFAs，尤其丁酸酯可以改善腸道屏障功能，不僅可以延緩炎癥性腸病、1型糖尿病和非酒精性脂肪肝的發展，而且在治療方面也有積極作用[22]，因此，SCFAs可對后期KD的治療研究提供新思路。益生菌與病原菌可競爭營養和附著部位，并通過改變腸道微環境中PH值和抗菌物質的分泌來維持腸道屏障的健康[22]，現有的治療方法結合益生菌干預可能對KD的治療或預后有幫助。Dorea是人類腸道中的一種產氣菌，通過碳水化合物的發酵產生SCFAs及不同量的氫和二氧化碳，而氫是一種新型抗氧化劑[5]。研究發現吸入氫氣可以抑制敗血癥小鼠的全身炎癥反應，減少由炎性因子引起的病理損傷，并提高敗血癥小鼠的存活率[23]。另外，有研究使用H2治療了4名有發燒、疼痛等癥狀的急性紅斑皮膚病病人，治療后病人癥狀緩解，沒有復發，這可能與H2的抗炎作用有關[24]，提示適量的氫可以增加腸內皮屏障功能并起抗炎作用，可能對KD的治療有幫助，后期可進行相關研究。糞便菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）是指糞便菌群從健康供體向患病受體的腸道轉移，從而恢復腸道微生物群落的組成和功能，并抵抗病原體的定植[25]，研究發現FMT對復發性艱難梭菌感染有顯著療效[26]，而且對炎性腸病、結腸炎、代謝綜合征、自閉癥等均有療效[25]，因此，FMT為KD的治療提供了新的方向，后期有待研究。

5 小結與展望

綜上所述，KD與健康對照組相比腸道菌群豐度及結構有顯著差異，而且KD急性期與非急性期腸道菌群的結構及豐度亦存在差異，腸道菌群紊亂所致免疫失衡參與KD的發病，但目前有關腸道菌群與KD發病機制及治療的研究尚不成熟，后期仍需要大樣本研究探索腸道菌群的功能，并尋找對腸道菌群整體功能改變產生關鍵作用的菌種或菌株，探究其免疫調節機制，為KD的深層發病機制和防治策略提供新的思路。