益生菌對自身免疫性疾病干預策略的研究進展

楊 揚，洪 青，劉振民*

（乳業生物技術國家重點實驗室，上海乳業生物工程技術研究中心，光明乳業股份有限公司乳業研究院，上海 200436）

近數十年來，在全球范圍內，多發性硬化癥（multiple sclerosis，MS）和類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis，RA）等自身免疫性疾?。╝utoimmune disease，AID）發病率正在飆升，給患者帶來極大痛苦。常規的藥物治療雖能緩解痛癥但也會給患者帶來諸多不良反應。AID的發生往往與遺傳、環境、腸道菌群等因素密切相關。因此，本文論述AID與腸道菌群的密切關系，整理了通過益生菌改變腸道菌群組成和多樣性，以及調節免疫系統功能的方式緩解AID的相關研究，為臨床選擇治療方案提供支持。

1 幾種典型AID

AID是由于自身抗原免疫耐受紊亂，機體產生大量自身抗體和免疫復合物，進而導致多種組織和器官損傷及功能障礙為特征的一大類疾病，主要包括系統性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）、MS、RA、干燥綜合征等[1]。1999年AID被列威脅人類健康的第三大殺手，僅次于心血管疾病和癌癥，我國也將其列為國家中長期科技發展綱要的十類重大疾病之一[2]。AID全球發病率和患病率分別為0.09%左右[3]和7.6%～9.4%[4]，其中2 種典型的AID：SLE和RA的全球患病率分別約為0.02%[5]和0.5%[6]?？傮w來看，AID發病率呈現逐年上升的趨勢[7]。目前，AID的病因和發病機制尚未完全明確，一般認為是由遺傳因素和環境因素等共同作用的結果。目前臨床尚不能根治AID，因此，治療多著重于最大程度減少疾病對各器官系統的損害，延緩病情迅速發展，有效改善預期后果，防止疾病反復發作。

1.1 SLE

SLE是一種累及全身各系統及組織器官的慢性AID，多發于15～45 歲育齡期女性[8]。SLE臨床表現復雜多變，個體差異大，累及皮膚黏膜、關節肌肉、腎臟、血液、神經等多種臟器和系統。SLE患者通常有以下幾個特征[9]：1）針對多種組織器官的自身免疫抗體和反應性T細胞的產生；2）自身抗原刺激下產生的免疫反應介導臟器和系統損傷；3）SLE患者病情發展情況與自身免疫應答的持續時間和強弱存在密切關系；4）SLE的發生與性別和年齡有關系，特別是育齡期女性；5）SLE臨床癥狀多發于皮膚、關節和腎臟，病情反復。

SLE確切病因和發病機制不明確，多數研究學者認為SLE受遺傳、環境、激素、免疫等多因素影響[10]。目前已知SLE的發生與T、B淋巴細胞的異?；罨?，以及自身反應性抗體與自身抗原大量結合而形成的免疫復合物有關。自身反應性免疫球蛋白E通過激活嗜堿性粒細胞促進Th2細胞分化[11]，并且協同參與漿細胞樣樹突細胞活化，增加干擾素α產生，增加SLE疾病的活動性[12]。

1.2 MS

MS是一種以中樞神經系統炎性脫髓鞘病變為主要特點的免疫介導的炎癥性疾病，主要累及脊髓和大腦白質，常伴有神經脫髓鞘、軸突喪失，是影響年輕人的最常見的非創傷性致殘性疾病[13]。常見癥狀包括手腳麻木、視力下降、頭暈頭痛、走路不穩、肢體運動障礙、共濟失調、膀胱或直腸功能障礙等，嚴重者可致殘甚至死亡，具有高復發性和致殘性，女性發病率是男性的1.5～2.0 倍[13-14]。MS根據病程分為復發緩解型、繼發進展型、原發進展型、進展復發型共4 種，其中復發緩解型居多。

不同免疫細胞的一系列免疫反應與本病的發病機制有關。樹突狀細胞活化后并將自身抗原呈遞給CD4＋T細胞，而后分化為Th1細胞和Th17細胞，活化炎性巨噬細胞、小膠質細胞和CD8＋T細胞。此外，B細胞和抗體的產生在MS發病機制中也起著重要作用[15]。過度免疫細胞的浸潤導致中樞神經系統中的腦源性T細胞發生免疫應答，導致脫髓鞘和神經退行性變，這也是MS的發病機制[16]。MS病因目前尚不明確，大多數都是由病毒或炎癥性感染引起的脊髓側角營養神經功能受損導致的運動功能障礙。遺傳因素和環境因素占疾病風險約70%，但人們對環境在疾病發展中的作用知之甚少[17]。環境因素可能包括吸煙、對人類皰疹病毒的暴露和體內維生素含量過低[17-18]。腸道菌群可能在MS、RA、SLE、克羅恩病等AID的易感性和安全性中發揮主導作用[19]。

1.3 RA

RA是一種以滑膜炎為主要病理表現的慢性炎癥性AID，具有對稱性、多關節和侵襲性，發病率0.5%～1.0%[20-21]。RA易造成宿主關節炎癥、組織損傷、促炎淋巴細胞的激活和分化[22]。

RA病因繁雜，遺傳、環境、免疫等因素在RA發病機制中發揮作用。研究發現，RA患者體內存在Th1細胞和Th17細胞的異常增生，炎性細胞因子發生級聯反應，機體自身抗原免疫耐受紊亂，自身抗體過度表達[23]。在RA患者體內，軟骨和滑膜血管翳表面上的成纖維樣滑膜細胞大量分泌基質金屬蛋白酶，使軟骨組織中富含的膠原結構受到破壞，促進成纖維樣滑膜細胞浸潤[24]。另外，由于自噬和蛋白酶體活性增強，使成纖維樣滑膜細胞對內質網應激誘導的細胞凋亡產生抗性[25]。成纖維樣滑膜細胞的增殖能力與RA病程、滑膜中入侵的巨噬細胞數量以及軟骨侵蝕嚴重程度相關[26]。

在RA患者外周血中發現，Th22細胞、Th17細胞和白細胞介素22（interleukin 22，IL-22）的含量均升高[27]，并且Th22細胞與IL-22含量、疾病活動性評分和C反應蛋白含量呈正相關[28]。另外，在病情活動期的RA患者滑膜組織中檢測到Th22細胞的存在，Th22細胞中的IL-22能促進CD14＋單核細胞中活化的T細胞核因子C1的表達，促進破骨細胞分化[29]。IL-22可通過非受體型酪氨酸蛋白激酶2/信號傳導及轉錄激活蛋白3和p38絲裂原活化蛋白激酶/核因子κB（p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK/nuclear factor κB，NF-κB）信號傳導通路下調人滑膜成纖維細胞中NF-κB受體活化因子配體（RANKL）的表達，抑制破骨細胞的生成[30]。

1.4 其他免疫炎癥性疾病

除以上3 種典型的AID以外，還包括原發性干燥綜合征（primary Sj?gren’s syndrome，pSS）、系統性硬化?。╯ystemic sclerosis，SSc）、強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）等。pSS主要臨床表現為外分泌腺遭受淋巴細胞的浸潤導致的患者分泌功能缺失，主要累及淚腺和唾液腺。它的發生和病情進展受環境、遺傳等多種因素影響，但其發病機制目前尚未統一[31]。pSS尚無根治方法，主要措施為改善癥狀、控制和延緩因免疫反應而引起的組織器官損害的進展以及繼發性感染。SSc早期以血管病變為主，隨著病情的發展可累及全身多器官，其中肺部纖維化和肺動脈高壓是患者主要的致死因素。SSc病因復雜，發病機制不明晰，其發病受遺傳、環境等多因素的影響[32]。SSc尚無特效藥物，早期治療目的在于阻止新的皮膚和臟器受累，而晚期的目的在于改善已有的癥狀。AS主要病理特征為慢性炎癥和異位骨化，有骨贅形成和脊柱關節強直。AS屬風濕病范疇，病因尚不明確，很可能在遺傳因素的基礎上受環境因素（包括感染）等多方面的影響而致病[33]。AS治療在于控制炎癥，減輕或緩解癥狀，維持正常姿勢和最佳功能位置，防止畸形。

2 AID與腸道菌群

研究發現，在多種AID患者中發現腸道菌群異常的現象，其潛在致病機制可能為腸道菌群移位和分子模擬、腸道代謝產物短鏈脂肪酸失調、旁觀者激活及表位擴展等。

2.1 腸道菌群失調

AID患者常常伴有腸道菌群失調的現象。與健康人群相比，在門水平上，SLE患者糞便菌群中厚壁菌門/擬桿菌門比值下降，而經過糖皮質激素治療的SLE患者的厚壁菌門/擬桿菌門比值上升；在屬水平上，SLE患者乳球菌、鏈球菌和雙歧桿菌豐富度降低，而經過糖皮質激素治療后顯著升高[34]。研究發現，活潑瘤胃球菌在SLE疾病活動指數較高的患者腸道中相對豐度是正常人群的6 倍[35]。同樣地，在MS患者腸道內也發現了厚壁菌門/擬桿菌門比值有相似地變化[36]。另外，MS患者腸道內產丁酸鹽的糞便桿菌豐度明顯降低[37]。對新發RA患者的研究表明，多數患者的糞便中普雷沃氏菌相對豐度升高[38]。研究顯示，與健康組對比，pSS患者在科水平有5 個豐度降低，1 個升高；屬水平有10 個豐度升高，5 個下降；其中，擬桿菌科升高，而普雷沃菌科下降[39]。在對SSc患者腸道菌群的研究中發現，益生菌、梭狀桿菌等有益共生菌屬豐度降低，而潛在的致病菌屬豐度上升，其中包括鐮刀菌、反芻球菌和罕見的γ蛋白細菌等[40]。以上研究結果提示，AID可能存在相似的免疫異常激活機制。

2.2 腸道菌群參與AID的發生

2.2.1 腸道菌群移位和分子模擬

腸道菌群移位和分子模擬可能是潛在的致病機制。SLE患者常伴隨著腸黏膜屏障結構受損的現象，從而使得腸道微生物發生移位現象，免疫系統被激活。鶉雞腸球菌通常僅存在于正常人群腸道內，而SLE患者的“腸漏”導致腸道菌群發生移位，導致在患者肝臟中發現該種菌；在SLE患者血液中檢測到鶉雞腸球菌相應的抗體，該種抗體對人體抗雙鏈DNA抗體同樣具有較高敏感度，使得免疫系統不僅攻擊鶉雞腸球菌而且攻擊自身組織[41]。長期以來，分子模擬常被認為是腸道菌群影響AID的另一種潛在機制。特定菌群蛋白與人體自身蛋白擁有類似表位，引發人體免疫系統對宿主自身抗原的識別和攻擊。如攜帶有非直系同源模擬表位的腸道羅氏菌和多形擬桿菌能誘導人體免疫系統產生抗β2-糖蛋白Ⅰ和Ro60抗體等自身抗體[42-43]。在膠原誘導的關節炎模型中脆弱類桿菌、白假絲酵母菌和血鏈球菌的抗菌肽免疫交叉反應，誘導機體產生大量自身免疫抗體[44]。

2.2.2 腸道代謝產物短鏈脂肪酸失調

短鏈脂肪酸是腸道菌群發揮免疫調節作用的重要代謝產物，膳食纖維通過腸道菌群酵解產生多種短鏈脂肪酸，如乙酸、甲酸、丁酸等。不同腸道菌屬代謝產生的短鏈脂肪酸種類和數量存在差異，其中梭狀桿菌和擬桿菌門產生的短鏈脂肪酸受到廣泛關注[45]。短鏈脂肪酸是組蛋白脫乙酰酶抑制劑，它能通過抑制組蛋白脫乙酰酶影響外周血T淋巴細胞，尤其是Th細胞。研究表明，短鏈脂肪酸通過組蛋白脫乙酰酶依賴性方式促進轉錄因子FOXP3表達、Th細胞產生和免疫抑制作用[46]。另外，將外周血單核細胞和中性粒細胞暴露于短鏈脂肪酸，可使NF-κB失活，促炎細胞因子和腫瘤壞死因子分泌量下降。因此短鏈脂肪酸因其對組蛋白脫乙酰酶的抑制作用被認為是NF-κB和促炎性固有免疫應答的關鍵調節劑[47]。除上述免疫調控途徑外，短鏈脂肪酸還能通過免疫細胞和腸上皮細胞上表達的G蛋白偶聯受體來實現。GPR43是其中一種G蛋白偶聯受體，短鏈脂肪酸通過GPR43抑制中性粒細胞趨化因子分泌和Th細胞增殖。該調控途徑能提高痛風患者體內免疫細胞清除尿酸單鈉結晶的功能，緩解痛風患者臨床癥狀[48]。當短鏈脂肪酸代謝失調時，其對免疫的調控作用也被大大削弱。研究發現，在RA患者體內觀察到短鏈脂肪酸含量下降的現象[49]，而通過補充丁酸能緩解RA小鼠的癥狀[50]。同樣地，通過補充丁酸還能減輕SLE小鼠的皮損和腎炎嚴重程度[51]。

2.2.3 旁觀者激活及表位擴展

在病毒感染過程中，各種免疫細胞依次被激活以消滅入侵的病毒。雖然這些免疫反應通常是有益的，但它們也可能對宿主造成附帶損害，被稱為“免疫病理”。免疫病理反應的性質可能受到非受感染病原體免疫反應的影響，即異源免疫。異源免疫反應主要包括2 種，即抗原依賴性T細胞和非抗原依賴性T細胞，其中抗原依賴性T細胞是由交叉反應的記憶T細胞激活，而非抗原依賴性T細胞是由細胞因子激活。上述現象稱為旁觀者激活[52]。隨著炎癥不斷發展，新的抗原表位逐漸暴露，使得機體相繼對更多抗原表位產生免疫應答，此現象稱為表位擴展[53]。表位擴展的發生使得機體產生大量自身免疫抗體，導致AID的發生和發展。牙齦卟啉單胞菌是一種牙周炎致病菌，它能導致免疫炎癥從對非瓜氨酸肽免疫應答擴展至對瓜氨酸肽的免疫應答[54]，而瓜氨酸肽正是參與RA發病過程的因素之一[55]。另外，還在SLE患者體內發現鶉雞腸球菌的表位擴展現象，鶉雞腸球菌從腸道擴展至內臟器官后，誘導抗RNA抗體和抗dsDNA抗體產生，進一步促進抗β2-糖蛋白Ⅰ抗體的自身免疫應答[56]。

3 益生菌對AID干預策略

3.1 通過調節腸道菌群進行干預

抗菌藥物是治療腸道菌群失調最直接的方法，但抗菌藥物治療不具有選擇性，它會將有害菌群和有益菌群同時殺死，隨著治療的進行，抗菌藥物反而會加重腸道菌群失調[57]。相比之下，益生菌干預是一種改善AID患者腸道菌群失調更安全的策略。益生菌是對宿主生物的健康有益的活細菌，能通過維持腸道菌群動態平衡來實現對宿主免疫系統的調節作用，已有研究將微生物應用于人類和動物疾病的治療[58]。推薦每次平均攝入劑量為109～1011CFU[59]。還有研究人員認為益生菌產品可能是抗生素的補充劑或替代品，因為益生菌能提高家禽的生長性能、肉質、骨骼健康和蛋殼質量[60]。

3.1.1 在動物模型中的應用

植物乳桿菌A7和動物雙歧桿菌聯合使用能通過增加IL-4、轉化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）、IL-10和Treg細胞，來改善實驗性自身免疫性腦脊髓炎小鼠的癥狀；此外，IL-17、干擾素γ（interferon γ，INF-γ）、IL-6和Th1細胞水平均顯著降低[61]。另一項研究將干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、兩歧雙歧桿菌和嗜熱鏈球菌制成混合菌灌胃小鼠能改善其實驗性自身免疫性腦脊髓炎的癥狀；同時，提高外周CD4＋T細胞中的IL-4和IL-10的水平[62]。益生菌可通過調節轉錄因子FOXP3和GATA3的表達，抑制Th1細胞和Th17細胞分化，而對MS產生積極作用[63]。不同劑量的復合益生菌，包括短雙歧桿菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和嗜酸乳酸桿菌，干預膠原誘導的關節炎小鼠，能顯著緩解小鼠關節腫脹程度及疼痛敏感性，降低炎細胞浸潤；血清中IL-1β水平下降，脊髓中活化的p38 MAPK受到抑制[64]。

3.1.2 在AID患者中的應用

益生菌可有效調節腸道菌群，從而對MS患者免疫反應的平衡和調節具有有益影響[65]。因此研究人員正試圖通過改變腸道菌群來尋找治療MS的新方法。一項研究對31 例復發緩解型MS患者的菌群組成進行檢測，在腸道菌群失調個體和感染個體中發現假單胞菌支原體、嗜血桿菌、布勞亞屬和多列亞屬豐度增加[66]。益生菌可以調節MS患者的免疫系統，并恢復腸道菌群平衡[67]。益生菌也被用作AID的輔助療法，用于降低免疫炎癥標志物水平，從而減緩疾病進展，延緩發病。通過對MS患者服用混合益生菌（嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、雙歧桿菌和發酵乳桿菌）膠囊進行為期12 周的輔助治療，能有效控制MS患者的神經和中樞系統炎癥及免疫。另一項研究也是通過口服混合益生菌（嬰兒雙歧桿菌、乳雙歧桿菌、羅伊氏乳桿菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌和發酵乳桿菌）膠囊，促進血清中IL-10的水平，并且顯著降低IL-6和超敏C反應蛋白水平[68]。也有研究將益生菌作為AID治療的輔助手段。有研究將雙歧桿菌和乳酸菌用于系統性硬化病的治療，實驗通過為期2 個月對10 例系統性硬化病患者進行益生菌干預發現，患者反流、腹脹等癥狀以及GIT 2.0疾病評分均得到改善[69]。目前AID均無法根治，多以緩解癥狀、減緩疾病進程為目標。而AID患者又恰恰多存在腸道菌群失調的現象，可以通過益生菌來調節腸道菌群，從而達到恢復腸道菌群穩態、調控免疫系統、緩解患者病癥的目的。

3.2 通過調節免疫反應和免疫細胞進行干預

3.2.1 益生菌對免疫反應的影響

益生菌可通過調節宿主免疫反應，預防一些疾病的發生[70]。Hashemi等[63]在綜述中提到，干酪乳桿菌具有免疫調節功能，包括：a）在小鼠實驗中，干酪乳桿菌能預防由甲基膽堿誘導的癌變，并促進淋巴細胞免疫反應的下調；b）預防AID的發生，如糖尿病、慢性RA；c）預防由卵清蛋白誘導的免疫小鼠過敏反應。另外，該文中還提到短芽孢桿菌能產生抗原特異性免疫球蛋白，并且對實驗性病毒感染小鼠具有抗感染的作用。在臨床實驗中發現[71]，鼠李糖乳桿菌能通過增強體液免疫反應緩解由急性輪狀病毒引起的兒童腹瀉。

3.2.2 益生菌對免疫細胞的影響

益生菌能通過調節腸道菌群來發揮對免疫細胞的作用，涉及的免疫細胞包括樹突細胞、單核細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞、Treg細胞、CD4＋Th細胞等。

樹突細胞、單核細胞和巨噬細胞是單核吞噬細胞系統中的3 種成員，在免疫系統中表現出多種功能。腸道菌群可與宿主先天免疫系統相互作用，調節腸道內細胞分化，在維持免疫耐受中發揮重要作用[72]。同時，微生物群也可以激活腸道中的耐受性樹突細胞[73]。腸道菌群可與巨噬細胞相互作用，使宿主產生有益的免疫反應[74]。

自然殺傷細胞屬于1型先天淋巴細胞，在先天免疫中起著最重要的作用[75]。靜脈注射干酪乳桿菌亞種L.casey，對脾自然殺傷細胞具有激活作用[76]。而口服干酪乳桿菌亞種S，對小鼠脾自然殺傷細胞具有刺激作用[77]。因此，口服如干酪乳桿菌等類型的益生菌可在生命早期增強先天免疫[74]。另一項研究發現，雙歧桿菌可刺激外周血單核細胞產生大量的IL-10，這表明雙歧桿菌作用對象可能是抗炎細胞和調節性T細胞[78]，因此可推斷雙歧桿菌可能是預防AID和炎癥性免疫紊亂的重要益生菌[79]。許多研究表明，一些益生菌誘導先天免疫反應，可以幫助提高免疫力和健康[80]。

Treg細胞在免疫耐受的過程對維持免疫穩態起著至關重要的作用[81]。Spiljar等[82]研究發現，植物乳桿菌WCFS1能穿過腸，通過與CD103＋DC互作，使細胞因子Th2水平增加，從而刺激調節性T細胞的生成。細胞因子Th2主要參與體液免疫應答，在過敏反應、某些AID中發揮重要作用[82]。Jiao Yuhua等[83]研究中提到，干酪乳桿菌BL23可刺激CD4＋Foxp3和Treg細胞，以及維甲酸相關孤兒受體γt、Th17細胞和3型Treg細胞的表達。

CD4＋Th細胞分為不同亞群，如Th1、Th2、Th17、Treg細胞和自然殺傷T細胞等[84]。其中Th17細胞特征為產生細胞因子IL-17。給予SLE患者外周血單個核細胞以IL-17后，IgG和IL-6水平明顯上升[85]。Ghadimi等[86]研究發現，短雙歧桿菌DSMZ 20213和鼠李糖乳桿菌ATCC 53103降低了脂多糖誘導的IL-17、IL-23、CD40和組蛋白乙?；谋磉_，而略微增強了DNA甲基化。

4 結 語

AID病因和發病機制復雜且目前尚不清晰，就目前已知的研究結果表明，AID發病病因與腸道菌群密切相關，尤其是在發病早期。腸道菌群干預包括飲食調整、益生菌等，益生菌可以通過恢復腸道菌群穩態、修復腸道屏障功能、抑制促炎信號通路產生促炎因子，減緩AID疾病進程，是治療AID的有效工具（圖1）。隨著益生菌干預策略的出現，AID進入了一個嶄新的治療階段。與藥物治療相比，益生菌干預策略的副作用更小，適用范圍更廣，因此可能被認為是治療AID的一條可行且充滿希望的治療方案。但由于益生菌菌種繁多、特性復雜，因此可從益生菌的菌株特異性入手，進一步探索不同AID的最適益生菌或益生菌相關制劑，明確分子機制和作用靶點，以及更多的臨床前和臨床研究評估益生菌的治療效果。

圖1 益生菌緩解AID的機制Fig.1 Mechanism of action of probiotics in alleviating AID