聞潔曦　郝洪軍　高楓　黃一寧

北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

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腸道菌群與多發(fā)性硬化的關(guān)系

聞潔曦郝洪軍高楓黃一寧

北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

摘要:腸道菌群對(duì)于腸道穩(wěn)態(tài)的維持是必需的，它們?cè)谡{(diào)節(jié)宿主免疫方面發(fā)揮著重要作用。菌群失衡與多種疾病有關(guān)。多發(fā)性硬化是一種病因未明的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，現(xiàn)有研究表明其發(fā)病可能與腸道菌群有關(guān)。本文將對(duì)腸道菌群及其與多發(fā)性硬化發(fā)病的關(guān)系進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞:腸道菌群；微生物群-腸-腦軸；多發(fā)性硬化

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)腸道菌群的失衡與多種疾病，如炎性腸病、腸易激惹綜合征、糖尿病、系統(tǒng)性自身免疫性疾病等有關(guān)[1]。在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域，人們也逐漸開始關(guān)注腸道菌群在神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病中所發(fā)揮的作用。多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)作為一種具有致殘性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，其發(fā)病機(jī)制未明，腸道菌群在自身免疫疾病中所發(fā)揮的調(diào)節(jié)作用有可能為研究MS的病因打開了一扇新的大門。 本文將對(duì)腸道菌群與MS發(fā)病的可能關(guān)系進(jìn)行綜述。

1人類腸道菌群概述

1.1人類腸道菌群的構(gòu)成及其影響因素 人類正常菌群組成包括細(xì)菌、真核真菌、病毒和古細(xì)菌，其中細(xì)菌數(shù)量最多且占主導(dǎo)地位。人類腸道中有多達(dá)1014個(gè)微生物定植，總重量約2 kg，包括300～1000個(gè)不同種群。至今尚不能確定細(xì)菌種群的準(zhǔn)確數(shù)量[1]。一般以細(xì)菌16S RNA序列97%一致性定義為一個(gè)運(yùn)算分類單元，并以此為界來(lái)區(qū)別不同菌群。目前對(duì)菌群的運(yùn)算分類單元存在多種算法，不同算法對(duì)于16S RNA序列一致性的切斷值不同。

影響腸道菌群構(gòu)成的因素很多，包括(1)環(huán)境：如營(yíng)養(yǎng)狀況、藥物、生活方式、毒品、吸煙等；(2)基因：宿主基因構(gòu)成與細(xì)菌基因構(gòu)成間有明顯的適應(yīng)關(guān)系。在基因構(gòu)成相適應(yīng)的基礎(chǔ)上，細(xì)菌和宿主共同合成代謝產(chǎn)物。這些代謝產(chǎn)物發(fā)生交叉反應(yīng)，相互影響，維持腸道菌群及其環(huán)境的穩(wěn)定平衡[2]；(3)其他：宿主年齡、性別、居住地、精神壓力、日常體育鍛煉強(qiáng)度、氣候等[1]。

1.2人類腸道菌群的功能 正常菌群能夠合成和分泌維生素(維生素K、維生素B12等)、過氧化物以及高度特異的具有支持內(nèi)皮生長(zhǎng)和代謝功能的其他代謝產(chǎn)物。如果沒有腸道菌群，將導(dǎo)致一些消化酶產(chǎn)量不足。正常菌群也可以通過和致病菌競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)及必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)阻止其定植。

腸道微生物與鄰近的黏膜環(huán)境直接發(fā)生作用，不僅能夠影響腸道通透性，還能參與局部和系統(tǒng)炎性反應(yīng)。微生物群與宿主之間通過代謝發(fā)生間接調(diào)節(jié)作用，如腸道細(xì)菌在對(duì)植物多糖的消化過程中產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸反過來(lái)可以通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)宿主黏膜免疫應(yīng)答，包括促進(jìn)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的產(chǎn)生[3]。

正常菌群可以刺激獲得性免疫系統(tǒng)和淋巴細(xì)胞的發(fā)展?，F(xiàn)有研究表明，無(wú)菌小鼠因?yàn)槿鄙倬旱淖饔脤?dǎo)致盲腸擴(kuò)大，腸壁變薄，淋巴結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)育不全。功能性淋巴結(jié)構(gòu)在腸道感染中很重要，正常菌群能夠刺激交叉反應(yīng)抗體(主要是IgA)的產(chǎn)生，這種具有交叉反應(yīng)性的抗體分泌到腸腔后可以發(fā)揮預(yù)防細(xì)菌感染的作用。此外，微生物產(chǎn)物具有直接免疫調(diào)節(jié)潛能。脆弱擬桿菌(腸道中普遍存在且互利共生的一類微生物)產(chǎn)生的多聚糖A(polysaccharide A，PSA)可以調(diào)節(jié)和修正系統(tǒng)性T細(xì)胞缺陷和TH1/Tp細(xì)胞失衡[4]。這是正常菌群介導(dǎo)的胃腸道感染防御機(jī)制之一。

2微生物群-腸-腦軸(microbiota-gut-brain axis)

微生物群-腸-腦軸將腸神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫系統(tǒng)連接起來(lái)，形成雙向通路。大腦可以通過調(diào)節(jié)胃腸道和免疫功能來(lái)調(diào)整腸道菌群的構(gòu)成，而腸道菌群則可以產(chǎn)生具有神經(jīng)活性的物質(zhì)，如神經(jīng)遞質(zhì)和代謝產(chǎn)物作用于腸神經(jīng)系統(tǒng)，最終作用于大腦。這些相互作用可以通過多種途徑實(shí)現(xiàn)：(1)連接大腦和消化道的迷走神經(jīng)；(2)與大腦保持聯(lián)系的免疫系統(tǒng)；(3)上調(diào)腸壁和血腦屏障的通透性；(4)影響下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA)。

血腦屏障是控制小分子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)出腦的重要通道，完整的血腦屏障是大腦正常發(fā)育的重要保證。Braniste等[5]發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠后代(去除了母源性細(xì)菌的影響)的血腦屏障通透性升高，成年無(wú)菌小鼠的血腦屏障通透性亦增加。這些研究結(jié)果表明，腸道菌群和大腦的聯(lián)系從胚胎時(shí)期即已開始，并貫穿于整個(gè)生命周期。

Sudo教授[6]曾將無(wú)菌小鼠禁閉于細(xì)管中1 h，然后測(cè)定它們應(yīng)激激素的釋放量。結(jié)果表明，無(wú)菌小鼠激素的釋放量明顯高于暴露于同等環(huán)境中的對(duì)照組小鼠。這些激素均是由HPA軸釋放的，這表明在無(wú)菌小鼠中激素調(diào)節(jié)軸功能不良。不過，上述情況下，僅添加一種微生物——嬰兒雙歧桿菌就可以誘導(dǎo)出更加正常的激素應(yīng)答。上述結(jié)果第一次證明腸道菌群能夠影響大腦中的應(yīng)激反應(yīng)并提示益生菌能夠改善腦功能[6]。

3腸道菌群與MS

MS是一種影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性脫髓鞘性疾病，其病因未明。基因與環(huán)境因素可能在疾病易感性中發(fā)揮重要作用。在MS患者中，針對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自身反應(yīng)性免疫細(xì)胞數(shù)量增多[7]，提示其發(fā)病與免疫機(jī)制相關(guān)。而腸道菌群與免疫系統(tǒng)功能密切相關(guān)，亦可能與自身免疫性疾病發(fā)病相關(guān)。綜上，研究者們認(rèn)為腸道菌群可能在MS易感性中發(fā)揮重要作用。

Farrokhi等[8]發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的胃腸道和口腔細(xì)菌源性含絲氨酸脂肽——脂質(zhì)654，它由腸道細(xì)菌(主要是擬桿菌)產(chǎn)生并且可以發(fā)揮與人類和小鼠Toll樣受體2(TLR2)配體相似的作用。脂質(zhì)654進(jìn)入血液循環(huán)后可以影響全身免疫應(yīng)答。該研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)654在MS患者血清中的表達(dá)顯著低于健康個(gè)體和阿爾茨海默病患者，提示上述擬桿菌的作用可能是人類系統(tǒng)性自身免疫病和胃腸道共生微生物群關(guān)系的潛在機(jī)制。另有研究發(fā)現(xiàn)，在MS患者大腦抗原提呈細(xì)胞中有細(xì)菌肽聚糖表達(dá)，也提示細(xì)菌的作用可能是MS發(fā)病機(jī)制之一[9]。

實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)是MS的動(dòng)物模型。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，擬桿菌產(chǎn)生的PSA能夠通過抑制炎性細(xì)胞并且提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)的含量預(yù)防EAE。而應(yīng)用抗生素引起的腸道菌群改變，則導(dǎo)致可以預(yù)防和減弱EAE發(fā)生的周圍免疫耐受機(jī)制受損?，F(xiàn)有研究表明，腸道菌群的改變能夠影響EAE的預(yù)后。Berer等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身反應(yīng)性細(xì)胞在腸相關(guān)淋巴組織中被激活，這些致病的免疫細(xì)胞均起源于正常、無(wú)害的健康免疫系統(tǒng)組分，它們?cè)诒徊≡せ詈缶哂辛俗陨砉粜浴?/p>

一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，胃腸道細(xì)菌中的分節(jié)絲狀菌(segmented filamentous bacteria，SFB)可以調(diào)節(jié)局部和系統(tǒng)性Th17應(yīng)答，它還可以調(diào)節(jié)自身反應(yīng)性T細(xì)胞的激活閾，但是這種細(xì)菌尚未在人體中檢測(cè)到[8]。該實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠的炎性細(xì)胞因子〔如白細(xì)胞介素17(IL-17)〕產(chǎn)生減少。這些小鼠被SFB定植后，SFB可以誘導(dǎo)腸道中Th17細(xì)胞的產(chǎn)生。SFB定植后的小鼠腸道中Th17細(xì)胞應(yīng)答提高，最終引起EAE復(fù)發(fā)。這項(xiàng)研究表明微生物群能夠在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。此外，有證據(jù)表明產(chǎn)氣莢膜梭菌可能與炎性反應(yīng)有關(guān)。一些產(chǎn)氣莢膜梭菌能產(chǎn)生毒素，這種毒素可能是在有遺傳易感性的個(gè)體中引發(fā)MS的始動(dòng)因素，它可以引起血腦屏障通透性增高，少突膠質(zhì)細(xì)胞死亡，并且以MS炎性反應(yīng)累及的視網(wǎng)膜血管和腦膜細(xì)胞為靶目標(biāo)[3]。

改善腸道菌群構(gòu)成可能成為MS潛在的治療方法。Kazushiro等[10]發(fā)現(xiàn)乳酒念珠菌(C.Kefyr)可以改善EAE癥狀的嚴(yán)重程度，這種細(xì)菌能夠減少腸道固有層中Th17細(xì)胞數(shù)量，導(dǎo)致白細(xì)胞介素6(IL-6)產(chǎn)生減少，同時(shí)使腸系膜淋巴結(jié)中Tregs和CD103+調(diào)節(jié)樹突細(xì)胞增加。該作者通過對(duì)經(jīng)乳酒念珠菌處理大鼠糞便中的16S-rRNA進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)處理組大鼠較正常對(duì)照組糞便中乳酸菌增多，多形桿狀菌減少，EAE癥狀減輕。由上可見，通過口服乳酒念珠菌改變腸道菌群，減輕EAE癥狀，可能有助于MS的治療。

也有研究顯示MS治療對(duì)腸道菌群也有很大影響。一項(xiàng)有關(guān)MS患者腸道菌群及醋酸格拉替雷和維生素D治療對(duì)菌群影響的小型前瞻性研究中，受試者均為維生素D缺乏的白種女性，根據(jù)是否患有緩解-復(fù)發(fā)型MS進(jìn)一步分為MS組及對(duì)照組，其中MS患者分為接受或不接受醋酸格拉替雷治療兩組。研究者收集受試者在實(shí)驗(yàn)起始和接受90 d維生素D(5000 IU/d)治療后的糞便，運(yùn)用16S rRNA雜交以及DNA微陣列分析運(yùn)算分類單元的豐度。結(jié)果表明，柔嫩梭菌在MS患者中數(shù)量減少，接受醋酸格拉替雷治療的MS患者和未接受治療的患者相比，擬桿菌、柔嫩梭菌、瘤胃球菌、乳酸菌、梭菌的含量均不同，而未接受治療的MS患者在補(bǔ)充維生素D后阿克曼菌、柔嫩梭菌、糞球菌的數(shù)量上升[11]。

綜上可見，盡管有證據(jù)表明腸道菌群可能在中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫過程中扮演重要角色，但關(guān)于腸道菌群在MS發(fā)病中的具體機(jī)制以及在MS病程中的作用仍需大量研究探討。近年來(lái)有研究報(bào)道了制造帶有人源性腸道菌群的小鼠模型方法[12]。這將有助于更深入的研究腸道菌群的變化對(duì)疾病進(jìn)展和預(yù)后的作用機(jī)制，從而為臨床治療或預(yù)防MS提供更多信息。

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(本文編輯：鄒晨雙)

doi：10.3969/j.issn.1006-2963.2016.02.010

通訊作者：高楓，Email: gaofp011@126.com

中圖分類號(hào)：R744.5+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2963 (2016)02-0123-03

(收稿日期：2015-07-05)