謝 園，陳玲霞，劉雨霞，謝 璐，吳雄健，劉志平,,*

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2017級(jí)碩士研究生；2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；3.炎癥與免疫中心；4.第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，江西 贛州 341000)

鼠類檸檬酸桿菌(Citrobacterrodentium)是一種革蘭氏陰性細(xì)菌，可感染小鼠的遠(yuǎn)端結(jié)腸，引起結(jié)腸隱窩增生，長(zhǎng)期以來用于研究臨床上重要的腸道致病性大腸桿菌(EnterophogenicEscherichiacoli, EPEC) 和出血性大腸桿菌(EnterohaemorrhagicE.coli, EHEC) 感染的發(fā)病機(jī)制[1]。而且C.rodentium感染引發(fā)的粘膜炎癥與炎癥性腸病(Inflammatory bowel diseases, IBD)的癥狀相似，可以作為慢性腸道炎癥性疾病模型，用于研究宿主基因和腸道菌群與腸道炎癥的關(guān)系。

C.rodentium利用Ⅲ型分泌系統(tǒng)(Type 3 secretion system, T3SS)誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸隱窩增生，促進(jìn)結(jié)腸粘膜細(xì)胞的增殖，也導(dǎo)致小鼠腸道出現(xiàn)明顯的生態(tài)失調(diào)，表現(xiàn)為C.rodentium的過度生長(zhǎng)、宿主腸道菌群的豐度和整體多樣性的減少。C.rodentium誘導(dǎo)的結(jié)腸炎受到宿主遺傳背景的影響：近交系C3H/HeJ、C3H/HeOuJ和FVB小鼠在感染后顯示出高死亡率，而 C57BL/6小鼠只產(chǎn)生自限性結(jié)腸炎[2-5]。有趣的是，在C.rodentium感染前，通過腸道菌群移植，將抗性小鼠的菌群轉(zhuǎn)移到易感小鼠，導(dǎo)致易感宿主對(duì)C.rodentium抗性的增加[6]。C.rodentium介導(dǎo)宿主腸道菌群產(chǎn)生信號(hào)分子以此導(dǎo)致感染并誘發(fā)疾病，這說明健康的腸道營(yíng)養(yǎng)和腸道菌群對(duì)諸如C.rodentium等細(xì)菌感染的易感性和疾病進(jìn)展非常重要[7]。本文就腸道菌群與宿主對(duì)C.rodentium感染的易感性的研究進(jìn)展作一綜述。

1 腸道菌群與C. rodentium易感性

腸道菌群主要包括三類：(1)共生菌，屬于腸道的優(yōu)勢(shì)菌群，包括乳酸桿菌(Lactobacillus)、分節(jié)絲狀菌(Segmentedfilamentousbacterium, SFB)等專性厭氧菌，具有免疫調(diào)節(jié)的作用；(2)條件致病菌，為非優(yōu)勢(shì)菌群，包括腸桿菌、腸球菌等，腸道紊亂或位置改變時(shí)對(duì)人致??；(3)致病菌，一般為過路菌，數(shù)量少， 超過正常才致病[8]。當(dāng)出現(xiàn)正常細(xì)菌與致病菌的比例失調(diào)時(shí)，機(jī)體容易出現(xiàn)感染或炎癥。影響腸道菌群的因素有很多，其中環(huán)境因素，尤其是飲食，是影響腸道菌群結(jié)構(gòu)的主要因素。

飲食中ω-6多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid, PUFA) 和ω-3 PUFA含量會(huì)影響潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis, UC)的風(fēng)險(xiǎn)。在C.rodentium感染誘導(dǎo)的結(jié)腸炎期間，ω-6 PUFA喂養(yǎng)的小鼠有更多的腸道損傷、免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和C.rodentium穿過腸粘膜的易位，且小鼠腸道中誘發(fā)炎癥的菌群豐度增高。而在ω-6 PUFA飲食中添加ω-3 PUFA后，誘發(fā)炎癥的菌群數(shù)量降低、有益菌的豐度增高、免疫細(xì)胞浸潤(rùn)減少以及感染期間細(xì)胞因子/趨化因子誘導(dǎo)減少。通過改變PUFA組成而改變腸道菌群的豐度，導(dǎo)致宿主對(duì)C.rodentium誘導(dǎo)結(jié)腸炎的易感性的改變[9]。此外，飲食中的鐵元素對(duì)兒童的健康發(fā)育有著重要影響，但是機(jī)體對(duì)鐵的低吸收通常會(huì)導(dǎo)致>80%的鐵進(jìn)入結(jié)腸。而鐵對(duì)于許多致病性腸桿菌的生長(zhǎng)和致病力至關(guān)重要。研究表明向斷奶的嬰兒提供含鐵的營(yíng)養(yǎng)素粉會(huì)增加其腸道病原菌的豐度并引起腸道炎癥[10]。給小鼠投喂缺鐵、正常鐵或高鐵的日糧，2周后用C.rodentium感染，腸道菌群測(cè)序分析顯示，與正常鐵和高鐵飲食組小鼠相比，缺鐵飲食的小鼠感染后腸道中益生菌如Lactobacillus和雙歧桿菌(Bifidobacterium)豐度更高，炎癥因子水平更低、有較輕的結(jié)腸病理?yè)p傷以及感染后體重恢復(fù)更快[11]。

除了飲食，心理壓力也是引起腸道菌群失調(diào)的一個(gè)重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)， 小鼠感染C.rodentium之前，長(zhǎng)期接觸應(yīng)激原會(huì)改變其腸道菌群的結(jié)構(gòu)，如短鏈脂肪酸(Short-chain fatty acid, SCFA)和Lactobacillus的減少，這將加重C.rodentium誘導(dǎo)小鼠的結(jié)腸炎，增加組織病變和炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生以及細(xì)菌從結(jié)腸到脾臟的易位[12-14]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，加入Lactobacillus則可以顯著減少C.rodentium從結(jié)腸到脾臟的易位[15]。

總之，飲食和心理壓力都有可能引起腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化，如改變有益菌和有害菌的比例，從而導(dǎo)致宿主對(duì)C.rodentium易感性的變化。下文就幾種主要菌群在抗C.rodentium感染中的作用展開敘述。

2 與宿主抗C. rodentium感染相關(guān)的腸道共生菌

2.1LactobacillusLactobacillus是益生菌的重要一員，能通過吸附防御、促進(jìn)修復(fù)、調(diào)節(jié)免疫、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收等維護(hù)機(jī)體健康，臨床應(yīng)用于抗病原體感染等治療。有研究通過注射選擇性富集的Lactobacillus，抑制了γ變形菌(γproteobacteria)和放線菌(Actinomycetes)的擴(kuò)增，提高了粘膜屏障功能，減少了傳染性結(jié)腸隱窩增生和組織炎癥因子的產(chǎn)生，增強(qiáng)了小鼠對(duì)C.rodentium感染的抗性[16]。向小鼠飲食添加含有Lactobacillus和Bifidobacterium的發(fā)酵乳制品(Fermented dairy products, FDP)，使得小鼠腸道菌群多樣性增加，降低了小鼠對(duì)C.rodentium感染的易感性。雖然FDP不影響C.rodentium的定植與黏附和擦拭性損傷(Attaching and effacing lesions, A/E)的形成，但其減少了與病理?yè)p傷相關(guān)的細(xì)菌增殖，從而減輕了C.rodentium誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[17]。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)單一喂養(yǎng)LactobacillusbrevisKB290也會(huì)降低小鼠對(duì)C.rodentium的感染的易感性[18]。另外有研究利用鼠李糖乳桿菌(LactobacillusrhamnosusGG, LGG)對(duì)C57BL/6小鼠進(jìn)行預(yù)處理可改善C.rodentium誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[19]。嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)可以減輕小鼠感染C.rodentium后的腹瀉表型[20]，并且在早期用L.acidophilus預(yù)接種可以增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的防御并減弱結(jié)腸炎[21-22]。羅伊氏乳桿菌(Lactobacillusreuteri)可以預(yù)防應(yīng)激原暴露對(duì)C.rodentium誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的惡化作用[23]；LGG、L.acidophilus和LactobacillusplantarumA的組合菌賦予宿主對(duì)C.rodentium所引起的結(jié)腸炎的保護(hù)作用[24]。 用瑞士乳桿菌(Lactobacillushelveticus)和LGG混合菌預(yù)先給藥和共同給藥也均能改善C.rodentium誘導(dǎo)造成的小鼠腸道屏障功能障礙和上皮增生等癥狀[21,25]；L.rhamnosus和L.acidophilus的組合菌預(yù)處理減弱C.rodentium誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥[26]；干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)刺激機(jī)體粘膜免疫，減少小鼠感染后的C.rodentium的載菌量[27]。腸道中Lactobacillus能通過H2O2抑制C.rodentium毒力相關(guān)LEE致病島的表達(dá)從而減弱毒力，增強(qiáng)小鼠對(duì)C.rodentium感染的抗性[28]。

由此可見，有益菌Lactobacillus，無論是單一使用還是聯(lián)合使用多種菌Lactobacillus，都可以減輕C.rodentium感染造成的腸道炎癥，療效比較明顯。但是，Lactobacillus提高宿主抵抗C.rodentium感染的具體機(jī)制目前尚無定論，有待進(jìn)一步研究。

2.2SFBSFB是定植于回腸末端且緊密黏附于腸上皮細(xì)胞的一種厭氧型腸道共生菌[29]。SFB與宿主免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，如增強(qiáng)Th17細(xì)胞的分化、刺激機(jī)體內(nèi)sIgA的分泌(sIgA和Th17是腸道粘膜免疫的重要功能分子)，從而能幫助宿主抵抗外源致病菌的感染[30-32]。宿主對(duì)C.rodentium的免疫清除依賴于IL-22、IL-23和抗菌肽RegⅢγ[33-35]。單一定植 SFB 后，腸腔sIgA的分泌和Th17細(xì)胞的分化明顯增強(qiáng)，IL-17和IL-22的產(chǎn)生增加。另外，SFB的定植能誘導(dǎo)血清淀粉樣蛋白 A(Serum amyloid A, SAA)的產(chǎn)生，而SAA能促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β、IL-8、TNF-α、IL-23和IL-12[36-37]。小鼠定植SFB能夠增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，而小鼠的共籠實(shí)驗(yàn)再次確認(rèn)，SFB的轉(zhuǎn)移確實(shí)可以使接受SFB的受體抑制C.rodentium的生長(zhǎng)，改善了結(jié)腸炎的癥狀，如減輕腸上皮細(xì)胞增生和結(jié)腸縮短[32]。IL-21R-/-小鼠由于免疫功能缺陷比野生型(Wild-type，WT)小鼠對(duì)C.rodentium誘導(dǎo)的結(jié)腸炎更易感。對(duì)IL-21R-/-小鼠移植SFB后，發(fā)現(xiàn)小鼠感染C.rodentium造成的炎癥癥狀及相關(guān)組織病理學(xué)特征減輕，再次確認(rèn)SFB的定植能夠增強(qiáng)宿主抵抗C.rodentium的感染[38]。

SFB的定植能幫助正常小鼠或IL-21R-/-小鼠抵抗C.rodentium的感染，但在絡(luò)氨酸激酶Lyn基因敲除(Lyn-/-)小鼠和膳食中缺乏維生素D3(Vitamin D3,VD3)的小鼠，腸道中SFB豐度的升高并不能減輕C.rodentium感染導(dǎo)致的結(jié)腸炎。Lyn-/-小鼠中SFB擴(kuò)增尤為突出，IFN-γ+/IL-17+T細(xì)胞數(shù)目增加，但是與WT小鼠相比，Lyn-/-小鼠無法抑制C.rodentium的感染，其感染后結(jié)腸病理癥狀加重[39]。這與前述SFB菌定植能抑制C.rodentium感染的結(jié)果相反，分析原因可能與 IFN-γ+/IL-17+T 細(xì)胞的過度增加具有致病性有關(guān)[40]。和正常小鼠相比，VD3缺乏小鼠腸道中SFB豐度也更高，但是其在C.rodentium感染后，小鼠體重明顯減輕，腸道細(xì)菌載量更高，并且腸道組織的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)增加以及炎癥介質(zhì)水平顯著提高，組織損傷嚴(yán)重[41]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，VD3缺乏小鼠中3型先天性淋巴細(xì)胞(Group 3 innate lymphoid cells,IL3)的發(fā)育和功能缺乏，因此對(duì)C.rodentium感染更易感，而SFB的增高并不能逆轉(zhuǎn)宿主易感性[42-43]。

總之，大部分研究支持SFB增加可以增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，主要是通過促進(jìn)Th17細(xì)胞分化及相關(guān)細(xì)胞因子的分泌。但是，在一些情況下，如Lyn缺陷或者缺乏VD3, SFB的增加不能增強(qiáng)或者甚至減弱宿主對(duì)細(xì)菌感染的抗性，因此SFB影響機(jī)體對(duì)抗腸道細(xì)菌感染的機(jī)制仍需更深入的研究。

2.3毛螺菌科 (Lachnospiraceae)Lachnospiraceae屬于厭氧的有益菌，該家族的成員與肥胖、人類結(jié)腸癌的保護(hù)有關(guān)，主要是由于它與SCFA的產(chǎn)生有關(guān)[44]。腸道微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的SCFA，如乙酸、丁酸和丙酸，與腸道微生物相互調(diào)節(jié)和相互影響，可以降低腸道炎癥反應(yīng)、提高粘膜屏障功能，在維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)及正常生理代謝中發(fā)揮著重要作用[45]。向C.rodentium感染的小鼠給予丁酸后，病原體清除所需的基因(IL-17a和IL-1β)和參與腸上皮屏障修復(fù)的基因(Relmβ、Tff3和Myd88)表達(dá)升高，結(jié)腸炎的癥狀減輕。丁酸的直腸給藥增加了結(jié)腸炎小鼠腸道中Lachnospiraceae和Proteobacteria的豐度，通過增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)和組織修復(fù)能力改善了增強(qiáng)了宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性[46]。小鼠切除盲腸使得產(chǎn)生SCFA的菌群，包括Lachnospiraceae和Ruminococcaceae的豐度降低，并且在C.rodentium感染后期表現(xiàn)出更低的體重，提示 SCFA 菌群豐度的下降可能減弱小鼠在C.rodentium感染后期的恢復(fù)能力[47]。

總之，以上研究提示Lachnospiraceae可能通過產(chǎn)生丁酸等SCFA來增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，但專一定植Lachnospiraceae來研究宿主對(duì)C.rodentium易感性的影響暫未見報(bào)道。

2.4嗜粘蛋白-艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila)A.muciniphila是一種能產(chǎn)生多種酶將粘蛋白降解的細(xì)菌[48]。其定植于粘蛋白含量最高的粘液層，而粘液層是腸道上皮細(xì)胞屏障的重要部位。研究表明，A.muciniphila的豐度與肥胖、炎癥、腫瘤和Ⅱ型糖尿病等疾病呈負(fù)相關(guān)，在這些疾病中具有保護(hù)作用[49-51]。

研究顯示，長(zhǎng)期或間歇性膳食纖維缺乏會(huì)增加A.muciniphila、Bacteroidescaccae等粘液降解細(xì)菌的豐度，且在此期間，腸道菌群會(huì)利用宿主分泌的粘液糖蛋白作為營(yíng)養(yǎng)源，從而導(dǎo)致結(jié)腸粘液屏障的侵蝕、破壞。最終增加宿主對(duì)C.rodentium感染的易感性[52]。另外一項(xiàng)研究顯示使用Notch信號(hào)通路抑制劑會(huì)增加腸道A.muciniphila的豐度，并且增加宿主對(duì)C.rodentium的感染的易感性[53]。這提示，A.muciniphila豐度增加可能減弱宿主抗C.rodentium感染的能力。

總之，雖然有研究表明A.muciniphila膜上的耐高溫蛋白Amuc_1100能改善腸道的屏障功能[54]，但A.muciniphila整體是否改善腸道屏障還不清楚。當(dāng)前研究也主要支持A.muciniphila可能通過增加對(duì)腸道黏液層的降解而使宿主對(duì)C.rodentium的感染的易感性增加。此外，單一定植A.muciniphila對(duì)腸道抗C.rodentium感染的作用還未見報(bào)導(dǎo)，所以A.muciniphila在宿主抗C.rodentium感染中的確切作用尚不清楚。二者之間的關(guān)系及其具體機(jī)制都需要更加深入的研究。

3 結(jié) 語

我們總結(jié)了腸道菌群中Lactobacillus、SFB、Lachnospiraceae和A.muciniphila通過不同的方式改變宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性。總的來看，在大部分研究中，Lactobacillus、SFB、Lachnospiraceae可以增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，是益生菌，而A.muciniphila則減弱宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，對(duì)于此病原菌感染是有害菌。

從機(jī)制看，目前對(duì)Lactobacillus在C.rodentium感染中的可能作用機(jī)制還不清楚，可能與增強(qiáng)腸道細(xì)胞因子的表達(dá)有關(guān)。SFB可能通過增強(qiáng)Th17細(xì)胞分化及相關(guān)細(xì)胞因子如IL-17和IL-22的分泌, 促進(jìn)殺菌而增加宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性。Lachnospiraceae則可能通過促進(jìn)SCFA的產(chǎn)生來增強(qiáng)宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性。A.muciniphila雖然在腫瘤和代謝性疾病中可能有保護(hù)作用[49-51]，但是目前研究支持其減弱宿主對(duì)C.rodentium感染的抗性，其作用機(jī)制可能與降解腸道粘液層，破壞腸道上皮屏障有關(guān)。但是，總的來說，這些共生菌在腸道細(xì)菌感染中的具體作用機(jī)制都還不是很清楚，值得進(jìn)一步的研究。特別是對(duì)于Lachnospiraceae和A.muciniphila的研究中，直接定植這兩種細(xì)菌，研究其對(duì)C.rodentium感染的易感性的影響還未見報(bào)道，其確切作用還不夠清楚。

綜上所述，腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變可以抑制或促進(jìn)C.rodentium感染導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)腸道菌群對(duì)于預(yù)防和治療細(xì)菌導(dǎo)致的腸道炎癥性疾病有著重要的意義。腸道菌群在臨床治療中的作用也日益受到重視，如益生菌、糞菌移植，都可能增加有利于健康的腸道菌群，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)病原菌感染的抗性[55]。

目前，臨床上益生菌使用廣泛，但主要集中在Lactobacillus和Bifidobacterium等療效較明確的細(xì)菌[56-58]。且臨床上現(xiàn)有的益生菌對(duì)保存條件以及患者腸道胃酸水平都有嚴(yán)格要求，并對(duì)不同人群是有不同的治療效果[57]。研究開發(fā)更多的益生菌或其代謝產(chǎn)物(如 SFB、Lachnospiraceae以及SCFA等)用于臨床抗感染的治療非常有意義。