楊曉煉，李 涵，朱 書

（浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院動物預(yù)防研究所 浙江大學(xué)動物醫(yī)學(xué)中心，杭州 310058）

腸道是動物機(jī)體自外界獲得能量和基礎(chǔ)代謝生物基質(zhì)的主要場所，共生著數(shù)量龐大的微生物群落，其中絕大多數(shù)是細(xì)菌，還包括病毒、真菌以及古細(xì)菌[1]。在與宿主漫長的共進(jìn)化過程中，不同種類腸道細(xì)菌之間、菌群與宿主之間始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，形成了一個相互依存、相互制約的共生系統(tǒng)[2]。腸道內(nèi)益生菌群如雙歧桿菌、乳酸桿菌等能合成多種機(jī)體生長發(fā)育必需的維生素，并參與糖類、脂類以及氨基酸等重要物質(zhì)的代謝過程，它們的菌群結(jié)構(gòu)與動物健康息息相關(guān)[3]。

腸道菌群與宿主細(xì)胞共同維持著腸道穩(wěn)態(tài)，并通過產(chǎn)生具有生物活性的代謝物對宿主生理機(jī)能及免疫應(yīng)答發(fā)揮直接或間接的調(diào)控作用[4]。腸道細(xì)菌本身具有各種病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs），理論上會通過細(xì)胞表面模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）激活天然免疫反應(yīng)引發(fā)炎癥，但此現(xiàn)象并未發(fā)生，原因之一是腸道菌群能夠抑制宿主細(xì)胞的天然免疫，消除機(jī)體的排斥反應(yīng)，以達(dá)到二者之間的免疫穩(wěn)態(tài)（immune homeostasis）[5]。另一方面，腸道細(xì)菌可通過其分泌因子和代謝產(chǎn)物作用于宿主細(xì)胞，使其處于一種免疫激活基態(tài)，以應(yīng)對病原微生物入侵的潛在威脅[6]。就宿主免疫系統(tǒng)而言，無論是使絕大多數(shù)細(xì)胞保持免疫穩(wěn)態(tài)，還是使某些“哨兵細(xì)胞”（sentinel cell）處于免疫激活基態(tài)，都需要機(jī)體對腸道細(xì)菌保持長期感知；因此，腸道菌群組成的細(xì)微差異（或不利于機(jī)體的變化，稱為“失調(diào)”）從長遠(yuǎn)來看都可能對宿主產(chǎn)生全身性免疫應(yīng)答，造成不良影響，甚至導(dǎo)致炎性疾病[7]。此外，越來越多研究顯示，腸道菌群與宿主免疫系統(tǒng)的“對話”發(fā)生在嬰兒期甚至更早，某些重要腸道細(xì)菌的定植對于機(jī)體免疫系統(tǒng)行使正常免疫應(yīng)答功能至關(guān)重要；而在嬰兒階段錯失腸道細(xì)菌定植的“窗口期”會對宿主免疫系統(tǒng)發(fā)育產(chǎn)生無可挽回的不良影響，從而導(dǎo)致炎性疾病的發(fā)生[8]。

由于絕大多數(shù)腸道細(xì)菌與宿主之間是“共生關(guān)系”（symbiotic relationship），即行使維系免疫穩(wěn)態(tài)的益生功能，這意味著研究者們難以在穩(wěn)態(tài)下對某種腸道細(xì)菌的天然免疫調(diào)控功能進(jìn)行研究；因此，人們只有打破宿主的免疫穩(wěn)態(tài)，利用炎性疾病模型或者病原感染模型解析腸道細(xì)菌在免疫調(diào)控中的重要作用。在本綜述中，筆者將圍繞近年來該領(lǐng)域內(nèi)在腸道細(xì)菌免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制方面所取得的研究進(jìn)展，聚焦腸道細(xì)菌調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞免疫激活基態(tài)的分子機(jī)理，特別是在感染過程中調(diào)控天然免疫應(yīng)答“閾值”（threshold）的分子機(jī)制展開討論。

1 腸道菌群對天然免疫細(xì)胞的調(diào)控作用

1.1 腸道細(xì)菌對上皮細(xì)胞免疫應(yīng)答的調(diào)控與機(jī)體其他器官相比，腸道是一個相對開放的系統(tǒng)，而上皮細(xì)胞是宿主內(nèi)環(huán)境與腸道細(xì)菌之間的生理屏障。宿主維持自身與腸道菌群之間穩(wěn)態(tài)的核心策略，就是盡量減少上皮細(xì)胞與腸道細(xì)菌之間的直接接觸。上皮細(xì)胞與腸道細(xì)菌之間的黏液層由上皮細(xì)胞中的杯狀細(xì)胞產(chǎn)生，分為外層的疏松層和內(nèi)層的致密層，是用以隔絕細(xì)菌的物理屏障[9]。腸道相關(guān)淋巴組織（mucosal associated lymphoid tissues，MALTs）中的B細(xì)胞能夠產(chǎn)生大量分泌型IgA（secretory IgA，sIgA），并由上皮細(xì)胞分泌至腸腔中，與細(xì)菌表面相關(guān)位點(diǎn)結(jié)合，防止細(xì)菌易位（translocation）。此外，上皮細(xì)胞還能夠產(chǎn)生抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs），具有分解細(xì)菌細(xì)胞壁或細(xì)胞內(nèi)膜中重要化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶活性[10]。目前，功能研究最為透徹的抗菌肽是一種腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的凝集素分子RegⅢγ，其分泌依賴于MyD88介導(dǎo)的信號通路，并受到腸道菌群的嚴(yán)格調(diào)控，對革蘭氏陽性菌有直接抑菌作用[11-12]?？咕脑陴ひ簩又欣鄯e，防止腸道細(xì)菌與上皮細(xì)胞的過度接觸，因此黏液致密層又被稱為“非軍事區(qū)”[13]。由此可見，腸上皮細(xì)胞以“立體防御體系”保持腸道屏障的完整性，維系自身免疫穩(wěn)態(tài)；而這種防御反應(yīng)是由上皮細(xì)胞表面Toll樣受體（toll-like receptor，TLR）、Nod樣受體（Nod-like receptor，NLR）以及短鏈脂肪酸受體（后文將詳述）等細(xì)菌及其產(chǎn)物的“感應(yīng)裝置”不斷對腸道微生物進(jìn)行感知來完成的[14-16]。此外，腸上皮細(xì)胞免疫應(yīng)答也受到其他免疫細(xì)胞與腸道細(xì)菌相互作用后產(chǎn)生的細(xì)胞因子所調(diào)控[17]。

1.2 腸道細(xì)菌對髓系免疫細(xì)胞的調(diào)控作用盡管腸道細(xì)菌與宿主免疫系統(tǒng)并不直接接觸（或極少直接接觸），但細(xì)菌定植后產(chǎn)生的大量代謝活性物質(zhì)能夠進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，對宿主的免疫應(yīng)答產(chǎn)生調(diào)控作用。雖然我們并不清楚菌群代謝物是以主動運(yùn)輸亦或是被動擴(kuò)散的方式進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，但有一點(diǎn)是肯定的，那就是這些血流中的細(xì)菌產(chǎn)物對骨髓中造血干細(xì)胞分化發(fā)育所需的內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[18]。Balmer等[19-20]研究證實(shí)，腸道菌群能夠影響干細(xì)胞源髓細(xì)胞的發(fā)育，且腸道菌群復(fù)雜度與髓細(xì)胞池大小緊密相關(guān)；早期髓細(xì)胞池變小意味著感染發(fā)生時機(jī)體能夠調(diào)用的免疫細(xì)胞數(shù)量減少，導(dǎo)致宿主清除全身性細(xì)菌感染的速度變慢。此外，髓細(xì)胞池變小必然導(dǎo)致單核細(xì)胞分化后各組織駐留的骨髓源DC細(xì)胞數(shù)量減少，因此無菌小鼠或抗生素處理小鼠對單核增生性李斯特菌的急性感染更為易感；然而，這些菌群缺失小鼠對細(xì)菌二次感染產(chǎn)生的獲得性免疫應(yīng)答卻不受影響甚至變得更強(qiáng)，說明腸道細(xì)菌對宿主抗單增李斯特菌的天然免疫而非獲得性免疫具有調(diào)控作用[21]。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）及其后代細(xì)胞在TLR配體的刺激下能夠快速產(chǎn)生單核細(xì)胞驅(qū)化蛋白1，進(jìn)而驅(qū)動單核細(xì)胞進(jìn)入血流[22]。此外，MSC也能感知NLR配體，并表達(dá)IL-7、Flt3L、ThPO及IL-6等造血因子；因此，以NOD1配體對無菌小鼠進(jìn)行體內(nèi)注射將使其造血干細(xì)胞及前體細(xì)胞恢復(fù)到SPF小鼠的水平[23]。對懷孕母鼠進(jìn)行抗生素處理將降低其體內(nèi)IL-17及集落刺激因子的水平，這將導(dǎo)致新生仔鼠中性粒細(xì)胞、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞限制性祖細(xì)胞的數(shù)量減少；這一研究表明腸道菌群對造血干細(xì)胞的調(diào)控作用發(fā)生在生命早期[24]。

在某些情況下由菌群缺失導(dǎo)致的髓系細(xì)胞生成受損并非全無益處。例如，腸道菌群產(chǎn)物就能夠通過細(xì)胞TLR/MyD88信號通路調(diào)控血液中性粒細(xì)胞的衰老；在內(nèi)毒素致敗血癥及鐮狀細(xì)胞貧血的小鼠模型中，腸道菌群缺失能夠減少循環(huán)系統(tǒng)中過度活化的衰老中性粒細(xì)胞數(shù)量，并緩解炎癥導(dǎo)致的組織損傷[25]。

總的來說，目前研究顯示腸道菌群對血細(xì)胞發(fā)育的影響，主要表現(xiàn)在骨髓中粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞這一層面，因此對單核性及粒性后代細(xì)胞功能影響較大，而對淋巴細(xì)胞的影響較小。腸道細(xì)菌對髓系免疫細(xì)胞發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，一是腸道細(xì)菌分泌物或代謝產(chǎn)物能夠進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)骨髓或髓外區(qū)域，被造血干細(xì)胞及祖細(xì)胞直接識別[26]；二是處于循環(huán)系統(tǒng)中的造血干細(xì)胞直接與細(xì)菌及其產(chǎn)物相遇后再次回到骨髓，產(chǎn)生調(diào)控效應(yīng)[27-28]。

1.3 腸道菌群與非典型性天然免疫細(xì)胞的互作天然免疫細(xì)胞種類繁多，包括天然淋巴細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILCs）、γδT細(xì)胞、恒定天然殺傷性T（invariant natural killer T，iNKT）細(xì)胞、黏膜相關(guān)恒定T細(xì)胞（mucosal-associated invariant T cells，MAIT cells）等，它們常駐于外周組織中，與宿主腸道細(xì)菌之間多有互作。宿主嬰兒期是腸道菌群定植的活躍期，這些非典型天然免疫細(xì)胞在這一時期開始富集于機(jī)體各屏障系統(tǒng)處，響應(yīng)機(jī)體與固有菌群的相互作用來維系宿主的黏膜免疫穩(wěn)態(tài)[29]。

在諸多富集于黏膜屏障的天然免疫細(xì)胞中，3型天然淋巴細(xì)胞（type 3 innate lymphoid cell，ILC3）近年來受到的關(guān)注最多[30]。因為與其他天然免疫細(xì)胞相比，ILC3主要產(chǎn)生在維系組織免疫及生理穩(wěn)態(tài)中處于核心地位的細(xì)胞因子IL-22；這一細(xì)胞因子的功能繁多，具有促進(jìn)抗菌肽產(chǎn)生、增強(qiáng)上皮細(xì)胞再生、增加黏膜分泌以及調(diào)控?fù)p傷修復(fù)等作用[31]。雖然腸道固有菌群影響ILC3更新的機(jī)制未明，但近年來的研究顯示某些腸道細(xì)菌能夠特異性調(diào)控ILC3的免疫功能。例如，分段絲狀菌（segmented filamentous bacteria，SFB）能夠通過IL-23促進(jìn)ILC3分泌IL-22[32]。此外，高表達(dá)MHC-Ⅱ分子的ILC3能夠與菌群抗原特異性CD4+T細(xì)胞相互作用并將其清除，避免腸道黏膜對固有細(xì)菌產(chǎn)生過度免疫應(yīng)答[33]。

γδT細(xì)胞通常在機(jī)體與腸道細(xì)菌產(chǎn)物及代謝活性物接觸較多的部位富集，如腸道與肝臟；這一類非經(jīng)典天然免疫細(xì)胞通常識別脂類抗原，因此特別容易受到腸道細(xì)菌相關(guān)產(chǎn)物的激活[20]。除了由TCR介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，γδT細(xì)胞能夠直接被IL-1及IL-23直接激活，因此腸道細(xì)菌能夠通過刺激機(jī)體產(chǎn)生這兩種細(xì)胞因子介導(dǎo)黏膜屏障內(nèi)γδT細(xì)胞的增殖[34]。與γδT細(xì)胞的TCR由γ、δ兩條鏈組成不同，恒定NKT細(xì)胞的TCR有一條半恒定α鏈，用以識別MHC-Ⅰ樣分子CD1d遞呈的脂質(zhì)抗原[35]。在無菌小鼠出生早期對其定植SPF小鼠的腸道菌群，或脆弱擬桿菌（B.fragilis）將阻礙iNKT細(xì)胞在肺部或結(jié)腸固有層中的聚集[36]。對腸道細(xì)菌來源鞘磷脂（sphingolipids）的直接識別將降低機(jī)體罹患iNKT細(xì)胞介導(dǎo)的炎性疾病的幾率，且B. fragilis的早期定殖將保護(hù)機(jī)體抵御惡唑酮誘導(dǎo)的實(shí)驗性結(jié)腸炎[37]。此外，腸道菌群來源的代謝產(chǎn)物能夠通過腸-肝循環(huán)影響腸外組織（肝臟）中iNKT細(xì)胞的數(shù)量。例如，菌群來源的次級膽汁酸ω-鼠膽酸能夠通過下調(diào)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞中趨化因子CXCL16的表達(dá)減少肝臟NKT細(xì)胞的聚集，從而加劇肝癌形成；而對無菌小鼠進(jìn)行閃爍梭菌（Clostridium scindens）定殖能夠?qū)Τ跫壞懼徇M(jìn)行去共軛化，特異性抑制NKT細(xì)胞聚集，從而促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展[38]。

近年來，人們開始通過計算機(jī)對腸道菌群代謝產(chǎn)物小分子進(jìn)行篩選，來解析菌群-iNKT細(xì)胞互作的新機(jī)制。研究結(jié)果顯示，與惡唑酮結(jié)構(gòu)相似的細(xì)菌產(chǎn)物（包括惡唑及噻唑等雜環(huán)類基元）能夠增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞吲哚胺-2,3-二氧化酶（indolearnine 2.3-dioxygenase，IDO）的活性，催化色氨酸代謝生成芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）配體如犬尿氨酸和3-羥基-犬尿酸鹽[39]。隨后，配體與AhR結(jié)合后調(diào)控腸上皮細(xì)胞通過CD1d對基底外側(cè)部的iNKT細(xì)胞進(jìn)行脂質(zhì)抗原的抗原遞呈，誘導(dǎo)IL-13和IFNγ等促炎因子的釋放。這一例證說明腸道細(xì)菌（如大腸桿菌）產(chǎn)生的一類結(jié)構(gòu)保守的噻唑/惡唑修飾小菌素（thiazole/oxazole modified microcins，TOMMs）對免疫系統(tǒng)具有直接調(diào)控功能，今后可能作為微生態(tài)制劑對宿主腸穩(wěn)態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)[40]。

另一類受腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)物調(diào)控的固有免疫樣（innate-like）T細(xì)胞亞群是MAIT細(xì)胞，它們能夠通過細(xì)胞表面MHC相關(guān)蛋白MR1來識別抗原，在宿主抗結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）及肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）感染中起到重要的保護(hù)作用[41-42]。在無菌小鼠體內(nèi)檢測不到MAIT細(xì)胞存在，對其進(jìn)行多形擬桿菌（B. thetaiotaomicron）、動物雙岐桿菌（Bifidobacterium animalis）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）以及陰溝桿菌（Enterobacter cloacae）單菌定殖能夠恢復(fù)MAIT細(xì)胞水平，而定植糞腸球菌（Enterococcus faecalis）則無此功能，說明MAIT細(xì)胞增殖必需識別特定腸道細(xì)菌產(chǎn)生的配體[43-44]。近期研究顯示，這些配體是維生素B2生物合成途徑中間產(chǎn)物的衍生物[45-46]。維生素B2前體5-胺基-6D-核糖醇基胺基尿嘧啶（5-ARU）會與乙二醛及丙酮醛等代謝副產(chǎn)物相互作用形成不穩(wěn)定的嘧啶中間產(chǎn)物，MR1分子能夠俘獲及穩(wěn)定這些嘧啶中間體并激活MAIT細(xì)胞[46]。盡管外源添加合成抗原并激活TLR信號通路已足夠誘導(dǎo)MAIT細(xì)胞在鼠傷寒沙門菌（S. Typhimurium）感染時向肺部聚集，但能否通過添加維生素B2來激活MAIT細(xì)胞達(dá)到清除病原的目的，仍屬未知之?dāng)?shù)[47]。

1.4 腸道菌群對樹突狀細(xì)胞的調(diào)控由于宿主樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）必須對腸道菌群以及食源性抗原產(chǎn)生持續(xù)性的免疫耐受，并在病原微生物入侵時激活免疫應(yīng)答；因此，它們在塑造宿主黏膜免疫中起著極為重要的作用[48]。腸道固有層CD103+DC能夠表達(dá)αvβ8整合素，將轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor-β，TGF-β）轉(zhuǎn)化為活化態(tài)，或者表達(dá)乙醛脫氫酶將維生素A代謝為維甲酸（retinoic acid，RA）[49-50]。維生素A及RA會上調(diào)CD103+DC中Aldh1a2基因的表達(dá)，并形成一個信號放大的環(huán)路；高水平的RA將增強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）中整合素α4β7和CC-趨化因子受體9（CCR9）的表達(dá)，使其具有腸組織趨向性[51]。由于外周調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（peripherally induced regulatory T cell，pTreg）Foxp3基因內(nèi)含增強(qiáng)子CNS1上有一個RA受體的結(jié)合位點(diǎn)，因此，RA也能夠通過CNS1來誘導(dǎo)FOXP3+的pTreg[52]。此外，RA能促進(jìn)循環(huán)系統(tǒng)中的常規(guī)DC前體細(xì)胞分化為CD103+DC[53]；研究顯示腸道固有細(xì)菌如嬰兒雙歧桿菌（Bifidobacterium infantis）能提高腸道CD103+DC的比率并增強(qiáng)其產(chǎn)生RA的能力[54]。

作為連接天然免疫與獲得性免疫之間的橋梁，DC也是腸道菌群與宿主免疫系統(tǒng)間對話的“信使”。幾種腸道固有細(xì)菌，如普雷沃菌屬（Prevoltella）中的P. copri菌株能夠產(chǎn)生琥珀酸，并通過DC細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCR）91增強(qiáng)其誘導(dǎo)抗原特異性T細(xì)胞的免疫應(yīng)答[55-56]。與之類似，細(xì)菌代謝產(chǎn)生的乙酸通過DC表面GPR43間接促進(jìn)B細(xì)胞分泌IgA，而丙酸能通過Treg表面GPR43直接加速其細(xì)胞增殖[57]。此外，DC中IDO介導(dǎo)的色氨酸代謝將生成犬尿氨酸，以促進(jìn)Treg細(xì)胞的誘導(dǎo)作用，并調(diào)控效應(yīng)性T細(xì)胞的活性[58-59]。從這些研究中，我們能夠看出對菌群調(diào)控免疫應(yīng)答的分子機(jī)制進(jìn)行解析非常重要。如果能從菌群角度針對不同階段免疫應(yīng)答環(huán)節(jié)中的不同靶點(diǎn)設(shè)計新的治療方案，將大大提高微生態(tài)制劑在臨床治療中的使用效果。

1.5 腸道菌群對巨噬細(xì)胞的調(diào)控巨噬細(xì)胞是腸道固有層中豐度最高的免疫細(xì)胞，在維系腸道免疫穩(wěn)態(tài)中具有舉足輕重的地位。與DC一樣，巨噬細(xì)胞通常在腸道共生細(xì)菌調(diào)控淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答中起“橋梁作用”。例如，研究證實(shí)CX3CR1+巨噬細(xì)胞對TH1抑制和對Treg的促進(jìn)作用依賴于腸道菌群，此調(diào)控作用主要通過產(chǎn)生IL-10及抗原遞呈來實(shí)現(xiàn)[60]。CX3CR1+巨噬細(xì)胞能夠促進(jìn)腸道對共生菌群及食物抗原的免疫耐受，而抗生素造成的菌群紊亂將減弱這種耐受效應(yīng)。此外，腸道菌群還能夠通過CX3CR1+巨噬細(xì)胞限制腸腔中的抗原進(jìn)入腸系膜淋巴結(jié)，以維持腸道免疫耐受的微環(huán)境[61]。

腸道產(chǎn)酸細(xì)菌如丁酸梭菌的主要代謝產(chǎn)物丁酸能夠通過抑制組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）來調(diào)控腸道巨噬細(xì)胞的活性，研究證實(shí)以丁酸處理髓源巨噬細(xì)胞（bone marrow-derived macrophages，BMDMs）能夠增強(qiáng)Nos2、Il6以及Il12等基因啟動子區(qū)域的乙?；潭?，并降低這些基因mRNA轉(zhuǎn)錄水平；而經(jīng)過丁酸處理的結(jié)腸巨噬細(xì)胞會減少腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）的分泌[62-63]。另外，丁酸能夠通過代謝重編程將巨噬細(xì)胞的代謝方式從糖酵解向氧化磷酸化及脂代謝方向轉(zhuǎn)化，以另一途徑活化巨噬細(xì)胞。在此替代途徑中，Arg1基因表達(dá)上調(diào)并促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2方向極化，最終抵御實(shí)驗性結(jié)腸炎的發(fā)生[64]。對小鼠進(jìn)行抗生素處理會導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，降低腸腔中短鏈脂肪酸特別是丁酸的濃度，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞活化后促進(jìn)TH1介導(dǎo)的炎性反應(yīng)，使宿主對細(xì)菌（比如鼠檸檬酸桿菌，C. rodentium）或寄生蟲（鼠鞭蟲）更加易感[63]。這些研究結(jié)果表明菌群產(chǎn)生的丁酸在抑制巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥以及T細(xì)胞免疫調(diào)控中起著非常重要的作用。

總的來說，大量數(shù)據(jù)顯示多種細(xì)菌產(chǎn)物及小分子活性代謝物都具有調(diào)節(jié)宿主天然免疫應(yīng)答的功能。這些細(xì)菌代謝產(chǎn)物包括脂類、碳水化合物、氨基酸衍生物和維生素，它們通過多種調(diào)控機(jī)制誘導(dǎo)或抑制各種免疫細(xì)胞亞群的功能，正如本文中描述的那樣：有的需要信號傳遞，有的利用正反饋環(huán)路，還有的依賴于上皮細(xì)胞黏附。正是由于共生菌群產(chǎn)生的小分子代謝物免疫調(diào)控機(jī)制的異質(zhì)性，才使得下游治療方法的設(shè)計和應(yīng)用變得更加多樣化。

2 腸道菌群主要代謝產(chǎn)物的免疫調(diào)控

盡管人體細(xì)胞和共生細(xì)菌的代謝活動是同時進(jìn)行的，但機(jī)體需要腸道菌群提供重要的生物酶來完成營養(yǎng)物質(zhì)的消化與代謝。腸道細(xì)菌能夠?qū)ξ聪氖澄锝M分進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生數(shù)量龐大的代謝小分子化合物；同時也能分解利用微生物和宿主產(chǎn)生的內(nèi)源性化合物。如前文所述，腸道菌群對天然免疫的調(diào)控作用主要通過其代謝產(chǎn)物來完成，本文將對四種主要菌群代謝相關(guān)生物活性分子的免疫調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述。

2.1 短鏈脂肪酸動物結(jié)腸中含有大量未消化的復(fù)雜碳水化合物，這些都能夠作為腸道細(xì)菌進(jìn)行厭氧發(fā)酵的底物，產(chǎn)生的主要代謝終產(chǎn)物就是短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA），其中包括乙酸、丙酸和丁酸。動物腸道中SCFA濃度（一般為20～140 mmol/L）主要取決于菌群組成、經(jīng)腸時間、宿主-菌群代謝流以及食物纖維含量[65]。SCFA不但是腸道細(xì)菌能夠直接利用的重要能源，也是腸上皮細(xì)胞所需的能源之一。當(dāng)然，除了作為能量合成的底物，SCFA在宿主生理活動及免疫應(yīng)答方面的調(diào)控功能也開始逐漸為人所知。

乙酸是結(jié)腸中濃度最高的SCFA，占所有糞便SCFA的一半以上[66]；另外，大約三分之一的乙酸由腸道產(chǎn)酸細(xì)菌（如Blautia hydrogenotrophica）產(chǎn)生，其代謝途徑主要有兩種：一是通過H2O和CO2合成，另一種是通過厭氧乙酰輔酶A途徑利用甲酸合成乙酸[65]。

腸道細(xì)菌生成丙酸的途徑主要有三條：琥珀酸途徑、丙烯酸途徑及丙二醇途徑[67]。大部分丙酸是由擬桿菌以琥珀酸為底物合成的，而韋榮氏菌科和毛螺旋菌科的幾種細(xì)菌（如靈巧糞球菌，Coprococcus catus和Clostridium lactatifermentans）則是以乳酸為底物，通過丙烯酸途徑生成丙酸[67]。在異丙醇途徑中，腸道細(xì)菌可將五碳糖（鼠李糖和巖藻糖）轉(zhuǎn)化為丙酸，參與此途徑的細(xì)菌有鼠傷寒沙門菌及毛螺旋菌[68]。

腸道細(xì)菌合成丁酸主要通過兩種途徑，一是乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶途徑，二是丁酸激酶途徑；后者利用磷酸丁酰轉(zhuǎn)移酶和丁酸激酶將丁酰輔酶A轉(zhuǎn)化為丁酸[69]。然而，通過丁酰激酶途徑合成丁酸的腸道細(xì)菌并不多，僅限于糞球菌屬的幾個成員（如規(guī)則糞球菌，Coprococcus eutactus；伴生糞球菌，Coprococcus comes）；絕大多數(shù)腸道產(chǎn)丁酸菌（如矩形真桿菌，Eubacterium rectangle）均通過丁酰輔酶A：乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶途徑進(jìn)行丁酸合成[68]。

前文已經(jīng)提到，SCFA特別是丁酸主要作為HDAC抑制劑以及GPCR配體，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來行使免疫調(diào)控功能[6]；其主要作用是通過抑制HDAC促進(jìn)抗炎免疫細(xì)胞亞群的激活，從而產(chǎn)生免疫耐受維系機(jī)體的免疫穩(wěn)態(tài)[70]。SCFA這一免疫調(diào)節(jié)活性充分支持了腸道細(xì)菌作為宿主生理性表觀遺傳修飾調(diào)控因子的概念。

2.2 色氨酸代謝物色氨酸（tryptophan，Trp）又稱β-吲哚基丙氨酸，是人體必須氨基酸之一，屬于芳香族氨基酸，由β碳原子與吲哚基團(tuán)在第3位上連接而來。在20種常見氨基酸中，Trp分子量最大。盡管在蛋白質(zhì)與細(xì)胞中Trp是含量最少的氨基酸，但它是多種細(xì)菌及宿主代謝物生物合成的前體物質(zhì)[71]。

腸道細(xì)菌將食源性Trp代謝后主要產(chǎn)生吲哚及吲哚-3-乙醛（indole-3-aldehyde，IAld）、吲哚-3-乙酸（indole-3-acid-acetic，IAA）、吲哚-3-丙酸（indole-e-propionic aicd，IPA）等吲哚衍生物，這一類代謝產(chǎn)物的主要作用是作為AhR配體調(diào)控宿主的免疫應(yīng)答。如前文所述，AhR是配體依賴性轉(zhuǎn)錄激活因子，在腸道黏膜免疫中處于核心地位[72]。AhR缺陷將導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)（擬桿菌異常增多）、AMP分泌減少、上皮間淋巴細(xì)胞（intraepithelial lymphocytes，IELs）數(shù)量降低以及腸上皮細(xì)胞更新變緩[73]。葡聚糖硫酸鈉（dextran sulphate sodium，DSS）在AhR-/-小鼠上誘導(dǎo)產(chǎn)生的腸炎更嚴(yán)重，這是因為該基因缺陷小鼠缺乏IL-22。IL-22是維系腸免疫穩(wěn)態(tài)的核心細(xì)胞因子，具有誘導(dǎo)AMP分泌、促進(jìn)黏液分泌和杯狀細(xì)胞增殖等一系列功能[74]。ILC3是產(chǎn)生IL-22的主要細(xì)胞亞群，它的激活需要AhR與配體的相互作用[75]。由于機(jī)體能夠從食物中獲取Trp并由細(xì)胞中的吲哚胺2,3-雙加氧酶（indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO）代謝產(chǎn)生L-犬尿氨酸（L-kynurenine，Kyn），即內(nèi)源性AhR配體；而腸道細(xì)菌能夠通過自身IDO將食源性Trp代謝成為吲哚衍生物，這些代謝產(chǎn)物可以作為外源性AhR參與ILC的調(diào)控，補(bǔ)償由內(nèi)源性AhR配體不足導(dǎo)致的免疫失調(diào)[74]。研究顯示，胱天蛋白酶募集域蛋白9（caspase recruitment domain-containing protein 9，CARD9）基因與人腸應(yīng)激綜合征（irritable bowel disease，IBD）相關(guān)，而該基因缺失小鼠的腸道菌群與IBD病人相似，吲哚衍生物產(chǎn)生細(xì)菌的豐度較低[76]。這表明吲哚類似物是重要的菌群依賴性AhR配體，它們的產(chǎn)生受到宿主基因和腸道菌群的雙重調(diào)控，共同維系宿主的腸免疫穩(wěn)態(tài)。

細(xì)菌代謝Trp產(chǎn)生的吲哚衍生物IAld是重要的AhR激動劑，能夠誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生IL-22拮抗白色念珠菌（Candida albicans）的真菌感染[74]。同樣，AhR降解或缺失將增加小鼠對C. rodentium的易感性，而恢復(fù)腸道中AhR的活性將提高小鼠對上述兩種病原的抗性，體現(xiàn)了Trp代謝在宿主抗感染免疫應(yīng)答中的重要作用[77]。除了產(chǎn)生AhR配體，腸道Trp代謝還能夠促進(jìn)宿主抗微生物感染的獲得性免疫應(yīng)答，比如在宿主抗衣原體及利士曼原蟲感染的獲得性免疫中，CD4+細(xì)胞利用了這些病原的Trp營養(yǎng)缺陷，過度活化細(xì)胞IDO將Trp代謝為KP，導(dǎo)致細(xì)菌氨基酸饑餓[78]。

總體來說，腸道細(xì)菌色氨酸代謝調(diào)控宿主免疫系統(tǒng)的核心在于產(chǎn)生AhR激動劑來平衡ILC3細(xì)胞亞群及IL-22的產(chǎn)生，以此來維系腸免疫穩(wěn)態(tài)，并防止有害微生物定植。

2.3 多胺多胺是目前研究較多的腸道菌群代謝產(chǎn)物之一，包括腐胺、亞精胺和精胺，是一類具有廣泛生物學(xué)功能的多聚陽離子化合物；它們在基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯以及細(xì)胞生長和死亡過程中扮演著重要角色[79]。哺乳類動物細(xì)胞內(nèi)的多胺既可以依靠自身的從頭合成（de novo production），也可以從腸道細(xì)菌介導(dǎo)的精氨酸代謝中直接獲取[80]。與哺乳動物細(xì)胞以精氨酸酶1以及鳥氨酸脫羧酶等限速酶反應(yīng)生成多胺不同，腸道細(xì)菌的精氨酸代謝依賴于氨基酸脫羧酶來產(chǎn)生多胺[80]，而這一催化作用需在雙歧桿菌屬等產(chǎn)酸細(xì)菌形成的酸性環(huán)境（pH5.0～5.9）下才能觸發(fā)，由此可見，動物體的多胺循環(huán)受到腸道菌群及宿主細(xì)胞的共同調(diào)控[81-82]。

腸道細(xì)菌通過精氨酸代謝在腸腔中積累了高濃度的多胺，以維持腸上皮細(xì)胞的快速更替并維持腸上皮屏障的完整性。體外試驗證實(shí)，多胺能夠刺激上皮細(xì)胞表達(dá)閉鎖蛋白（occludin）、封閉小帶1（xonula occludens 1）和上皮鈣黏蛋白（E-cadherin）等胞間連接蛋白，以調(diào)控腸上皮通透性并夯實(shí)上皮細(xì)胞的屏障功能[83]。然而，Levy等[84]報道稱，內(nèi)源性精胺能夠抑制NOD樣受體6（NOD-like receptor 6，NLRP6）炎性小體的活化，降低上皮細(xì)胞IL-18的表達(dá)；而IL-18旁分泌減少導(dǎo)致的AMP表達(dá)下調(diào)是腸道菌群紊亂的推手之一。在該研究中，宿主分泌的膽汁酸經(jīng)腸道細(xì)菌修飾后產(chǎn)生的衍生物?；撬幔╰aurine）能夠拮抗精胺及組胺的炎性小體抑制效果，表明菌群代謝物對腸上皮細(xì)胞免疫反應(yīng)的精細(xì)調(diào)控是不同共生細(xì)菌間博弈的結(jié)果。

除了上皮細(xì)胞，多胺對宿主天然免疫細(xì)胞也有直接作用[85]。精氨酸酶1和一氧化氮合成酶相互競爭精氨酸來產(chǎn)生多胺或者NO，而后者是巨噬細(xì)胞向促炎態(tài)M1型極化并激活促炎因子表達(dá)和細(xì)胞殺傷活性的重要的分子。Zhang等[86]研究表明，精胺能夠通過抑制鳥氨酸脫羧酶及促炎因子的合成阻遏M1型巨噬細(xì)胞的活化，而在此過程中TGF-β和IL-10的表達(dá)不受影響。誠然，以小鼠為模型的多項研究證實(shí)，精胺處理對局部及全身性炎癥均有保護(hù)作用。對小鼠進(jìn)行色氨酸和動物雙歧桿菌聯(lián)合給藥能夠提高循環(huán)系統(tǒng)及結(jié)腸中多胺水平，降低結(jié)腸TNF和IL-6的表達(dá)[87]。這些關(guān)聯(lián)性研究提出了這樣的科學(xué)假設(shè)，即通過調(diào)整飲食和添加益生菌的方式改變結(jié)腸多胺代謝有益于身體健康。

精胺的另一重要生物學(xué)功能是作為表觀遺傳調(diào)節(jié)因子（epigenetic regulator）參與基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)調(diào)控[88]。Tamari等[89]研究顯示，癌干細(xì)胞中的多胺代謝能夠抑制組蛋白亮氨酸去甲基化酶LSD1（lysine-specific demethylase-1）在H3K4上的去甲基化修飾，開放基因的表達(dá)。作為第一個被發(fā)現(xiàn)的胺氧化酶類似物，LSD1能夠與另一種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶zeste增強(qiáng)子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）互作，協(xié)同調(diào)控干擾素信號分子IRF9基因的H3K4去甲基化修飾，影響ISG基因的表達(dá)[90]。

2.4 膽汁酸與前文所述的三種代謝產(chǎn)物不同，膽汁酸（bile acids，BA）并非由腸道細(xì)菌產(chǎn)生，而是由宿主細(xì)胞產(chǎn)生后分泌到腸腔并在腸道細(xì)菌相關(guān)酶的作用下進(jìn)行修飾和代謝。在動物肝細(xì)胞中，首先以膽固醇為原料合成初級膽汁酸，如膽酸（cholic acid，CA）和鵝去氧膽酸（chenodeoxycholic acid，CDCA），再在酶促反應(yīng)下進(jìn)行甘氨酸（人）或牛磺酸（鼠）共軛；共軛后的初級膽汁酸由膽囊分泌進(jìn)入小腸，其中95%在空腸末端通過主動運(yùn)輸?shù)姆绞奖粰C(jī)體重吸收再次進(jìn)入肝臟，這一過程稱為膽汁酸的肝腸循環(huán)。剩下5%的膽汁酸中的一半以被動吸收的方式在結(jié)腸中被機(jī)體吸收，而剩下的二分之一通過糞便排出體外[91]。初級膽汁酸將在腸道細(xì)菌的催化下轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，這一過程部分在小腸中進(jìn)行，但主要在結(jié)腸中完成。初級膽汁酸到次級膽汁酸的生物轉(zhuǎn)化過程涉及到多步酶促反應(yīng)，起始于甘氨酸或?；撬峁曹椖懼岬娜ス曹椈?，結(jié)束于膽汁酸的脫羥基化[92]。如前文所述，去共軛化后的游離?；撬崮軌虼龠M(jìn)腸上皮細(xì)胞中NLRP6炎性小體的激活，并產(chǎn)生IL-18保持黏膜屏障功能和腸免疫穩(wěn)態(tài)[84]。相比之下，初級膽汁酸更容易被小腸吸收，而次級膽汁酸由于疏水性更強(qiáng)則更易被結(jié)腸吸收[91]。與菌群正常小鼠相比，無菌小鼠糞便、肝臟、心臟、腎臟及血清中膽汁酸組成差異極顯著，表明腸道菌群在調(diào)控膽汁酸吸收程度以及再利用率中起著舉足輕重的作用[93]。

研究表明，膽汁酸能夠抑制單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、DC以及肝臟巨噬細(xì)胞（稱為枯否氏細(xì)胞）促炎因子的表達(dá)[94]。這一抑制過程需要兩類不同細(xì)胞受體參與，一是細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)型膽酸受體1（GPBAR1，亦稱為TGR5）；二是核內(nèi)的核受體亞家族1H成員4（NR1H4，也稱為法尼醇X受體，F(xiàn)XR），多種初級膽汁酸和次級膽汁酸都能夠激活兩種受體[95]。膽汁酸與TGR5結(jié)合以后，能夠提高胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷（cAMP）水平并激活胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）[96]。TGR5受體激動劑處理巨噬細(xì)胞和枯否氏細(xì)胞后能夠干擾NF-κB依賴性轉(zhuǎn)錄，從而抑制LPS誘導(dǎo)的炎性因子表達(dá)。此外，BA結(jié)合TGR5能夠激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）和cAMP應(yīng)答原件結(jié)合蛋白（cAMP-responsive element-binding protein，CREB），從而降低信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化蛋白1（signal transducer and activator of transcription 1，STAT1）的磷酸化，抑制下游干擾素刺激基因（interferon stimulate genes，ISGs）的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，最終介導(dǎo)炎癥抑制反應(yīng)[96-97]。Gpbar1-/-小鼠與Nr1h4-/-小鼠一樣，在腸炎、肝炎和胃炎等多種炎性疾病模型上都比野生型小鼠表型更強(qiáng)[97-98]。

3 腸道菌群調(diào)控宿主抗病毒感染免疫的分子機(jī)制

在本文的前兩部分中，筆者對腸道菌群代謝產(chǎn)物對宿主免疫系統(tǒng)，特別是天然免疫因子的調(diào)控機(jī)制作了系統(tǒng)性敘述，也集中探討了腸道細(xì)菌及其相關(guān)代謝產(chǎn)物在維系腸免疫穩(wěn)態(tài)中的重要作用。腸道是共生菌群的自然棲息之地，也是病原微生物特別是腸道病毒侵入機(jī)體的門戶，這意味著宿主對病毒感染產(chǎn)生的免疫應(yīng)答是在內(nèi)源性共生菌群調(diào)控的微環(huán)境中發(fā)生的。感染發(fā)生時，腸道菌群與宿主細(xì)胞共同維系的天然免疫穩(wěn)態(tài)被打破，此時菌群代謝產(chǎn)物的免疫調(diào)控功能是否發(fā)生改變，它們在宿主細(xì)胞啟動抗病毒天然免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮促進(jìn)還是抑制作用，筆者將在這一部分中對此展開論述。

3.1 腸道菌群對宿主抗腸道病毒感染的免疫調(diào)控腸道共生細(xì)菌能夠影響宿主對各種病毒的免疫應(yīng)答。近期研究顯示，宿主針對腸道細(xì)菌的天然抗體能夠與人免疫缺陷病毒1（Human immunodeficiency virus 1，HIV-1）抗原產(chǎn)生交叉反應(yīng)，因此導(dǎo)致HIV疫苗免疫的效果受到影響[99]。此外，腸道細(xì)菌的組分能夠通過激活TLR5調(diào)控流感病毒在小鼠上的疫苗免疫[100]。對小鼠進(jìn)行抗生素處理會降低其拮抗流感感染的天然免疫和獲得性免疫應(yīng)答，導(dǎo)致小鼠死亡，說明抗生素介導(dǎo)的菌群清除對小鼠肺部黏膜免疫應(yīng)答造成較大影響[101]。這些研究都佐證了腸道菌群對抗病毒免疫應(yīng)答的重要調(diào)控功能。

除了腸道細(xì)菌，某些寄生蟲（如腸蠕蟲）對抗病毒免疫反應(yīng)也有較大影響。無菌小鼠感染蠕蟲后會抑制腸道CD8+T細(xì)胞對鼠諾如病毒（Murine norovirus，MNV）的免疫應(yīng)答，說明寄生蟲感染能夠通過抑制獲得性細(xì)胞免疫促進(jìn)腸道病毒感染[102]。另外，蠕蟲感染還能減弱小鼠對皰疹病毒全身性感染的拮抗作用[103]。在此共感染模型中，蠕蟲感染誘導(dǎo)宿主分泌IL-4或IL-13，從而啟動特異性病毒啟動子的轉(zhuǎn)錄，使得皰疹病毒從潛伏感染中再次活化。這一現(xiàn)象在人和鼠γ-皰疹病毒間非常保守，且蠕蟲感染的促進(jìn)效應(yīng)與巨噬細(xì)胞分化有關(guān)[103]。

細(xì)菌分子對腸道病毒感染相關(guān)的免疫信號傳導(dǎo)也有較大影響。Kane等[104]研究顯示，腸道細(xì)菌的LPS能通過TLR4誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生IL-10，促使腸道形成免疫耐受的微環(huán)境，有利于鼠乳腺癌病毒（Murine mammary tumor virus，MMTV）的體內(nèi)擴(kuò)散及感染[104]。無獨(dú)有偶，Baldrige等[105]證實(shí)腸道細(xì)菌能夠通過抑制宿主的三型干擾素（interferon lambda，IFN-λ）促進(jìn)MNV的持續(xù)性感染。除了IFN-λ，細(xì)菌成分還能通過其他天然免疫細(xì)胞因子調(diào)控宿主抗病毒免疫。例如，用細(xì)菌鞭毛蛋白處理小鼠能夠激活TLR介導(dǎo)的信號通路，誘導(dǎo)IL-22和IL-18的表達(dá)，從而治療輪狀病毒感染[106]。同樣，輪狀病毒的清除并不依賴于獲得性免疫。此外，近期研究表明IL-22和IFN-λ能對清除腸道輪狀病毒感染產(chǎn)生協(xié)同作用，揭示了腸黏膜天然免疫清除病毒的共有機(jī)制[106-107]。在疫苗免疫之外，從菌群調(diào)節(jié)角度來增強(qiáng)宿主黏膜免疫特別是天然免疫，無疑是一種新的抗病毒策略，給臨床治療腸道病毒感染提供了新思路；這也從另一側(cè)面凸顯了解析腸道細(xì)菌調(diào)控宿主抗病毒黏膜免疫分子機(jī)制的重要意義。

3.2 腸道菌群對Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的天然免疫的調(diào)控機(jī)制在過去十年中，研究者們針對腸道菌群對病毒體內(nèi)復(fù)制、傳播及致病性展開了系統(tǒng)性研究，并取得了較多新進(jìn)展。以脊髓灰質(zhì)炎病毒、呼腸孤病毒和諾如病毒等腸道病毒為模型的研究顯示，腸道細(xì)菌能夠促進(jìn)腸道病毒感染[108-109]。總體而言，細(xì)菌促進(jìn)病毒體內(nèi)感染的機(jī)制分為兩類：一類是提高病毒粒子穩(wěn)定性、促進(jìn)病毒對靶細(xì)胞的黏附，即提高感染效率的直接機(jī)制；另一類是通過抑制宿主黏膜免疫來促進(jìn)感染的間接機(jī)制。然而，凡事皆有兩面，Sansone等[110]在果蠅感染模型上證實(shí)其腸道共生細(xì)菌果實(shí)醋桿菌（Acetobacter pomorum，A. pomorum）能夠使腸上皮細(xì)胞處于天然免疫激活基態(tài)，從而抵御果蠅腸道病毒（Drosophila C virus，DCV）感染。該研究表明，上皮細(xì)胞抗病毒天然免疫的完整激活需要共生細(xì)菌與病毒感染兩種信號的協(xié)同作用：首先，A. pomorum的肽聚糖通過TLR激活NF-κB并促進(jìn)其入核，啟動分泌因子Pvf2的轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生信號一；DCV感染能夠激活胞漿中的激酶Ckd9，使得轉(zhuǎn)錄暫?；蜷_放，產(chǎn)生信號二。兩種信號協(xié)同促進(jìn)Pvf2的產(chǎn)生，并通過旁分泌形式結(jié)合腸上皮細(xì)胞表面受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RPTK）PVR，介導(dǎo)ERK磷酸化激活下游抗病毒天然免疫[110]。

全身性感染是指病原微生物經(jīng)感染位置突破宿主的物理及免疫屏障，擴(kuò)散到全身其他器官的感染類型，其主要特征之一就是進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)形成菌血癥或病毒血癥。與局限于機(jī)體單一位置的局部感染相比，全身性感染通常會造成更為嚴(yán)重的后果，甚至誘發(fā)機(jī)體的多器官功能衰竭，最終導(dǎo)致死亡。多項研究證明，腸道菌群能夠調(diào)節(jié)單核-巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的宿主天然免疫應(yīng)答“閾值”（threshold），拮抗病毒全身性感染[101,111-112]。作為在宿主抗病毒天然免疫中處于核心地位的效應(yīng)性細(xì)胞因子，Ⅰ型干擾素的表達(dá)受到腸道菌群的調(diào)控[113-114]。在這些研究中，無菌小鼠和抗生素處理小鼠均表現(xiàn)出Ⅰ型干擾素表達(dá)受阻，對流感病毒（Influenza virus，IV）、淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒（Lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV）或仙臺病毒（Sendai virus）更為易感，感染后致死率更高[111-112,115-116]。2012年，Ganal等[112]發(fā)現(xiàn)無菌小鼠脾臟和淋巴結(jié)中的NK細(xì)胞不能對鼠巨細(xì)胞病毒（murine cytomegalovirus，MCMV）感染產(chǎn)生全身性免疫應(yīng)答，原因是單核-巨噬細(xì)胞的染色質(zhì)缺乏必要的表觀遺傳學(xué)修飾，其NF-kB、Irf3等促炎基因的啟動缺少組蛋白激活標(biāo)志H3K4me3，導(dǎo)致Ⅰ型干擾素及促炎因子無法表達(dá)。此外，Abt等[111]也報道稱抗生素處理小鼠的腹腔巨噬細(xì)胞對Ⅰ/Ⅱ型干擾素及IV病毒感染不能產(chǎn)生應(yīng)答，且體內(nèi)感染的結(jié)果證實(shí)巨噬細(xì)胞重要的Ⅰ型干擾素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)核心分子STAT1的磷酸化受阻。對抗生素處理小鼠的巨噬細(xì)胞進(jìn)行全基因轉(zhuǎn)錄組分析顯示，抗病毒天然免疫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平普遍低下[111]。另外，腸道菌群缺失還會降低 Irf7、Mx1、Oas1a等干擾素刺激基因（interferon stimulated genes，ISGs）在肺部巨噬細(xì)胞中的表達(dá)，從而抑制宿主巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的抗病毒先天性免疫[115,117]。

腸道細(xì)菌對Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的抗病毒天然免疫的調(diào)控作用主要通過其代謝產(chǎn)物來完成。2017年，Steed等[116]報道稱腸道酪酸梭狀芽孢桿菌（Clostridium orbiscindens）能夠降解天然植物中的黃酮類化合物，產(chǎn)生脫氨基酪氨酸（desaminotyrosine，DAT）上調(diào)肺部巨噬細(xì)胞Ⅰ型干擾素信號通路及下游ISG表達(dá)，增強(qiáng)抗IV天然免疫反應(yīng)。Schaupp等[118]報道，腸道菌群能夠促進(jìn)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（plasmacytoid dendritic cells，pDC）產(chǎn)生Ⅰ型干擾素，使經(jīng)典DC處于免疫應(yīng)答基態(tài)，并在感染時迅速啟動抗原遞呈，激活獲得性免疫應(yīng)答。幾乎同時，Winkler等[119]的研究指出腸道細(xì)菌誘導(dǎo)pDC產(chǎn)生Ⅰ型干擾素能夠抵御甲病毒，特別是基孔肯雅病毒（Chikungunya virus，CHIKV）在宿主血液單核細(xì)胞中的感染與擴(kuò)散。該研究證實(shí)C. scindens單菌定植無菌小鼠能將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，后者能夠激活pDC的TLR7-MyD88信號通路，誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素產(chǎn)生。以上研究證實(shí)pDC是腸道細(xì)菌調(diào)控宿主產(chǎn)生Ⅰ型干擾素的重要細(xì)胞來源。由于pDC具有極強(qiáng)的Ⅰ型干擾素產(chǎn)生能力，在病毒感染早期（1～3 h）能夠?qū)Σ《竞怂岙a(chǎn)生快速應(yīng)答，且不依賴Ⅰ型干擾素受體（typeⅠinterferon receptor，IFNAR）的信號反饋，而絕大多數(shù)細(xì)胞均不具備此功能[120]。因此，腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)物極有可能首先激活pDC迅速產(chǎn)生第一波Ⅰ型干擾素，激活NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等天然免疫細(xì)胞，提高宿主天然免疫應(yīng)答“閾值”以應(yīng)對病毒感染。

4 結(jié)論和展望

腸道菌群與宿主免疫系統(tǒng)間的相互作用復(fù)雜多樣，且受到各類微環(huán)境的多重影響，頭緒萬千。如本文所述，二者既在腸道局部組織“對話”，調(diào)控黏膜免疫，維持腸穩(wěn)態(tài)；又能夠與機(jī)體腸外組織“交聯(lián)”，調(diào)控其他器官及全身性免疫。目前，針對后者的“腸-腦軸”、“腸-肝軸”、“腸-肺軸”等腸道細(xì)菌對宿主遠(yuǎn)腸端組織的生理及免疫調(diào)控正如火如荼地展開，并取得了令人矚目的新突破。越來越多研究顯示，腸道菌群產(chǎn)生的代謝相關(guān)生物活性分子以及細(xì)菌分子組分是宿主細(xì)胞進(jìn)行必要生理活動的重要組成部分，也對機(jī)體正常免疫應(yīng)答或免疫失常產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在腸道菌群與宿主間形成的相互依存、相互制約的共生系統(tǒng)中，不同種類腸道細(xì)菌之間、菌群與宿主之間始終處于營養(yǎng)物質(zhì)共代謝的內(nèi)平衡，共同決定機(jī)體的健康或疾病狀態(tài)。這些研究進(jìn)展支持了目前領(lǐng)域內(nèi)提出的哺乳動物為“全功能體”（holobionts）的概念，即宿主和細(xì)菌的基因組作為一個整體（“全基因組”）共同行使功能。研究者們將利用大數(shù)據(jù)及機(jī)器學(xué)習(xí)方法系統(tǒng)性預(yù)測和發(fā)掘與免疫系統(tǒng)功能相關(guān)的菌群代謝產(chǎn)物和菌體成分，并通過動物模型解析它們免疫調(diào)控的分子機(jī)制。

腸道菌群的相關(guān)研究已經(jīng)進(jìn)入“后測序”時代，特定腸道細(xì)菌的功能研究逐漸成為主流。盡管研究者們已經(jīng)開始聚焦菌群代謝與免疫系統(tǒng)互作的分子機(jī)制，絕大多數(shù)研究仍然集中在少數(shù)“明星菌”（如產(chǎn)黏液阿克曼菌等）、“明星代謝產(chǎn)物”（如SCFA、BA等）以及IBD等特定疾病模型上，我們對絕大多數(shù)共生菌的免疫調(diào)控功能仍知之甚少。同時，限于分離手段和培養(yǎng)條件，很多腸道細(xì)菌均無法進(jìn)行培養(yǎng)和繁擴(kuò)，功能研究更是無從談起。此外，菌群功能研究需要良好的無菌動物模型進(jìn)行支撐。目前被廣泛接受的無菌動物模型包括抗生素處理和悉生動物兩種：其中抗生素處理相對便宜，使用方便，但菌群清除并不徹底，并具有選擇性；與之相比，無菌小鼠完全不攜帶任何微生物，但價格昂貴，需要特殊隔離系統(tǒng)進(jìn)行維持，并且腸道生理結(jié)構(gòu)和免疫系統(tǒng)成熟度都不正常。因此，兩種無菌模型均有各自的優(yōu)劣勢，在研究中需要注意相互驗證。

研究者們通常采用糞菌移植的方式，將臨床樣本置于無菌小鼠體內(nèi)以研究特定腸道細(xì)菌的免疫調(diào)控功能。盡管無菌小鼠是寶貴的研究工具，但我們?nèi)匀恍枰紤]人與小鼠體內(nèi)微環(huán)境的巨大差異，可能對菌群-宿主互作的結(jié)果帶來很多無法解釋的不確定性。同樣，考慮到患者的個體差異，糞菌移植療法的安全性受到質(zhì)疑，在醫(yī)學(xué)臨床上的使用也開始日趨保守。隨著菌群研究的不斷深入，理想狀態(tài)是用功能明確的特定菌株，或菌群代謝產(chǎn)物替代傳統(tǒng)糞菌移植，在臨床上通過靶向性給藥治療炎性腸病或自身免疫病。