李心悅綜述 李在玲審校

北京大學(xué)第三醫(yī)院兒科（北京 100191）

食物過敏（food allergy，F(xiàn)A）定義為暴露于某種食物后可重復(fù)發(fā)生的，由特異性免疫反應(yīng)引起的組織結(jié)構(gòu)和功能的紊亂[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，受食物過敏影響的人群高達(dá)10%[2]。而世界范圍內(nèi)兒童食物過敏的患病率就高達(dá)4%～6%[3]。美國(guó)的調(diào)查顯示18歲以下兒童食物過敏的患病率為8.0%[4]。我國(guó)南方12月齡以下嬰兒牛奶蛋白過敏的患病率為2.69%[5]。成都市24月齡以下嬰幼兒食物過敏的患病率為8.8%[6]。因此，食物過敏為世界性的健康問題，不僅可以發(fā)生在各個(gè)年齡階段，嚴(yán)重的食物過敏還會(huì)對(duì)兒童的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響[7]。

食物過敏可以由IgE或非IgE介導(dǎo)，以及IgE和非IgE 共同介導(dǎo)。臨床上以IgE 介導(dǎo)的速發(fā)型過敏反應(yīng)多見，對(duì)人體產(chǎn)生多系統(tǒng)損害，皮膚和消化系統(tǒng)最常被累及，嚴(yán)重過敏反應(yīng)可累及呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)，甚至危及生命[1]?？偟膩碚f，導(dǎo)致各種食物過敏的共同機(jī)制是人體正常的免疫耐受機(jī)制不能建立，即腸道黏膜免疫系統(tǒng)對(duì)食物抗原的沉默反應(yīng)發(fā)生偏移，轉(zhuǎn)為攻擊反應(yīng)。發(fā)生這種偏移的原因尚不明確，除了與個(gè)體遺傳因素密切相關(guān)以外，還可能與腸道物理、化學(xué)屏障損傷，抗原暴露，腸道微生態(tài)失衡及其之間的相互作用有關(guān)[8]。腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物作用十分廣泛，而且越來越多的研究表明其對(duì)腸道甚至全身免疫功能及穩(wěn)態(tài)具有重要的調(diào)節(jié)作用[9]。本文對(duì)腸道微生物代謝產(chǎn)物——短鏈脂肪酸（short chain fatty acids,SCFAs）與食物過敏的聯(lián)系，及其在食物過敏時(shí)腸道黏膜免疫反應(yīng)中的作用及研究進(jìn)展作一綜述。

1 食物過敏的腸道黏膜免疫機(jī)制

食物過敏是免疫耐受的偏移。食物免疫耐受的建立是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要抗原遞呈細(xì)胞參與，在腸道中主要是CD103＋樹突細(xì)胞（dendritic cells，DCs）[10]?？乖f呈細(xì)胞將食物抗原呈遞給腸系膜和區(qū)域性淋巴結(jié)后，促使有活性的食物抗原特異性調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cells，Treg）產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)人體建立起對(duì)食物抗原的免疫耐受反應(yīng)。在免疫耐受建立過程中起作用的DCs 可稱為致耐受性DCs。然而，發(fā)生食物過敏時(shí)，DCs 的表型改變轉(zhuǎn)而誘導(dǎo)T 輔助細(xì)胞2（T helper cells，Th2）的產(chǎn)生，而Th2型免疫反應(yīng)是IgE介導(dǎo)食物過敏的關(guān)鍵。Th 2 細(xì)胞可以直接分泌IL-4，還可促使肥大細(xì)胞或嗜堿性粒細(xì)胞分泌IL-4，IL-4 能夠促進(jìn)B 細(xì)胞發(fā)生IgE 的類別轉(zhuǎn)換[11]。IgE 被分泌入腸道或通過淋巴系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)，在局部甚至全身致敏肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞，當(dāng)機(jī)體再次接觸食物抗原后，被致敏的肥大細(xì)胞及嗜堿性粒細(xì)胞便會(huì)釋放一系列炎性物質(zhì)，導(dǎo)致組織特異性食物過敏反應(yīng)。下文中出現(xiàn)的食物過敏若無特殊說明均代表IgE介導(dǎo)的食物過敏。

食物過敏發(fā)生時(shí)，腸道上皮屏障滲透性增加，腸上皮細(xì)胞會(huì)分泌一系列細(xì)胞因子，如胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（thymicstromal lymphopoietin，TSLP）、IL-33、IL-25等，這些細(xì)胞因子提高DCs表面OX40配體水平，該配體與表達(dá)于活化T 細(xì)胞表面的OX 40 結(jié)合后起作用，刺激T 細(xì)胞增殖和分化為Th 2。食物過敏的動(dòng)物模型顯示，小鼠腸道上皮細(xì)胞表達(dá)IL-33，該免疫因子誘導(dǎo)OX 40 配體在腸道CD 103＋DCs 的表達(dá)[12]。類似的研究表明，對(duì)受損的小鼠皮膚進(jìn)行抗原刺激可誘導(dǎo)膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)IL-33、IL-25和TSLP，活化真皮CD 11 b＋DCs 的OX 40 配體[10]。此外，IL-33 還可通過直接對(duì)肥大細(xì)胞起作用增強(qiáng)IgE介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[13]。除了促進(jìn)Th 2 轉(zhuǎn)化，這些細(xì)胞因子還能抑制Treg產(chǎn)生。研究表明，IL-33可促進(jìn)腸道第2組固有淋巴樣細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILCs）的增殖和活化，產(chǎn)生大量IL-4，從而抑制皮膚、肺和小腸Treg細(xì)胞的產(chǎn)生[13-14]。

2 短鏈脂肪酸

SCFAs是包含1～6個(gè)碳原子的有機(jī)羧酸，主要包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸，是由小腸內(nèi)不被消化和吸收的碳水化合物，在結(jié)腸內(nèi)經(jīng)過腸道微生物的糖酵解產(chǎn)生。其中，起主要作用的是乙酸、丙酸和丁酸。研究表明，高纖維飲食可促進(jìn)腸道菌群向產(chǎn)SCFAs的優(yōu)勢(shì)菌轉(zhuǎn)化以及增加SCFAs的生成[15]。除飲食結(jié)構(gòu)外，其他改變腸道微生物組成和多樣性的因素，如抗生素的使用、感染等，都會(huì)影響SCFAs 的產(chǎn)生[16]。

2.1 SCFAs受體

SCFAs 主要通過激活G 蛋白偶聯(lián)受體家族（G protein-coupled receptors，GPCR）發(fā)揮作用[17-18]。SCFAs 抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用涉及的受體主要包括G蛋白偶聯(lián)受體41（GPR41，也稱為FFAR3）、G蛋白偶聯(lián)受體43（GPR 43，也稱為FFAR 2）、G 蛋白偶聯(lián)受體109 A（GPR 109 A，也稱為HCA 2）及嗅覺受體78（olfactory receptor 78，OLFR78）。這些受體可在不同的細(xì)胞類型中表達(dá)，包括免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞，還有腸道上皮細(xì)胞、腎內(nèi)皮細(xì)胞等[19]。而相關(guān)受體被激活后可導(dǎo)致進(jìn)一步信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，包括絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、磷脂酶C（phospholipases C，PLC）、核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）等途徑。此外，SCFAs 還可通過抑制組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）來影響細(xì)胞內(nèi)組蛋白的乙酰化和脫乙?；瑥亩淖兌喾N功能基因表達(dá)[20]。所以，SCFAs的作用十分廣泛。

2.2 SCFAs與食物過敏的聯(lián)系

SCFAs可以減輕食物過敏。在食物過敏小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，高纖維飲食和外源性SCFAs可以促進(jìn)小腸固有層中IgA 的產(chǎn)生，并提高派氏結(jié)中Tfh 的數(shù)量；在口服SCFAs 的食物過敏小鼠中可觀察到過敏臨床評(píng)分減低和血清總IgE 水平減低，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)SFCAs受體敲除小鼠表現(xiàn)出更嚴(yán)重的過敏反應(yīng)以及血清總IgE 水平的增高[21]。同時(shí)，在牛奶蛋白過敏小鼠中發(fā)現(xiàn)SCFAs 能夠增強(qiáng)口服免疫耐受治療的療效[22]。雖然暫時(shí)缺乏相關(guān)臨床試驗(yàn)的報(bào)道，但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均表明SCFAs確實(shí)影響著食物過敏，可能通過誘導(dǎo)免疫耐受來實(shí)現(xiàn)，具體可能機(jī)制在下文探討。

反之，食物過敏似乎也影響著腸道中SCFAs的含量。研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照相比，食物過敏患兒糞便中產(chǎn)生SCFAs的菌群減少，而經(jīng)過臨床治療并且癥狀得到緩解的患兒糞便中產(chǎn)SCFAs 菌群增多[23]。在食物過敏小鼠模型中也觀察到腸道SCFAs 含量的顯著改變[24]。然而，SCFAs的改變與食物過敏發(fā)生發(fā)展之間的時(shí)間關(guān)系、因果關(guān)系尚未明確。研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs水平高的兒童在6 歲之前發(fā)生食物過敏的可能性更低[25]。這似乎表明SCFAs的變化早于食物過敏的發(fā)生。

非IgE介導(dǎo)的食物過敏對(duì)SCFAs的影響尚存在爭(zhēng)議。曾有報(bào)道17名1～2歲非IgE介導(dǎo)牛奶蛋白過敏患兒的糞便SCFAs與健康對(duì)照者相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[26]。同年，也有報(bào)道46 例1～26 月齡之間的非IgE 介導(dǎo)的牛奶蛋白過敏患兒的腸道菌群及代謝產(chǎn)物與健康對(duì)照者相比，糞便中丁酸鹽含量顯著降低，而經(jīng)過深度水解酪蛋白奶粉以及鼠李乳糖桿菌口服治療并獲得免疫耐受后，患兒糞便中丁酸鹽水平較前增加[27]。

食物過敏調(diào)節(jié)SCFAs的作用機(jī)制尚不明確，并且腸道SCFAs 水平受很多因素的影響，如是否母乳喂養(yǎng)、添加輔食種類、抗生素及益生菌應(yīng)用等，因此生命早期腸道菌群及其代謝產(chǎn)物處于波動(dòng)中。所以在對(duì)SCFAs影響因素的合理控制下，未來需要樣本量更多的縱向隊(duì)列研究揭示SCFAs 的動(dòng)態(tài)變化與食物過敏之間的聯(lián)系。

2.3 SCFAs對(duì)食物過敏的腸道黏膜免疫調(diào)節(jié)作用

SCFAs 具有復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)能力，其對(duì)食物過敏的腸道黏膜免疫影響可能是通過誘導(dǎo)免疫耐受的建立實(shí)現(xiàn)的，如影響消化道的上皮屏障和防御功能；作用于固有免疫細(xì)胞（如樹突狀細(xì)胞等），調(diào)節(jié)固有免疫；調(diào)節(jié)由T細(xì)胞和B細(xì)胞介導(dǎo)的抗原特異性適應(yīng)性免疫。

SCFAs可以增強(qiáng)腸道黏膜屏障。首先，SCFAs能促進(jìn)上皮細(xì)胞產(chǎn)生特定細(xì)胞因子來增強(qiáng)黏膜屏障，如IL-18和抗菌肽。研究發(fā)現(xiàn)，盲腸灌注丙酸可上調(diào)豬腸道中IL-18 的表達(dá)[28]。IL-18 可來源于腸道神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元，并作用于腸道上皮細(xì)胞中的杯狀細(xì)胞，促進(jìn)抗菌蛋白的表達(dá)，參與維持腸道黏膜屏障的穩(wěn)態(tài)[29]。雖然，SCFAs對(duì)上皮細(xì)胞來源的IL-18具有促進(jìn)作用，但其與腸道神經(jīng)系統(tǒng)來源的IL-18之間的聯(lián)系尚未見報(bào)道。此外，在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，丁酸可能通過作用于腸道上皮細(xì)胞的GPR 43，在mTOR 和STAT 3 介導(dǎo)下促進(jìn)抗菌肽表達(dá)[30]。這些研究均表明SCFAs 在加固腸道化學(xué)黏膜屏障方面的作用。另一方面，SCFAs還可通過抑制HDAC 和激活A(yù)MP-依賴的蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）促進(jìn)上皮屏障緊密連接和黏蛋白表達(dá)，從而增強(qiáng)腸道物理黏膜屏障。特別是丁酸能夠影響緊密連接蛋白的功能，包括促進(jìn)occludin及 Zonulin-1從胞質(zhì)向緊密連接的轉(zhuǎn)移，抑制促通透性的Claudin-2表達(dá)，增加體外跨上皮電阻[31-32]。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，SCFAs可以通過調(diào)節(jié)MUC2啟動(dòng)子處組蛋白的乙?；?甲基化誘導(dǎo)MUC2 mRNA啟動(dòng)子的激活，從而促進(jìn)人腸道杯狀細(xì)胞分泌特異性黏蛋白MUC2[33]。近來的研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸炎的小鼠模型中，SCFA 可以通過調(diào)節(jié)腸上皮的氧耗穩(wěn)定HIF的表達(dá)，從而促進(jìn)腸道屏障保護(hù)性基因表達(dá)，降低腸道通透性和減少細(xì)菌移位，但具體作用機(jī)制仍待進(jìn)一步探究[34]。

SCFAs 在固有免疫方面的作用主要為通過調(diào)節(jié)DCs及相關(guān)細(xì)胞因子誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，高纖維飲食喂養(yǎng)的小鼠TSLP和IL-33基因表達(dá)明顯低于低纖維飲食喂養(yǎng)小鼠，并且將兩種飲食結(jié)構(gòu)的小鼠DCs 與幼稚T 細(xì)胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，高纖維飲食喂養(yǎng)小鼠的DCs 具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)幼稚T 細(xì)胞向Treg 轉(zhuǎn)化的能力[21]。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)探究其中可能的作用機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，SCFA 可通過誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞中的視黃醛脫氫酶（retinaldehyde dehydrogenase，RALDH）的表達(dá)促進(jìn)視黃酸（Retinoic Acid，RA）的產(chǎn)生，又進(jìn)一步在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證SCFAs對(duì)RA的代謝調(diào)節(jié)作用是通過抑制HDAC 活性實(shí)現(xiàn)的，而RA 可促進(jìn)致耐受性DCs 的產(chǎn)生，并與DCs共同誘導(dǎo)Treg的分化[35]。

SCFAs 除了上文提到的SCFAs 可通過影響固有免疫來間接促進(jìn)Treg數(shù)量和功能，還可以通過直接促進(jìn)Treg 的生成作用于適應(yīng)性免疫。在動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中均觀察到丁酸能夠提高Treg的數(shù)量，并且發(fā)現(xiàn)丁酸可能通過抑制HDAC 活性增加細(xì)胞內(nèi)Foxp 3基因位點(diǎn)的乙?；T導(dǎo)Foxp 3基因的表達(dá)，而該基因的表達(dá)則是Treg 細(xì)胞發(fā)育和分化過程中不可或缺的步驟[36-37]。在體液免疫方面，SCFAs可促進(jìn)B細(xì)胞類別轉(zhuǎn)換并且分泌IgA。研究發(fā)現(xiàn)，高纖維飲食喂養(yǎng)的小鼠腸道中分泌IgA的漿細(xì)胞數(shù)量增多，并且在體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)SCFAs 能夠上調(diào)漿細(xì)胞分化相關(guān)的基因表達(dá)，包括Aicda、Xbp 1、Irf 4、Prdm 1和Sdc 1基因[38]。SCFAs 對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控很可能是通過抑制HDAC活性實(shí)現(xiàn)。在小鼠以及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)SCFAs 處理后的B 細(xì)胞的總體HDAC 活性降低。另一方面，SCFAs 能夠?yàn)锽 細(xì)胞分化提供能量，在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中觀察到SCFAs能夠降低B細(xì)胞的AMP水平和AMPK活性，增加乙酰輔酶A 和ATP 的水平，從而維持B 細(xì)胞分化的高代謝需求。同時(shí)，與對(duì)照B 細(xì)胞相比，用SCFAs培養(yǎng)的B細(xì)胞通常體積大于對(duì)照B細(xì)胞，并且具有較高的Ki-67表達(dá)。為了探究SCFAs是否增強(qiáng)機(jī)體對(duì)病原體的抗體反應(yīng)，研究者用鼠源性嚙齒桿菌感染小鼠后發(fā)現(xiàn)低纖維喂養(yǎng)的小鼠更易被感染，而高纖維喂養(yǎng)小鼠的腸道及脾臟中IgA ＋B 細(xì)胞數(shù)量增多，對(duì)抗病原體的黏膜抗體反應(yīng)增強(qiáng)[38]。而另一方面，SCFAs 能夠通過調(diào)節(jié)其他免疫細(xì)胞來間接調(diào)控B 細(xì)胞，在體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)中，SCFAs 能夠促使濾泡輔助性T細(xì)胞（T follicular helper cells，Tfh）生成增多，而Tfh 則促進(jìn)B 細(xì)胞活化并且分化為產(chǎn)生IgA 的漿細(xì)胞[39]。由此可見，SCFAs不僅可調(diào)節(jié)T細(xì)胞，還能夠影響B(tài)細(xì)胞表型，具有十分廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用。

2.4 SCFAs的應(yīng)用前景

SCFAs 相關(guān)制劑已應(yīng)用于臨床治療。研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉灌腸可減少因炎癥性腸病、大腸癌或憩室炎行腸造口術(shù)后患者的腸黏膜萎縮[40]。還有研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉口服能夠減少憩室炎發(fā)作，提示丁酸可能具有預(yù)防憩室炎的潛力[41]。這些研究均表明SCFAs 對(duì)于改善腸道炎癥具有一定療效，但是具體給藥方式以及劑量仍需大量的研究工作。截至目前，尚無SCFAs治療食物過敏相關(guān)的臨床試驗(yàn)，但相關(guān)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均提示SCFAs在改善食物過敏，誘導(dǎo)免疫耐受方面具有一定療效。因此，在更充分理解SCFAs作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，SCFAs 很可能成為治療食物過敏極具有潛力的方法之一。

綜上，食物過敏的發(fā)病率正在逐年增高，影響著越來越多人的健康。食物過敏主要與人體免疫耐受的偏移被打破相關(guān)，已有大量證據(jù)表明腸道微生物及其代謝產(chǎn)物SCFAs在其中起著正向調(diào)節(jié)作用，然而作用機(jī)制尚未明確，非IgE 介導(dǎo)的食物過敏發(fā)病機(jī)制仍有待探究。這些研究將有助于規(guī)范臨床對(duì)食物過敏的診斷標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)可能的治療靶點(diǎn)。