2014 年 12 月 第 2 卷 第 3 期 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 顾 问 潘 国 宗 萧 树 东 许 国 铭 名 誉 主 编 樊 代 明 林 三 仁 游 苏 宁 李 兆 申 张 齐 联 主 编 杨 云 生 副 主 编 袁 耀 宗

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1 ISSN: 第 2 卷 第 3 期 2014 年 12 月 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 肠 道 固 有 菌 群 对 免 疫 系 统 的 调 节 作 用 大 脑 肠 道 微 生 物 组 的 相 互 联 系 与 功 能 性 肠 病 胃 肠 道 恶 性 肿 瘤 与 微 生 物

2 2014 年 12 月 第 2 卷 第 3 期 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 顾 问 潘 国 宗 萧 树 东 许 国 铭 名 誉 主 编 樊 代 明 林 三 仁 游 苏 宁 李 兆 申 张 齐 联 主 编 杨 云 生 副 主 编 袁 耀 宗 钱 家 鸣 魏 来 韩 英 刘 玉 兰 周 丽 雅 郭 明 洲 秘 书 孙 刚 编 委 ( 按 笔 画 排 序 ) 王 邦 茂 王 吉 耀 王 学 红 王 贵 齐 戈 之 铮 令 狐 恩 强 吕 宾 朱 峰 任 旭 任 建 林 刘 杰 许 乐 孙 丽 莹 孙 思 予 李 建 生 杨 幼 林 吴 本 俨 邹 多 武 邹 晓 平 张 军 陆 伟 陈 世 耀 陈 东 风 陈 其 奎 姒 健 敏 林 琳 罗 和 生 房 殿 春 房 静 远 郑 鹏 远 赵 洪 川 郝 建 宇 胡 冰 胡 品 津 柯 美 云 侯 晓 华 施 瑞 华 姜 泊 姜 慧 卿 徐 有 青 徐 红 徐 肇 敏 郭 晓 钟 郭 强 唐 旭 东 唐 国 都 崔 立 红 谢 渭 芬 蓝 宇 2014 by The AGA Institute. All rights reserved. Gastroenterology is published by Elsevier Inc and is an official journal of the American Gastroenterological Association (AGA) Institute. This edition of Gastroenterology is published by arrangement with Elsevier Inc. and the AGA Institute. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form without written permission of the publisher. The local editorial board selected and approved the content. No responsibility is assumed by the AGA Institute or Elsevier Inc, its licensors or associates, for any injury and/or damage to persons or property as a matter of products liability, negligence or otherwise, or from any use or operation of any methods, products, instructions, or ideas contained in the material herein. Because of rapid advances in the medical sciences, in particular, independent verification of diagnoses and drug dosages should be made. Although advertising material is expected to conform to ethical (medical) standards, inclusion in this publication does not constitute a guarantee or endorsement of the quality or value of such product or of the claims made of it by its manufacturer. The AGA Institute did not participate in the translation of these materials and does not assume responsibility for the accuracy of the translation or any advertising contained herein. 本 刊 物 版 权 所 有 Gastroenterology 由 Elsevier 出 版, 是 美 国 胃 肠 病 协 会 ( AGA) 的 官 方 期 刊 美 国 胃 肠 病 协 会 (AGA) 授 权 Elsevier Inc. 制 作 Gastroenterology 中 文 版 未 经 书 面 许 可, 严 禁 以 任 何 形 式 复 制 传 播 本 刊 内 容 或 将 其 储 存 于 任 何 检 索 系 统 中 中 文 版 编 委 会 挑 选 并 批 准 中 文 版 内 容 因 产 品 责 任 疏 忽 或 使 用 文 章 中 介 绍 的 方 法 产 品 或 观 点 等 对 人 身 或 财 产 所 造 成 的 伤 害 或 损 失,Elsevier 及 其 授 权 人 合 作 伙 伴 毋 须 承 担 任 何 责 任 由 于 医 学 发 展 迅 速, 读 者 必 须 对 诊 断 和 药 物 剂 量 做 出 独 立 判 断 所 有 刊 登 在 本 刊 的 广 告 均 应 符 合 伦 理 ( 医 学 ) 标 准, 在 此 刊 登 并 不 保 证 相 关 产 品 的 质 量 价 值 或 厂 商 的 主 张 美 国 胃 肠 病 协 会 (AGA) 未 参 与 文 章 的 翻 译, 不 保 证 文 章 翻 译 及 所 刊 登 广 告 的 准 确 性 These selected articles are translated by Gastroenterology Chinese Edition editorial board members and distributed with support of Takeda (China) Holdings Co., LTD. 如 有 印 装 问 题, 请 联 系 本 刊 编 辑 部 调 换 电 话 : RE0752

3 Editor M. Bishr Omary University of Michigan Medical School Senior Associate Editors John M. Carethers University of Michigan Medical School Chung Owyang University of Michigan Medical School Associate Editors Jonathan Braun University of California, Los Angeles Naga P. Chalasani Indiana University School of Medicine Douglas A. Corley Kaiser Permanente, Division of Research William L. Hasler University of Michigan Medical School Malcolm J. Low University of Michigan Medical School Jean-Michel Pawlotsky University of Paris Est Douglas J. Robertson Dartmouth Medical School Linda C. Samuelson University of Michigan Medical School Bruce E. Sands Mount Sinai School of Medicine Detlef Schuppan Johannes Gutenberg, University of Mainz Diane M. Simeone University of Michigan Medical School Jerrold R. Turner The University of Chicago John A. Williams University of Michigan Medical School President Anil K. Rustgi Philadelphia, PA Online Editor John F. Kuemmerle Medical College of Virginia Campus Virginia Commonwealth University Special Section Editors Covering the Cover Anson W. Lowe Stanford University Richard H. Moseley University of Michigan Medical School Press highlights Grace L. Su University of Michigan Medical School Mentoring, education, and training Corner John Del Valle University of Michigan Medical School CliniCal Challenges and images in gi Grace Elta University of Michigan Medical School Robert J. Fontana University of Michigan Medical School gastroenterology in Motion Ralf Kiesslich Johannes Gutenberg, University of Mainz Thomas D. Wang University of Michigan Medical School selected summaries Philip S. Schoenfeld University of Michigan Medical School John Y. Kao University of Michigan Medical School Print and digital Media reviews Joel H. Rubenstein University of Michigan Medical School reviews in BasiC and CliniCal gastroenterology and hepatology Robert F. Schwabe Columbia University John W. Wiley University of Michigan Medical School Continuing MediCal education (CMe) activities Philip S. Schoenfeld University of Michigan Medical School Biostatistical Editors Julie A. Douglas University of Michigan Medical School Cathie Spino University of Michigan School of Public Health Advisory Committee Juanita L. Merchant University of Michigan Medical School Daniel K. Podolsky University of Texas Southwestern Robert S. Sandler University of North Carolina International Consultants Minoti Apte Sydney, Australia Ding-Shinn Chen Taipei, Taiwan Toshifumi Hibi Tokyo, Japan Jesús Prieto Pamplona, Spain Jiaming Qian Beijing, China Editors Emeriti Anil K. Rustgi David A. Brenner Daniel K. Podolsky Nicholas F. LaRusso Officers of the AGA Institute secretary/treasurer J. Sumner Bell, III Virginia Beach, VA Raj K. Goyal Robert K. Ockner John S. Fordtran Robert M. Donaldson Marvin H. Sleisenger Morton I. Grossman Abraham H. Aaron Andrew C. Ivy Walter C. Alvarez AGA Institute Staff Erin C. Dubnansky Senior Director of Scholarly Publishing Brook Simpson Special Issue Managing Editor Laura Flecha Special Issue Assistant Managing Editor Sarah Williamson Senior Medical Illustrator Kristine Novak Science Editor Lindsey M. Brounstein Graphics Support Jessica Abell Editorial Assistant Gail Kelsey Editorial Assistant Elsevier Staff Theresa Monturano Publisher Jason S. Woodson Journal Manager aga research Foundation Chair Martin Brotman San Francisco, CA President-eleCt John I. Allen New Haven, CT vice President Michael Camilleri Rochester, MN secretary/treasurer-elect Francis M. Giardiello Baltimore, MD Past President Loren Laine New Haven, CT Advancing the Science and Practice of Gastroenterology

4 Editorial Board Chair Anil Rustgi Philadelphia, PA Editorial Board Maria T. Abreu Miami, FL David H. Adams Birmingham, United Kingdom Hana Algül Munich, Germany Shrikant Anant Kansas City, KS Ashwin Ananthakrishnan Boston, MA Paul Angulo Lexington, KY Olivier Barbier Québec, Canada Kim E. Barrett San Diego, CA Terrence A. Barrett Chicago, IL Ralf Bartenschlager Heidelberg, Germany Charles N. Bernstein Winnipeg, Manitoba Richard S. Blumberg Boston, MA James L. Boyer New Haven, CT William R. Brugge Boston, MA Markus W. Büchler Heidelberg, Germany Michael Camilleri Rochester, MN Marcia Irene Canto Baltimore, MD Elke Cario Essen, Germany Andrew T. Chan Boston, MA Lin Chang Los Angeles, CA Tsutomu Chiba Kyoto, Japan Judy H. Cho New Haven, CT Daniel C. Chung Boston, MA Pierre Clavien Zurich, Switzerland Hans Clevers Utrecht, The Netherlands Nicholas O. Davidson St. Louis, MO Lee A. Denson Cincinnati, OH Mark Donowitz Baltimore, MD Pradeep K. Dudeja Chicago, IL Emad M. El-Omar Aberdeen, Scotland Wael M. El-Rifai Nashville, TN Mary K. Estes Houston, TX James E. Everhart Bethesda, MD Brian G. Feagan London, Ontario Eric R. Fearon Ann Arbor, MI Scott L. Friedman New York, NY Bin Gao Rockville, MD Guadalupe Garcia-Tsao New Haven, CT Michael D. Gershon New York, NY M. Eric Gershwin Davis, CA Fayez Ghishan Tucson, AZ Jeffrey S. Glenn Los Angeles, CA Ajay Goel Dallas, TX James R. Goldenring Nashville, TN Frank J. Gonzalez Bethesda, MD Fred Gorelick West Haven, CT Thomas Gress Marburg, Germany Anna S. Gukovskaya Los Angeles, CA Aida Habtezion Stanford, CA Steven-Huy Han Los Angeles, CA Matthias Hebrok San Francisco, CA Courtney W. Houchen Oklahoma City, OK JeanMarie Houghton Worcester, MA Kenneth E. Hung Boston, MA Kenichi Ikejima Tokyo, Japan John M. Inadomi Seattle, WA Barbara Jung Chicago, IL Peter J. Kahrilas Chicago, IL Fasiha Kanwal St. Louis, MO Michael Karin San Diego, CA Jonathan P. Katz Philadelphia, PA Jonathan D. Kaunitz Los Angeles, CA Kenneth W. Kinzler Baltimore, MD Ernst J. Kuipers Rotterdam, The Netherlands Andrew B. Leiter Worcester, MA Frederic Lemaigre Brussels, Belgium Wayne I. Lencer Boston, MA Markus M. Lerch Greifswald, Germany T. Jake Liang Bethesda, MD Shelly C. Lu Los Angeles, CA Patrick Lynch Houston, TX Fabio Marra Florence, Italy Beth McCormick Worcester, MA Kenneth R. McQuaid San Francisco, CA Didier Merlin Atlanta, GA Jason C. Mills St. Louis, MO Atsushi Mizoguchi Boston, MA Satdarshan (Paul) Monga Pittsburgh, PA Marshall H. Montrose Cincinnati, OH Timothy R. Morgan Long Beach, CA Steven F. Moss Providence, RI Mark W. Musch Chicago, IL Geoffrey C. Nguyen Toronto, Ontario Mindie H. Nguyen Stanford, CA Oliver G. Opitz Freiburg, Germany Ronald P.J. Oude Elferink Amsterdam, The Netherlands Stephen J. Pandol Los Angeles, CA John Pandolfino Chicago, IL Tushar C. Patel Jacksonville, FL Richard M. Peek Nashville, TN Scott E. Plevy Chapel Hill, NC Fiona Powrie Oxford, United Kingdom Douglas K. Rex Indianapolis, IN Charles M. Rice New York, NY K. Lenhard Rudolph Ulm, Germany Hamid M. Said Long Beach, CA Pedro J. Salas Miami, FL Ashok Saluja Minneapolis, MN Sushil K. Sarna Galveston, TX Günter Schneider München, Germany Thomas Seufferlein Halle (Saale), Germany Yatrik Shah Ann Arbor, MI Stuart Sherman Indianapolis, IN Ramesh A. Shivdasani Boston, MA Noah F. Shroyer Cincinnati, OH Eric Sibley Stanford, CA Jens T. Siveke Munich, Germany Scott Snapper Boston, MA Ludvig Sollid Oslo, Norway Rhonda F. Souza Dallas, TX Ben Z. Stanger Philadelphia, PA Pavel Strnad Ulm, Germany Jan F. Tack Leuven, Belgium Robert Thimme Freiburg, Germany David Thomas Baltimore, MD Nikolai A. Timchenko Houston, TX Michael Trauner Graz, Austria Christian Trautwein Aachen, Germany Hide Tsukamoto Los Angeles, CA Fernando S. Velayos San Francisco, CA Arnold Wald Madison, WI David C. Whitcomb Pittsburgh, PA C. Mel Wilcox Birmingham, AL Allan W. Wolkoff Bronx, NY Howard J. Worman New York, NY Nicholas A. Wright London, United Kingdom Advancing the Science and Practice of Gastroenterology

5 胃 肠 病 学 杂 志 ( 中 文 版 ) 第 2 卷 第 3 期 2014 年 12 月 全 文 1 肠 道 固 有 菌 群 对 免 疫 系 统 的 调 节 作 用 Nobuhiko Kamada and Gabriel Núñez 39 肠 道 微 生 态 与 肝 脏 疾 病 Bernd Schnabl, David A. Brenner 13 大 脑 肠 道 微 生 物 组 的 相 互 联 系 与 功 能 性 肠 病 Emeran A. Mayer, Tor Savidge, Robert J. Shulman 40 微 生 物 在 能 量 调 节 和 代 谢 中 的 作 用 Max Nieuwdorp, Pim W. Gilijamse, Nikhil Pai, et al 25 胃 肠 道 恶 性 肿 瘤 与 微 生 物 Maria T. Abreu and Richard M. Peek Jr. 40 饮 食 与 肠 道 微 生 态 : 相 关 性 功 能 及 其 对 健 康 和 疾 病 的 影 响 Lindsey G. Albenberg, Gary D. Wu 摘 要 41 从 粪 便 移 植 到 下 一 代 微 生 物 疗 法 Elaine O. Petrof, Alexander Khoruts 38 伴 或 不 伴 肿 瘤 家 族 史 的 MUTYH 突 变 基 因 携 带 者 发 生 结 直 肠 癌 的 风 险 Aung Ko Win, James G. Dowty, Sean P. Cleary, et al 41 饮 食 干 预 用 于 诱 导 嗜 酸 性 粒 细 胞 性 食 管 炎 组 织 学 缓 解 的 疗 效 分 析 : 一 项 系 统 综 述 与 Meta 分 析 Ángel Arias, Jesús González-Cervera, José M. Tenias, et al 38 Meta'omic 分 析 技 术 用 于 肠 道 微 生 物 组 的 研 究 Xochitl C. Morgan, Curtis Huttenhower 42 葡 萄 糖 代 谢 标 志 物 与 大 肠 腺 瘤 风 险 的 相 关 性 研 究 Sanjay Rampal, Moon Hee Yang, Jidong Sung, et al 39 胃 肠 道 微 生 态 的 构 成 和 功 能 特 性 及 其 对 人 类 健 康 的 影 响 Emily B. Hollister, Chunxu Gao, James Versalovic

6 肠 道 固 有 菌 群 对 免 疫 系 统 的 调 节 作 用 Nobuhiko Kamada 1, Gabriel Núñez 2 肠 道 固 有 菌 群 与 免 疫 系 统 的 功 能 和 发 育 肠 道 菌 群 是 促 进 免 疫 应 答 形 成 和 发 展 的 重 要 因 素 之 一 在 健 康 个 体 中, 胃 肠 道 与 其 固 有 菌 群 之 间 处 于 良 好 肠 相 关 淋 巴 组 织 的 结 构 发 育 的 平 衡 状 态, 但 是 这 种 稳 态 如 果 失 衡, 可 导 致 肠 内 和 肠 外 疾 病 我 们 拟 对 目 前 关 于 免 疫 系 统 与 肠 道 菌 群 之 间 相 人 类 对 于 肠 道 菌 群 在 免 疫 系 统 发 育 中 相 关 作 用 的 研 互 作 用 机 制 的 认 识 作 一 综 述, 特 别 关 注 固 有 菌 群 在 免 疫 究 已 经 持 续 了 一 个 多 世 纪, 而 其 中 一 项 重 要 突 破 就 是 无 菌 应 答 形 成 和 发 展 过 程 中 的 作 用 本 文 一 方 面 讨 论 了 免 疫 (germ-free,gf) 和 悉 生 动 物 模 型 的 建 立 饲 养 GF 动 物 系 统 如 何 避 免 对 固 有 菌 群 作 出 应 答 反 应, 另 一 方 面 讨 论 的 尝 试 始 于 19 世 纪 90 年 代, 并 于 20 世 纪 10 年 代 早 期 取 得 成 功 后 续 方 法 学 上 的 改 进 最 终 促 成 GF 技 术 的 基 本 原 了 这 些 菌 群 通 过 何 种 机 制 激 活 免 疫 系 统, 从 而 使 宿 主 能 则 在 20 世 纪 40 年 代 得 以 确 立 [5] 虽 然 研 究 证 实 微 生 态 有 够 防 御 共 生 菌 中 的 致 病 菌 株 和 外 源 性 病 原 体 通 过 揭 示 助 于 肠 道 内 营 养 成 分 的 充 分 获 取, 但 不 是 动 物 生 存 的 必 需 肠 道 固 有 菌 群 与 免 疫 系 统 之 间 复 杂 的 相 互 作 用, 不 仅 可 条 件, 理 由 是 在 GF 条 件 下 饲 养 的 小 鼠 其 平 均 生 存 期 往 往 以 加 深 我 们 对 于 疾 病 发 生 机 制 的 认 识, 而 且 有 助 于 发 展 长 于 在 常 规 条 件 下 饲 养 的 小 鼠 [6] 但 是,GF 动 物 多 表 现 出 新 的 治 疗 方 式 肠 相 关 淋 巴 组 织 (gut-associated lymphoid tissue,galt) : 肠 道 微 生 态 ;Th17 ; 调 节 性 T 细 胞 ;IgA ; 固 有 淋 巴 细 胞 的 发 育 受 限, 如 派 尔 结 (Peyer's patche,pp) 和 孤 立 淋 巴 滤 泡 [6-8] 最 近 研 究 发 现, 相 较 于 常 规 条 件 下 饲 养 的 小 鼠,GF 小 鼠 PP 中 的 IgE + B 淋 巴 细 胞 数 目 增 多, 而 IgA + 哺 乳 动 物 的 胃 肠 道 定 植 着 数 万 亿 的 微 生 物, 这 其 中 包 B 淋 巴 细 胞 数 目 减 少 [9] 共 生 微 生 物 通 过 在 GF 小 鼠 体 内 括 细 菌 真 菌 寄 生 虫 和 病 毒 这 些 体 内 的 微 生 物 群 体 大 定 植, 诱 导 淋 巴 细 胞 集 落 发 生 免 疫 反 应, 这 一 现 象 称 为 生 多 聚 集 在 肠 道 远 端, 也 被 称 为 肠 道 微 生 态 [1,2] 对 于 健 康 个 发 中 心 和 IgA 的 发 育 [10,11] 最 近 有 研 究 开 始 致 力 于 阐 明 微 体 来 说, 肠 道 菌 群 由 超 过 1000 种 细 菌 组 成, 它 们 对 维 持 生 物 分 子 的 作 用 及 介 导 GALT 发 育 的 宿 主 信 号 通 路, 例 如 胃 肠 道 内 环 境 的 稳 态 发 挥 着 重 要 作 用 [3] 这 些 肠 道 固 有 菌 细 胞 内 核 苷 酸 结 合 寡 聚 化 结 构 域 蛋 白 (Nucleotide-binding 群 的 一 个 关 键 作 用 就 是 促 进 营 养 物 质 的 代 谢 如 某 些 菌 群 oligomerization domain-containing protein,nod)1 介 导 的 可 以 酵 解 食 物 来 源 和 ( 或 ) 宿 主 来 源 的 未 被 消 化 的 碳 水 化 信 号 通 路 即 为 孤 立 淋 巴 滤 泡 发 育 所 必 需 的 [8] 合 物, 同 时 合 成 宿 主 能 量 摄 取 过 程 所 需 的 维 生 素 [3] 此 外, 肠 道 固 有 菌 群 还 参 与 免 疫 稳 态 的 调 节 和 病 原 体 的 清 除 [2,4] 效 应 T 细 胞 一 方 面, 微 生 态 对 胃 肠 道 免 疫 系 统 的 发 育 和 功 能 有 着 至 关 肠 道 菌 群 在 平 衡 消 化 道 效 应 T 细 胞 的 免 疫 应 答 方 面 重 要 的 影 响, 另 一 方 面, 免 疫 系 统 同 时 调 节 肠 道 菌 群 的 构 扮 演 着 重 要 角 色 [12] GF 小 鼠 由 于 辅 助 T 细 胞 (T-helper, 成 和 ( 或 ) 功 能 在 健 康 个 体 中, 这 种 肠 道 菌 群 与 免 疫 系 本 文 缩 略 词 :ASF, 改 良 后 Schaedler 菌 群 ;ATP, 三 磷 酸 腺 苷 ; 统 之 间 的 双 向 作 用 处 于 良 好 的 平 衡 状 态, 但 是 如 果 这 种 稳 DC, 树 突 状 细 胞 ;GALT, 肠 相 关 淋 巴 组 织 ;GF, 无 菌 ;GI, 胃 肠 道 ; 态 被 打 破, 将 导 致 消 化 系 统 和 非 消 化 系 统 疾 病, 例 如 炎 症 GPR,G 蛋 白 偶 联 受 体 ;IL, 白 介 素 ;ILC, 固 有 淋 巴 细 胞 ;itreg, 性 肠 病 和 代 谢 性 疾 病 [2] 本 文 拟 从 消 化 系 统 内 环 境 稳 态 Foxp3 + 诱 导 的 Treg 细 胞 ;LP, 肠 黏 膜 固 有 层 ;NOD, 核 苷 酸 结 合 寡 聚 化 结 构 域 蛋 白 ;NLR,Nod 样 受 体 ;PP, 派 尔 结 ;RA, 视 磺 酸 ; 宿 主 防 御 以 及 疾 病 发 病 机 制 三 方 面 对 肠 道 微 生 态, 特 别 是 SCFA, 短 链 脂 肪 酸 ;SFB, 分 节 丝 状 菌 ;Th, 辅 助 T 细 胞 ;TGF, 固 有 菌 群 在 免 疫 应 答 调 节 过 程 中 的 作 用 作 一 综 述 转 化 生 长 因 子 ;TLR,Toll 样 受 体 ;Treg, 调 节 性 T 细 胞

7 Th) 亚 群 Th1 和 Th17 亚 群 的 细 胞 数 量 显 著 减 少, 肠 道 类 群 和 球 形 梭 菌 类 群 ) 的 46 种 菌 株 可 以 诱 导 活 化 小 鼠 内 的 T 细 胞 免 疫 应 答 主 要 受 Th2 细 胞 控 制 通 过 重 Treg( 表 1) 而 向 GF 小 鼠 移 植 ASF 同 样 可 以 诱 导 肠 新 构 建 常 规 条 件 下 的 肠 道 微 环 境,GF 小 鼠 体 内 的 这 种 Th 道 内 itreg 的 分 化 ( 表 1) ASF 由 3 种 梭 菌 属 XIV 细 胞 应 答 失 衡 可 以 得 到 逆 转, 提 示 微 生 物 的 存 在 决 定 了 亚 群 的 菌 株 组 成, 这 些 梭 菌 属 亚 群 可 能 参 与 诱 导 了 Treg Th 细 胞 介 导 的 免 疫 体 系 的 构 成 的 分 化 参 与 Treg 诱 导 的 梭 菌 属 亚 群 多 定 植 于 人 类 白 介 素 (interleukin,il)17 在 胃 肠 道 内 的 应 答 最 早 [24] 和 小 鼠 肠 道 实 际 上,Atarashi 等 的 研 究 进 一 步 发 现, 发 现 与 幽 门 螺 杆 菌 感 染 相 关, 后 来 在 小 肠 内 发 现 分 节 丝 状 在 健 康 人 体 的 肠 道 菌 群 内 存 在 17 种 能 够 诱 导 Treg 分 化 菌 (segmented filamentous bacteria,sfb), 一 种 特 殊 的 共 的 梭 菌 属 菌 株 ( 表 1), 这 些 细 菌 属 于 梭 菌 属 IV XIVa 生 梭 菌, 可 以 在 小 肠 内 诱 导 Th17 细 胞 的 发 育 ( 表 1) 和 XVIII 亚 群, 人 体 与 小 鼠 肠 道 菌 群 类 似, 均 有 Treg 诱 Th17 细 胞 属 于 CD4 + Th 细 胞 亚 群, 参 与 防 御 细 胞 外 微 生 物 导 活 性 的 免 疫 应 答 以 及 自 身 免 疫 疾 病 的 发 生 发 展 GF 小 鼠 或 但 不 同 于 小 鼠, 在 人 体 肠 道 内, 梭 菌 属 并 不 是 唯 一 喂 食 过 抗 生 素 小 鼠 的 小 肠 Th17 细 胞 数 明 显 减 少 对 能 够 诱 导 Treg 发 育 的 菌 属 例 如, 向 小 鼠 移 植 一 种 人 于 常 规 条 件 下 饲 养 的 小 鼠, 如 果 缺 少 SFB 定 植,Th17 细 类 共 生 菌 脆 弱 拟 杆 菌, 可 以 显 著 促 进 Treg 的 分 化 和 胞 数 量 也 会 显 著 降 低, 而 这 一 情 况 可 以 通 过 重 新 移 植 SFB IL-10 的 产 生, 而 小 鼠 本 身 的 拟 杆 菌 则 只 有 微 弱 的 类 似 予 以 纠 正, 说 明 SFB 可 以 诱 导 肠 道 Th17 细 胞 的 发 育 作 用 ( 表 1) 但 是, 目 前 并 不 清 楚 脆 弱 拟 杆 菌 能 否 但 SFB 不 是 唯 一 能 够 诱 导 Th17 细 胞 发 育 的 菌 株 通 诱 导 人 类 肠 道 内 Treg 的 发 育 虽 然 梭 菌 可 以 诱 导 人 类 和 小 过 在 无 菌 小 鼠 体 内 移 植 改 良 后 Schaedler 菌 群 (altered 鼠 肠 道 内 Treg 发 育, 但 不 排 除 其 他 菌 属 也 具 有 类 似 作 用 Schaedler flora,asf), 一 组 由 8 种 已 知 菌 株 构 成 的 共 生 菌 菌 群, 也 可 以 使 肠 道 内 Th17 细 胞 的 数 量 增 加, 但 其 作 用 要 弱 于 SFB [22] 在 没 有 共 生 菌 的 情 况 下, 肠 道 病 原 体 也 B 细 胞 的 发 育 可 以 诱 发 Th17 细 胞 介 导 的 免 疫 应 答 例 如, 研 究 者 单 独 应 用 柠 檬 酸 杆 菌 感 染 GF 小 鼠 ( 模 拟 肠 致 病 性 和 肠 出 血 性 大 肠 杆 菌 感 染 ), 发 现 肠 道 内 Th17 细 胞 数 量 增 加 此 外, 即 使 缺 少 SFB 的 参 与, 移 植 人 类 肠 道 菌 群 同 样 可 以 促 进 GF 小 鼠 体 内 Th17 细 胞 的 发 育 也 就 是 说, 包 括 B 细 胞 通 过 分 泌 免 疫 球 蛋 白 来 抵 御 微 生 物 的 感 染 B 细 胞 早 期 发 育 不 仅 发 生 于 胎 肝 和 骨 髓 中, 也 发 生 于 肠 道 黏 膜 对 于 肠 道 内 发 育 的 B 细 胞, 其 表 面 受 体 的 表 达 不 同 于 骨 髓 B 细 胞, 前 者 还 受 到 定 植 菌 群 释 放 的 细 胞 外 信 号 调 控 因 此, 共 生 菌 参 与 调 节 了 肠 道 B 细 胞 的 SFB 在 内 的 一 些 人 类 肠 道 菌 群 和 某 些 特 定 的 病 原 菌 都 可 特 异 性 发 育 过 程 以 促 进 Th17 细 胞 的 发 育 肠 道 菌 群 还 同 时 影 响 着 肠 道 黏 膜 内 免 疫 球 蛋 白 的 应 调 节 性 T 细 胞 与 效 应 T 细 胞 类 似, 肠 道 固 有 菌 群 对 于 Foxp3 + 调 节 性 T 细 胞 (T regulatory,treg) 的 发 育 与 功 能 同 样 至 关 重 要 在 缺 少 肠 道 菌 群 的 情 况 下, 结 肠 黏 膜 固 有 层 (lamina propria,lp) 内 诱 导 的 Foxp3 + Helios - Treg (itreg) 数 量 减 少, 而 小 肠 和 肠 系 膜 淋 巴 结 LP 以 及 Foxp3 + Helios + 胸 腺 来 源 的 自 然 调 节 性 T 细 胞 则 不 受 影 响 [22,25] 通 过 向 结 肠 内 重 新 移 植 肠 道 菌 群, 可 以 恢 复 GF 小 鼠 体 内 itreg 的 发 育, 提 示 共 生 菌 参 与 结 肠 Treg 细 胞 的 形 成 过 程 研 究 发 现 某 些 特 定 菌 群 可 能 参 与 调 节 Treg 的 活 性 例 如, 向 GF 小 鼠 移 植 柠 檬 酸 杆 菌 能 够 引 起 结 肠 LP 内 itreg 细 胞 的 活 化 富 集, 而 移 植 拟 杆 菌 乳 杆 菌 或 SFB 则 没 有 这 种 作 用 或 者 作 用 很 弱 [25] [25] Atarashi 等 报 道 属 于 梭 菌 属 IV 和 XIVa 亚 群 ( 也 被 分 别 称 为 柔 嫩 梭 菌 答 IgA 主 要 在 胃 肠 道 等 的 黏 膜 组 织 表 面 分 泌, 起 到 调 节 稳 态 的 作 用 在 共 生 微 生 物 的 刺 激 下, 胃 肠 道 内 大 多 数 合 成 IgA 的 B 细 胞 在 PP 内 成 熟 [31], 但 目 前 对 这 一 过 程 的 机 制 还 所 知 甚 少 一 种 可 能 的 机 制 是 肠 道 菌 群 可 以 促 进 IgA 细 胞 的 发 育 场 所 GALT 的 形 成 在 生 理 情 况 下, 全 身 性 的 免 疫 器 官 如 脾 脏 及 淋 巴 滤 泡 中 均 有 IgD + -IgM + 初 始 B 细 胞 在 抗 原 刺 激 下 ( 如 感 染 或 疫 苗 接 种 ), 淋 巴 滤 泡 内 会 形 成 生 发 中 心, 同 时 B 细 胞 经 过 抗 体 类 别 转 换 重 组 和 体 细 胞 高 频 突 变, 逐 渐 发 育 成 熟 并 不 断 增 殖, 形 成 抗 原 特 异 性 的 体 液 免 疫 应 答 [31] 与 全 身 性 的 免 疫 器 官 不 同, 由 于 胃 肠 道 持 续 暴 露 于 共 生 菌 的 作 用 下, 所 以 GALT 特 别 是 PP 内 生 发 中 心 的 形 成 处 于 相 对 稳 定 的 状 态 对 于 GF 小 鼠, 由 于 缺 少 肠 道 菌 群 的 信 号 刺 激, 影 响 了 PP 内 生 发 中 心 的 成 熟 并 导 致 合 成 IgA 的 B 细 胞 数 量 减 少 [31] 2

8 3 表 1 肠 道 固 有 菌 群 对 肠 道 免 疫 发 育 和 功 能 形 成 的 调 节 作 用 免 疫 细 胞 细 菌 ( 细 菌 分 子 ) 宿 主 介 质 细 胞 宿 主 受 体 介 质 注 释 参 考 文 献 效 应 T 细 胞 Th17 调 节 T 细 胞 Foxp3 + Treg 分 节 丝 状 菌 未 确 定 未 确 定 (ATP) 梭 菌 属 IV 和 XIVa 亚 群 肠 上 皮 细 胞 LP,DC 和 巨 噬 细 胞 CD70 hi CD11c low DC 肠 上 皮 细 胞 P2XR,P2YR 血 清 淀 粉 样 蛋 白 A IL1β IL6,IL23 TGF-β MyD88,TRIF,RIP2 非 依 赖 MyD88 依 赖 MyD88,TRIF,RIP2 非 依 赖 MyD88,TRIF,RIP2,Card9 非 依 赖 ASF 脆 弱 拟 杆 菌 (PSA) 未 确 定 (SCFA) 17 种 人 类 梭 菌 菌 株 (SCFA) CD11c + DC Treg 细 胞 肠 上 皮 细 胞 TLR2/MyD88 GPR43 TGF-β MyD88,TRIF 依 赖 Foxp3 的 表 观 遗 传 学 修 饰 未 确 定 ( 丁 酸, 烟 酸 ) LP,DC 和 巨 噬 细 胞 GPR109a RA,IL10 诱 导 合 成 IL-10 的 Foxp3 - Tr1 细 胞 合 成 IgA 的 B/ 浆 细 胞 IgA + B 细 胞 CD11b + IgA + PC 未 确 定 (SCFA) 分 节 丝 状 菌 未 确 定 未 确 定 ( 鞭 毛 ) 未 确 定 未 确 定 未 确 定 Treg 细 胞 淋 巴 滤 泡 内 DC CD11c + CD11b + TLR5 + DC 肿 瘤 坏 死 因 子 α/ 合 成 i-nos 的 DC LP DC GPR43 TLR/MyD88 TLR5 TLR/MyD88 MyD88 直 接 作 用 TGF-β, CXCL13,BAFF RA TGF-β,BAFF, APRIL RA 上 调 GPR15 细 菌 配 体 与 RA 协 同 作 用 在 GF 小 鼠 体 内 数 量 减 少 与 IL5,IL6 协 同 作 用 CD11b - IgA + PC 是 非 细 菌 依 赖 性 的 固 有 淋 巴 细 胞 亚 群 3 RORγt + NKp46 + CD127 + NK1.1 -int ILC 未 确 定 在 GF 小 鼠 体 内 数 量 减 少 NKp46 + ILC CD4 + RORγt + CD127 + LTi 细 胞 c-kit + CD127 + Sca-1 - NKp46 - CD4 - ILC 乳 酸 杆 菌 ( 吲 哚 -3- 甲 醛 ) 未 确 定 未 确 定 ( 鞭 毛 ) NKp46 + ILC CX 3 CR1 + DC CD103 + CD11b + DC AhR TLR5 直 接 作 用 IL23 IL23 促 进 IL22 合 成 促 进 IL22 合 成 促 进 IL22 合 成 RORγt + LTi 和 RORγt + NKp46 + ILC 未 确 定 肠 上 皮 细 胞 IL25 激 活 IL17BR + DC, 抑 制 ILC 合 成 IL22 RORγt + NKp46 + CD127 + NK1.1 low LTi 单 核 吞 噬 细 胞, 多 形 核 吞 噬 细 胞 CD11b + 巨 噬 细 胞 CD11b + 巨 噬 细 胞,CD11c + DC CD11b + CD11c -/+ 巨 噬 细 胞 中 性 粒 细 胞 未 确 定 未 确 定 未 确 定 未 确 定 未 确 定 未 确 定 (SCFA) 肠 上 皮 细 胞 中 性 粒 细 胞 中 性 粒 细 胞 MyD88 MyD88 GPR43 IL7 直 接 作 用 直 接 作 用 直 接 作 用 稳 定 RORγt 的 表 达 诱 导 IL1β 前 体 诱 导 IL1β 前 体 促 进 IL10 合 成 诱 导 IL1β 前 体 诱 导 ROS, 增 强 吞 噬 活 性 未 确 定 (PGN) 中 性 粒 细 胞 NOD1 直 接 作 用 增 强 杀 菌 能 力 AhR: 芳 香 烃 受 体 ;BAFF:B 细 胞 激 活 因 子 ;APRIL: 增 殖 细 胞 诱 导 配 体 ;PSA: 多 糖 ;inos: 诱 导 型 一 氧 化 氮 合 酶 ;ROS: 活 性 氧 自 由 基

9 固 有 淋 巴 细 胞 固 有 淋 巴 细 胞 (innate lymphoid cell,ilc) 是 与 T 细 胞 功 能 较 为 类 似 的 一 组 固 有 免 疫 细 胞 [32] ILC 发 源 于 共 同 淋 巴 前 体, 根 据 功 能 不 同, 可 以 分 为 3 个 亚 群 :T-bet + (ILC1) GATA-3 + (ILC2) 和 RORgt + (ILC3) [32] 目 前 有 越 来 越 多 的 证 据 提 示 ILC3(RORγt + ) 在 肠 道 免 疫 中 发 挥 了 重 要 的 作 用 这 类 ILC3 产 生 的 细 胞 因 子 类 型 与 Th17 类 似 ( 主 要 在 IL23 和 IL1β 的 刺 激 下 合 成 IL22 和 / 或 IL17) [32] 目 前 对 于 肠 道 共 生 菌 能 够 在 何 种 程 度 上 影 响 ILC3 的 发 育 仍 存 在 争 议 [12] 有 些 研 究 发 现 肠 道 菌 群 是 ILC3 分 化 过 程 中 所 必 需 的 [33,34] 这 些 研 究 结 果 显 示, GF 小 鼠 RORγt + 自 然 杀 伤 细 胞 (natural killer,nk) p46 + CD127 + NK1.1 - 或 RORγt + NKp46 + CD127 + NK1.1 int [33,34] ILC 数 量 显 著 减 少 ( 表 1) 在 缺 少 肠 道 菌 群 的 情 况 下, ILC 产 生 的 IL22 也 有 所 减 少, 提 示 共 生 菌 对 ILC 的 功 能 也 有 调 节 作 用 [33] ( 表 1) 但 相 反 地, 也 有 其 他 一 些 研 究 发 现 肠 道 菌 群 并 不 能 影 响 RORγt + ILC 的 发 育 黏 膜 固 有 层 吞 噬 细 胞 [35-37] 性 的 白 细 胞 应 答 反 应 例 如, 定 植 菌 来 源 的 肽 聚 糖 分 子 经 NOD1 信 号 通 路 介 导, 可 以 启 动 和 强 化 外 周 血 中 性 粒 细 胞 的 杀 菌 能 力, 来 抵 御 肺 炎 链 球 菌 的 感 染 [43] ( 表 1) 因 此 肠 道 菌 群 在 吞 噬 细 胞 的 调 节 和 功 能 形 成 中 发 挥 着 重 要 作 用 肠 道 固 有 菌 群 对 免 疫 系 统 的 调 节 作 用 肠 道 Th17 细 胞 体 外 研 究 报 道, 转 化 生 长 因 子 (transforming growth factor,tgf)-β IL6 或 IL21 参 与 Th17 细 胞 分 化 的 调 节, 而 IL23 则 介 导 其 扩 展 [44-48] 但 在 缺 少 IL6 IL23 或 IL21 受 体 的 小 鼠 体 内, 肠 道 Th17 细 胞 仍 然 能 够 发 育, 提 示 其 他 因 子 也 参 与 了 这 一 过 程 [16,49] IL1β 或 IL1 受 体 缺 陷 的 小 鼠 肠 道 Th17 细 胞 数 量 显 著 减 少 [49] GF 小 鼠 肠 道 内 吞 噬 细 胞 合 成 的 IL1β 显 著 减 少, 而 加 入 外 源 性 的 IL1β 可 以 促 进 GF 小 鼠 Th17 细 胞 的 发 育 [49], 提 示 共 生 微 生 物 也 许 是 通 过 诱 导 IL1β 合 成 来 促 进 Th17 细 胞 的 发 育 [49] 也 就 是 说,Th17 细 胞 的 发 育 至 少 有 部 分 是 通 过 肠 道 菌 群 诱 导 合 成 IL1β( 而 非 IL6) 来 介 导 的 [49] ( 表 1) 单 核 吞 噬 细 胞 如 巨 噬 细 胞 和 树 突 状 细 胞 (dendritic 肠 道 菌 群 如 何 诱 导 IL1β 和 Th17 细 胞 发 育 呢? cell,dc) 以 及 多 形 核 吞 噬 细 胞 ( 中 性 粒 细 胞 ), 可 以 保 MyD88, 作 为 一 种 Toll 样 受 体 (Toll-like receptor,tlr), 护 包 括 胃 肠 道 在 内 的 多 种 组 织 器 官 抵 御 病 原 微 生 物 的 感 IL1 样 和 IL18 受 体 信 号 通 路 的 适 配 子, 其 缺 陷 会 导 致 小 染 肠 道 固 有 菌 群 参 与 调 节 这 些 吞 噬 细 胞 的 功 能 有 研 鼠 肠 道 内 IL1β 的 表 达 水 平 降 低, 同 时 Th17 细 胞 数 量 也 究 报 道, 肠 道 菌 群 对 于 上 调 巨 噬 细 胞 产 生 的 IL1β 前 体 水 显 著 减 少 [49] 因 此 共 生 菌 可 能 通 过 TLR-MyD88 信 号 通 平 是 必 需 的 [38] ( 表 1) 但 是, 只 有 在 吞 噬 细 胞 接 触 到 病 路 诱 导 固 有 免 疫 应 答 时 IL1β 的 产 生 [50] 原 体 后, 才 能 启 动 IL1β 前 体 的 合 成 和 分 泌 沙 门 氏 菌 和 [20] Atarashi 等 报 道, 由 肠 道 菌 群 合 成 并 释 放 到 肠 腔 铜 绿 假 单 胞 菌 能 够 快 速 地 诱 导 肠 道 巨 噬 细 胞 分 泌 成 熟 的 的 三 磷 酸 腺 苷 (adenosine triphosphate,atp) 可 以 通 过 IL1β, 从 而 清 除 这 些 感 染 的 病 原 体 [38] 与 共 生 菌 不 同, 激 活 LP 内 的 DC 促 进 Th17 细 胞 的 发 育 ( 表 1) 但 是, 这 些 病 原 体 通 过 Ⅲ 型 分 泌 系 统 将 鞭 毛 蛋 白 注 入 细 胞 液, SFB 诱 导 Th17 细 胞 分 化 这 一 过 程 是 非 ATP 依 赖 的 [18] 激 活 Nod 样 受 体 (Nod-like receptor,nlr)c4 炎 症 体 [18] Inanov 等 发 现,SFB 定 植 可 导 致 肠 上 皮 细 胞 分 泌 血 清 来 诱 导 Caspase-1 依 赖 的 IL1β 前 体 合 成 [38] 因 此 共 生 菌 淀 粉 样 蛋 白 A, 进 而 可 能 诱 导 Th17 细 胞 分 化, 而 这 一 过 通 过 促 进 IL1β 前 体 的 持 续 表 达 来 调 节 肠 道 巨 噬 细 胞 的 保 程 却 是 非 ATP 依 赖 的 ( 表 1) 目 前 对 于 体 内 血 清 淀 粉 样 护 性 功 能 蛋 白 A 在 诱 导 肠 道 Th17 细 胞 发 育 过 程 中 的 作 用 所 知 甚 肠 道 菌 群 同 样 能 促 进 巨 噬 细 胞 的 抗 炎 作 用 IL10 少 尽 管 如 此, 肠 道 菌 群 对 于 效 应 T 细 胞 亚 群 ( 尤 其 是 对 于 维 持 胃 肠 道 稳 态 具 有 非 常 重 要 的 作 用 [39-41], 而 巨 Th17 细 胞 ) 的 平 衡 非 常 重 要 今 后 研 究 的 重 点 将 是 阐 明 噬 细 胞 在 肠 道 菌 群 的 调 控 下 可 以 自 发 地 合 成 这 种 抗 炎 因 子 共 生 菌 诱 导 肠 道 Th17 细 胞 发 育 的 内 在 机 制 ( 表 1) [41] 此 外, 肠 道 菌 群 还 参 与 调 节 中 性 粒 细 胞 的 功 能 在 艰 难 梭 状 芽 孢 杆 菌 感 染 时, 共 生 菌 易 位 到 肠 道 组 Foxp3 + 诱 导 的 Treg 细 胞 织, 并 诱 导 其 募 集 的 中 性 粒 细 胞 表 达 IL1β 前 体, 以 降 低 感 染 相 关 的 死 亡 率 [42] ( 表 1) 肠 道 菌 群 还 影 响 全 身 如 今 越 来 越 多 的 证 据 提 示 共 生 菌 可 以 通 过 多 种 机 制 4

10 5 诱 导 Treg 细 胞 的 发 育 但 宿 主 模 式 识 别 受 体 (pattern recognition receptor,prr) 在 这 一 过 程 中 的 作 用 却 一 直 存 在 争 议 有 研 究 发 现 梭 菌 属 IV 和 XIVa 亚 群 诱 导 的 小 鼠 结 肠 Treg 细 胞 的 发 育 是 不 依 赖 于 TLR NOD 或 Dectin1 的 [25] ( 表 1) 但 是,MyD88 和 TRIF 缺 陷 的 小 鼠 体 内 却 表 现 出 ASF( 包 含 3 种 梭 菌 属 XIV 群 菌 株 ) 诱 导 的 Treg 细 胞 分 化 发 育 受 限 [22] ( 表 1) 此 外, 脆 弱 拟 杆 菌 的 定 植 可 以 激 活 多 糖 A-TLR2 信 号 通 路, 诱 导 小 鼠 Treg 细 胞 活 化 和 产 生 IL10 [28] ( 表 1) 进 一 步 的 研 究 需 要 阐 明 PRR 在 Treg 细 胞 发 育 中 的 确 切 作 用 有 报 道 共 生 菌 代 谢 产 物 可 以 诱 导 Treg 细 胞 的 分 化, 其 中 短 链 脂 肪 酸 (short-chain fatty acid,scfa) 主 要 调 节 结 肠 Treg 的 发 育 和 功 能 [51-53] GF 小 鼠 肠 腔 内 SCFA ( 如 醋 酸 丙 酸 异 丁 酸 和 丁 酸 ) 浓 度 的 降 低 与 肠 道 Treg 细 胞 的 发 育 受 限 有 关 [51-53] 重 要 的 是,GF 小 鼠 Treg 细 胞 的 数 量 可 以 藉 由 共 生 菌 的 重 建 或 应 用 SCFA 获 得 恢 复, 从 而 支 持 细 菌 代 谢 产 物 在 Treg 细 胞 发 育 中 所 发 挥 的 作 用 [51-53] SCFA 可 以 激 活 肠 上 皮 细 胞 和 / 或 造 血 细 胞 所 表 达 的 数 种 G 蛋 白 偶 联 受 体 (G-protein coupled receptor, GPR) 因 此,SCFA 可 以 通 过 调 节 肠 道 内 的 不 同 细 胞 来 维 持 胃 肠 道 稳 态 [54,55] SCFA 能 对 Foxp3 基 因 从 表 观 遗 传 学 的 角 度 进 行 调 节 从 而 影 响 Treg 细 胞 的 功 能 [51-53] 例 如 SCFA, 特 别 是 丁 酸, 可 以 直 接 作 用 于 T 细 胞, 促 进 Foxp3 位 点 的 乙 酰 化 修 饰 [51-53] ( 表 1) 与 此 相 一 致, Ffar2( 编 码 Gpr43) 基 因 缺 陷 的 小 鼠, 其 Treg 细 胞 数 量 显 著 减 少, 且 这 一 现 象 不 能 通 过 应 用 SCFA 纠 正 [51] 除 了 直 接 作 用 于 Treg 细 胞,SCFA 也 可 通 过 非 免 疫 细 胞 介 导 促 进 Treg 细 胞 的 发 育 例 如, 向 GF 小 鼠 移 植 某 些 梭 条 件 下,LP 内 表 达 CD103 的 DC 缺 失 也 会 导 致 Treg 细 胞 数 量 的 减 少 [59] 与 这 些 研 究 相 一 致, 近 期 研 究 发 现, 肠 道 巨 噬 细 胞 和 DC 可 表 达 GPR 家 族 成 员 Gpr109a [60], 而 这 类 细 胞 可 在 共 生 菌 产 生 的 丁 酸 与 烟 酸 ( 维 生 素 B3) 活 化 下, 促 进 Foxp3 + Treg 细 胞 与 Tr1 细 胞 ( 合 成 IL10) 的 分 化 [60] 除 了 对 Treg 细 胞 发 育 的 作 用, 肠 道 菌 群 还 可 促 进 [61] Treg 向 大 肠 组 织 的 归 巢 Kim 等 发 现, 主 要 表 达 于 大 肠 Treg 细 胞 的 GPR15 受 体 在 Treg 细 胞 归 巢 中 发 挥 着 重 要 作 用 ( 表 1) GPR15 缺 陷 的 小 鼠 特 征 性 表 现 为 大 肠 Foxp3 + Treg 细 胞 数 量 减 少, 而 小 肠 和 脾 脏 不 受 影 响 [61] 在 广 谱 抗 生 素 导 致 肠 道 菌 群 失 调 的 情 况 下,Treg 细 胞 GPR15 的 表 达 水 平 降 低 [61], 而 SCFA 却 可 以 诱 导 GPR15 表 达, 说 明 菌 群 代 谢 产 物 也 可 以 调 节 Treg 细 胞 的 归 巢 [51] 类 似 地, 食 物 中 的 叶 酸 可 以 调 节 结 肠 内 Foxp3 + Treg 细 胞 的 存 活 [62] 由 于 哺 乳 动 物 自 身 缺 少 合 成 叶 酸 的 途 径, 因 此 共 生 菌 合 成 的 叶 酸 可 能 参 与 了 Treg 细 胞 的 活 化 过 程 [63] 肠 道 菌 群 激 活 的 Treg 细 胞 可 以 保 护 小 鼠 免 于 结 肠 炎 肠 道 病 原 体 引 起 的 感 染 以 及 过 敏 性 腹 泻 [24,25,64] 例 如, 梭 菌 诱 导 的 Treg 细 胞 能 抑 制 小 鼠 结 肠 炎 和 过 敏 性 腹 泻 [24,25] 类 似 地, 脆 弱 拟 杆 菌 诱 导 的 Treg 细 胞 ( 合 成 IL10) 能 减 轻 肝 螺 杆 菌 引 起 的 肠 道 炎 症 反 应 [28,64] 这 些 研 究 证 实, 某 些 共 生 菌 属, 特 别 是 梭 菌 属, 参 与 结 肠 Treg 细 胞 的 发 育 归 巢 和 功 能 成 熟, 进 而 维 持 胃 肠 道 的 稳 态 合 成 IgA 的 B 细 胞 肠 道 菌 群 对 合 成 IgA 细 胞 的 发 育 调 节 可 以 通 过 数 种 菌 可 以 提 高 肠 腔 内 醋 酸 丙 酸 异 丁 酸 和 丁 酸 的 水 平, 途 径 实 现, 其 中 包 括 MyD88 信 号 通 路 MyD88 缺 陷 的 促 进 肠 上 皮 细 胞 合 成 TGF-β [24] 对 于 共 生 梭 菌 诱 导 的 人 小 鼠 肠 道 内 CD11b + IgA + 浆 细 胞 数 量 减 少, 而 CD11b - 类 和 小 鼠 Treg 细 胞 发 育,SCFA 介 导 的 TGF-β 合 成 可 能 IgA + 浆 细 胞 不 受 影 响 [65] ( 表 1) 共 生 菌 通 过 不 明 机 制 是 其 必 需 条 件 [24,25] 激 活 LP 内 和 淋 巴 滤 泡 内 DC 的 MyD88 信 号 通 路, 促 对 于 SCFA 通 过 诱 导 TGF-β 合 成 来 促 进 Treg 细 胞 发 进 IgA + B 细 胞 的 产 生 在 肠 道 菌 群 的 刺 激 下,PP 淋 巴 育 的 机 制 仍 所 知 甚 少, 目 前 的 研 究 认 为 LP 内 的 DC 可 能 滤 泡 内 的 DC 分 泌 TGF-β CXCL13 B 细 胞 激 活 因 子 参 与 了 这 一 过 程 LP 内 表 达 CD103 的 DC 亚 群 ( 包 括 (B-cell activating factor,baff) 和 增 殖 细 胞 诱 导 配 体 CD103 + CD11b + CD11c + 和 CD103 + CD11b - CD11c + ) 可 以 通 (a proliferation inducing ligand,april), 从 而 促 进 类 过 TGF-β 和 维 甲 酸 (retinoic acid,ra) 诱 导 初 始 CD4 + T 别 转 化 和 IgA 合 成 [66] ( 表 1) 类 似 地, 肠 道 菌 群 还 可 以 细 胞 分 化 为 Treg 细 胞 [56-58] 除 了 DC 细 胞 亚 群, 在 TGF-β 激 活 LP 内 DC 亚 群 的 MyD88 信 号 通 路, 使 这 些 细 胞 表 存 在 的 条 件 下,LP 内 的 F4/80 + CD11b + CD11c - 巨 噬 细 胞 也 达 RA TGF-β TNFα inos BAFF 和 APRIL, 促 进 可 通 过 合 成 RA 来 诱 导 肠 道 Treg 细 胞 的 分 化 [40] 因 此, IgA + B 细 胞 的 产 生 [67-69] ( 表 1) SCFA 诱 导 合 成 的 TGF-β 可 以 与 LP 内 的 DC 和 巨 噬 细 胞 虽 然 肠 道 菌 群 对 于 B 细 胞 的 发 育 成 熟 非 常 重 要, 但 协 同 调 节 肠 道 Treg 细 胞 的 发 育 即 使 在 肠 道 菌 群 存 在 的 是 目 前 难 以 确 定 介 导 这 一 过 程 的 特 定 菌 属 向 GF 小 鼠 单

11 6 独 移 植 SFB, 除 了 促 进 Th17 细 胞 的 分 化, 还 能 诱 导 IgA 合 成 [11,70] ( 表 1), 但 是 其 数 量 明 显 低 于 移 植 常 规 细 菌 的 小 鼠, 提 示 其 他 菌 属 或 者 多 种 共 生 菌 协 同 作 用 才 能 最 大 化 地 诱 导 肠 道 IgA 的 合 成 [11] 另 一 方 面, 将 一 种 不 具 备 体 内 增 殖 能 力 的 大 肠 杆 菌 突 变 株 短 暂 移 植 到 肠 道, 其 诱 导 合 成 IgA 的 数 量 与 移 植 多 种 共 生 菌 相 当 [71] 这 一 IgA 合 成 过 程 具 有 大 肠 杆 菌 特 异 性, 而 将 大 肠 杆 菌 定 植 后 的 小 鼠 暴 露 于 其 他 细 菌 时, 却 会 使 大 肠 杆 菌 特 异 的 IgA 免 疫 记 忆 应 答 的 持 久 性 受 限 [71] 因 此, 持 续 性 的 细 菌 刺 激 是 维 持 肠 道 IgA 合 成 的 必 需 条 件 固 有 淋 巴 细 胞 亚 群 3 过 程 中 十 分 重 要 例 如,IL22 可 以 介 导 肠 上 皮 细 胞 合 成 与 分 泌 RegIIIγ, 其 作 为 一 种 抗 微 生 物 肽 能 够 抵 御 鼠 类 柠 檬 酸 杆 菌 感 染 [33,77,78] 类 似 地, 色 氨 酸 分 解 产 物 可 以 促 进 ILC 合 成 IL22, 进 而 抵 御 真 菌 感 染 和 葡 聚 糖 硫 酸 钠 诱 导 的 结 肠 炎 [73] 此 外, 肠 道 菌 群 通 过 刺 激 上 皮 细 胞 合 成 IL7( 一 种 能 够 稳 定 RORγt 表 达 的 细 胞 因 子 ) 来 促 使 ILC3 稳 定 表 达 RORγt [36] GF 小 鼠 由 于 肠 上 皮 细 胞 合 成 IL7 减 少 而 导 致 RORγt 在 ILC 的 表 达 水 平 降 低 [36] 而 RORγt 表 达 下 调 会 导 致 ILC 转 化 为 合 成 IFNγ 的 致 病 性 ILC, 从 而 促 进 炎 症 反 应 [36] ( 表 1) 综 上 所 述, 肠 道 菌 群 通 过 调 节 ILC 特 别 是 RORγt ILC3 亚 群, 来 维 持 胃 肠 道 内 环 境 稳 态, 并 抵 御 感 染 和 炎 症 反 应 目 前 关 于 共 生 菌 调 节 ILC 发 育 和 功 能 形 成 的 机 制 尚 不 明 确 一 种 可 能 的 机 制 是 细 菌 的 某 些 组 分 能 够 直 接 激 活 ILC 人 类 CD127 + RORγt + ILC 同 时 表 达 TLR1 TLR2 和 TLR6, 而 在 TLR2 配 体 的 作 用 下, 这 些 细 胞 能 够 合 成 IL22 [72] 此 外, 细 菌 的 代 谢 产 物 也 能 活 化 ILC 细 菌 合 成 的 吲 哚 -3- 醛, 一 种 色 氨 酸 代 谢 产 物, 可 以 通 过 作 用 于 ILC 上 的 芳 香 烃 受 体 (aryl hydrocarbon receptor, AhR) 来 促 进 IL22 合 成 [73] ( 表 1) 因 此 共 生 菌 的 代 谢 产 物 似 乎 能 直 接 激 活 ILC, 但 也 有 证 据 提 示 肠 道 菌 群 是 通 过 激 活 其 他 免 疫 细 胞 来 间 接 地 调 节 ILC 的 功 能 例 如, 共 生 菌 通 过 趋 化 作 用 使 表 达 CX 3 CR1 + 的 巨 噬 细 胞 向 肠 道 移 动, 进 而 调 节 ILC 合 成 IL22 [74,75] ( 表 1) 此 外, 作 为 对 肠 道 菌 群 产 物 的 应 答,LP 内 CD103 + CD11b + DC 通 过 激 活 TLR5 来 合 成 IL23, 从 而 导 致 RORγt + ILC 分 泌 IL22 [76] ( 表 1) 另 一 方 面,GF 小 鼠 体 内 RORγt + ILC 合 成 IL22 显 著 增 加, 提 示 肠 道 菌 群 可 能 是 IL22 合 成 的 负 性 调 节 因 子 [37] IL25 是 一 种 肠 道 上 皮 细 胞 在 共 生 菌 刺 激 下 产 生 的 细 胞 因 子, 通 过 IL17BR 激 活 LP 内 DC, 从 而 抑 制 ILC 合 成 IL22, 具 体 机 制 不 明 [37] ( 表 1) 也 就 是 说 肠 道 菌 群 可 以 同 时 作 为 ILC 的 正 向 和 负 向 调 节 因 子 这 种 肠 道 菌 群 在 ILC 的 激 活 和 发 育 过 程 中 扮 演 的 双 重 角 色 可 能 取 决 于 微 生 物 与 免 疫 细 胞 之 间 不 同 的 作 用 方 式 当 内 环 境 处 于 稳 态 时, 肠 道 内 皮 细 胞 保 持 着 自 身 完 整 性, 肠 道 菌 群 可 以 通 过 刺 激 上 皮 细 胞 来 抑 制 ILC 的 功 能 但 是, 当 炎 症 反 应 使 上 皮 细 胞 屏 障 作 用 受 到 破 坏 后, 共 生 菌 以 及 肠 腔 内 产 物 就 可 以 易 位 到 黏 膜 下 组 织, 最 终 激 活 LP 内 包 括 ILC 在 内 的 各 种 免 疫 细 胞 共 生 菌 对 ILC 的 功 能 活 化 作 用 在 抵 御 微 生 物 感 染 的 黏 膜 固 有 层 吞 噬 细 胞 LP 包 括 巨 噬 细 胞 在 内 的 单 核 吞 噬 细 胞, 在 稳 定 状 态 下 即 可 表 达 IL1β 前 体, 从 而 在 病 原 体 入 侵 时 能 够 快 速 做 出 应 答, 合 成 大 量 成 熟 的 IL1β [38,49] IL1β 前 体 在 LP 巨 噬 细 胞 内 的 富 集 依 赖 于 固 有 菌 群 和 共 生 菌 活 化 的 MyD88 信 号 通 路 [38,49] ( 表 1) 类 似 地, 巨 噬 细 胞 的 抗 炎 作 用, 如 自 发 性 合 成 IL10 也 受 到 肠 道 菌 群 的 调 控, 但 不 依 赖 于 MyD88 信 号 通 路 [41] ( 表 1) 此 外,SCFA 等 共 生 菌 的 副 产 物 还 可 以 通 过 GPR43 直 接 激 活 中 性 粒 细 胞 并 增 强 其 杀 菌 能 力 [79] ( 表 1) 免 疫 系 统 对 肠 道 固 有 菌 群 的 调 节 作 用 肠 道 菌 群 的 区 室 化 分 隔 虽 然 肠 道 固 有 菌 群 的 存 在 对 于 免 疫 应 答 的 建 立 有 着 非 常 重 要 的 作 用, 但 是 共 生 菌 的 过 度 刺 激 会 导 致 免 疫 细 胞 的 不 适 当 激 活 以 及 肠 道 内 的 有 害 炎 症 反 应 为 了 避 免 固 有 菌 群 的 过 度 刺 激, 肠 道 免 疫 系 统 通 过 一 道 物 理 屏 障 与 肠 腔 内 的 细 菌 分 隔 开 来 结 肠 的 上 皮 细 胞 表 面 覆 盖 着 内 黏 液 层, 而 大 量 的 共 生 菌 则 定 植 在 外 黏 液 层, 这 就 避 免 了 宿 主 免 疫 系 统 与 肠 道 菌 群 和 机 械 性 刺 激 的 直 接 接 触 [80,81] ( 图 1) RegIIIγ 同 样 可 以 作 为 阻 挡 肠 腔 内 细 菌 向 黏 膜 层 侵 袭 的 屏 [82] 障 ( 图 1) RegIIIγ 是 在 ILC3 亚 群 合 成 的 IL22 作 用 下, 由 黏 膜 上 皮 细 胞 合 成 并 分 泌 的 有 研 究 报 道 合 成 IL22 的 ILC 细 胞 缺 失 会 导 致 定 植 的 产 碱 杆 菌 在 肠 道 内 播 散, 引 起 肠 道 损 伤 和 全 身 性 的 炎 症 反 应 [83] 分 泌 型 IgA 对 于 共 生 菌 群 与 肠 道 黏 膜 上 皮 细 胞 的 区 室

12 7 化 分 隔 起 着 非 常 重 要 的 作 用 ( 图 1) 多 聚 体 IgA 在 相 应 受 体 的 介 导 下, 跨 膜 表 达 于 肠 上 皮 细 胞 表 面 并 以 分 泌 型 IgA 的 形 式 释 放 到 肠 腔 内 [84] 然 后 这 些 分 泌 型 IgA 可 以 与 肠 腔 内 的 共 生 菌 结 合, 从 而 阻 止 其 穿 越 肠 黏 膜 上 皮 屏 障 [31,85] 中 性 粒 细 胞 在 共 生 菌 的 区 室 化 分 隔 过 程 中 也 发 挥 着 一 定 的 作 用 虽 然 没 有 证 据 提 示 中 性 粒 细 胞 在 稳 态 条 件 下 对 共 生 菌 的 区 室 化 分 隔 有 作 用, 但 当 肠 道 受 到 病 原 体 侵 袭 后, 中 性 粒 细 胞 可 以 游 移 穿 出 至 肠 腔 内, 捕 获 这 些 共 生 菌, 形 成 局 部 的 细 胞 囊 泡, 并 最 终 限 制 其 进 一 步 的 易 位 [86] ( 图 1) 此 外, 在 艰 难 梭 状 芽 孢 杆 菌 所 释 放 的 内 毒 素 造 成 肠 黏 膜 上 皮 细 胞 损 伤 后, 中 性 粒 细 胞 被 募 集 至 病 灶 处 以 限 制 共 生 菌 的 易 位 [42] 综 上 所 述, 肠 黏 膜 上 皮 细 胞 和 免 疫 系 统 通 过 限 制 固 有 菌 群 与 宿 主 组 织 的 直 接 接 触 来 维 持 着 这 种 稳 定 的 共 生 共 栖 关 系 针 对 肠 道 固 有 菌 群 的 局 部 免 疫 低 应 答 除 了 将 肠 腔 内 的 细 菌 与 宿 主 自 身 组 织 进 行 区 室 化 分 隔, 胃 肠 道 免 疫 系 统 还 有 多 种 其 他 的 机 制 来 避 免 对 共 生 菌 产 生 不 适 当 的 免 疫 应 答 肠 道 内 存 在 着 多 种 调 节 性 T 细 胞 亚 群 ( 包 括 Foxp3 + itreg 与 合 成 IL10 的 Foxp3 - Tr1 细 胞 ), 都 可 以 抑 制 共 生 菌 诱 导 的 效 应 T 细 胞 增 殖 [87] 而 在 缺 少 这 些 Treg 细 胞 的 情 况 下, 共 生 菌 则 可 以 通 过 促 进 效 应 T 细 胞 的 增 殖 而 诱 发 结 肠 炎 [88,89] 将 肝 螺 杆 菌 鞭 毛 抗 原 特 异 性 的 T 细 胞 移 植 到 普 通 小 鼠 体 内 却 同 样 可 以 诱 发 结 肠 炎, 但 对 GF 小 鼠 无 效 [90,91] Treg 细 胞 这 种 抑 制 效 应 T 细 胞 增 殖 的 能 力, 在 不 同 的 亚 群 (CD25 + 和 CD25 - CD45RB low CD4 + T 细 胞 ) 中 却 均 是 由 IL10 而 非 TGF-β 介 导 的 [89] 这 些 发 现 说 明 CD25 + Foxp3 + IL10 + Treg 细 胞 和 CD25 - Foxp3 - IL10 + Tr1 细 胞 都 参 与 了 相 关 的 调 节 机 制 [87,89] 因 此,Treg 细 胞 通 过 抑 制 共 生 菌 诱 导 的 效 应 T 细 胞 增 殖, 最 终 形 成 了 对 肠 道 菌 群 的 免 疫 耐 受 ( 图 1) 近 期 一 项 研 究 发 现 ILC 在 调 节 共 生 菌 诱 导 下 效 应 T 细 胞 的 免 疫 应 答 中 发 挥 着 独 特 的 作 用 ( 图 1) Hepworth 等 [92] 发 现,ILC3 亚 群 能 够 表 达 主 要 组 织 相 容 性 复 合 物 (major histocompatibility complex,mhc)ii, 且 具 有 抗 原 提 呈 能 力 值 得 注 意 的 是,MHC II + ILC 通 过 将 细 菌 表 达 的 抗 原 呈 递 给 CD4 + T 细 胞, 最 终 可 以 抑 制 其 活 化 以 及 病 理 性 的 免 疫 反 应 ( 图 1) 除 了 Treg 细 胞, 肠 道 区 室 化 分 隔 微 生 物 低 应 答 免 疫 抑 制 粘 蛋 白, RegIIIγ,IgA 中 性 粒 细 胞 游 移 共 生 菌 诱 导 的 效 应 T 细 胞 增 殖 ILC3 B 细 胞 / 浆 细 胞 巨 噬 细 胞 抗 炎 细 胞 因 子 ( 如 IL10 TGF-β) 促 炎 细 胞 因 子 ( 如 TNF IL12) 图 1 宿 主 免 疫 系 统 针 对 肠 道 固 有 菌 群 的 多 重 免 疫 耐 受 机 制 肠 道 免 疫 系 统 通 过 多 种 机 制 有 效 地 避 免 了 对 共 生 菌 不 适 当 的 免 疫 应 答 反 应 一 种 机 制 是 通 过 肠 上 皮 细 胞 表 面 的 厚 黏 液 层 抗 微 生 物 肽 ( 如 RegIIIγ) 或 分 泌 型 IgA 对 固 有 菌 群 与 宿 主 免 疫 系 统 形 成 区 室 化 的 分 隔 中 性 粒 细 胞 能 够 游 移 穿 出 至 肠 腔 内, 捕 获 这 些 共 生 菌 并 形 成 局 部 的 细 胞 囊 泡 而 限 制 肠 道 菌 群 易 位 另 外 一 种 机 制 涉 及 肠 道 巨 噬 细 胞 针 对 固 有 菌 群 的 免 疫 低 应 答 不 同 于 机 体 其 他 组 织 器 官 内 的 单 核 巨 噬 系 统, 肠 道 巨 噬 细 胞 对 微 生 物 刺 激 产 生 低 免 疫 应 答, 表 现 为 仅 合 成 少 量 的 促 炎 细 胞 因 子, 如 肿 瘤 坏 死 因 子 (tumor necrosis factor,tnf)α 或 IL12 此 外, 固 有 吞 噬 细 胞 还 可 以 自 发 性 地 合 成 IL10 等 抗 炎 细 胞 因 子 第 三 种 机 制 是 Foxp3 + itreg 和 Foxp3 - Tr1 细 胞 通 过 合 成 IL10 来 抑 制 共 生 菌 诱 导 的 效 应 T 细 胞 增 殖 此 外, 主 要 组 织 复 合 物 (major histocompatibility complex,mhc) II + ILC 细 胞 能 够 呈 递 细 菌 抗 原, 从 而 抑 制 共 生 菌 诱 导 的 CD4 + T 细 胞 活 化

13 8 内 的 单 核 吞 噬 细 胞, 如 巨 噬 细 胞, 则 可 以 通 过 限 制 共 生 菌 诱 导 下 免 疫 反 应 的 程 度 来 维 持 内 环 境 稳 态 ( 图 1) 巨 噬 细 胞 通 过 吞 噬 活 动 和 诱 发 强 烈 的 免 疫 应 答 反 应 来 识 别 和 清 除 细 菌 而 除 了 这 些 抗 微 生 物 和 促 炎 作 用 外, 巨 噬 细 胞 同 样 可 以 通 过 合 成 IL10 和 TGF-β 等 抗 炎 因 子 来 减 少 炎 症 反 应 [93] 在 胃 肠 道 内, 巨 噬 细 胞 对 于 肠 道 菌 群 处 于 低 应 答 状 态, 即 在 细 菌 的 刺 激 下 不 会 大 量 合 成 促 炎 因 子 [38-40] 另 一 方 面, 肠 道 巨 噬 细 胞 却 保 留 了 很 强 的 吞 噬 和 杀 菌 能 力, 并 可 以 自 发 性 合 成 IL10 [39,40,94] ( 图 1) 肠 道 巨 噬 细 胞 虽 然 能 够 吞 噬 穿 透 黏 膜 上 皮 细 胞 屏 障 的 细 菌, 但 不 会 引 起 过 度 炎 症 反 应 ( 图 1) 综 上 所 述, 肠 道 免 疫 系 统 可 能 在 长 期 的 进 化 过 程 中 形 成 了 针 对 固 有 菌 群 的 多 重 免 疫 耐 受 机 制 免 疫 系 统 对 肠 道 菌 群 构 成 及 功 能 的 影 响 肠 道 免 疫 系 统 对 共 生 菌 群 的 结 构 和 功 能 有 显 著 影 响 活 化 诱 导 胞 嘧 啶 核 苷 脱 氨 酶 基 因 的 缺 陷 或 突 变 可 能 会 引 [95,96] 起 肠 道 IgA 的 分 泌 不 足, 进 而 影 响 肠 道 菌 群 的 构 成 ( 图 2) 类 似 地, 具 有 抑 制 作 用 的 程 序 性 死 亡 受 体 -1 缺 失 也 能 导 致 IgA 细 菌 结 合 能 力 下 降, 最 终 影 响 肠 道 菌 群 的 组 成 [97] 除 了 对 肠 道 固 有 菌 群 的 构 成 产 生 影 响 外,IgA 与 [98] 共 生 的 多 形 拟 杆 菌 结 合 后 可 以 改 变 细 菌 的 基 因 表 达 ( 图 2) 更 为 重 要 的 是, 肠 道 菌 群 构 成 的 改 变 会 引 起 潜 在 病 原 微 生 物 的 过 度 生 长, 而 改 变 共 生 菌 的 基 因 表 达, 则 会 使 原 本 无 危 害 的 细 菌 向 有 危 害 转 变 ILC3 亚 群 的 功 能 缺 失 会 引 起 SFB 的 异 常 扩 增 [99] ( 图 2), 从 而 使 肠 道 Th17 细 胞 的 免 疫 应 答 反 应 得 到 增 强, 并 最 终 在 某 些 特 定 条 件 的 作 用 下 形 成 自 发 性 结 肠 炎 [99] ( 图 2) 这 种 SFB 的 异 常 扩 增 可 能 是 由 ILC 合 成 的 IL22 减 少 所 导 致 的 [99] 与 野 生 型 小 鼠 相 比,IL22 缺 陷 的 小 鼠 肠 道 菌 群 组 成 有 所 改 变, 且 这 种 改 变 能 够 诱 发 结 肠 炎 并 具 有 传 播 性 [100] 此 外, Rag 缺 陷 小 鼠 中 T-bet 的 缺 失 会 导 致 肺 炎 克 雷 伯 菌 奇 异 变 形 杆 菌 和 盲 肠 螺 杆 菌 的 富 集, 这 一 现 象 与 自 发 性 结 肠 炎 有 关 [ ] ( 图 2) NLR 家 族 基 因 缺 陷 也 与 肠 道 菌 群 失 调 相 关 NLRP6 缺 陷 的 小 鼠 IL18 合 成 受 限, 可 能 导 致 共 生 的 普 雷 沃 氏 菌 和 TM7 异 常 扩 增 [104] ( 图 2) 但 是, 我 们 对 于 观 察 到 的 这 些 现 象 ( 免 疫 因 子 如 IL22 以 及 宿 主 固 有 免 疫 相 关 受 体 能 够 调 控 肠 道 菌 群 构 成 ) 需 要 谨 慎 对 待 最 近 有 研 究 证 实, TLR 缺 陷 的 小 鼠 其 肠 道 菌 群 构 成 在 很 大 程 度 上 是 通 过 母 体 传 播 的, 而 非 任 何 特 异 性 的 TLR 缺 陷 所 导 致 [105] 因 共 生 菌 结 构 / 功 能 的 调 节 致 病 菌 增 殖 的 调 节 改 变 细 菌 的 基 因 表 达 影 响 菌 群 构 成 肺 炎 克 雷 伯 菌 奇 异 变 形 杆 菌 盲 肠 螺 杆 菌 普 雷 沃 氏 菌 TM7 B 细 胞, 浆 细 胞 图 2 免 疫 系 统 对 肠 道 固 有 菌 群 的 调 节 作 用 IgA 与 共 生 的 多 形 拟 杆 菌 直 接 结 合 后 可 以 改 变 细 菌 的 基 因 表 达 IgA 还 可 以 调 节 肠 道 固 有 菌 群 的 组 成 RORgt + ILC3 亚 群 合 成 的 IL22 能 够 促 进 肠 上 皮 细 胞 合 成 RegIIIγ 抑 制 SFB 的 生 长 SFB 的 过 度 生 长 可 以 使 Th17 细 胞 数 量 增 多, 并 引 起 Th17 细 胞 介 导 的 肠 道 炎 症 RORγt + ILC 抑 制 PP 内 A xylosoxidians 的 扩 增 表 达 T-bet 的 ILC 可 以 限 制 某 些 共 生 致 病 菌 如 肺 炎 克 雷 伯 菌 奇 异 变 形 杆 菌 和 盲 肠 螺 杆 菌 的 富 集 IL18 是 由 肠 上 皮 细 胞 通 过 激 活 NLRP3 信 号 通 路 合 成 的 IL18 可 以 限 制 某 些 致 病 菌 如 普 雷 沃 氏 菌 和 TM7 的 过 度 增 殖, 但 机 制 仍 不 明 确 SAA, 血 清 淀 粉 样 蛋 白 A

14 9 为 目 前 的 研 究 绝 大 部 分 并 没 有 使 用 同 窝 幼 鼠, 所 以 这 些 结 果 更 可 能 是 由 谱 系 差 异 而 非 真 正 的 免 疫 缺 陷 所 导 致 展 望 越 来 越 多 的 证 据 提 示 肠 道 菌 群 可 以 调 节 免 疫 系 统 的 发 育 和 功 能 形 成, 反 过 来, 免 疫 系 统 又 可 以 影 响 肠 道 菌 群 的 组 成 和 / 或 针 对 菌 群 的 特 异 性 免 疫 应 答 而 除 了 宿 主 免 疫 介 导 的 这 种 调 控 作 用, 饮 食 也 是 决 定 肠 道 菌 群 构 成 和 分 布 的 重 要 因 素 [4] 肠 道 内 各 种 菌 群 有 着 不 同 的 营 养 需 求, 这 是 因 为 他 们 的 代 谢 途 径 不 同, 且 摄 取 营 养 成 分 的 能 力 有 差 异 共 生 菌 之 间 通 过 相 互 竞 争 和 提 供 各 自 必 须 的 营 养 物 质 来 相 互 调 控 [23,106] 因 此, 这 种 不 同 菌 群 之 间 对 营 养 物 质 的 竞 争 在 一 定 程 度 上 决 定 了 肠 道 菌 群 的 构 成 和 稳 态 此 外, 炎 症 反 应 可 以 通 过 改 变 肠 道 内 的 代 谢 产 物 和 营 养 物 质 来 影 响 肠 道 菌 群 的 构 成 有 证 据 提 示 肠 道 炎 症 反 应 能 影 响 肠 道 菌 群 对 腔 内 营 养 物 质 的 利 用, 导 致 定 植 菌 的 种 类 发 生 改 变 [107,108] 我 们 需 要 进 行 更 多 深 入 的 研 究, 以 进 一 步 了 解 免 疫 系 统 是 如 何 影 响 肠 内 代 谢 的, 这 同 时 也 有 助 于 获 得 对 于 免 疫 细 胞 对 肠 道 微 生 物 调 控 机 制 的 新 认 识 此 外, 通 过 阐 明 可 调 节 肠 道 菌 群 构 成 的 相 关 代 谢 途 径, 我 们 能 够 发 展 出 新 的 营 养 支 持 疗 法, 以 应 对 疾 病 相 关 的 肠 道 菌 群 失 调 ( 天 津 医 科 大 学 总 医 院 消 化 科 孙 超 陈 雪 翻 译 曹 海 龙 王 邦 茂 审 校 ) 参 考 文 献

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18 大 脑 肠 道 微 生 物 组 的 相 互 联 系 与 功 能 性 肠 病 Emeran A. Mayer 1, Tor Savidge 2,4,6, Robert J. Shulman 3,5,6 肠 道 和 神 经 系 统 相 互 间 联 系 的 变 化 在 肠 易 激 综 合 征 (irritable bowel syndrome,ibs) 发 病 中 起 到 了 重 要 作 用, 大 量 的 临 床 前 期 研 究 表 明, 肠 道 微 生 物 参 与 调 控 它 们 之 间 的 联 系 尽 管 已 发 现 IBS 患 者 肠 道 微 生 物 存 在 改 变, 给 予 益 生 元 益 生 菌 或 抗 生 素 亦 能 够 改 善 IBS 患 者 症 状, 但 目 前 对 微 生 态 失 调 在 IBS 症 状 发 生 中 的 确 切 作 用 了 解 较 少 本 文 旨 在 明 确 IBS 症 状 是 源 于 肠 道 对 微 生 物 反 应 所 引 起 的 大 脑 信 号 改 变, 还 是 原 发 性 肠 道 微 生 物 自 身 变 化 所 造 成 的, 或 者 这 些 症 状 的 发 展 与 肠 脑 联 系 的 变 化 相 关 本 文 对 不 同 类 群 IBS 患 者 发 病 的 潜 在 机 制 进 行 综 述, 需 要 大 样 本 确 定 表 型 患 者 的 队 列 研 究, 以 了 解 肠 道 微 生 物 组 是 否 有 特 征 性 的 改 变 及 肠 道 的 代 谢 产 物 是 否 与 脑 肠 间 相 互 联 系 的 异 常 变 化 有 关 关 键 词 : 益 生 菌 ; 肠 易 激 综 合 征 ; 菌 群 失 调 现 已 证 实 肠 道 和 神 经 系 统 相 互 联 系 的 变 化 在 肠 易 激 综 合 征 (irritable bowel syndrome,ibs) 及 相 关 功 能 性 胃 肠 疾 病 的 发 病 中 起 作 用 [12], 但 对 脑 肠 轴 参 与 其 中 的 具 体 部 位 和 分 子 机 制 仍 存 在 争 议 肠 道 微 生 物 及 其 代 谢 产 物 可 改 变 胃 肠 道 的 功 能, 如 肠 道 通 透 性 [3] 黏 膜 免 疫 功 能 [4] 肠 神 经 系 统 (enteric nervous system,ens) 的 活 性 (Forsythe 和 kunze 综 述 [5] ) 下 丘 脑 垂 体 肾 上 腺 轴 (hypothalamus-pituitary-adrenal,hpa) [6] 疼 [7] 觉 调 控 及 直 接 影 响 脑 部 (Cryan 和 Dinan [8] 及 Bercik 等 综 述 [9] ) 肠 道 微 生 物 的 失 衡 参 与 了 IBS 的 发 病, 增 加 肠 道 通 透 性 [10-12] 激 活 黏 膜 免 疫 反 应 [10-14] 增 加 内 脏 高 敏 感 性 [14,15] 及 改 变 肠 道 动 力 [16] 然 而, 有 报 道 表 明 在 慢 性 腹 痛 患 者 成 人 及 儿 童 IBS 患 者 中, 肠 道 微 生 物 组 的 组 成 和 代 谢 产 物 改 变 存 在 矛 盾 [12], 并 且 给 予 IBS 患 者 调 节 微 生 物 组 的 制 剂 如 益 生 元 益 生 菌 或 抗 生 素 所 起 到 的 有 益 效 果 也 存 在 争 议 此 外, 目 前 尚 不 清 楚 IBS 患 者 微 生 物 组 的 变 化 是 否 由 肠 道 功 能 生 理 改 变 所 引 起, 和 ( 或 ) 大 脑 信 号 改 变 所 引 起 例 如, 大 脑 引 起 肠 道 微 生 物 变 化 的 机 制 有 多 个 方 面, 可 通 过 下 丘 脑 - 垂 体 - 肾 上 腺 轴 自 主 神 经 系 统 (autonomic nervous system,ans) 及 通 过 ANS 对 ENS 的 影 响 来 改 变 肠 道 微 生 物 的 生 存 环 境 这 些 机 制 可 影 响 不 同 肠 段 的 运 动 方 式 肠 上 皮 通 透 性 肠 道 分 泌 功 能 黏 膜 免 疫 功 能 肠 内 分 泌 细 胞 及 其 他 细 胞 分 泌 至 肠 腔 内 的 神 经 递 质 (Mayer [1] 及 Rhee 等 综 述 [2] ) 几 项 有 趣 的 临 床 前 期 研 究 表 明, 肠 道 微 生 物 在 发 育 成 人 大 脑 及 相 关 行 为 学 反 应 方 面 发 挥 作 用 [ ], 并 且 发 现 具 有 神 经 活 性 的 代 谢 产 物 介 导 这 些 效 应 [8] 最 新 研 究 表 明 通 过 益 生 菌 调 节 肠 道 微 生 物 能 够 影 响 健 康 人 的 脑 部 功 能 [20] 我 们 对 健 康 人 的 微 生 物 组 的 认 识 在 飞 速 发 展, 微 生 物 组 的 参 考 数 据 库 可 使 科 学 家 区 分 肠 道 微 生 物 组 为 病 理 变 化 还 是 生 理 变 化 [21] 本 文 对 IBS 这 一 最 常 见 且 研 究 最 为 深 入 的 功 能 性 胃 肠 道 疾 病 进 行 综 述, 包 括 肠 道 微 生 物 变 化 与 IBS 发 生 IBS 症 状 之 间 的 关 联 由 于 大 脑 和 肠 道 微 生 物 的 关 系 在 物 种 间 相 对 保 守, 因 此 我 们 能 够 使 用 不 同 体 系 中 得 到 的 结 果 来 分 析 肠 道 微 生 物 肠 道 功 能 和 大 脑 之 间 的 关 联, 本 文 缩 略 词 :ANS, 自 主 神 经 系 统 ;CNS, 中 枢 神 经 系 统 ;ENS, 肠 神 经 系 统 ;FODMAP, 可 发 酵 低 聚 糖, 双 糖, 单 糖 及 多 元 醇 ; GI, 胃 肠 道 ;HPA, 下 丘 脑 - 垂 体 - 肾 上 腺 轴 ;IBS, 肠 易 激 综 合 征 ;IBS-C, 便 秘 型 肠 易 激 综 合 征 ;IBS-D, 腹 泻 型 肠 易 激 综 合 征 ; SCFA, 短 链 脂 肪 酸

19 14 确 定 它 们 对 IBS 发 病 起 到 怎 样 的 作 用 测 定 肠 道 微 生 物 组 的 特 点 代 谢 产 物 脑 部 结 构 和 功 能 的 新 技 术, 能 够 有 助 于 更 好 地 理 解 正 常 人 肠 道 微 生 物 和 大 脑 的 相 互 关 联, 及 当 这 种 联 系 受 到 特 定 损 害 时, 对 功 能 性 胃 肠 病 症 状 的 影 响 便 秘 型 IBS(IBS with constipation,ibs-c) 混 合 型 IBS 年 龄 ( 儿 童 与 成 人 ) 成 分 ( 黏 膜 与 粪 便 )] 微 生 物 群 落 的 组 成 均 有 显 著 差 异 [12] 尽 管 IBS 患 者 与 正 常 人 之 间 是 否 存 在 特 定 的 微 生 物 学 差 异, 或 特 定 的 微 生 物 改 变 与 疾 病 表 现 是 否 有 明 确 的 关 系 尚 无 共 识, 但 大 体 趋 势 是 存 在 的 ( 表 1) 传 统 小 肠 微 生 物 培 养 方 法 显 示, 健 康 IBS 患 者 肠 道 微 生 物 组 的 变 化 随 着 分 析 技 术 的 进 步, 研 究 者 可 以 更 好 地 研 究 肠 道 微 生 物 组 学 的 各 个 方 面 [22-24] 人 类 结 肠 中 可 被 培 养 出 的 微 生 物 仅 有 20%~30%( 主 要 为 厚 壁 菌 门 拟 杆 菌 门 变 形 菌 门 和 放 线 菌 门 ), 而 新 技 术 能 够 评 估 多 样 性 及 功 能 组 群 [12] 无 需 培 养 的 方 法 包 括 基 于 细 菌 的 16S 核 糖 体 RNA 测 序 技 术 ( 明 确 胃 肠 道 的 微 生 物 种 类 ) 宏 基 因 组 学 ( 研 究 肠 道 微 生 物 存 在 的 基 因 ) 宏 转 录 组 学 宏 蛋 白 组 学 及 代 谢 组 学 技 术 ( 研 究 微 生 物 组 的 转 录 蛋 白 产 物 及 代 谢 ),IBS 的 研 究 使 用 了 多 种 新 技 术 [12] ( 表 1) 组 成 及 结 构 7 项 基 于 微 生 物 培 养 结 果 的 研 究 ( 符 合 IBS 诊 断 标 准 的 患 者 314 例 ) 和 2 项 基 于 分 子 生 物 学 的 研 究 [26,27] 均 表 明,IBS 患 者 近 端 肠 道 存 在 微 生 物 群 落 组 成 的 变 化 (Simren 等 [12] 及 Wang 等 [25] 的 总 结 ) 包 括 827 例 研 究 对 象 的 22 项 研 究 发 现, 正 常 健 康 人 ( 对 照 ) 与 不 同 类 型 的 IBS 患 者 [ 腹 泻 型 IBS(IBS with diarrhea,ibs-d) 人 和 IBS 患 者 小 肠 中 微 生 物 的 差 异 缺 乏 一 致 性, 最 近 对 于 黏 膜 刷 片 标 本 和 肠 腔 吸 取 物 的 分 子 学 研 究 表 明,IBS 患 者 的 小 肠 微 生 物 多 样 性 减 少 并 伴 随 革 兰 氏 阴 性 菌 含 量 的 增 加 [26,27] 虽 然 所 使 用 的 分 析 方 法 不 同, 但 多 项 对 粪 便 标 本 的 研 究 均 提 示 IBS 患 者 肠 内 双 歧 杆 菌 属 及 乳 酸 杆 菌 属 的 比 例 下 降, 在 门 的 水 平 上, 厚 壁 菌 门 / 拟 杆 菌 门 比 例 上 升 如 果 这 些 结 果 得 以 确 定, 研 究 者 推 测 以 上 变 化 可 能 是 由 应 激 和 饮 食 引 起 的 在 早 期 生 活 应 激 的 动 物 模 型 中 发 现 乳 酸 杆 菌 暂 时 性 减 少, 可 能 是 由 于 应 激 改 变 了 肠 道 的 传 输 功 能 [28-30] 另 一 方 面, 基 于 西 方 饮 食 ( 高 动 物 脂 肪 和 蛋 白 ) 的 成 年 人 肠 道 微 生 物 中 以 厚 壁 菌 门 占 主 导, 而 以 纤 维 素 为 主 要 膳 食 的 儿 童 以 拟 杆 菌 门 占 主 导 [31] 拟 杆 菌 门 占 主 导 的 菌 属 因 人 群 不 同 也 会 出 现 差 异, 普 氏 菌 在 以 植 物 膳 食 为 主 的 非 洲 居 民 中 更 多, 而 居 住 于 北 美 的 另 一 些 植 物 饮 食 的 人 群 中, 拟 杆 菌 属 的 含 量 更 为 丰 富 [32] 另 有 证 据 表 明, 长 期 的 饮 食 偏 好 可 改 变 其 优 势 肠 型 ( 通 过 菌 属 来 确 定 ), 新 的 研 究 发 现 即 使 是 短 时 间 的 饮 食 习 惯 变 化, 依 然 可 产 生 类 似 的 微 生 物 群 改 变 [33] 从 儿 童 和 成 人 IBS 患 者 肠 道 微 表 1 IBS 患 者 肠 道 微 生 物 的 改 变 定 量 方 法 改 变 研 究 ( 研 究 对 象 ) 培 养 PCR-DGGE/qPCR FISH 微 阵 列 芯 片 16S- 焦 磷 酸 测 序 双 歧 杆 菌 属 ( 放 线 菌 门 ) 乳 酸 杆 菌 属 ( 厚 壁 菌 门 ) 厌 氧 菌 肠 杆 菌 属, 需 氧 菌 厌 氧 菌,IBS-D 中 乳 酸 杆 菌 需 氧 菌 双 歧 杆 菌 属 厚 壁 菌 门 ( 包 括 乳 酸 杆 菌 属 ) 拟 杆 菌 门 ( 包 括 拟 杆 菌 属 ) 双 歧 杆 菌 属 厚 壁 菌 门 拟 杆 菌 门, 双 歧 杆 菌 属, 放 线 菌 门 厚 壁 菌 门, 变 形 菌 门 Balsari 等, 1982 [126] (IBS 20 例, 对 照 20 例 );Si 等, 2004 [127] (IBS 25 例, 对 照 25 例 );Matto 等, 2005 [128] (IBS 26 例, 对 照 25 例 );Carroll 等,2010 [129] (IBS-D 10 例, 对 照 10 例 ) Matto 等,2005 [128] (IBS 26 例, 对 照 25 例 ); Malinen 等,2005 [130] (IBS 27 例, 对 照 22 例 ); Kerckhoffs 等,2009 [131] (IBS 41 例, 对 照 26 例 ) Rajilic-Stojanovic 等, 2011 [132] (IBS 62 例, 对 照 42 例 ); Saulnier 等, 2011 [133] (IBS 小 儿 患 者 22 例, 对 照 22 例 ) Krogius-Kurikka 等,2009 [134] (IBS-D10 例, 对 照 23 例 ), Rajilic-Stojanovic 等,2011 [132] (IBS 62 例, 对 照 42 例 ); Saulnier 等, 2011 [133] (IBS 儿 童 患 者 22 例, 对 照 22 例 ); Jeffery,2012 [43] (IBS 37 例, 对 照 20 例 ) 注 : 成 人 及 儿 童 IBS 患 者 中 粪 便 样 本 中 菌 群 的 属 及 门 的 变 化 由 不 同 的 测 定 方 法 获 得 数 据 来 自 于 有 共 识 的 微 生 物 改 变 的 研 究 方 向 箭 头 指 示 微 生 物 数 量 的 上 升 及 下 降 DGGE, 变 性 梯 度 凝 胶 电 泳 ;FISH, 荧 光 原 位 杂 交 技 术 ;qpcr, 定 量 聚 合 酶 链 式 反 应

20 15 生 物 门 水 平 的 变 化, 可 以 了 解 到 厚 壁 菌 门 / 拟 杆 菌 门 比 例 的 升 高 可 能 是 典 型 的 西 方 膳 食 所 引 起 的 [34] 尽 管 IBS 的 发 病 在 西 方 膳 食 为 主 导 的 国 家 更 为 普 遍 ( 特 别 是 美 国 英 国 和 意 大 利 ), 但 依 然 缺 乏 可 靠 的 数 据 证 实 IBS 在 不 同 国 家 或 文 化 背 景 ( 城 镇 和 乡 村 ) 发 病 率 的 差 异 是 由 于 西 方 饮 食 和 植 物 饮 食 不 同 所 引 起 的 [34], 同 样 没 有 确 凿 证 据 表 明 在 健 康 人 及 IBS 患 者 中 饮 食 习 惯 存 在 显 著 的 程 度 高 的 人 群, 控 制 生 理 参 数 的 差 异 ( 如 饮 食 之 前 抗 生 素 使 用 或 益 生 菌 的 摄 入 肠 传 输 肠 道 通 透 性 及 免 疫 状 态 ) 疾 病 及 患 者 状 况 ( 如 感 染 后 症 状 持 续 时 间 年 龄 性 别 ), 这 样 才 可 能 明 确 IBS 亚 型 患 者 和 健 康 人 肠 道 微 生 物 群 中 可 重 复 性 的 差 异 相 关 代 谢 产 物 差 异, 如 需 证 实, 尚 需 开 展 进 一 步 的 研 究 即 使 没 有 检 查 到 肠 道 微 生 物 构 成 的 变 化, 微 生 物 相 关 对 正 常 人 和 IBS 患 者 黏 膜 相 关 微 生 物 尚 缺 乏 研 究 数 的 代 谢 产 物 也 会 有 变 化 [44], 宿 主 的 基 因 型 特 征 ( 如 岩 藻 据 在 正 常 人 和 IBS 患 者 中, 通 过 十 二 指 肠 刷 片 或 者 直 糖 基 转 移 酶 2 基 因 多 态 性 ) 能 够 影 响 肠 道 微 生 物 对 饮 食 的 肠 活 检 来 检 测 黏 膜 相 关 微 生 物, 其 与 粪 便 微 生 物 有 明 显 区 代 谢 反 应 [45] 肠 道 微 生 物 重 要 的 代 谢 产 物 是 短 链 脂 肪 酸 别 [26,35],IBS 患 者 与 正 常 人 比 较, 其 自 身 黏 膜 菌 和 粪 便 菌 (short-chain fatty acids,scfas), 如 丁 酸 乙 酸 及 丙 酸 的 差 异 比 两 类 研 究 对 象 的 粪 便 菌 之 间 的 差 异 更 加 显 著 [36,37] 但 IBS 患 者 和 对 照 组 之 间 粪 便 SCFAs 的 浓 度 是 否 有 差 异 由 于 黏 膜 微 生 物 与 上 皮 及 神 经 系 统 信 号 联 系 更 加 紧 密, 因 SCFAs 浓 度 的 差 异 与 症 状 间 是 否 存 在 联 系, 并 未 获 得 一 致 此 对 IBS 患 者 黏 膜 微 生 物 的 了 解 显 得 更 为 关 键 [2] 的 共 识 [46-50] 除 了 IBS 患 者 存 在 SCFAs 变 化,IBS-D 患 研 究 局 限 性 某 些 可 变 因 素 可 能 使 IBS 患 者 微 生 态 失 衡 的 报 道 存 在 较 多 矛 盾 之 处, 限 制 了 研 究 者 对 检 索 获 得 文 献 的 准 确 理 解 许 多 临 床 研 究 采 用 明 显 不 同 的 设 计 方 法 界 定 微 生 物 群 落 这 些 研 究 包 括 临 床 队 列 的 不 确 定 性 患 者 存 在 心 理 异 常 及 研 究 样 本 数 量 不 足, 在 同 一 研 究 人 群 中 缺 乏 重 复 性 研 究 他 们 没 有 收 集 粪 便 样 本 或 没 有 比 较 不 同 症 状 患 者 之 间 的 粪 便 标 本 大 部 分 研 究 没 有 考 虑 饮 食 不 同 或 药 物 使 用 ( 比 如, 抗 生 素 或 质 子 泵 抑 制 剂 ), 这 将 直 接 影 响 微 生 物 群 落 组 成, 或 通 过 改 变 肠 道 免 疫 或 其 他 功 能 ( 如 通 透 性 ), 来 间 接 影 响 微 生 物 的 组 成 新 近 的 一 项 对 具 有 特 定 表 型 IBS 患 者 的 队 列 研 究 着 重 说 明 了 这 一 复 杂 性 基 于 16S RNA 测 序 的 结 果, 对 操 作 分 类 单 位 (operational taxonomic unit,otu) 信 息 进 行 层 次 聚 类 分 析, 来 决 定 IBS 子 群 [42], 加 权 UniFrac PCoA 分 析 显 示, 两 类 IBS 群 组 与 正 常 样 的 IBS 组 样 本 和 健 康 对 照 组 样 本 完 全 不 同, 例 如, 正 常 样 的 IBS 样 本 显 示 出 与 正 常 人 相 同 的 多 样 性 及 正 常 的 厚 壁 菌 门 / 拟 杆 菌 门 比 例 ; 而 IBS I 型 微 生 物 的 多 样 性 下 降,IBS II 型 多 样 性 增 加, 这 两 类 IBS 患 者 厚 壁 菌 门 / 拟 杆 菌 门 的 比 例 均 增 高 有 趣 的 是, 这 两 类 IBS 患 者 临 床 上 出 现 典 型 抑 郁 症 状 的 比 例 与 健 康 对 照 组 无 差 异 性 (9%), 但 正 常 样 IBS 组 出 现 抑 郁 症 状 却 显 著 增 高 (40%) 另 外, 还 发 现 结 肠 传 输 时 间 的 延 长 和 17 种 细 菌 类 群 含 量 增 多 有 关 [43] 优 秀 的 临 床 研 究 需 要 较 大 的 样 本 量, 来 自 于 同 质 化 者 代 谢 产 物 的 改 变 还 包 括 胆 碱 牛 磺 酸 支 链 脂 肪 酸 [47] 溶 血 磷 脂 酰 胆 碱 [51] 2(3H)- 呋 喃 酮 挥 发 性 有 机 代 谢 物 [52] 短 链 脂 肪 酸 酯 环 己 烷 羧 酸 及 其 衍 生 物 特 定 的 [51, 挥 发 性 有 机 代 谢 产 物 与 IBS 的 诊 断 相 关 52] 关 于 IBS 患 者 微 生 物 代 谢 产 物 的 研 究 缺 乏 一 致 性, 可 能 是 方 法 学 患 者 选 择 饮 食 和 合 并 用 药 上 的 不 同 造 成 的 饮 食 对 肠 道 微 生 物 及 IBS 症 状 的 影 响 近 来, 随 着 研 究 者 对 肠 道 微 生 物 组 及 其 在 IBS 病 理 生 理 中 作 用 的 认 知 不 断 增 加, 提 出 了 通 过 膳 食 调 整 来 治 疗 IBS 症 状 的 方 法 建 议 一 部 分 患 者 避 免 高 纤 维 素 膳 食, 而 另 一 部 分 患 者 需 补 充 纤 维 性 膳 食 这 些 10 年 前 推 荐 的 方 案, 在 对 照 研 究 中 并 没 有 被 明 确, 如 今 研 究 者 需 要 重 新 评 估, 了 解 它 们 对 肠 道 微 生 物 的 影 响 多 年 来 对 IBS 患 者 提 供 了 不 少 膳 食 意 见, 但 最 受 关 注 的 是 低 含 量 可 发 酵 性 寡 糖 双 糖 单 糖 及 多 元 醇 (fermentable oligosaccharides, disaccharides, mono- saccharides, and polyols,fodmaps) 饮 食 FODMAPs 在 小 肠 吸 收 性 差, 在 大 肠 被 细 菌 酵 解 [53] 近 期 发 布 的 随 机 对 照 试 验 显 示, 低 FODMAPs 膳 食 与 正 常 膳 食 相 比, 能 够 减 轻 IBS 患 者 的 症 状 [53], 但 这 些 结 果 尚 需 在 非 澳 洲 成 人 及 儿 童 人 群 中 进 一 步 确 认 此 外, 需 明 确 低 FODMAPs 饮 食 的 作 用 机 制 是 否 与 IBS 患 者 对 无 麸 质 饮 食 的 反 应 机 制 类 似 益 生 元 益 生 菌 和 抗 生 素 [54] 益 生 元 是 一 种 不 被 消 化 的 食 品 成 分, 能 够 刺 激 消 化

21 16 道 中 细 菌 的 生 长 和 ( 或 ) 活 性 4 篇 随 机 研 究 报 道 了 益 生 元 在 IBS 患 者 中 的 疗 效, 其 中 1 项 为 单 盲 研 究, 但 没 有 系 统 性 回 顾 及 Meta 分 析 [55] 在 部 分 IBS 患 者 中, 高 碳 水 化 合 物 ( 包 括 FODMAPs) 膳 食 起 到 负 面 作 用, 在 其 中 3 项 研 究 中, 研 究 者 发 现 摄 入 大 量 益 生 元 对 患 者 症 [56, 状 并 无 改 善, 甚 至 导 致 恶 化 57], 这 并 不 让 人 感 到 吃 惊 益 生 菌 是 活 的 微 生 物, 给 予 足 够 剂 量 后 对 宿 主 健 康 有 益 基 于 多 项 Meta 分 析, 其 结 果 显 示 益 生 菌 对 IBS 患 者 有 部 分 益 处 ( 表 2) [58] 但 研 究 者 尝 试 解 释 这 些 类 型 研 究 的 结 果 时, 发 现 Meta 分 析 仍 存 在 问 题, 许 多 研 究 样 本 例 数 不 足 或 试 验 设 计 较 差 ( 如 交 叉 试 验 时 研 究 间 期 的 洗 脱 时 间 并 不 恰 当 ), 或 包 括 了 不 同 亚 型 的 IBS 患 者 多 种 菌 株 的 比 较 研 究 同 样 是 一 种 挑 战,Ortiz-Lucas 等 通 过 Meta 分 析 评 估 了 10 项 研 究, 筛 选 特 定 的 具 有 潜 在 疗 效 的 微 生 物 他 们 发 现 短 双 歧 杆 菌 长 双 歧 杆 菌 及 嗜 酸 乳 杆 菌 对 缓 解 腹 痛 有 效 [59], 但 对 改 善 大 便 频 率 及 性 状 无 作 用 [59] Horvath 等 [60] [59] 总 结 了 3 项 鼠 李 唐 乳 杆 菌 对 儿 童 IBS 患 者 的 作 用, 发 现 能 显 著 减 轻 疼 痛 抗 生 素 能 够 改 变 肠 道 微 生 物 的 组 成 良 好 的 研 究 数 据 表 明, 非 吸 收 性 抗 生 素 利 福 昔 明 对 IBS 症 状 有 效 最 近 的 一 项 系 统 综 述 和 Meta 分 析 纳 入 5 项 对 IBS 患 者 ( 1803 例 ) [61] 的 研 究, 结 果 发 现 利 福 昔 明 对 整 体 症 状 有 小 幅 改 善 (OR 值 为 1.57), 所 需 要 治 疗 患 者 数 (number needed to treat,nnt) 为 10.2 [61] 如 以 NNT 作 为 评 判 指 标, 一 项 成 人 IBS 治 疗 的 Meta 分 析 发 现 利 福 昔 明 的 效 果 弱 于 薄 荷 油 心 理 治 疗 三 环 类 抗 抑 郁 药 解 痉 剂 选 择 性 5- 羟 色 胺 再 摄 取 抑 制 剂 或 益 生 菌 [62] 在 符 合 罗 马 标 准 的 75 例 伴 腹 痛 的 儿 童 功 能 性 胃 肠 病 患 者 中 进 行 了 一 项 双 盲 安 慰 剂 对 照 研 究, 发 现 利 福 昔 明 无 明 显 效 果 [63] 有 证 据 表 明 利 福 昔 明 能 够 有 效 抑 制 IBS 患 者 的 小 肠 细 菌 过 度 生 长 [64], 尽 管 利 福 昔 明 对 肠 道 致 病 菌 的 抗 菌 谱 较 广 ( 包 括 革 兰 氏 阴 性 菌 革 兰 氏 阳 性 菌, 需 氧 及 厌 氧 菌 ), 但 2 周 的 治 疗 并 没 有 影 响 粪 便 中 大 肠 菌 群 的 中 位 数 [65] 除 杀 菌 作 用, 利 福 昔 明 还 有 抗 炎 作 用 [66,67] 仅 有 数 量 有 限 的 高 质 量 随 机 试 验 证 实 了 如 膳 食 益 生 元 益 生 菌 和 抗 生 素 在 IBS 患 者 中 的 作 用 尽 管 影 响 的 幅 度 尚 不 能 明 确, 但 已 发 表 的 研 究 及 Meta 分 析 均 表 明, 肠 道 微 生 物 是 IBS 一 些 症 状 产 生 的 始 动 因 素 IBS 症 状 的 机 制 存 在 异 质 性, 干 预 试 验 的 结 果 提 示 具 有 特 定 微 生 物 变 化 ( 微 生 物 含 量 及 其 代 谢 产 物 的 增 多 或 减 少 可 影 响 脑 部 和 肠 道 功 能 ) 的 患 者 能 够 从 调 节 微 生 态 紊 乱 的 药 物 中 获 益 需 要 对 特 定 表 型 功 能 性 胃 肠 病 患 者 进 行 大 规 模 研 究, 以 鉴 别 不 同 的 微 生 态 紊 乱 类 型 的 患 者 IBS 患 者 微 生 态 失 衡 的 可 能 原 因 8%~15% 的 患 者 在 初 次 肠 道 细 菌 或 病 毒 感 染 后 持 续 存 在 IBS 样 症 状, 被 称 为 感 染 后 IBS 这 一 观 察 结 果 支 持 肠 道 微 生 物 组 变 化 在 脑 肠 联 系 改 变 发 生 中 的 作 用, 这 些 脑 肠 联 系 改 变 与 IBS 样 症 状 有 关 导 致 旅 行 者 腹 泻 的 菌 群 ( 大 肠 杆 菌 沙 门 氏 菌 和 空 肠 弯 曲 菌 ) 与 感 染 后 IBS 密 切 相 关, 其 生 物 学 及 心 理 学 上 的 风 险 因 素 已 被 确 定 [68] 感 染 后 IBS 的 生 物 学 风 险 因 素 包 括 腹 泻 的 持 续 时 间 表 2 益 生 菌 作 用 于 IBS 患 者 的 荟 萃 分 析 效 应 样 本 数 量 结 果 需 治 数 研 究 腹 痛 总 体 症 状 总 体 症 状 腹 痛 总 体 症 状 腹 痛 总 体 症 状 腹 痛 鼠 李 糖 乳 杆 菌 治 疗 儿 童 腹 痛 862 二 分 类 数 据,1838 二 分 类 数 据,918 连 续 性 数 据,1351 连 续 性 数 据,834 二 分 类 数 据,895 连 续 性 数 据,657 二 分 类 数 据,398 二 分 类 数 据,1254 二 分 类 数 据,1039 无 疼 痛 或 改 善 疼 痛,167 SMD,-0.24 a OR,2.24 RR,0.71 SMD,-0.34 SMD,-0.51 OR,1.6 SMD,0.23 OR,2.88 RR,0.77 RR,0.78 RR, Ortiz-Lucas 等,2013 [59] Enck 等,2010 [62] Moayyedi 等,2010 [135] Hoveyda 等,2009 [136] McFarland 和 Dublin,2008 [137] Horvath 等,2011 [60] OR, 比 值 比 ;RR, 相 对 危 险 度 ;SMD, 标 准 均 数 差 a 对 特 定 细 菌 的 平 均 反 应

22 17 和 严 重 程 度 微 生 物 毒 素 产 物 肠 道 病 理 改 变 及 炎 症 反 应 心 理 风 险 因 素 包 括 躯 体 化 得 分 高 ( 感 染 前 大 量 的 躯 体 化 症 状 ) 焦 虑 特 质 及 感 染 中 的 心 理 应 激 将 这 些 因 素 汇 集 到 一 起 时, 研 究 者 推 测 应 激 造 成 肠 腔 内 儿 茶 酚 胺 水 平 增 高 ( 通 过 粪 便 浓 度 测 定 动 物 应 激 模 型 的 观 察 ), 可 能 会 增 加 病 原 体 的 毒 力 ( 见 Rhee 等 综 述 [2] ), 从 而 增 加 感 染 的 持 续 时 间 和 严 重 程 度 无 论 是 否 使 用 抗 生 素 治 疗, 感 染 时 间 延 长 有 可 能 使 肠 道 微 生 物 向 IBS 肠 型 转 化 其 他 可 能 的 机 制 包 括 肥 大 细 胞 数 量 的 持 续 增 加 感 染 引 起 肠 内 分 泌 细 胞 增 生 导 致 肠 神 经 肽 平 衡 的 变 化 含 有 5- 羟 色 胺 细 胞 数 量 的 增 多 是 IBS-D 的 特 点,5- 羟 色 胺 释 放 增 加 可 能 改 变 肠 神 经 系 统 信 号 的 传 递 及 肠 脑 间 信 号 的 传 递 ( Hughes 等 综 述 [14] ) 有 研 究 表 明, 之 前 因 非 胃 肠 道 适 应 证 而 使 用 抗 生 素 可 增 加 新 发 IBS 的 风 险, 或 突 发 IBS 症 状 [69-71] 还 有 研 究 表 明 抗 生 素 会 增 加 感 染 后 IBS 症 状 长 时 间 存 在 的 危 险 [72] 在 发 达 国 家, 与 儿 童 时 期 过 度 使 用 抗 生 素 相 关 的 其 他 健 康 问 题 不 断 增 加 [73,74], 但 在 IBS 患 病 率 中 未 发 现 这 一 变 化 这 些 结 果 表 明, 抗 生 素 并 不 一 定 是 IBS 病 理 生 理 中 的 主 要 因 素 物 的 组 成 和 结 构 ANS 介 导 的 粘 蛋 白 分 泌 的 调 控 对 肠 道 黏 液 层 厚 度 和 质 量 有 重 要 影 响, 而 黏 液 层 是 众 多 肠 道 微 生 物 的 重 要 栖 息 地, 构 成 肠 道 的 生 物 膜 [79] ANS 还 可 以 影 响 上 皮 细 胞 功 能, 激 活 肠 道 免 疫 功 能, 这 种 激 活 可 直 接 作 用 于 肠 道 免 疫 细 胞 ( 如 巨 噬 细 胞 肥 大 细 胞 ), 后 者 对 肠 腔 内 细 菌 的 反 应 通 过 分 泌 抗 菌 肽 完 成 [80] ANS 还 通 过 使 肠 腔 细 菌 接 近 免 疫 细 胞 发 挥 间 接 调 控 作 用, 例 如, 一 些 临 床 前 期 研 究 表 明, 应 激 刺 激 能 够 增 加 肠 上 皮 的 通 透 性, 促 进 肠 腔 细 菌 易 位, 发 生 肠 黏 膜 免 疫 反 应 [81-86] 有 充 分 证 据 表 明, 应 激 及 其 产 生 的 递 质 在 调 节 肠 道 微 生 物 组 中 发 挥 重 要 作 用 [28,87,88] 在 动 物 模 型 中, 产 前 及 产 后 应 激 可 改 变 肠 道 微 生 物 的 组 成 和 数 量 [28,30] 在 新 生 动 物 中, 乳 酸 杆 菌 的 减 少 可 能 与 应 激 引 起 的 肠 传 输 加 快 有 关, 因 为 与 母 体 分 离 后 1 周, 其 水 平 将 恢 复 正 常 [28] 而 在 成 年 小 鼠 中, 心 理 应 激 会 降 低 拟 杆 菌 属 的 比 例 增 加 梭 菌 属 的 比 例 [89] 需 要 更 多 的 研 究 明 确 乳 酸 杆 菌 双 歧 杆 菌 减 少, 及 临 床 前 期 研 究 中 IBS 患 者 拟 杆 菌 的 减 少 是 应 激 造 成 的 肠 传 输 加 快 所 致, 还 是 应 激 的 其 他 作 用 对 肠 道 微 生 物 的 影 响 ( 表 1) 肠 道 微 生 物 与 中 枢 神 经 系 统 肠 腔 内 释 放 的 神 经 递 质 除 了 CNS 引 起 微 生 物 栖 息 的 肠 道 环 境 变 化, 神 经 内 中 枢 神 经 系 统 (central nervous system,cns) 通 过 分 泌 系 统 同 样 与 肠 道 微 生 物 有 密 切 联 系 ( 微 生 物 内 分 泌 ANS 的 交 感 及 副 交 感 神 经 分 支 和 HPA 轴 来 调 控 胃 肠 道 学 ) [90] 宿 主 作 用 于 神 经 元 和 神 经 内 分 泌 的 信 号 分 子 ( 包 CNS 能 够 通 过 改 变 肠 道 环 境 间 接 影 响 肠 道 微 生 物, 还 可 括 但 不 限 于 儿 茶 酚 胺 5-HT 强 啡 肽 细 胞 因 子 ) 可 分 通 过 释 放 的 信 号 分 子 直 接 影 响 肠 道 微 生 物 (Rhee 等 综 泌 到 肠 腔 内, 这 些 信 号 分 子 可 能 产 生 于 神 经 元 免 疫 细 胞 述 [2] ) ANS 调 节 肠 道 功 能, 包 括 肠 道 的 区 域 性 动 力 肠 嗜 铬 细 胞, 也 可 能 是 微 生 物 本 身 这 一 过 程 可 能 是 由 酸 分 泌 碳 酸 氢 盐 和 黏 液 的 产 生 上 皮 液 相 层 和 肠 道 通 CNS 调 节 的 [91-93] 有 趣 的 是, 不 同 类 型 的 应 激 均 可 增 加 透 性 的 维 持 及 黏 膜 免 疫 反 应 ( 图 1,Mayer 等 综 述 [75] ) 肠 腔 内 儿 茶 酚 胺 的 水 平, 包 括 去 甲 肾 上 腺 素 [94,95], 肠 道 除 了 交 感 神 经 和 皮 质 醇 介 导 的 免 疫 调 节 外, 大 部 分 功 能 微 生 物 产 生 的 β- 葡 萄 糖 醛 酸 酶 也 可 能 参 与 了 游 离 形 式 是 通 过 交 感 神 经 和 副 交 感 神 经 对 ENS 活 动 的 影 响 来 完 成 ( 非 结 合 形 式 ) 去 甲 肾 上 腺 素 的 生 成 [96] 体 外 研 究 发 现, 的 胃 肠 道 区 域 性 或 整 体 传 输 功 能 的 变 化 可 通 过 影 响 营 外 源 性 儿 茶 酚 胺 会 改 变 部 分 病 原 微 生 物 的 增 殖 活 性 [97], 养 物 质 ( 如 益 生 元 不 易 消 化 的 淀 粉 一 些 膳 食 纤 维 ) 比 如, 去 甲 肾 上 腺 素 可 刺 激 几 种 肠 道 致 病 菌 的 增 殖 [95], ph 肠 腔 内 环 境 来 影 响 肠 道 微 生 物 并 增 强 空 肠 弯 曲 菌 的 毒 力 [98] 例 如, 胃 肠 道 消 化 间 期 运 动 模 式 是 由 副 交 感 神 经 控 制 的, 移 行 性 复 合 运 动 受 损 将 影 响 肠 传 输 功 能, 导 致 小 肠 细 菌 过 度 生 长 [76] 慢 传 输 型 便 秘 和 慢 传 输 型 的 IBS-C 肠 道 微 生 物 调 节 脑 肠 之 间 的 联 系 患 者 结 肠 巨 大 移 行 性 收 缩 数 量 减 少 [77], 而 结 肠 巨 大 移 行 微 生 物 通 过 多 种 方 式 水 平 及 信 号 机 制 影 响 消 化 性 收 缩 数 量 增 多 将 导 致 肠 传 输 加 快, 患 者 出 现 腹 泻, 如 道 与 神 经 系 统 之 间 的 联 系, 包 括 大 脑 这 种 作 用 可 能 开 腹 泻 型 IBS [78] 肠 道 传 输 功 能 的 变 化 可 能 改 变 肠 道 微 生 始 于 生 命 的 早 期 阶 段, 并 且 影 响 着 神 经 系 统 的 发 育, 影