謝園園， 朱立猛， 李文軍， 翟詩(shī)翔， 秦 松

(1. 煙臺(tái)大學(xué) 藥學(xué)院， 煙臺(tái) 264003; 2. 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所， 煙臺(tái) 264003)

肺部疾病是影響人類(lèi)健康的一項(xiàng)重大疾病，全球有3億人正在遭受肺部疾病(哮喘、肺炎等)的困擾[1]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)肺部疾病研究的深入，越來(lái)越多的研究[1-2]證明了腸道微生物和肺之間存在重要的串?dāng)_，該串?dāng)_對(duì)維持宿主健康有著重要的作用。研究表明，肺部疾病(哮喘、慢性阻塞性肺病等)通常伴隨著慢性腸道疾病(炎癥性腸炎或腸易激綜合征)[3]。大約50%患有炎癥性腸炎和33%患有腸易激綜合征的成年人存在肺部炎癥或肺功能損傷等，這些人中大部分都沒(méi)有急、慢性呼吸性疾病的病史[4-5]?；加新宰枞苑尾〉幕颊弑日Ｈ嘶佳装Y性腸炎的危險(xiǎn)性高2～3倍，哮喘患者常伴有腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能的變化，慢性阻塞性肺病患者常出現(xiàn)腸黏膜通透性增加的癥狀[3,6]。此外，有大量研究表明，腸道微生物可以影響肺部免疫，很多肺部疾病往往伴隨著腸道微生物的改變[7]。因此，本文從腸道微生物角度出發(fā)，探討了腸道微生物對(duì)肺部疾病的影響及其可能的作用機(jī)制，為今后防治肺部疾病提供新思路。

1 腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)的相互作用

腸道微生物群的改變不僅影響條件致病菌的生長(zhǎng)，還可以對(duì)宿主免疫功能產(chǎn)生廣泛的影響[8]。研究表明，與正常小鼠相比，無(wú)菌小鼠通常會(huì)出現(xiàn)腸道損傷，主要表現(xiàn)在派爾集合淋巴結(jié)變小、CD8αβ上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞變少、孤立淋巴樣細(xì)胞發(fā)育不成熟、黏膜免疫球蛋白A(IgA)水平下降[9]。這表明腸道微生物與免疫系統(tǒng)之間具有重要相互作用。

近年來(lái)，隨著研究的深入，越來(lái)越多的科研人員將關(guān)注重點(diǎn)放在了腸道微生物對(duì)局部和系統(tǒng)免疫的作用方面。研究表明，無(wú)菌小鼠的免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，且腸黏膜發(fā)生了改變，如成年無(wú)菌小鼠的IgA分泌細(xì)胞數(shù)量降低等，而這些均可以通過(guò)調(diào)整腸道微生物定植得到改善[10-11]。Kieper等的研究也指出，腸道微生物不僅能夠調(diào)節(jié)腸道的免疫功能，對(duì)整個(gè)宿主免疫系統(tǒng)也具有重要的調(diào)節(jié)作用[12]，可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)發(fā)揮對(duì)遠(yuǎn)端器官疾病(如肺)的調(diào)節(jié)作用。

2 腸道微生物對(duì)肺部健康的影響

越來(lái)越多的研究表明了腸道和肺的免疫關(guān)系[13-15]，并有幾項(xiàng)研究將腸道微生物的改變與肺部免疫系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)[13,16-17]。因此，了解腸道微生物與呼吸道的相互作用對(duì)理解腸道微生物對(duì)肺部疾病的影響至關(guān)重要。 Southam等指出，小鼠發(fā)生流感，甚至鼻腔內(nèi)出現(xiàn)顆?；蛭⑸锍练e，稍后在腸道中也會(huì)出現(xiàn)。事實(shí)上，鼻腔僅接種2.5 μL菌液的時(shí)候就可以在腸道中檢測(cè)到[18]，繼而腸道會(huì)激活免疫系統(tǒng)對(duì)抗病原體。

2.1 腸道微生物調(diào)節(jié)肺部過(guò)敏性疾病

流行病學(xué)說(shuō)[19]及實(shí)驗(yàn)研究[20]表明，腸道免疫應(yīng)答的改變可以直接影響肺部的過(guò)敏性反應(yīng)。Noverr的一項(xiàng)研究也表明，肺部過(guò)敏是腸道微生物改變導(dǎo)致的，給予抗生素治療的小鼠單一口服劑量的白色念珠菌，會(huì)導(dǎo)致腸道微生物的組成發(fā)生顯著改變。與具有正常腸道微生物的小鼠相比，抗生素治療的小鼠在氣霧劑引入變應(yīng)原后，在肺中產(chǎn)生了更強(qiáng)的CD4細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[21]，提示腸道微生物的改變可能促進(jìn)了易患呼吸道過(guò)敏小鼠的免疫反應(yīng)。此外，Vital等以塵螨致敏的幼鼠和老年鼠為對(duì)象，研究了腸道微生物群和過(guò)敏性氣道疾病的聯(lián)系。他們發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群落結(jié)構(gòu)隨著年齡改變和過(guò)敏的發(fā)展而變化，這種改變還與血清中IL-17A的增加有關(guān)，IL-17A也可能參與了過(guò)敏反應(yīng)；而且，與幼鼠相比，老年鼠會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的過(guò)敏性反應(yīng)[22]。

2.2 腸道微生物與慢性阻塞性肺病

大量研究表明，腸道微生物在慢性阻塞性肺病的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[23-24]，慢性阻塞性肺病通常伴隨著腸道內(nèi)變形桿菌相對(duì)豐度的增加以及擬桿菌相對(duì)豐度的減少[25]。腸道微生物的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致呼吸道上皮損傷、固有肺部免疫防御損傷以及有害菌的定植，進(jìn)而引起肺部炎癥，這些均會(huì)加重慢性阻塞性肺部疾病。這些癥狀反過(guò)來(lái)也會(huì)進(jìn)一步加重腸道微生物失調(diào)，形成一個(gè)惡性循環(huán)。腸道微生物代謝含有的磷脂酸膽堿、L-肉毒堿的食物后會(huì)產(chǎn)生三甲胺，三甲胺被肝臟吸收并被黃素單加氧酶轉(zhuǎn)化成氧化三甲胺[26]。Manuel等的研究指出，氧化三甲胺與慢性阻塞性肺病的死亡率相關(guān)，相比于生存者，死者表現(xiàn)出更高的氧化三甲胺中位數(shù)水平[27]。這說(shuō)明腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在慢性阻塞性肺病的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物及其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)該病的發(fā)展。

2.3 腸道微生物與肺炎

腸道微生物在肺炎等肺部感染性疾病中扮演著重要角色，Samuelson等人探究了腸道微生物對(duì)肺囊蟲(chóng)肺炎的影響，發(fā)現(xiàn)肺囊蟲(chóng)(P.Murina)感染的小鼠腸道微生物群落的多樣性發(fā)生了顯著改變[28]。這表明腸道微生物與肺炎的發(fā)生息息相關(guān)，腸道微生物失調(diào)可加重肺炎的癥狀。

3 腸道微生物調(diào)節(jié)肺部免疫的潛在機(jī)制

腸道微生物對(duì)肺部免疫調(diào)節(jié)的作用機(jī)制還未完全清楚，但可能包括幾個(gè)潛在的通路：Toll樣受體(TLRs)的激活、腸道微生物的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸的作用以及T細(xì)胞和B細(xì)胞的歸巢。

3.1 Toll樣受體的激活

腸道免疫系統(tǒng)通過(guò)腸道微生物與固有免疫系統(tǒng)的TLRs的相互作用引發(fā)免疫信號(hào)。TLRs能夠識(shí)別微生物的組成并引發(fā)炎癥反應(yīng)[28]。不同的細(xì)菌產(chǎn)物，如脂多糖、脂磷壁酸等刺激TLR信號(hào)，TLR信號(hào)傳遞的一個(gè)下游效應(yīng)是激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB(許多調(diào)節(jié)固有免疫和基因表達(dá)所必需的)[29]。因此，腸道微生物對(duì)維持正常的TLR信號(hào)至關(guān)重要[30]。微生物以TLR依賴(lài)的方式介導(dǎo)抗原特異性CD4和CD8 T細(xì)胞以及病原特異性抗體的激活，維持促I(mǎi)L-1β和促I(mǎi)L-18 mRNA表達(dá)的穩(wěn)定，激活炎性體細(xì)胞并使DC從組織遷移到淋巴結(jié)引起正常的T細(xì)胞反應(yīng)。此外，Ichinohe等研究表明，單劑量的直腸給予LPS可以恢復(fù)流感感染小鼠肺部的免疫應(yīng)答[31]，這證明了腸道引起的TLR信號(hào)可以誘導(dǎo)肺部的免疫反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)室前期研究證明了鈍頂螺旋藻藻藍(lán)蛋白可以通過(guò)調(diào)節(jié)TLR2-MyD88-NF-kB信號(hào)通路減輕博萊霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化[32]；在此基礎(chǔ)上，以鈍頂螺旋藻藻藍(lán)蛋白為受試物，初步證明腸道微生物對(duì)TLR通路中的一個(gè)關(guān)鍵物質(zhì)具有調(diào)節(jié)作用，而TLR通路與肺纖維化有密切聯(lián)系[33]。

3.2 腸道微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸的作用

腸道微生物發(fā)酵各種膳食纖維時(shí)會(huì)產(chǎn)SCFAs，SCFAs可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞(如單核細(xì)胞)的生成，這些單核細(xì)胞遷移到肺部可以分化成樹(shù)突狀細(xì)胞，抑制初始T細(xì)胞分化成Th2，同時(shí)還可以促進(jìn)幼稚T細(xì)胞分化成調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)。哮喘和過(guò)敏反應(yīng)被認(rèn)為是Th2細(xì)胞過(guò)度活躍和Treg細(xì)胞抑制的結(jié)果，Th2細(xì)胞過(guò)度活躍會(huì)引發(fā)針對(duì)過(guò)敏原的抗體細(xì)胞因子的大量釋放，而Treg細(xì)胞的抑制會(huì)導(dǎo)致對(duì)過(guò)敏原的免疫反應(yīng)的失控。因此，利用SCFAs抑制Th2細(xì)胞群體并增加體內(nèi)Treg細(xì)胞數(shù)量，可以緩解哮喘和過(guò)敏反應(yīng)[34]。

3.3 T細(xì)胞和B細(xì)胞的歸巢

T細(xì)胞和B細(xì)胞的組織特異性歸巢在免疫應(yīng)答和清除感染中發(fā)揮重要作用。主要的免疫歸巢分子有CCR4、CCR6和CCR9，其表達(dá)決定了淋巴細(xì)胞的定植和歸巢[35]。腸道微生物與腸道樹(shù)突細(xì)胞 (CD103+CD11b+ DCs)之間的互作會(huì)誘導(dǎo)腸道IL-22+ILC3過(guò)表達(dá)CCR4歸巢受體，介導(dǎo)腸道IL-22+ILC3選擇性地進(jìn)入肺部，肺上皮細(xì)胞表達(dá)的趨化因子CCL17 激活CCR4受體，促進(jìn)IL-22 + ILC3進(jìn)入新生小鼠肺部的傳播，而肺中高水平的IL-22會(huì)抑制病原體的增殖[36]。因此, T細(xì)胞和B細(xì)胞的歸巢可抑制肺部病原體的增殖，以緩解肺部疾病。

4 以腸道微生物為靶點(diǎn)預(yù)防肺部相關(guān)疾病

腸道微生物的穩(wěn)態(tài)對(duì)維持宿主健康至關(guān)重要，腸道微生物紊亂不僅會(huì)引起各種腸道疾病還會(huì)引起肺部疾病。因此，可以從調(diào)節(jié)腸道微生物的角度出發(fā)，預(yù)防肺部相關(guān)疾病。

4.1 益生菌預(yù)防肺部相關(guān)疾病的作用

用益生菌來(lái)治療各種疾病和維持身體健康已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域。目前，益生菌已經(jīng)被用作治療腹瀉、絞痛、尿路感染、炎癥性腸病等多種病癥的藥物。此外，還在探究其對(duì)結(jié)腸癌、腸易激綜合征和肺病的影響[36-38]。Prokash等的研究表明，腸道微生物可以影響肥胖小鼠肺部健康，其作用機(jī)制主要是控制肺部炎癥[39]；喂食熱滅活的加氏乳桿菌的小鼠隨著其腸道微生物的變化，肺中的細(xì)胞因子和其他免疫分子的mRNA表達(dá)顯著增加[40]。這表明乳酸桿菌能夠刺激小鼠肺部的免疫反應(yīng)，并通過(guò)增加炎癥信號(hào)增強(qiáng)宿主防御以對(duì)抗肺部感染。

此外，鼠李糖乳桿菌作為一種益生菌可以刺激免疫系統(tǒng)反應(yīng)以增強(qiáng)宿主抗感染能力。它不僅可以減輕腸道傷寒沙門(mén)氏菌的感染，還可以對(duì)抗肺炎鏈球菌的感染。益生菌可以降低肺炎鏈球菌的負(fù)荷，抑制其在血液的傳播，并增加支氣管灌洗液中干擾素γ(INF菌)、IL-6、IL-4和IL-10的濃度，提高抗感染信號(hào)[41]。

綜上所述，腸道有益微生物的均衡能夠促進(jìn)肺部健康，某些有益菌(加氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌)的增加能刺激宿主產(chǎn)生免疫反應(yīng)，對(duì)抗肺部感染。

4.2 疫苗預(yù)防肺部相關(guān)疾病的作用

疫苗可以用來(lái)預(yù)防多種疾病，最常見(jiàn)的有注射疫苗、黏膜疫苗和口服疫苗，口服疫苗已經(jīng)被用來(lái)預(yù)防肺部疾病。Izadjoo等研究發(fā)現(xiàn)，口服布魯氏菌可引起系統(tǒng)性免疫反應(yīng)，表現(xiàn)為淋巴細(xì)胞中的IL-2和IFN2產(chǎn)生增加，口服減毒的布魯氏菌活疫苗可以對(duì)抗肺部感染的傳播并增強(qiáng)肺部清除病原菌的能力,這表明口服布魯氏菌疫苗可以用來(lái)預(yù)防由布魯氏菌引起的肺炎[42]。

4.3 糞菌移植對(duì)肺部疾病的作用

糞菌移植是將健康人糞便中的功能微生物移植到腸道微生物紊亂患者的胃腸道內(nèi)，重塑患者的腸道微生物穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)腸道及腸道外疾病的治療。Ramsaue等探究了糞菌移植對(duì)艱難梭菌反復(fù)感染患者的治療作用，發(fā)現(xiàn)輸注糞菌的患者中94%的患者10周后無(wú)艱難梭菌感染和發(fā)作，且糞便輸注后DNA篩查顯示糞便微生物群的多樣性增加[43]。雖然還沒(méi)有研究報(bào)道糞菌移植可以治療肺部疾病，但從糞便輸注增加腸道微生物多樣性及治療腸道疾病的研究結(jié)果可以推測(cè)，糞菌移植有望成為肺部疾病治療的有效手段。

5 結(jié)論與展望

腸道微生物組成的改變與慢性肺部疾病和呼吸道感染有關(guān)，且腸道和肺之間存在重要的串?dāng)_，肺部感染隨后會(huì)造成腸道紊亂，腸道紊亂同樣會(huì)增加肺內(nèi)炎癥。但是，腸道微生物對(duì)肺部免疫的直接作用機(jī)制目前還不明確，但其可能的作用通路是TLRs的激活、腸道微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸的作用以及T細(xì)胞和B細(xì)胞的歸巢。人們可以通過(guò)使用益生菌、口服疫苗或糞菌移植來(lái)調(diào)節(jié)腸道微生物，以預(yù)防肺部感染?？傊?，腸道微生物在肺部健康中起著非常重要的作用，從腸道微生物的角度治愈肺部疾病將是一個(gè)新的突破口，不過(guò)應(yīng)繼續(xù)探尋其作用機(jī)制，為臨床治療提供依據(jù)。