張靈鳳，申建偉

（上海市松江區(qū)中心醫(yī)院兒科，上海 201600）

支氣管哮喘是以可逆性氣流阻塞、氣道炎癥及氣道高反應(yīng)性為特點(diǎn)的慢性氣道炎癥性疾病。哮喘與免疫調(diào)節(jié)密切相關(guān)，個(gè)體易感性、病毒感染、過敏原暴露等因素導(dǎo)致免疫失衡引發(fā)哮喘，而且免疫細(xì)胞在哮喘的發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用。“微生物假說”認(rèn)為 ，外界因素(如飲食結(jié)構(gòu)改變、衛(wèi)生條件改善、抗生素使用等)所造成的腸道微生菌群失衡而引發(fā)的異常免疫反應(yīng)，是導(dǎo)致氣道變應(yīng)性炎癥發(fā)生的關(guān)鍵因素[1]。研究發(fā)現(xiàn)，在哮喘患者中，不僅氣道的微生物組成發(fā)生了改變，而且腸道微生物群中雙歧桿菌數(shù)量減少、梭菌數(shù)量增多，說明呼吸道和腸道黏膜的微生物組成和功能相互影響[2]。早期飲食干預(yù)、減少抗生素的使用、服用益生菌及提高短鏈脂肪酸（SCFAs）水平均可以改變腸道菌群組成和多樣性，影響哮喘病情進(jìn)展，鑒于此，現(xiàn)就腸道菌群在哮喘發(fā)生發(fā)展中所發(fā)揮的作用及機(jī)制作一綜述。

1 腸道菌群

腸道菌群是人體內(nèi)最為復(fù)雜、種群數(shù)量最高的共生微生物生態(tài)系統(tǒng)，人類腸道中微生物定植種類多達(dá)1 000余種，數(shù)量多達(dá)1012～1014個(gè)，總質(zhì)量達(dá)1～2 kg，其基因組數(shù)目龐大，在消化調(diào)節(jié)、營養(yǎng)吸收、能量代謝、脂肪代謝、免疫調(diào)節(jié)等諸多方面發(fā)揮著重要作用。腸道菌群紊亂常引發(fā)多種疾病，如代謝性疾病：高血脂、肥胖、糖尿病等；自身免疫性疾?。貉装Y性腸病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化等；氣道變應(yīng)性疾病：變應(yīng)性鼻炎、哮喘等。影響腸道菌群構(gòu)成的因素很多，主要包括宿主因素與環(huán)境因素兩大方面：首先，宿主的基因型決定腸道菌群的多樣性，同時(shí)宿主的年齡、性別、健康狀態(tài)也影響著腸道菌群的定植與多樣性。人類從出生到死亡，不同的發(fā)育階段，腸道菌群表現(xiàn)出不同的多樣性特征，后天的外界環(huán)境因素如飲食、生活環(huán)境、地域、宿主的社會行為（運(yùn)動、服用藥物等）等在其過程中也發(fā)揮了舉足輕重的作用。

2 腸 - 肺軸

隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)微生物功能的研究日益豐富，從而一大波學(xué)說涌出，如“腸-肝”軸、“腸-腦”軸、“腸-肺”軸等概念。所謂“腸-肺”軸主要指腸道通過其定植微生物或者其代謝產(chǎn)物參與了呼吸系統(tǒng)免疫穩(wěn)態(tài)平衡及呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。雖然消化道和呼吸道具有不同的內(nèi)部環(huán)境，發(fā)揮不同的生理功能，但兩者之間卻具有相同的胚胎起源。從胎兒期形成部分胎兒免疫成分到新生兒期重要的菌群形成開始，生命早期便構(gòu)成了腸道菌群與黏膜免疫相關(guān)疾病易感性的基礎(chǔ)，一方面，腸道菌群對肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生影響，尹梅等[3]通過動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腸道微生物群可通過介導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞功能而在肺炎鏈球菌引起的肺炎中起保護(hù)作用；另一方面，在肺部疾病發(fā)生過程中，腸道菌群亦會被其影響，陳善佳等[4]通過分析肺炎新生兒及正常新生兒糞便菌群證實(shí)，感染組與對照組新生兒腸道菌群的構(gòu)成及其代謝產(chǎn)物差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。“腸-肺”軸作為一個(gè)雙向軸，兩者相互作用，正常的腸道菌群可以通過細(xì)菌衍生產(chǎn)物（脂多糖）和細(xì)菌代謝產(chǎn)物SCFAs維持局部免疫穩(wěn)態(tài)；而在感染或抗生素暴露等情況下，正常腸道菌群環(huán)境將被打破，局部黏膜免疫穩(wěn)態(tài)失衡，其產(chǎn)物可以通過淋巴體循環(huán)作用介導(dǎo)超越原位的系統(tǒng)性免疫應(yīng)答，而這正是腸道菌群參與肺部疾病發(fā)生發(fā)展過程的主要作用機(jī)制。就目前研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與兒童多種肺部疾病存在相關(guān)性，如肺部多種病原菌感染性疾病、支氣管哮喘等均存在密切關(guān)聯(lián)。

3 腸道菌群與哮喘

近年來，腸道菌群與過敏性疾病的相關(guān)研究日益增多，其在過敏性哮喘發(fā)生、發(fā)展中所發(fā)揮的作用亦逐漸為人們所發(fā)掘，同時(shí)這些研究也為豐富腸道菌群在支氣管哮喘中的作用機(jī)制提供了基礎(chǔ)。支氣管哮喘是嚴(yán)重影響兒童健康的最常見慢性呼吸系統(tǒng)疾病之一，目前其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，比較公認(rèn)的是：①1型輔助性T細(xì)胞1（Th1）/2型輔助性T細(xì)胞（Th2）失衡，Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞（ILC2）活化是參與過敏性哮喘的主要機(jī)制。②輔助性T細(xì)胞17（Th17）/白細(xì)胞介素-17A（IL-17A）炎癥軸主要介導(dǎo)以氣道中性粒細(xì)胞浸潤為特點(diǎn)的哮喘發(fā)病過程。相關(guān)研究顯示，急性發(fā)作支氣管哮喘的患兒較健康對照組研究對象，腸道菌群中乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量顯著減少，而大腸埃希菌數(shù)量相對增加[5]。此外，瑞典學(xué)者ABRAHAMSSON等[6]研究發(fā)現(xiàn)，相比于健康新生兒，哮喘新生兒在出生后的第1周腸道菌群就開始出現(xiàn)顯著差異。鄭凱等[7]通過收集新生兒糞便標(biāo)本發(fā)現(xiàn)，腸道菌群受分娩方式、喂養(yǎng)方式、輔食添加等因素的影響，并證實(shí)了其定植過程早于哮喘的發(fā)生、發(fā)展。因此，腸道菌群不僅參與哮喘的發(fā)生、發(fā)展，甚至其結(jié)構(gòu)的改變也可以預(yù)測哮喘的發(fā)生。嬰幼兒時(shí)期是腸道菌群形成的關(guān)鍵時(shí)期，各種外界因素引起的腸道菌群結(jié)構(gòu)的改變，對今后變應(yīng)性疾病發(fā)生與否影響深遠(yuǎn)，如飲食結(jié)構(gòu)改變、抗生素使用、益生菌使用等。因此，在兒童早期建立一個(gè)高度多樣化、非致病性的腸道菌群很有必要。

4 飲食結(jié)構(gòu) - 腸道菌群 - 哮喘

飲食結(jié)構(gòu)能夠通過改變腸道菌群結(jié)構(gòu)而影響哮喘的發(fā)生、發(fā)展。在張素珍等[8]研究中發(fā)現(xiàn)，高纖維膳食能夠調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為擬桿菌占比上調(diào)、厚壁菌門腸菌占比下調(diào)；此外，研究還發(fā)現(xiàn)，這些高纖維膳食帶來的菌群變化在哮喘的發(fā)生、發(fā)展中起保護(hù)性作用，通過建立過敏性小鼠模型，驗(yàn)證了高纖維膳食可以改善氣道炎癥反應(yīng)，降低肺組織內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞浸潤、免疫球蛋白E（IgE）分泌及白細(xì)胞介素-4 （IL-4）、白細(xì)胞介素-5（IL-5）、IL-17A等炎癥因子的表達(dá)。此外，在人群實(shí)驗(yàn)中已證實(shí)可溶性膳食纖維在哮喘氣道反應(yīng)中具有急性抗炎作用，主要通過改變免疫細(xì)胞的性質(zhì)，使其從炎前細(xì)胞、炎癥細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡准?xì)胞、愈合細(xì)胞[9]；反推之，長期高脂膳食易導(dǎo)致腸道菌群失衡，在哮喘發(fā)生過程中可能起到負(fù)性調(diào)控作用。以上假設(shè)目前已被眾多研究者證實(shí)，首第文等[10]研究發(fā)現(xiàn)，長期高脂喂養(yǎng)會影響腸道菌群結(jié)構(gòu)，這一結(jié)果主要表現(xiàn)為腸道菌群厚壁菌門占比的升高，而擬桿菌門的相對豐度降低；然而郭興悅等[11]報(bào)道，在小鼠過敏性哮喘模型中，高纖維膳食并不影響過敏性哮喘的疾病嚴(yán)重程度，這與人群實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一致性，但高脂膳食卻可以在改變腸道菌群結(jié)構(gòu)的同時(shí)抑制樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞活化，最終導(dǎo)致Th2型細(xì)胞因子分泌水平下調(diào)。總之，就目前研究而言，無論是高纖維膳食亦或是高脂膳食均參與了哮喘的發(fā)生與進(jìn)展，而其具體機(jī)制尚不完全清楚，有待進(jìn)一步的研究闡釋。

5 抗生素使用 - 腸道菌群 - 哮喘

生命早期抗生素的使用可以影響到腸道細(xì)菌定植阻力，誘發(fā)腸道菌群失衡，參與哮喘、變應(yīng)性鼻炎等過敏性疾病的遠(yuǎn)期發(fā)病過程。抗生素使用會導(dǎo)致一些有益作用的厭氧微生物（如雙歧桿菌、乳桿菌、擬桿菌等）數(shù)量減少，而一些有潛在危害的腸道微生物（如需氧革蘭陰性腸菌、厭氧菌梭狀芽胞桿菌、白念珠菌等）數(shù)量增加。徐鵑鵑[12]研究發(fā)現(xiàn)，圍生期就暴露于萬古霉素的小鼠其腸道和肺部微生物群多樣性降低，促進(jìn)Th2細(xì)胞因子釋放，其肺部組織炎癥細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-13 （IL-13）、白細(xì)胞介素-14（IL-4）水平及嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)明顯升高。這一發(fā)現(xiàn)也在人群實(shí)驗(yàn)中觀察到，在丹麥人群的隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，孕婦妊娠期使用抗生素，新生兒患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)增加，并且隨著孕婦抗生素使用時(shí)間的延長，抗生素劑量的增加，患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)更高[13]。此外，一項(xiàng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，生命早期（0～1歲）使用抗生素是6～10歲兒童發(fā)生哮喘的重要危險(xiǎn)因素，嬰兒期抗生素的使用直接干擾腸道菌群的定植與形成，造成腸道菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，使黏膜免疫應(yīng)答發(fā)生變化，誘發(fā)兒童哮喘[14]。綜上，均說明了抗生素的使用易導(dǎo)致腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂，打破黏膜的免疫耐受功能，導(dǎo)致過敏性疾病的發(fā)生、發(fā)展。

6 益生菌使用 - 腸道菌群 - 哮喘

益生菌不僅有恢復(fù)或增強(qiáng)腸道穩(wěn)態(tài)的作用，還有維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)的作用，相關(guān)研究已證實(shí)，益生菌（如雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸球菌等）的使用能夠明顯抑制氣道變應(yīng)性疾病的發(fā)生、發(fā)展[15]。WANG等[16]研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒型雙歧桿菌通過調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡，可緩解小鼠過敏性哮喘。還有研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌聯(lián)合布地奈德、孟魯司特鈉治療支氣管哮喘可以有效改善患者肺功能，益生菌的攝入有助于改善腸道微生態(tài)系統(tǒng)，通過糾正 Th1/Th2免疫失衡減輕機(jī)體變態(tài)反應(yīng)；同時(shí)益生菌的聯(lián)合使用顯著降低了哮喘急性發(fā)作的頻率和嚴(yán)重程度，為輔助療法提供了新思路[17]。在田超等[18]研究中，通過納入2018年以前所發(fā)表的有關(guān)益生菌與哮喘的隨機(jī)對照試驗(yàn)研究，系統(tǒng)性評價(jià)了微生態(tài)制劑對預(yù)防和治療哮喘的有效性，結(jié)果顯示，益生菌雖有利于哮喘癥狀的改善，但在改善肺功能與哮喘復(fù)發(fā)率方面均無明確作用，故目前證據(jù)尚不足以支持益生菌對哮喘的發(fā)生具有預(yù)防性作用，但這無法抹滅口服益生菌可能對在過敏性哮喘的預(yù)防、治療中具有的潛在臨床意義。

7 SCFAs水平 - 腸道菌群 - 哮喘

免疫系統(tǒng)是宿主與腸道微生物接觸的第一道防線，人類腸道微生物和免疫系統(tǒng)在出生后即相互影響、相互作用，維持一個(gè)互利共生的平衡狀態(tài)。一方面免疫系統(tǒng)在調(diào)節(jié)和形成腸道菌群結(jié)構(gòu)的同時(shí)，腸道菌群在促進(jìn)免疫系統(tǒng)發(fā)育和成熟過程中也發(fā)揮了重要作用。隨著腸道菌群的研究進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)微生物產(chǎn)生的SCFAs對于機(jī)體免疫有著重要作用。SCFAs主要由膳食纖維、抗性淀粉、低聚糖等不易消化的糖類在結(jié)腸受有益菌群（乳酸菌、雙歧桿菌等）酵解產(chǎn)生，包括乙酸、丙酸及丁酸等。相關(guān)研究已證實(shí)，SCFAs具有過敏性炎癥抑制效應(yīng)，乙酸酯、丙酸、丁酸等均已被證實(shí)具有促進(jìn)Treg細(xì)胞產(chǎn)生及誘導(dǎo)T細(xì)胞向Th1和Th17效應(yīng)細(xì)胞方向分化的能力[19]。眾所周知，Th2細(xì)胞偏移正是哮喘的主要發(fā)病機(jī)制，SCFAs還可以通過與多種免疫細(xì)胞的相互作用在Th2應(yīng)答中起到抑制性效應(yīng)而介導(dǎo)哮喘的保護(hù)過程。SCFAs在過敏性疾病中起到的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)，通常被認(rèn)為是通過G蛋白耦合受體（GPCRs）完成的，GPCRs作為細(xì)胞表面最大的受體超家族，現(xiàn)已被證實(shí)在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中具有強(qiáng)大的作用功能。目前研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs的特異性受體主要是G-蛋白偶聯(lián)受體41（GPR41）、G-蛋白偶聯(lián)受 體43（GPR43）及G-蛋白偶聯(lián)受體109a（GPR109a），雖然mRNA表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)上述受體在組織中的分布差異較大，但就目前研究而言，以上GPR41、GPR43已被證實(shí)在過敏性疾病，尤其是哮喘發(fā)病過程中起到了重要作用。此外，相關(guān)研究也證實(shí)了SCFAs-GPR43的相互作用在炎癥調(diào)節(jié)過程中的重要功能，徐方明[20]研究發(fā)現(xiàn)，GPR43缺陷小鼠模型與SCFAs缺乏的無菌鼠模型表現(xiàn)為相似的免疫炎癥紊亂，其在結(jié)腸炎、關(guān)節(jié)炎及哮喘模型中均表現(xiàn)出更嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)與強(qiáng)烈的免疫應(yīng)答。研究已證實(shí)，在人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7、牛乳腺上皮細(xì)胞等細(xì)胞中，GPR41、GPR43的激活均可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加與cAMP水平的下降，從而增加胞內(nèi)MAPK的磷酸化水平[21]，而這一信號通路是否也是GPCRs參與哮喘免疫應(yīng)答的關(guān)鍵通路有待進(jìn)一步研究。

隨著進(jìn)一步探索，研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs可以通過改變基因啟動子的乙?；Ｊ絹碚{(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能，而這正是一種獨(dú)立于GPCRs信號的表觀遺傳機(jī)制[22]。SCFAs誘導(dǎo)T細(xì)胞向Treg細(xì)胞、輔助性T細(xì)胞（Th1、Th17細(xì)胞）方向分化的作用主要依賴于SCFAs有效抑制組蛋白去乙?；福℉DACs）而介導(dǎo)組蛋白的高度乙酰化與 mTOR-S6K信號通路的調(diào)控過程。THEILER等[23]研究發(fā)現(xiàn)，丁酸通過促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞凋亡來促進(jìn)炎癥的消退，且表明HDACs抑制是丁酸阻礙嗜酸性粒細(xì)胞效應(yīng)功能的潛在作用模式。張錦濤等[24]研究發(fā)現(xiàn)，丁酸和丙酸可有效抑制IgE和非IgE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞活化，且這種抑制作用不依賴于其已知的GPR41/43和PPAR受體信號傳導(dǎo)，而是通過抑制HDACs活性使對FcεRI介導(dǎo)的脫顆粒至關(guān)重要的基因（BTK、SYK及LAT）表達(dá)下調(diào)。在楊柳[25]相關(guān)研究中也得到了相似的結(jié)論，丁酸能夠下調(diào)GATA3表達(dá)介導(dǎo)ILC2依賴的氣道高反應(yīng)，這一過程主要得益于丁酸的HDACs抑制劑作用，而非依賴于GPCRs模式 激活。

8 小結(jié)與展望

支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，腸道菌群與哮喘的發(fā)病密切相關(guān)，腸道菌群可通過提高SCFAs水平來調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，進(jìn)而影響哮喘的發(fā)生和發(fā)展，但其影響肺部免疫狀態(tài)的具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。早期飲食不當(dāng)、使用抗生素也會改變腸道內(nèi)菌群的平衡，進(jìn)而影響機(jī)體內(nèi)炎癥因子的分泌，導(dǎo)致支氣管哮喘的發(fā)生與發(fā)展，而通過尋找支氣管哮喘患兒腸道菌中某種減少的益生菌或增多的有害菌，及時(shí)給予干預(yù)，為支氣管哮喘的預(yù)防及治療提供新思路，但由于腸道菌群與哮喘之間作用關(guān)系緊密復(fù)雜，腸道菌群參與免疫耐受的具體調(diào)控機(jī)制還未完全明確，故有待于進(jìn)一步研究闡明。