生命早期肠道菌群失调与支气管哮喘

刘 璐 吴媛媛 李满祥

支气管哮喘(哮喘)是由多种炎症细胞和细胞因子参与的一种气道慢性炎症性疾病，常导致气道高反应性，以反复发作性喘息、气急、胸闷或咳嗽(以夜间或晨起显著)为发病特征，上述症状可自行或治疗后缓解[1]。近年来，由于人们生活方式及周围环境的改变，哮喘的发病率呈逐年增长趋势，严重影响患者的生活质量，因而探索哮喘的病因及发病机制并给予相应的治疗，在哮喘的防治中有着重要的意义[2]。

目前认为遗传因素及环境因素与哮喘的发生密切相关，但新近的研究发现，生命早期肠道菌群失调是诱发哮喘的危险环境因素之一。现就生命早期肠道菌群失调与哮喘的关系进行综述。

一、哮喘发病机制

哮喘的发病机制十分复杂，目前认为哮喘与变态反应、气道炎症、气道反应性增高及神经因素等相互作用有关。Th1/Th2免疫失衡是哮喘发病的主要免疫学机制。新近研究提示，Th17、Th9细胞活性增强，Treg活性抑制，在一定程度上增强了Th2型免疫应答，诱发哮喘发作。除T细胞亚型外，气道上皮细胞、树突状细胞(dendritic cells,DCs)，NKT细胞，先天淋巴细胞、巨噬细胞及与之相关的多种细胞因子也被认为是哮喘发病机制中的关键因素，并逐渐受到重视[3]。

二、肠道菌群失调的概念及其与哮喘相关性的研究

肠道细菌由定植在人或动物消化道中的微生物组成，各菌群按一定数量比例组合，相互拮抗、相互依存，与人体处于互惠互利的共生关系。人体为肠道细菌提供生命活动的场所，对其处于免疫耐受状态；肠道菌群则通过调节营养代谢、供给能量、防御感染及增强肠道屏障、促进免疫系统成熟等作用参与维持人体内环境的动态平衡[4]。肠道菌群的种类、数量和分布可因先天免疫缺陷、过度应用广谱抗生素、使用免疫抑制剂、放射或化学治疗等被破坏，导致肠道菌群失调[5]。

近年来研究发现，生命早期肠道菌群失调是诱发哮喘的危险因素之一。Herbst 等[6]利用卵清蛋白(ovalbumin,OVA)雾化吸入制备小鼠气道高反应模型，与无特定病原体(specific pathogen free,SPF)小鼠相比，无菌(germ free,GF)小鼠气道淋巴细胞及嗜酸性粒细胞的浸润增加显著，若在OVA诱发前重新定植共生菌可避免这种现象。Russell等[7]研究发现，围产期及新生小鼠经万古霉素处理后，可增加其日后哮喘的易感性，但在7周龄以上的成年小鼠中没有观察到类似现象。生命早期肠道菌群失调对哮喘的诱发作用不仅在动物试验中得到了验证，而且在临床实践中也得到了证实。Murk等[8]对1950年至2010年7月期间，关于孕期及婴儿时期抗生素暴露与儿童哮喘发生的相关研究进行了统计分析，证明胎儿或婴儿期应用抗生素可增加儿童哮喘的发生率。这可能与生命早期:①肠道菌群尚未稳定定植，易受到外来因素影响；②机体免疫系统发育尚不完善，易受影响发生应答紊乱有关。

三、肠道菌群失调诱发哮喘的相关机制

1.Th1/Th2免疫应答：胎儿时期，机体以Th2型免疫反应占优势，以减少和母体之间的免疫应答。出生后(多在5岁以前)，在周围环境因素的刺激下，Th0细胞逐渐向抗感染的Thl型免疫反应方向偏移，从而达到Thl/Th2平衡。若缺少微生物抗原的刺激，如肠道菌群失调，特应性个体将继续以Th2为优势应答，易导致变应性疾病的发生[9]。

2.Th17细胞水平：Th17细胞来源于CD4+T细胞前体，以表达视黄酸相关的孤儿受体γt(retinoic acid related orphan receptor γt,RARγt)为特征[10]，其主要分泌细胞因子IL-17，而IL-17在哮喘的发病中起着重要作用[11]。Sun等[12]利用头孢哌酮和白色念珠菌制备肠道菌群失调小鼠模型，吸入OVA激发肺部炎症反应，结果表明肠道菌群失调小鼠肺组织中Th17和IL-7水平较正常对照组小鼠的明显升高。

3.Treg细胞：Treg细胞是于1995年由Sakaguchi等首次提出的一种CD4+T细胞亚群，能通过细胞间接触或分泌细胞因子(如IL-10、TGF-β)控制其它免疫细胞功能及免疫反应，从而对机体免疫系统产生重要的调节作用[13]。研究表明，Treg细胞能够减轻哮喘相关的气道变应性炎症反应及临床表现[14]，提示其参与了哮喘的病理过程。

Russell等[7]发现对围生期及新生小鼠给予万古霉素处理后，Treg数量较对照组减少，提示Treg可能对黏膜组织异常的Th2炎症反应具有抑制作用。Josefowicz 等[15]发现Treg的缺乏可引起肠道和肺组织自发性Th2型病理学改变。Hinz等[16]提出，妊娠期间脐血中低Treg水平会升高胎儿血清IgE水平。

4.DCs：DCs是功能强大的抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)，能刺激幼稚和记忆性T细胞增殖，决定其分化方向，在启动和调节免疫应答中起着重要的作用[17-18]。研究表明，DCs对Th2细胞的始动作用在哮喘的起始阶段发挥重要作用[19-20]。益生菌制剂能够增加CD11c+调节性树突状细胞(regulatory dendritic cells,rDCs)的水平，使其高分泌IL-10、TGF-β、吲哚胺2,3-双加氧酶等细胞因子，上调CD4+Fox3+Treg水平，提示肠道菌群失调诱发哮喘的作用机制可能与DCs有关[4]。

机体内部处于稳态时，DCs提呈无害的共生菌抗原，诱导淋巴结中抗原特异性T细胞失能，或使其分化为保护性FoxP3+Treg[21]。当肠道菌群失调时，益生菌数量减少，机会菌大量繁殖，DCs可通过：①PAMPs-PRRs；②内化坏死、凋亡细胞两种途径活化、成熟[22]，呈递抗原能力增强，其表面MHCⅠ、Ⅱ类分子及细胞间黏附分子表达增加，并通过淋巴系统在外周组织间迁移，有效地将抗原呈递给初始Th0细胞，影响其增殖及分化，激活免疫应答[23]。但肠道菌群失调如何通过DCs选择性介导Th2型优势免疫应答的机制尚不清楚。

5.iNKT细胞：iNKT细胞通过主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ类分子-CD1d，识别内源性和外源性脂质抗原，活化并分泌大量促炎性细胞因子，如IL-4、5、13、14等[24]。

早期微生物定植下调肠道、肺脏黏膜趋化因子配合基16(CXCL16)编码基因甲基化及其表达，避免 iNKT聚集，建立黏膜iNKT免疫耐受。若生命早期肠道菌群失调，肠道及肺脏黏膜CXCL16水平特异性升高，且高度甲基化，趋化iNKT聚集，均会增加宿主对变应性炎症的敏感性[25]。进一步的研究发现，在OVA诱发的哮喘模型中，GF小鼠与SPF小鼠相比，肺组织中iNKT的相对和绝对数量明显升高，且将新生GF小鼠暴露于正常微生物群后，可逆转其肺部iNKT聚集及病理改变[25]。iNKT可能通过其细胞因子，促进B细胞释放IgE，诱导嗜酸性粒细胞生成、成熟、活化，引起气道高反应性和呼吸道黏液分泌[26]。

四、结语与展望

综上所述，肠道菌群不仅能调节营养代谢、提供能量、防御感染及增强肠道屏障，还可作为刺激因子促进免疫系统成熟，保护机体抵抗哮喘的发生，而肠道菌群失调作为环境因素之一参与，并促进了哮喘的发生。据此理论，我们可以从避免肠道菌群失调及添加益生菌重建肠道菌群两方面起到预防及治疗哮喘的作用。前者主要包括：避免滥用抗生素、适当接触环境刺激、合理饮食等。大量实验证实，添加益生菌能改善哮喘等变应性疾病的症状，在哮喘等变应性疾病的治疗中已取得了一定的进展[27-29]。但至今尚不清楚成人肠道菌群失调是否也会增加哮喘易感性，是否可作为成人哮喘的辅助治疗策略。随着对肠道菌群失调与哮喘关系及其分子机制的深入研究，维持生命早期肠道菌群平衡在哮喘的防治中必将起到积极的作用。

参 考 文 献

1 Agostinis F,Foglia C,Landi M,et al. The safety of sublingual immunotherapy with one or multiple pollen allergens in children[J]. Allergy,2008,63(12): 1637-1639.

2 王长征. 改善支气管哮喘控制现状，需要重视患者的长期管理[J/CD]. 中华肺部疾病杂志：电子版,2013,6(4): 296-298.

3 Holtzman MJ. Asthma as a chronic disease of the innate and adaptive immune systems responding to viruses and allergens[J]. J Clin Invest,2012,122(8): 2741-2748. PMID: 22850884.

4 Hwang JS,Im CR,Im SH. Immune disorders and its correlation with gut microbiome [J]. Immune Netw,2012,12(4): 129-138.

5 孙英姿,张月霞,李佳璇,等. 人肠道菌群失调的研究现状[J]. 中国误诊学杂志,2010,10(22): 5313-5314.

6 Herbst T,Sichelstiel A,Schär C,et al. Dysregulation of allergic airway inflammation in the absence of microbial colonization[J]. Am J Respir Crit Care Med,2011,184(2): 198-205.

7 Russell SL,Gold MJ,Willing BP,et al. Perinatal antibiotic treatment affects murine microbiota,immune responses and allergic asthma [J]. Gut Microbes,2013,4(2): 158-164.

8 Murk W,Risnes KR,Bracken MB. Prenatal or early-life exposure to antibiotics and risk of childhood asthma: a systematic review [J]. Pediatrics,2011,127(6): 1125-1138.

9 Vighi G,Marcucci F,Sensi L,et al. Allergy and the gastrointestinal system [J]. Clin Exp Immunol,2008,153(Suppl 1): 3-6.

10 Albano GD,Di Sano C,Bonanno A,et al. Th17 immunity in children with allergic asthma and rhinitis: a pharmacological approach [J]. PLoS One,2013,8(4): e58892.

11 Cosmi L,Liotta F,Maggi E,et al. Th17 cells: new players in asthma pathogenesis[J]. Allergy,2011,66(8): 989-998.

12 Sun DQ,Yang XQ,Wang LJ,et al. Effects of ovalbumin atomization on the T lymphocyte subsets of BALB/c mice with intestinal microflora disruption[J]. Xi Bao Yu Fen Zi Mian Yi Xue Za Zhi,2010,26(5): 473-476.

13 龚 臣,邓静敏. Thl7/Treg在支气管哮喘发病机制中的作用及研究进展[J]. 国际呼吸杂志,2013,33(9): 684-688.

14 Nawijn MC,Motta AC,Gras R,et al. TLR-2 activation induces regulatory T cells and long-term suppression of asthma manifestations in mice[J]. PLoS One,2013,8(2): e55307.

15 Josefowicz SZ,Niec RE,Kim HY,et al. Extrathymically generated regulatory T cells control mucosal Th2 inflammation [J]. Nature,2012,482(7385): 395-399.

16 Hinz D,Simon JC,Maier-Simon C,et al. Reduced maternal regulatory T cell numbers and increased T helper type 2 cytokine production are associated with elevated levels of immunoglobulin E in cord blood[J]. Clin Exp Allergy,2010,40(3): 419-426.

17 Kelsall B. Recent progress in understanding the phenotype and function of intestinal dendritic cells and macrophages [J]. Mucosal Immunol,2008,1 (6): 460-469.

18 万梦智,许 飞. 树突状细胞在支气管哮喘中的研究进展[J/CD]. 中华肺部疾病杂志：电子版,2013,6(4): 346-349.

19 Holgate ST,Roberts G,Arshad HS,et al. The role of the airway epithelium and its interaction with environmental factors in asthma pathogenesis [J]. Proc Am Thorac Soc,2009,6(8): 655-659.

20 Willart M,Hammad H. Lung dendritic cell-epithelial cell crosstalk in Th2 responses to allergens [J]. Curr Opin Immunol,2011,23 (6): 772-777.

21 Rutella S,Locatelli F. Intestinal dendritic cells in the pathogenesis of inflammatory bowel disease [J].World J Gastroenterol,2011,17(33): 3761-3775.

22 Ng SC,Kamm MA,Stagg AJ,et al. Intestinal dendritic cells: Their role in bacterial recognition,lymphocyte homing,and intestinal inflammation [J]. Inflamm Bowel Dis,2010,16 (10): 1787-1807.

23 Wu L,Dakic A. Development of dendritic cell system [J]. Cell Mol Immunol,2004,1(2): 112-118.

24 Cohen NR,Garg S,Brenner MB. Antigen presentation by CD1 lipids,T cells,and NKT cells in microbial immunity [J]. Adv Immunol,2009,102: 1-94.

25 Olszak T,An D,Zeissig S,et al. Microbial exposure during early life has persistent effects on natural killer T cell function[J]. Science,2012,336(6080): 489-493

26 林 文,李 莉. 恒定自然杀伤T细胞在过敏性哮喘中的调节机制[J]. 检验医学,2012,27(10): 866-870.

27 Toh ZQ,Anzela A,Tang ML,et al. Probiotic therapy as a novel approach for allergic disease[J]. Front Pharmacol,2012,3: 171-184.

28 Hougee S,Vriesema AJM,Wijering SC,et al. Oral treatment with probiotics reduces allergic symptoms in ovalbumin-sensitized mice: a bacterial strain comparative study[J]. Int Arch Allergy Immunol,2010,151(2): 107-117.

29 Yu J,Jang SO,Kim BJ,et al. The effects of Lactobacillus rhamnosus on the prevention of asthma in a murine model [J]. Allergy Asthma Immunol Res,2010,2(3): 199-205.