细菌及代谢产物影响Treg细胞的研究进展*

何　峰 综述，周晓莹，张　哲，黄光武△ 审校

(1.广西医科大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科，南宁 530021；2.广西医科大学医学实验中心，南宁 530021)



细菌及代谢产物影响Treg细胞的研究进展*

何峰1综述，周晓莹2，张哲1，黄光武1△审校

(1.广西医科大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科，南宁 530021；2.广西医科大学医学实验中心，南宁 530021)

细菌；代谢产；Treg细胞

微生物组学研究发现，人体共生的细菌从细胞数量和拥有的基因数量上都远超人体本身。肠道共生菌群不仅可以调控肠道本身，还可影响远隔器官的免疫功能。最近的研究提示Foxp3+T调节细胞(Treg细胞)的增殖、分化和功能是共生菌群对宿主免疫功能调节的重要节点之一。多聚糖A(PAS)和短链脂肪酸(SCFAs)等一些人体共生细菌的代谢产物也参与了这一调节过程，从而对维持宿主免疫系统的稳定发挥重要作用。

随着代谢免疫组学概念的提出，曾被认为是相互独立的代谢组学和免疫组学被迅速的联系起来，探究代谢产物与机体免疫反应之间的相互作用也成为了目前研究的热门领域[1]。据估计大约有1 000种不同的微生物定殖于人体的肠道中，这些肠道共生菌群可通过调控免疫细胞的活性、刺激肠黏膜上的淋巴组织的发育而调节肠道的免疫功能。无菌小鼠不具备共生菌，因此其免疫系统在不同部分都有各种缺陷，若让无菌小鼠获得共生菌，一些免疫缺陷会随着菌群的定殖而消失。研究还发现，肠道共生菌群不仅可以调控肠道免疫功能，还可以影响胃肠道以外的远隔器官上呼吸道的免疫力，从而帮助宿主抵御呼吸道病毒的侵害[2]。共生菌群是通过何种机制来调节宿主免疫功能已经成为最近微生物组学的研究热点之一，最近的一些研究结果提示肠道菌群对宿主免疫系统的调控作用，主要通过调节Treg细胞来实现。肠道共生菌群及其代谢产物通过Treg细胞的增殖、分化和功能进行调控，从而为维持宿主免疫系统的稳定发挥重要作用[3]。在此，本文对人体共生菌群及其代谢产物对Treg细胞的增殖、分化和功能的影响作一总结。

1　细菌可促进Treg细胞发育

作为一种特殊的T细胞亚群，Treg细胞主要是由原始的CD4+T细胞分化而来，就其来源可以分为胸腺来源的调节T细胞(iTreg)和胸腺外来源的调节T细胞(pTreg)，Treg细胞不仅在调节机体正常的免疫耐受中发挥着非常重要的作用[4]，而且与发育障碍、功能失调及多种免疫性疾病相关，包括自身免疫性疾病、炎性反应、肿瘤免疫耐受、移植排斥以及过敏性疾病等[5]。Foxp3是被认为是Treg细胞的特征性标志物，属于Forkhead/Winged-helix转录因子家族的新成员，该蛋白的表达对Treg细胞发育成熟和发挥免疫抑制功能均具有重要作用。Foxp3通过干扰其他转录因子(如转录激活因子-1、活化T细胞核因子)在白细胞介素-2(IL-2)启动子区域的结合，从而抑制IL-2 基因的转录表达，反之，IL-2同时也参与调控Treg细胞[6]。Foxp3中的保守的非编码区(CNS1-3)决定了Treg细胞的增殖、种类及稳定性。其中CNS1主要对pTreg细胞的发育具有重要的促进意义；CNS2在维持 Foxp3表达及Treg细胞活化以及抑制炎性免疫应答有重要意义；CNS3则可同时促进iTreg和pTreg细胞的发育[7-8]。

Atarashi等[9]发现肠道细菌可促进肠上皮细胞产生转化生长因子β(TGF-β)，有助于Treg细胞的分化和增殖。且随着Foxp3表达水平的上调，肠道菌群的多样性也随之增加，而当使用万古霉素杀灭小鼠肠道中的革兰阳性菌后发现Treg细胞水平也随之下降，由此推测肠道革兰染色阳性细菌可参与调节Treg细胞的数量。进一步研究发现，在无菌(germ free，GF)小鼠的肠道中定殖梭状芽胞杆菌Ⅳ和a和ⅩⅦ，可通过诱导肠道中IL-10的分泌和上调细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4(CTLA-4)的表达，从而促进肠道淋巴结中Treg细胞的增殖和分化。研究还发现这些细菌可以结合并作用于肠上皮细胞，刺激其分泌可促进Treg细胞发育的关键调因子TGF-β[9]。此外，将梭状芽孢杆菌定殖于无菌小鼠肠道可诱导Th、Tc细胞分泌IL-2，而IL-2可刺激肠道中Treg细胞Uhrf1的表达上调，以维持细胞周期依赖性激酶抑制蛋白(CDKN1A)的甲基化并抑制其表达，从而保持Treg细胞的功能的活跃。研究还发现敲除Uhrf1的CD4+T细胞后会导致结肠中的Treg细胞数量明显下降并且使小鼠诱发溃疡性结肠炎的概率增加[10]。因此，以梭状杆菌为代表的肠道菌群分别通过刺激肠黏膜上皮细胞和Th、Tc细胞分泌的TGF-β和IL-2来促进肠道中Treg细胞的发育。

脆弱拟杆菌是主要定殖于下消化道的一种典型的厌氧细菌，其分泌的多聚糖A(PSA)可通过与T细胞表面的TLR2(toll like receptor 2)结合，促使肠道中的原始CD4+T细胞分化为pTreg细胞，并促进Treg分泌IL-10和TGF-β等细胞调节因子。不仅如此，PSA还可以促进外周淋巴器官产生可分泌IL-10的Treg的增殖。值得注意的是，给予小鼠饮用含有PSA或脆弱拟杆菌后，小鼠对化学药剂或肝螺杆菌诱发的肠道炎症性疾病的耐受能力也明显提高[11]。这些结果都证实脆弱拟杆菌代谢产生的PSA可以通过增强Treg细胞的抑制免疫功能来发挥作用。

乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、放线菌、酵母菌等益生菌约占肠道细菌总量的90%以上，主要定殖于结肠、末端小肠和回肠[12]。Lopez等[13]的体外试验发现，一些益生菌可诱导原始T细胞分化为Treg细胞。而动物实验则发现，给予小鼠乳酸杆菌后，小鼠肠道淋巴结中Treg细胞的数量增加而具有促炎作用的IL-17表达表达下降，从而保持小鼠机体免疫以及体重的平衡[14]。给予小鼠混合益生菌后肠道淋巴结中Treg细胞的数量明显增加的机制可能是益生菌激活了小鼠肠道固有层中的CD11c+树突状细胞分泌IL-10和TGF-β，从而促使Treg细胞增殖[15]。另一项研究发现乳杆菌可以通过结合树突状细胞上的DC-SIGN来促进树突状细胞的功能，从而诱导Treg细胞的发育[16]。而最近一项Meta分析也发现，服用乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌后可以通过诱导Treg细胞来对免疫系统进行调节，从而治疗一些如特异性皮炎、湿疹以及炎症性肠炎等免疫调节异常的疾病[17]。

2　短链脂肪酸可以促进Treg细胞的发育

尽管不同个体之间的菌群结构差异较大，但是对健康成人的肠道菌群研究发现厚壁菌门和拟杆菌门占多数[18]。作为细菌厌氧代谢的代谢产物，短链脂肪酸主要依靠细菌酵解抗性淀粉和膳食纤维等产生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸。虽然短链脂肪酸中各组分的含量会受到等各种因素如饮食，微生物构成，酵解的部位和宿主的类基因型等因素影响[19]。就产生短链脂肪酸的细菌来看，产乙酸的细菌中大多数属于厚壁菌门[20]，而产丙酸的细菌主要是拟杆菌门，一些可以产生高浓度丁酸的细菌比如梭状芽孢菌属、罗斯伯里菌属和粪球菌属等都属于厚壁菌门和拟杆菌门[21]。

最近的研究发现，短链脂肪酸在维持肠道中Treg细胞的发育中发挥了重要的作用。在给予GF小鼠可产生高含量丁酸的玉米淀粉后发现，肠道内Treg细胞的数量明显增加。另外，给予GF小鼠饮用含有高浓度的短链脂肪酸(150 mmol/L)也发现，乙酸、丙酸以及丁酸均可以促进Treg细胞的发育，其中以乙酸和丙酸的作用较强[22]。与此相反，在体外实验却发现丁酸可以明显促进原始的T细胞分化为Treg细胞，而乙酸和丙酸的作用不显著。其原因可能是乙酸和丙酸可能促进Treg细胞的肠道归巢作用，使其在体内重新分布[23]。目前研究发现短链脂肪酸主要通过表观遗传学和GPR途径调节和促进Treg细胞的发育。

2.1短链脂肪酸通过表观遗传学改变来调控Treg细胞发育乙酰化是一种表观遗传学修饰方式，使各种转录因子和协同转录因子易于与DNA结合位点特异性结合，诱导基因的转录[24]。短链脂肪酸通过抑制组蛋白乙酰化酶(HDACs)的活性来改变基因的表达，其中丁酸被认为是最强的HDACs的抑制剂。丁酸盐可促使原始的CD4+T细胞分化成Treg细胞，并可增强Foxp3中CNS1和CNS3增强子的组蛋白H3赖氨酸27(H3K27)乙酰化水平，从而使Foxp3的作用增强。而且，丁酸通过发挥组蛋白乙酰化酶抑制作用来增强DC细胞的功能进而诱导Treg细胞的分化[22]。

2.2短链脂肪酸通过GPR途径来促进Treg细胞的发育除了通过抑制HDACs外，短链脂肪酸还可以通过刺激G蛋白耦联受体包括GPR43、GPR41和GPR109a来对Treg细胞发挥调控作用。GPR43的主要表达于中性粒细胞、单核细胞、树突状细胞等炎性细胞以及骨髓、脾脏等造血组织中，表明GPR43具有潜在调节免疫细胞发育或分化的作用[25]。Smith等[26]发现，肠道内菌群的存在也可以使Treg细胞表达GPR43，通过与短链脂肪酸结合可以诱导Treg细胞的发育，进一步在GPR43敲除的小鼠研究发现，其对抗炎症的作用显著降低。其次，GPR109a主要表达于结肠上皮细胞和非特异性免疫细胞，尽管其的配体是烟酸，但丁酸在极低的浓度下也可与之结合并发挥效应[25]。Singh等[27]发现，丁酸可通过刺激GPR109a信号通路促进巨噬细胞和树突状细胞产生IL-10和ALDH1a等抗炎因子，进而促进原始T细胞分化成Treg细胞。因此，可证明短链脂肪酸通过刺激表达于Treg细胞以及其他细胞上的G蛋白耦联受体的信号通路来诱导Treg细胞的分化。

3　展　　望

人体肠道内共生着大量的微生物，其中某些特定的细菌如梭状杆菌、脆弱拟杆菌以及相应的代谢产物可诱导Treg细胞分化，这为探究肠道内共生菌群与机体免疫细胞的相互作用开辟了一个崭新的领域。除肠道菌群以外，研究发现皮肤的共生菌群也可以通过Treg细胞来调节局部的免疫反应，并推测口腔、鼻咽部等其他细菌富集的部位有可能存在这种调节方式，而这些部位局部菌群的改变可能与各种疾病的发生有关联[28]。目前关于微生物对人类健康的影响认识还很有限，免疫代谢组学是一个新兴的学科，很多问题亟待解答。探索共生菌群及其代谢产物对Treg细胞的调节乃至对人体免疫系统的影响，可以为进一步以Treg细胞为基础的免疫干预治疗提供新的机遇。

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国家自然科学基金地区项目(81460412)。作者简介：何峰(1988-)，硕士，主要从事鼻咽癌基础研究。△

，E-mail：hgw1288@yahoo.com.cn。

S154.38+1

A

1671-8348(2016)20-2858-03

2016-01-12

2016-03-27)

·综述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.20.042