肠道菌群在类风湿关节炎治疗中的研究进展

刘雪梅，于 泓

(遵义医学院附属医院肾病风湿科，贵州 遵义 563000)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种全身性自身免疫疾病，其特征为多关节的慢性炎症、骨侵蚀和软骨破坏[1]。然而，这种疾病的病因尚未完全明确，包括遗传因素、环境因素及免疫系统紊乱等，其中肠道菌群作为重要的环境因素能影响RA的发病。肠道菌群由于其复杂的组成和功能，被视为“虚拟器官”，肠道菌群以多种方式与人体细胞相互作用，可对人体产生有益或致病作用。近年来，肠道菌群在RA、糖尿病、多发性硬化等自身免疫性疾病诊治的研究中受到学者的广泛关注。肠道菌群主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，它们保持着动态平衡和稳定，一旦这种平衡被打破导致肠道菌群紊乱，可能引起RA的发病[2]。益生菌、粪便微生物移植等可恢复正常肠道菌群，改善肠道菌群紊乱，还可能阻止RA发病及进展，甚至可能改善RA症状。因此，益生菌及抗生素应用或肠道微生物协同抗风湿药物治疗RA可能会成为现实。现就肠道菌群与RA治疗的研究进展予以综述。

1 肠道菌群概述

人类皮肤、口腔及肠道黏膜表面定植着大量微生物，尤其在肠道，这些特定肠道境内的微生物群统称为肠道菌群。有30万亿～400万亿微生物定植于健康人群肠道中，其主要分布于结肠末端[3]。从门结构水平上来讲，肠道菌群主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形杆菌门等；从种属水平分类有肠球菌属、肠杆菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、梭菌属、链球菌属、拟杆菌属等。健康人肠道中以厚壁菌门和拟杆菌门两种菌门为主[4]，最常见的属为革兰阳性菌(梭菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、链球菌)及革兰阴性菌(拟杆菌和大肠埃希菌)[5]。在正常情况下，肠道菌群与宿主及外部环境保持着动态平衡，肠道菌群与宿主共生，影响了人体营养、新陈代谢、生理功能及免疫系统的发育[6]。

2 肠道菌群对RA发生机制的影响

肠道菌群对RA发生机制的影响主要表现在黏膜免疫上，并与T细胞分化有关，如调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)和辅助性T细胞(helper T cell,Th)[7]。当肠道菌群失调时，肠内自身反应性T细胞被激活，可增加机体对关节炎的敏感性[8]。同时，肠道菌群代谢产物也能间接诱导RA产生。

Th17细胞通常被认为具有促炎作用，有学者提出诱发关节炎的微生物可能为肠道局部的优势菌，它们通过分泌一些炎性介质促进Th17和Th1细胞的增殖分化、激活B细胞产生抗体，最终抗原抗体复合物于关节局部产生免疫反应而诱发关节炎[9]。研究人员将RA患者粪便样品(富含普氏菌)接种到无菌关节炎倾向的SKG小鼠中，结果发现该小鼠肠道中的Th17细胞数量增加，且当用酵母聚糖处理后该小鼠便发展成严重的关节炎[8]。肠Treg细胞在肠微生物群的免疫耐受中起重要作用，在肠道共生细菌的存在下，结肠中的T细胞会发生基因突变向Treg细胞扩增和分化，其中相当一部分的Treg细胞表达白细胞介素(interleukin，IL)10[10]。因此，Treg细胞有减轻炎症的作用。有学者认为，Th17细胞和Treg细胞之间的平衡失调时会促进自身免疫反应[11]。另有研究发现在RA患者中，IL-6功能的抑制可以纠正Th17/Treg细胞失衡，从而改善患者病情[12]。

正常情况下，肠腔的多种保护机制(肠道较厚的黏液屏障，抗微生物蛋白、肠道上皮细胞之间紧密连接形成的屏障等)可防止肠道菌群进入肠道细胞固有层及机体其他部位；肠道菌群失调时，某种致病菌可能会增加肠道通透性，致病菌由肠道移位至血清或关节中，引起自身免疫性关节炎。学者在动物模型的肠道细胞培养中加入产气柯林斯菌发现，肠道细胞紧密连接蛋白1的表达显著减少，肠道通透性增加；同时，产气柯林斯菌可引起肠道细胞的细胞因子IL-17A、CXC趋化因子配体1和CXC趋化因子配体5表达增加，且应用其干预可增加人类白细胞抗原-D08小鼠关节炎的发生率及严重程度[13]。

肠道菌群发酵糖类产生的代谢产物丁酸盐可诱导结肠Treg细胞分化，起免疫调节作用[14]。学者发现，当RA肠道中以普氏菌扩增为主导时，RA患者的嘌呤代谢显著减少，故提出大量普氏菌的扩增可能影响RA中甲氨蝶呤的治疗效果[15]。研究发现，肠道菌群能将膳食胆碱和左旋肉碱转化为三甲胺，三甲胺进一步被肝脏中的黄酮单加氧酶系统代谢，产生有毒代谢物三甲胺-N-氧化物，三甲胺-N-氧化物通过影响胆固醇的转运及代谢，同时影响胆汁酸水平而导致动脉粥样硬化，显著增加心血管病的发生风险[16]。因此，有学者提出RA患者的心血管疾病风险增加可能与三甲胺-N-氧化物相关，但尚未有关于RA患者三甲胺-N-氧化物水平的数据[17]。

3 肠道菌群在RA患者中的差异

有文献报道，RA患者存在肠道菌群失调，与健康受试者相比，早期RA患者的肠道中以产气柯林斯菌为代表的罕见微生物系谱大量扩增，门细菌水平降低[13]。另有学者对RA患者粪便进行肠道菌群宏基因组学分析发现，RA患者肠道中以普氏菌扩增为主[15]。同时，也有学者在早期RA患者体内检测出高滴度抗普氏菌抗体[18]。有研究将早期RA患者和纤维肌痛患者的粪便菌群利用DNA-RNA杂交方法进行对比发现，RA患者粪便中的双歧杆菌属、拟杆菌属、脆弱类杆菌亚群、直肠真杆菌-球形梭菌亚群等水平明显低于纤维肌痛患者[19]。

此外，肠道菌群在RA治疗前后存在菌群差异。Chen等[13]对RA患者及健康人群进行微生物基因组测序分析发现，随着疾病持续时间延长及类风湿因子滴度的增加，RA患者肠道菌群丰富度逐渐降低，但使用甲氨蝶呤和羟氯喹治疗后的患者表现出肠道微生物物种丰富度升高和多样性增加。Zhang等[20]对RA患者和健康对照者的大便样品进行宏基因组测序表明，RA患者的肠道富含革兰阳性细菌，而革兰阴性菌较少；同时他们还发现，肠道菌群失调在用甲氨蝶呤治疗后部分恢复。

4 肠道菌群在RA治疗中的应用

RA的治疗经历了传统抗风湿药到生物制剂的应用，目前仍在不断探索新的治疗方案。研究发现，人为调节肠道正常菌群使肠道微生物群正常化，可能在一定程度上改善RA患者病情[21]。

4.1益生菌/益生元 益生菌是对人体有益的活菌，但不是人体自身体内的。其种类很多，对人体的作用也各不相同。可以通过体外添加来增加人体某一种或几种有益菌的数量，从而调节肠道菌群平衡。益生菌/益生元被广泛应用于医疗领域，以预防或治疗许多疾病，其对RA的治疗作用已在动物和人类中得到证实。益生菌/益生元可通过稳定肠道微生物环境，减少肠道通透性，增强肠内细菌抗原的降解和改变其免疫原性来抵消炎症过程[22]。

4.1.1乳杆菌 目前对于益生菌与RA的研究，主要以乳杆菌属为主。研究发现，与健康个体相比，早期RA患者的乳酸杆菌群显著增加[23]。在RA患者中，增加乳酸杆菌的丰富度有助于形成较厚的黏膜屏障以抵抗病原体。一项随机双盲研究表明，与安慰剂相比，摄入鼠李糖乳杆菌和罗伊乳杆菌能改善RA患者病情[24]。Vaghef-Mehrabani等[25]报道，与安慰剂组相比，摄入干酪乳杆菌组RA患者的疾病活动评分显著降低，IL-10/肿瘤坏死因子α、IL-10/IL-12和IL-10/总Th1比值均增加，提示干酪乳杆菌的摄入可能对RA具有潜在的抗炎作用。另一项研究显示，RA患者口服瑞士乳杆菌后其抗原特异性IgG水平和炎症反应显著降低，抑制RA患者疾病进展，从而使RA患者病情进一步缓解[26]。

4.1.2益生菌复合制剂 有学者在体内模型中评估了益生菌凝结芽孢杆菌和益生元菊粉摄入对RA大鼠的可能影响，结果显示摄入这种益生菌和益生元能显著抑制RA大鼠中血清淀粉样蛋白A、肿瘤坏死因子α和纤维蛋白原的产生，从而改善RA大鼠关节炎病情[27]。Zamani等[28]进行了一项随机双盲对照试验发现，与服用安慰剂组患者相比，每天接受含有3种活的冷冻干燥菌株(嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧杆菌)组表现为28个关节的疾病活动评分(DAS28评分)明显降低及血清高敏C反应蛋白水平降低。因此，益生菌或益生元的摄入可能恢复正常的肠道微生物环境，从而使RA患者病情缓解。

4.2抗生素 肠道菌群受饮食、地域、抗生素使用、疾病等影响，目前关于抗生素对肠道菌群的影响主要表现为菌群紊乱，抗生素可通过抑制RA患者肠道某些致病菌，从而间接改善RA患者病情。抗生素对RA的治疗经历了跨时代的改变，从20世纪30年代磺胺吡啶的应用到20世纪80年代四环素的治疗至目前米诺环素的使用[29]。学者发现，普氏菌、卟啉单胞菌等革兰阴性厌氧菌可以导致牙周炎[30]，而应用抗生素治疗牙周炎可能会间接改善RA病情[31]，如四环素、米诺环素的应用。有学者在早期RA患者使用改善病情抗风湿药或非甾体抗炎药的基础上进行了一项随机双盲试验，结果表明加用米诺环素治疗组和加用安慰剂治疗组的美国风湿学会50%改善分别为65%和13%，提示在改善病情抗风湿药的基础上加用米诺环素治疗RA有效[32]。Saviola等[33]发现，在甲氨蝶呤联合泼尼松龙治疗RA的基础上加入克拉霉素4周后大多数RA患者的病情缓解，而单独甲氨蝶呤和泼尼松龙治疗组约需要3个月才能达到相同的结果。这可能与克拉霉素对肠道革兰阴性厌氧菌的抗菌活性有关。但目前相关研究并不能明确肠道菌群中何种菌属参与了RA的发生发展及转归，且RA患者治疗中预防性应用抗生素并未广泛使用。有文献报道，针对普氏菌的抗生素的使用可能对治疗RA有效[30]。

4.3粪便菌群移植(faecal microbiota transplantation，FMT) FMT治疗主要指从健康的供体中通过结肠镜将粪便微生物提取物转移到患病受体中，重建肠道微生物的完整群落来逆转微生态失调。而在FMT的应用中，以耐艰难梭菌感染结肠炎的成功率最高。有研究提出，FMT对耐艰难梭菌感染结肠炎的治愈率>85%，甚至>90%[34]。另一项随机对照试验显示，将FMT应用于溃疡性结肠炎患者，其在治疗组和空白对照组的缓解率分别为24%(5/38)和5%(2/37)[35]。除耐艰难梭菌感染结肠炎和溃疡性结肠炎外，FMT在其他疾病中的应用也很广泛，如帕金森病、肥胖和代谢综合征及多发性硬化症[36]。目前，虽然粪便移植的研究涉及肠道内外疾病，但FMT尚未被用于RA患者。然而，当讨论该方法在炎症性关节炎中的潜在应用时，有学者提出FMT在炎症性肠病中的研究结果与炎症性关节炎是相关的，特别是与溃疡性结肠炎相比，脊柱关节炎和克罗恩病之间有更强的关联，如果在克罗恩病中能获得更好的FMT结果，预期脊柱关节炎将对FMT产生良好反应[17]。虽然有大量文献支持FMT的治疗潜力，但其是否可以适应RA仍需大量研究。

4.4药物微生物组学 药物微生物相互作用的研究即药物微生物组学，其前提是可以操纵肠微生物群落以改善药物功效和减少药物不良反应[18]。药物可干扰肠道菌群的功能，而肠道菌群可直接参与药物代谢，影响药物效力和毒性，还能与免疫/代谢系统相互作用，间接影响药物反应和生物利用度。新生的药物微生物组学研究在抗风湿性疾病药物的应用中也逐渐扩展。

4.4.1增加药物活性 抗生素或靶向抗风湿药物通过快速改变肠道微生物组的活性，以增加药物代谢、耐药性和应激反应基因的表达。最早以肠道-关节轴为靶向治疗的药物——柳氮磺吡啶，是第一种设计合理的抗RA药物。因RA被认为是由牛奶中的链球菌引起，所以学者试图通过偶氮键将磺胺类抗生素与水杨酸酯类抗炎药结合起来，即柳氮磺吡啶用于治疗RA；该药物在肠道内无活性，其到达远端肠道后刺激肠道微生物组基因编码偶氮还原酶切割N-N双键释放出有活性的5-氨基水杨酸而达到抗炎作用[37]。同时学者发现，柳氮磺吡啶可诱导肠道微生物组基因簇的表达，编码硫氧还蛋白还原酶和硝酸盐还原酶[38]。其中，硫氧还蛋白还原酶可抑制过氧化氢抑制RA滑膜细胞的凋亡，从而改善RA关节疼痛症状[39]。

4.4.2调节药物抗药性 肠道微生物群能调节抗癌药物环磷酰胺(也可用于治疗RA)的免疫效应。研究发现，环磷酰胺可改变患癌小鼠的小肠微生物群落组成，而肠道菌群可刺激患癌小鼠肠道中的Th17细胞和Th1细胞增殖，驱动免疫反应，使患癌小鼠对环磷酰胺药物敏感。然而在无菌环境下，环磷酰胺作用于患癌小鼠后，小肠的Th17细胞数量下降，此时患癌小鼠对环磷酰胺具有耐药性，因此学者提出肠道微生物群可以增加环磷酰胺对机体的抗癌(和潜在的抗风湿)免疫反应[40]。这种微生物对药物的调节与风湿病临床环境中药物的疗效、耐药性和依从性密切相关，因为RA对甲氨蝶呤和其他口服改善病情抗风湿药等药物的反应程度具有较高且不可预测的个体间变异性，这可能与RA患者肠道菌群的差异有关[41]。目前，虽然还没有关于某种微生物联合抗风湿药物增加抗RA疗效的研究，但药物微生物组学的提出可能会为RA的治疗带来新思路。

4.5二甲双胍 二甲双胍除作为代谢性疾病糖尿病的一线用药外，还对肠道菌群代谢有一定影响。研究发现，使用二甲双胍能改变糖尿病患者肠道菌群结构，增加肠道细菌产生丁酸盐及丙酸盐等短链脂肪酸[42]。这些短链脂肪酸具有免疫调节作用，所以能间接改善RA病情。同时学者发现，口服乙酸盐可部分抑制K/BxN小鼠血清转移关节炎[43]。因此，可以大胆设想将二甲双胍应用于治疗风湿病。Kim等[44]研究发现，二甲双胍通过能量代谢可诱导小鼠棕脂肪组织的分化，使小鼠体内的Th17细胞和Treg细胞相互平衡，从而起到免疫调节作用，故他们提出二甲双胍可抑制肥胖小鼠胶原诱导关节炎的发展。这可能与小鼠的肠道菌群代谢有关。因此，以肠道菌群代谢作用作为桥梁，临床上二甲双胍可能成为治疗RA的辅助用药。

5 小 结

目前，对RA的药物治疗仍以改善病情抗风湿药及非甾体抗炎药为一线用药。传统抗风湿药因治疗时间长，大部分患者依从性差，故其应用受到一定限制。因此，亟需研究新型、不良反应少、能改善RA病情的药物。结合以往及近期关于肠道微生物及益生菌与RA的研究，肠道菌群与RA的发生、发展甚至治疗有很大相关性，所以益生菌或益生元的应用、粪便微生物移植或抗风湿药物联合微生物的研究可能会为RA的治疗提供新方向，同时早期预防使用抗生素可能会对延缓RA进展、改善RA病情有一定作用。未来，可进一步优化RA治疗策略，从药物抗性、耐药性方面着手进行个体化治疗。