肠道菌群与自身免疫性甲状腺疾病

赫晓晴 单忠艳

中国医科大学附属第一医院内分泌与代谢病科，沈阳 110001

肠道内微生物由大量需氧菌、厌氧菌、病毒等组成，约100万亿，称为肠道菌群。肠道菌群易受年龄、遗传、饮食、环境和感染等因素影响，在个体之间存在异质性。肠道菌群在各种营养物质、药物等内、外源性物质的消化、吸收及代谢过程中发挥重要作用。当微生物群内稳态受损且发生生态失调时，会出现消化及代谢异常。目前研究发现，肠道菌群参与宿主体内促炎反应和免疫调节。肠道菌群紊乱与白塞病[1]、系统性红斑狼疮[2]、炎性肠病[3]、 乳糜泻[4]、 多发性硬化症[5]、1型糖尿病[6]和类风湿性关节炎[7]等自身免疫性疾病密切相关。自身免疫性甲状腺疾病(AITD)作为内分泌系统最常见的自身免疫性疾病，其发生可能与肠道菌群紊乱有关。

1 肠道菌群

正常人体肠道中菌群主要分为4类：拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、变形菌门，其中厚壁菌门和拟杆菌门丰度较高。肠道菌群在营养物质的消化吸收、免疫系统的调节、内分泌系统的激素代谢平衡中发挥重要作用。菌群在肠道中相互竞争，既为病原体及细胞提供营养，也抑制微生物的生长。肠道维持人体70%的免疫功能，肠黏膜具有高浓度的T细胞，其参与调节肠道菌群并受菌群紊乱影响。肠道菌群在生命早期刺激先天性免疫系统，参与肠相关淋巴组织的成熟。肠道菌群及其代谢产物可以刺激局部或全身免疫反应，激发获得性免疫。同时包括菌群紊乱在内的各种原因导致的肠道黏膜屏障的破坏，使黏膜下层的免疫细胞暴露于细菌、饮食抗原以及自身抗原，产生抗原耐受异常，进而诱发自身免疫性疾病。

肠道菌群约有300万个基因，几乎是人类基因组数的150倍，被称为人类第二基因组[8]。人是具有人类及微生物的双基因组有机体。微生物群的丰度大部分由遗传因素决定。以最大限度地减少因环境暴露而导致基因变异为前提后，明确了一个与肥胖相关的基因——PID1基因附近的一个变异体与艾克曼菌属丰度相关[9]。同时，肠道细菌也可以通过短的单链非编码 RNA，影响宿主基因的表达，如调节靶mRNA稳定性来影响转录后基因的表达过程[10]。随着科学技术的更新，16s rRNA测序、代谢组学及宏基因组学等新方法可以更好地了解肠道微生物群及其具体代谢途径，从而为探究AITD的发病机制提供新的手段。

2 肠道菌群与AITD

2.1 肠道菌群与甲状腺激素 目前认为，肠道菌群会影响甲状腺激素的合成、代谢及吸收。碘是合成甲状腺激素的重要原料之一。肠道菌群参与了碘的吸收及排泄过程。肠道内存在 Na+-多元素转运蛋白，肠道菌群通过影响碘的吸收、降解及肝-肠循环来影响甲状腺激素的合成[11-12]。正常肠道中的菌群以革兰阴性菌为主，其细胞壁主要成分为脂多糖。 来自啮齿类动物的研究发现，应激改变肠黏膜屏障功能，使脂多糖和其他细胞因子进入血液循环，并刺激细胞表面Toll样受体(TLR)4和其他TLR产生炎性细胞因子[13]。 脂多糖不仅可以抑制T4向T3的转化，减少生物活性T3的水平， 同时还可以减少甲状腺激素受体在肝脏中的表达[14-15]。低剂量脂多糖(10 μg/L)可以增加脱碘酶活性而加速T4代谢[16]。 脂多糖还参与增强甲状腺球蛋白(Tg)基因的表达，对其转录及转录后修饰也有重要作用，推测肠道菌群通过脂多糖而影响甲状腺激素水平[17]。

肠道菌群可以通过影响大脑中的神经递质如多巴胺来调节下丘脑-垂体轴[18]。多巴胺可以抑制促甲状腺激素(TSH)分泌，因此甲状腺功能也可能受到影响。研究发现，无菌大鼠的TSH水平比对照组高25%[19]。另外有研究发现，口服甲状腺激素需要通过肠黏膜屏障进入循环，尽管缺乏直接证据表明肠道菌群影响甲状腺激素的吸收，但有研究发现，溃疡性结肠炎合并甲状腺疾病或乳糖不耐受合并甲状腺功能减退症需要口服T4的患者，对外源性T4的需求量增加[20-21]。

2.2 肠道菌群与Graves病 Graves病作为自身免疫性疾病，是甲状腺功能亢进症最常见的病因。当前观点认为，其发病与遗传及各种环境因素相互作用而致的自身免疫应答异常相关。有研究通过16s rRNA测序发现，甲状腺功能亢进症患者肠球菌增加，双歧杆菌和乳杆菌数量减少，Graves病组肠道菌群多样性指数低于对照组[22]。 一项研究分析中国西南地区汉族人群Graves病肠道菌群的改变，通过对粪便行16s rRNA及 Illumina MiSeq基因测序，发现与对照组组比，Graves病患者放线杆菌、厚壁菌门和变形杆菌的丰度更高，厚壁菌门/拟杆菌门比值更高；Graves病组奥里杆菌、艰难杆菌、保加利亚乳杆菌和惰性嗜血杆菌的丰度升高[23]。通过观察23只雌性Graves眼病小鼠及6只健康对照鼠，发现促甲状腺激素受体刺激性抗体与脱铁杆菌门属呈正相关，眼眶肌肉萎缩值与乳酸杆菌、肠球菌、双歧杆菌和大肠菌群之间呈正相关。FT4水平与乳酸杆菌和葡萄球菌呈正相关[24]。

机体在感染细菌后可以对自身产生免疫炎性反应，具体形式包括分子模拟、表位扩散、旁路激活和隐蔽抗原等。目前观点认为耶尔森菌、幽门螺杆菌和其他细菌对Graves病发病具有潜在影响[25]。幽门螺杆菌是一种在胃肠道中定植的革兰阴性杆菌，最强毒力菌株可以通过细胞毒素相关基因A(Cag-A)抗原来鉴定。幽门螺杆菌特别是Cag-A阳性的菌株与Graves病显著相关[26]。一项研究纳入112例Graves病患者及100名甲状腺功能、 甲状腺过氧化物酶抗体(TPOAb)、甲状腺球蛋白抗体(TgAb)及促甲状腺激素受体抗体(TRAb)均正常的试验对象，Graves病患者88例(78.5%)为幽门螺杆菌阳性，对照人群仅42名(42.0%)阳性。88例幽门螺杆菌阳性的Graves病患者中有66例(75%)存在Cag-A抗原阳性，对照组有20名(47.6%)抗原阳性[27]。但另有一部分学者认为幽门螺杆菌与AITD无关[28]。不一致的研究结果可能与菌群抗体的假阳性、纳入排除标准差异及检测方式差异有关。

小肠结肠炎耶尔森菌为一种革兰阴性杆菌。Guarneri等[29]发现,耶尔森菌外膜孔蛋白OmpF与促甲状腺激素受体的序列具有同源性。推测机体感染耶尔森菌后刺激机体对外膜孔蛋白产生的TRAb,可能参与Graves病的发病过程。

维生素D的主要作用是调节骨代谢和钙磷动态平衡。有研究发现，维生素D可以通过肠道菌群影响自身免疫性疾病[30]。最近的研究发现，Graves病患者与一般人群相比，维生素D水平较低[31]。 维生素D具有免疫调节功能，可以促进β-防御素和导管素等抗微生物肽的产生，同时介导辅助性T细胞(Th)2型免疫应答过程，保证肠道上皮屏障的完整[32]。维生素D缺乏所致菌群紊乱可影响肠道B族维生素的合成，进一步造成机体泛酸的缺乏。泛酸在免疫系统中具有重要作用，泛酸缺乏可诱发自身免疫性炎性反应[33]。目前维生素D 影响Graves病的机制及与肠道菌群的关系仍不清楚，值得进一步探讨。

2.3 肠道菌群与自身免疫性甲状腺炎(AIT) AIT是最常见的甲状腺炎性疾病，其发病机制由遗传及环境等多因素参与。临床研究发现，AIT发病并非仅累及甲状腺，同时可使甲状腺外其他脏器受累[34]。AIT由桥本甲状腺炎(HT)、无痛性甲状腺炎、萎缩性甲状腺炎及产后甲状腺炎等组成。临床最常见的AIT是HT，以甲状腺内免疫活性细胞、特异性T淋巴细胞浸润为特点。患者的血清可以检测到TPOAb和TgAb。

目前观点认为，硒元素有降低甲状腺自身抗体的作用[35]。硒元素可增强CD4+/CD25+及FOXP3调节性T细胞(Treg)活性，同时抑制细胞因子分泌，保护甲状腺滤泡，防止其凋亡[36]。硒元素摄入不足可以导致机体氧化应激反应发生，与自身炎性反应密切相关。 硒元素主要通过可变的硒蛋白，参与机体氧化还原反应和抗炎过程。研究表明，肠道微生物群参与肠道炎性反应调节及修复的过程依赖硒元素参与，硒元素缺乏会造成微生物参与肠道调节失调，诱发机体免疫炎性反应[37]。

对 HT患者与正常人肠道菌群进行比对，发现HT患者普氏菌属9和小类杆菌属的丰度下降，埃希氏菌、志贺氏菌和副萨特氏菌的丰度升高[38]。另一项研究对29例HT患者与12名健康人群粪便行16s rRNA测序比对，发现了与上述研究相似的细菌丰度的改变。进一步区分粪便微生物群种属差别，发现厚壁菌门数量与拟杆菌门数量比值增加， 布劳特氏菌属、 罗氏菌属、 瘤胃球菌属、 罗母布茨菌属、 多尔氏菌属、 纺锤链杆菌属和霍氏真菌属在HT患者中增加。 而柔嫩梭菌属、拟杆菌属、普氏菌属和毛螺旋菌属在健康人群肠道中含量丰富，却在HT患者肠道中含量下降[39]。不同菌属在HT中的作用机制及AITD与其他自身免疫性疾病的菌群差异仍不明确。

目前已经有研究探讨肠道菌群参与AIT发生、发展的机制。Treg维持自身抗原耐受性并预防变态反应发生，肠道菌群的代谢产物丁酸在肠腔内浓度与Treg的数量呈正相关[40]。目前研究认为，AIT发病与Th17/Treg失衡有关，Th17增多及Treg减少可能参与发病过程[41]。肠道内的梭状芽胞杆菌,尤其是Ⅳ和XIVa簇，诱导结肠内Treg增多[42]。分节丝状菌是肠黏膜固有层Th17的诱导剂[43]。总之肠道菌群可能通过影响Th17/Treg平衡，参与AIT的发病。通过对比30名健康人和52例 HT患者，发现滤泡辅助性T(Tfh)17细胞与TPOAb和TgAb水平呈正相关，PD1+Tfh细胞百分比与TgAb水平呈正相关，表明Tfh17细胞或PD1+Tfh细胞可能在 HT的发展中起作用[44]。研究发现，分节丝状菌通过影响Tfh细胞的分化和释放加剧自身免疫性关节炎[45]。肠道菌群是否通过影响Tfh细胞来诱发AIT仍不清楚。

肠道菌群稳态失调可致机体对包括Tg在内的自身抗原的免疫耐受减退或丧失。既往研究发现，双歧杆菌791、青春双歧杆菌94 BIM、长双歧杆菌B379 M和植物乳杆菌B-01细胞成分可以选择性结合TPOAb和TgAb，菌体与机体甲状腺过氧化物酶及Tg抗原发生交叉免疫反应，刺激TPOAb和TgAb增加[46]。通过评估实验性自身免疫性甲状腺炎小鼠Tg对脾淋巴细胞刺激的增殖反应及甲状腺组织中单核细胞浸润，发现益生菌鼠李糖乳杆菌HN001和 乳双歧杆菌HN019持续喂养实验性自身免疫性甲状腺炎小鼠5～9周，其自身免疫反应不会加强[47]。

肠道上皮屏障可阻止致病性和非致病性物质进入高免疫反应性的黏膜下层。病原体、毒素、药物等因素作用会使肠道上皮通透性增加，此时肠道黏膜屏障丧失完整性，使黏膜下免疫细胞暴露于细菌和饮食抗原，导致不利的免疫活化并由此发展自身免疫性疾病。在HT患者中也发现了类似的变化，肠道黏膜屏障损伤参与HT的发生过程[48]。有研究对4例HT患者及9名健康人进行研究，与对照组相比，HT患者肠黏膜结构有明显变化，肠道微绒毛稀疏和部分消失， 同时肠道上皮细胞的形态变化与1型糖尿病时的变化相似[49]，但具体机制仍不清楚。

随着研究的深入，越来越多的学者重视肠道菌群在自身免疫及代谢性疾病中的作用。尽管研究证实AITD患者肠道菌群发生变化，但AITD与肠道菌群之间相互影响的机制尚不明确，需进一步研究。 随着技术进步，个体化医疗不断发展，肠道菌群可能对研究 AITD的发病机制提供新的发展方向，为AITD的预防、诊断及治疗提供更有利的科学依据。