肠道菌群对痛风免疫机制的影响研究

王慧,高惠英,李小峰

(山西医科大学第二医院风湿免疫科，太原 030001)

痛风是嘌呤代谢异常导致的一种炎症及免疫性疾病，严重者可导致肾功能不全甚至残疾[1]。近年来随着人们生活水平的提高，痛风的发病率也逐年升高，严重威胁人类健康，给患者家庭和社会带来巨大负担。随着对痛风免疫机制研究的深入发现，CD4+T细胞亚群中的辅助性T细胞17(helper T cell 17，Th17细胞)、调节性T细胞(regulatory T cell,Treg细胞)及两者之间的平衡在痛风的发生发展中发挥重要作用，并与关节症状的严重程度相关[2-5]。近年来肠道微生态已成为调控免疫系统的重要因素，与多种自身免疫性疾病和代谢性疾病相关。肠道菌群及其代谢物可通过影响免疫功能，进而调控疾病进程。有学者发现，痛风患者的肠道菌群组成与健康体检者不同，而给予益生菌治疗可有效改善关节炎症状[6]，提示痛风的发病与肠道菌群失衡有关。肠道菌群失调可影响Th17与Treg细胞的免疫平衡，通过调节肠道菌群可调控Th17与Treg细胞的免疫失衡，故有可能成为控制痛风反复发作的新方法。现就肠道菌群在痛风中的研究进展予以综述，以期为痛风的发病机制研究及治疗提供新思路。

1 痛风患者肠道菌群的分布特点

人的胃肠道内寄居着种类繁多的微生物，这些微生物互相制约、互相依存，形成一种动态平衡，并与宿主建立复杂的营养关系。肠道菌群在新生儿出生后即定植于肠道。有研究表明，早期人类肠道菌群组成是儿童和成人健康状况的相关风险因素，在宿主的整个生命中发挥重要作用[7]。肠道菌群变化与人类和动物的多种疾病相关，包括炎性肠病、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、多发性硬化症、干燥综合征等[8]。肠道菌群失衡可损坏肠道屏障，而给予益生菌治疗可增强肠道的屏障作用，改善疾病症状[9]。

痛风作为一种代谢性疾病及免疫炎症性疾病，其发生发展也与肠道菌群有一定相关性。近年来有学者通过比较痛风患者和健康人肠道菌群组成发现，痛风患者的肠道菌群组成与健康人群有明显区别，其中粪便拟杆菌富集，而柔嫩梭杆菌、普氏菌及双歧杆菌缺乏，且痛风患者肠道菌群变化要早于外周血中尿酸的变化[10]。另一项研究发现，肠道菌群变化伴随代谢产物的变化，并提出代谢产物的变化可能是影响痛风的途径[11]。Yu等[12]的动物实验发现，高尿酸血症大鼠中肠道菌群富集度较低，而给予降尿酸治疗后并不会使肠道菌群富集度恢复。

2 肠道菌群参与痛风的免疫机制

近年来随着对痛风免疫机制研究的深入发现，Th17及Treg细胞在痛风发病的免疫机制中占重要地位，而肠道菌群对痛风的影响可能是通过调节免疫机制实现。

2.1痛风的免疫机制 痛风患者的嘌呤代谢紊乱导致单钠尿酸盐沉积在关节腔，作为一种危险信号，可以触发先天性和获得性免疫反应。研究发现，单核细胞/巨噬细胞、肥大细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞均参与痛风性关节炎的发生发展[13]。单钠尿酸盐可以激活巨噬细胞，通过识别不同的模式识别受体，包括膜结合受体和细胞内模式识别受体等激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3[14]。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3是一种细胞内蛋白复合物，由核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3、凋亡相关斑点样蛋白和胱天蛋白酶1组成，在痛风性关节炎中发挥重要作用，活化的胱天蛋白酶1可以裂解白细胞介素(interleukin，IL)-1β前体与IL-18前体，从而产生成熟的IL-1β与IL-18[15]。有学者用单钠尿酸盐晶体刺激离体小鼠的腹膜巨噬细胞发现，巨噬细胞释放的促炎细胞因子增加，包括IL-1β、肿瘤坏死因子-α和IL-6等[16]。这些细胞因子相互作用，促进CD4+T淋巴细胞向不同亚群分化，发挥不同的作用。

Th17和Treg细胞均属于CD4+T淋巴细胞亚群。Th17细胞可分泌IL-17、IL-21、IL-22、IL-26、肿瘤坏死因子-α等多种细胞因子，在先天性和适应性免疫应答中占据重要地位。多项研究发现，在多种自身免疫性疾病中Th17细胞明显增多，其分泌的细胞因子IL-17在疾病的发展中发挥不可忽视的作用，其拮抗剂已用于某些自身免疫性疾病的治疗[17-19]。给予斑块状银屑病关节炎患者IL-17拮抗剂治疗，其疗效明显优于第一代肿瘤坏死因子拮抗剂[20]，提示IL-17可作为治疗免疫性疾病的高效靶标。另一项研究发现，给予痛风小鼠IL-17抗体治疗，小鼠关节肿胀程度明显减轻，并呈剂量依赖性变化[2]，提示Th17细胞在关节炎的发作中发挥重要作用。

Treg细胞是一类具有抑制体内自身免疫反应功能的CD4+T淋巴细胞亚群，其与Th17细胞作用相反，且两者之间可以相互转化。Treg细胞在维持耐受性和免疫稳态中起主导作用，影响许多自身免疫性疾病和自身炎症性疾病的发生及发展，包括自身免疫性甲状腺炎、类风湿关节炎、多发性硬化症以及系统性红斑狼疮等[21]，其数量减少及功能缺失均会影响疾病进展。Treg细胞通过多种机制发挥免疫耐受作用，其中之一为通过表达表面整合素αvβ8促进转化生长因子-β分泌，从而发挥抗炎作用，而缺乏整合素αvβ8表达的Treg细胞激活转化生长因子-β表达的能力下降，其抗炎能力也下降[22]。有学者通过测定急性和慢性痛风性关节炎患者的Treg细胞发现，急性痛风性关节炎患者Treg细胞水平升高，而慢性痛风性关节炎患者Treg细胞水平降低，且急性组转化生长因子-β的水平明显高于慢性组及健康组[3]。以上结果提示，Treg细胞及转化生长因子-β的分泌可能参与了急性痛风性关节炎的自发缓解。

Th17与Treg细胞的平衡在疾病的发生发展中发挥关键作用。杨虹等[4]研究发现，痛风患者Th17细胞表达增加而Treg表达减少，表明Th17/Treg细胞失衡在痛风性关节炎中起重要作用。而另一项对急性痛风性关节炎小鼠脾脏中Th17与Treg细胞的研究发现，Treg细胞在发作6 h时增高，随后降低，48 h再次上升，提示Treg细胞与急性痛风的自发缓解相关，而Th17细胞在24 h时达到最大值，与急性痛风性关节炎症状1 d内达到高峰相一致，Treg/Th17细胞比值在整个过程中均高于正常值[5]。以上研究证明了Th17与Treg细胞的平衡在调节关节炎症中的作用，通过调节Th17与Treg细胞的平衡而达到长期缓解痛风性关节炎的目的是治疗的新突破点。

2.2肠道菌群及其代谢物的免疫调节作用 肠道是人体最大的免疫器官，肠道黏膜分布着丰富的淋巴组织，包括派尔集合淋巴结、阑尾、孤立淋巴滤泡、上皮内淋巴细胞等，统称为肠相关淋巴组织。肠相关淋巴组织的成熟依赖于婴儿时期肠道共生菌的定植[23]，肠道菌群的定植不仅可作用于肠道免疫，对全身免疫系统也有调节作用，如肠道菌群缺失会增加肠道病原菌侵入的风险[24]。

肠道菌群最常见的代谢产物为短链脂肪酸，其在免疫调节方面发挥重要作用。短链脂肪酸在结肠中的水平最高[25]，可调节免疫相关基因的激活或关闭，诱导T淋巴细胞和B淋巴细胞活化，从而产生多种炎症因子和抗体，攻击自身组织；此外还可通过改变黏膜屏障影响免疫功能[26]，最终导致自身免疫性疾病的发生。丁酸盐是肠道菌群代谢产物短链脂肪酸的一种，其可抑制组蛋白去乙酰化酶的作用，尤其在调节肠巨噬细胞及树突状细胞在免疫应答中起作用。丁酸盐主要通过减少促炎介质(如IL-1、IL-12)释放，促进Treg细胞分化，介导炎症消退[25]。另外，肠道中的树突状细胞还可通过分泌IL-10和其他免疫调节因子诱导Treg细胞分化，最终发挥免疫耐受作用[27]。

肠道菌群的代谢产物不仅对宿主的免疫塑造发挥不可替代的作用[28]，同时在嘌呤代谢中也起着重要作用。通过对痛风患者和健康对照人群的粪便样品进行分析发现，痛风患者体内有3种肠道微生物代谢产物相对富集，分别为乙酸盐、琥珀酸盐和葡萄糖，其均可为肠道上皮细胞提供ATP，最终促进尿酸排泄，可能参与了急性痛风的自发缓解[7]。此外，苯丙氨酸也在促进尿酸排泄中发挥了关键作用[7]。痛风患者体内的甘氨酸和天冬氨酸也参与嘌呤的合成[29]。

痛风患者的肠道菌群紊乱，其中多种益生菌缺乏或丰度降低，如肠道内柔嫩梭杆菌、普雷沃氏菌属、双歧杆菌等减少，进而导致Th17/Treg细胞失衡[10]。柔嫩梭杆菌是肠道内丁酸盐的主要来源，但在痛风患者中较健康人明显减少，所以其介导的Treg细胞分化也相应减少，抗炎作用减弱，与目前发现的痛风的免疫失衡机制吻合[10]。给予无菌小鼠含有柔嫩梭杆菌的食物喂养后发现，其产生的代谢物丁酸盐可促进Treg细胞分化，在保持Th17/Treg细胞平衡中发挥重要作用[30]。有研究将提取的人外周血单核细胞暴露于不同种类的短链脂肪酸溶液中发现，丁酸盐较乙酸盐和丙酸盐有更强的促进Treg细胞分化的作用[31]。

痛风患者肠道中除柔嫩梭杆菌减少外，普雷沃氏菌属也减少。普雷沃氏菌属是一种富集于人体肠道的益生菌，通过分解膳食纤维产生乙酸、琥珀酸、少量的异丁酸、异戊酸和乳酸。有研究指出，肠道益生菌可通过激活Toll样受体2导致IL-23和IL-1等细胞因子释放，进而促进Th17细胞分化；此外还可通过刺激肠道上皮细胞产生IL-8、IL-6和CC亚家族趋化因子配体20，促进黏膜Th17细胞介导的免疫反应和中性白细胞募集，在慢性炎症性疾病中发挥关键作用[32]。但肠道益生菌的发酵产物丁酸、乳酸也可促进Treg细胞分化，介导免疫耐受，从而达到控制炎症的目的，该机制可能在痛风中发挥作用[33]。双歧杆菌在痛风患者肠道中的丰度也降低。双歧杆菌作为一种益生菌，可抑制有害细菌，改善胃肠道屏障功能，并抑制促炎细胞因子释放[34]，同时也可通过增加短链脂肪酸的产生，介导免疫耐受[35]。

综上所述，肠道菌群及其代谢产物具有免疫调节作用。痛风患者不仅肠道有多种益生菌减少，且也会影响Th17与Treg细胞的平衡。因此，痛风患者肠道菌群的变化可通过免疫调节作用在痛风的发生、发展中发挥重要作用。

3 调节肠道菌群治疗在痛风中的进展

益生菌具有预防和治疗各种全身疾病的潜在作用，包括炎症性疾病和自身免疫性疾病，如类风湿关节炎、溃疡性结肠炎、多发性硬化和肝性脑病等[36]，且相应的治疗方案已开始应用于临床。

最早益生菌是用于胃肠道疾病的治疗，尤其在炎性肠病与肠易激综合征中有很好的疗效[37]，而益生菌与益生元结合治疗的疗效更佳[38]。目前在自身免疫性疾病方面，益生菌治疗尚处于起步阶段。粪便微生物群移植一直被认为是一种很有前景的控制疾病进展的治疗手段。有研究已经证实通过粪便微生物群移植可激活不同的免疫途径，减少结肠炎症，并恢复肠内稳态，通过先天性和适应性免疫细胞介导IL-10产生，最终达到控制疾病的目的[39]。

痛风既是一种代谢性疾病，也是一种自身免疫性疾病，目前关于痛风肠道微生物的研究相对较少，且关于益生菌治疗痛风的研究更少。人体肠道内的微生物种类繁多，不同疾病又有不同的菌群谱，不同菌群对免疫功能的调节作用也不尽相同，故需要根据不同的疾病选择不同的益生菌。有些传统药物具有免疫调节和调节肠道菌群的作用，如二甲双胍可通过抑制雷帕霉素靶蛋白信号转导调节Th17/Treg细胞的平衡，从而减轻尿酸盐沉积引起的炎症性改变[40]。此外，二甲双胍还可通过改善患者的糖代谢改变肠道菌群分布，最终控制疾病[41]。因此，为了将肠道菌群更好地应用于痛风的治疗，需深入研究痛风患者的肠道菌群与免疫系统之间的调控机制。

4 小 结

肠道菌群可通过调节免疫功能达到预防及治疗自身免疫性疾病的目的，并已在动物实验和临床试验中得到证实。有学者提出，检测痛风患者的肠道微生物可能较单纯检测血尿酸水平能更早、更准确地预知疾病的发生[10]。随着细菌组学、代谢组学及基因组学的发展，将会更深入地了解肠道菌群调节免疫功能的机制，但肠道菌群数量庞大、种类繁多，其与人体的相互作用十分复杂，且不同种类的肠道菌群之间又相互作用，这提示不仅要研究不同种类的肠道菌群，更要关注不同肠道菌群之间的平衡对疾病的作用。虽然肠道菌群对痛风免疫系统的影响尚未完全明确，还需进行更多的探索，但现有的研究提供了一个研究方向：可通过探索痛风患者肠道菌群的分布特点，通过靶向调控肠道菌群恢复其生态平衡，最终达到治疗疾病的目的。