肠道菌群与川崎病

柴小娟，原新慧，李宇宁，陶仲宾

川崎病（Kawasaki disease，KD），又称皮肤黏膜淋巴结综合征，1967年由日本川崎富作首先报告，这是一种免疫相关性系统性血管炎综合征，以全身中、小动脉受累为主，未经正规治疗的病儿约15%～25%会发展为冠状动脉病变，而发病早期使用静脉注射用人免疫球蛋白（IVIG）治疗可将冠状动脉瘤的发生率降低至5%以下[1]。KD病因不明，多数研究认为KD是由一种或多种病原体感染引起，作用于有遗传易感性的儿童，激活机体免疫系统，导致免疫失衡和血管内皮炎症。目前超抗原理论是KD的主要研究方向，但迄今为止，尚未鉴定出可以单独或共同诱发KD的特定病原体或超抗原[2]，近年来研究表明，KD相关超抗原可能部分来源于肠道菌群，而其启动子很可能是从人体肠道入侵的[3]。许多研究通过对粪便的宏基因测序发现KD病人存在不同程度的肠道菌群紊乱[4-6]，这可能与KD的病因、发病机制相关。作者将对肠道菌群紊乱与KD的发生发展，以及干预肠道菌群应用于治疗和预防KD的发病做一综述。

1 肠道菌群与免疫

肠道菌群在人体的整个生命周期中具有重要作用，从相对简单的微生物组成开始，随着遗传、环境和生理（如营养、生活方式、激素的变化、免疫力）等相关因素的影响，微生物群的复杂性增加，使得微生物群逐渐成熟。微生物群由数万亿微生物构成，其中至少有1 000种不同的细菌、真菌和病毒，主要定植于人体皮肤和黏膜表面，其中以肠道菌群含量最为丰富[3]。肠道菌群可以维持肠道机械、化学和生物屏障的稳定性，调节黏膜中T细胞和B细胞的增殖和分化，介导细胞因子的分泌，并促进浆细胞分泌分泌型免疫球蛋白A（SlgA），从而调节肠道黏膜免疫反应[7]。在这个过程中，活化的免疫细胞可以通过淋巴结迁移到血液循环中并诱导全身性免疫反应[7]。肠道菌群紊乱可诱发多种疾病，如炎症性肠病、过敏性疾病和自身免疫性疾病[8]。

肠道是肠道菌群与黏膜免疫系统相互作用的界面，人体与肠道菌群是互利共生的关系，免疫系统可协同共生菌抵抗致病菌的入侵，而肠道菌群对肠道免疫系统的发生、发展具有调节作用。动物实验表明，微生物的定植可以促进肠道上皮的解剖发育，增加上皮细胞的周转率，并启动肠道相关淋巴组织的成熟[9]。近来有关Treg和Th17在肠道免疫系统中的作用及其对微生物群的调节受到了广泛关注，研究发现[10]梭状芽孢菌属通过酵解肠道内未经消化的碳水化合物产生短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFAs），SCFAs通过G蛋白偶联受体激活途径可以增加Foxp3的表达及Treg细胞的数量，而SCFAs浓度降低可导致无菌小鼠的肠道Treg细胞发育受损，提高SCFAs浓度或用共生菌重建肠道微环境可使得小鼠Treg细胞恢复，这说明肠道菌群与Treg细胞的发育密切相关。无菌小鼠中Th17细胞的数量显著低于正常水平，分节丝状菌（segmented filamentous bacteria，SFB）是一种条件致病菌，可通过增加血清淀粉样蛋白A使得小鼠肠道内Th17细胞生成增多，提示肠道微生物在Th17细胞发育中有重要作用[11]。此外，有学者发现早期环境细菌暴露不足可使将来发生哮喘、过敏及自身免疫病的风险增加[12]。肠道菌群不仅可以促进宿主免疫系统的发育，还可以通过不同途径调节免疫细胞功能，从而参与自身免疫病的发生发展。因此，寻找对肠道菌群功能改变产生关键作用的菌种或菌株，探究其免疫调节机制，将为KD发病机制和发现防治新策略提供不同的思路。

2 川崎病相关肠道菌群改变

随着高通量测序技术的发展，可以对肠道菌群进行精确检测，以获得丰富的肠道菌群信息。早期基于细菌培养的方法发现与健康对照组相比，KD儿童中可产生热休克蛋白60（hsp60）的革兰阴性菌（例如奈瑟菌、不动杆菌、肠杆菌和韦氏菌）以及具有超抗原特性的革兰阳性菌（包括链球菌、葡萄球菌）的比例显著增加，而具有抗炎特性的乳酸菌比例显著减低[6]，提示肠道菌群紊乱可能参与KD发病，但细菌培养不能检测到一些不可培养的和低丰度的致病菌。

沈男等[4]通过PCR扩增KD病儿和健康儿童粪便样本中16S rRNA基因的V1～V2可变区，并在高通量测序后进行粪便样本的细菌学分类，采用a多样性、β多样性、线性判别分析和LEfSe差异分析比较KD和健康儿童肠道菌群的丰度、多样性、组成和特征差异发现，KD组病儿肠道微生物群结构及其丰度改变，其显著差异的变化为乳酸菌属、韦荣球菌属和梭菌属丰度减少，而拟杆菌属、肠球菌属和副杆菌属丰度增加。与沈男研究结果不同，SHEN等[5]通过高通量测序分析发现与健康对照组相比，KD组拟杆菌门菌的丰度显著减少，而且首次发现Dorea在KD组几乎缺失，此差异可能与样本量、抗生素使用、出生方式、喂养方式等有关，后期需要大样本研究进一步探究。另外，陈杰等[6]研究发现与健康对照组相比，急性期KD病儿肠球菌属、不动杆菌属、螺杆菌属、乳球菌属、葡萄球菌属、丁酸单胞菌属的丰度显著升高，而急性期KD中产SCFAs的肠道菌群，如梭菌属、小杆菌属、普雷沃菌属、优杆菌属、罗氏菌属及巨型球菌属的丰度显著低于健康对照组，与急性期KD相比，非急性期KD中产SCFAs的肠道菌群，如小杆菌属、普雷沃菌属、布劳特氏菌属、梭菌属、罗氏菌属及瘤胃球菌属丰度显著增加，而且急性期KD病儿中血清炎性细胞因子IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、TNF-α和INF-γ水平较健康对照组显著升高，相关分析表明肠球菌属丰度改变与IL-2、IL-6呈正相关（r=0.39，P=0.01；r=0.39，P=0.02），螺杆菌属丰度改变与IL-6呈正相关（r=0.37，P=0.00），证实了肠道菌群紊乱与KD免疫发病机制之间的相关性。

3 肠道菌群参与川崎病的发病机制

KD是一种急性免疫功能紊乱所致的血管炎综合征，其核心特征是免疫系统过度激活和炎症因子级联释放。研究发现在KD急性期Th17比例和其分泌的细胞因子IL-17，IL-6和IL-23的水平显著升高，而Treg比例和其转录因子（例如FoxP3）的表达显著降低[10]。并且KD的治疗效果与Th17水平下降及Treg水平上升有关[13]，均提示Th17/Treg失衡参与KD的发病。Treg细胞介导了多种免疫机制，包括抑制细胞因子IL-10、TGF-β等的分泌，抗原提呈细胞的功能修饰或杀死，通过细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4抑制细胞接触依赖[14]。Treg细胞主要是由肠道微生物产生的SCFAs，如乙酸、丙酸或丁酸等刺激后的幼稚T细胞前体产生的[10]，而SCFAs不仅可通过诱导上皮细胞产生TGF-β1促进Treg细胞的生成，而且还可以以GPR4315（属于G蛋白偶联受体家族）依赖性方式诱导胸腺Treg细胞的增殖[15]。此外，丁酸酯可抑制组蛋白脱乙酰基酶并促进Foxp3增强剂中组蛋白H3的乙酰化，从而导致幼稚CD4+T 细胞分化为外周 Treg细胞[15]。Kazunari Kaneko等[10]通过宏基因测序对使用IVIG之前的KD病人的粪便样本及健康儿童的粪便样本分析发现，KD病人粪丁酸浓度显著降低（P<0.05）。先前的研究表明，梭状芽孢杆菌通过产生丁酸来调节Treg细胞的生成，而KD急性期梭状菌丰度显著降低，提示肠道菌群紊乱参与KD的发生发展。此外，肠道菌群在Th17的诱导中也起着至关重要的作用。Th17是CD4+T细胞的一种亚型，可增强针对真菌和某些细胞外细菌的免疫应答，Th17可产生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22及IL-26等细胞因子，可放大炎症反应，Th17的异常调节会导致炎症和自身免疫性疾病的发展。Wang等[16]研究发现SFB可通过微生物粘附触发的内吞作用将SFB抗原蛋白转移到小肠上皮细胞，并诱导IL-17和IL-22的生成。无菌小鼠中Th17细胞缺失，而在SFB刺激后Th17细胞水平升高[17]。啮齿类动物中可能存在与SFB相似的人类共生细菌，因为从溃疡性结肠炎病人的粪便中分离出的细菌菌株混合物可能诱导Th17发育[11]。之前已有大量研究证实KD急性期Th17显著升高，而且Th17的水平影响KD对IVIG的敏感性[13]。因此，肠道菌群可导致Th17/Treg的失衡，而Th17/Treg失衡可引起KD的过度免疫反应。

黄宏琳等[18]通过测定KD病儿和健康对照组血清中TNF-α、IL-6、IL-1β等指标发现，KD组TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于对照组；而且冠状动脉损伤组TNF-α、IL-1β、IL-6水平均高于非冠脉损伤组，提示TNF-α等炎性因子参与KD发病。张少锋等的研究进一步证实了这一点[19]。双歧杆菌是放线菌属的一属，放线菌是健康人肠道中存在的主要门系之一，双歧杆菌菌株主要分为四种不同的种，长双歧杆菌、短双歧杆菌、两歧双歧杆菌和动物双歧杆菌。有研究报道在体外模型中，动物双歧杆菌和长双歧杆菌可诱导产生大量的 IFN-γ 和 TNF-α[15]，提示双歧杆菌可能通过产生TNF-α而参与KD发病，但目前尚无相关研究，故后期可为KD肠道菌群相关发病机制的研究提供又一方向。

4 川崎病菌群相关防治措施

临床研究发现肠道菌群可通过免疫调节机制参与多种疾病的发病，如系统性红斑狼疮、炎症性肠病、过敏性疾病及慢性肾脏疾病等，也有大量研究通过调节肠道菌群的组成和功能来干预疾病的发生发展。研究发现肠道中有益菌尤其是肠杆菌、双歧杆菌、乳酸菌和玫瑰菌等的恢复，可缓解KD的临床症状[20]，因此，可针对KD的菌群干预治疗进行进一步研究，以发现KD新的治疗方法。

越来越多的研究表明，膳食纤维会影响肠道菌群的组成，膳食纤维不仅可为肠道菌群的细菌活性提供能量来源，还可以直接或间接影响肠道黏膜的免疫反应，因此可通过改变饮食结构来调节肠道菌群，进而改善免疫反应[21]。SCFAs为肠道微生物酵解产物，研究发现SCFAs，尤其丁酸酯可以改善肠道屏障功能，不仅可以延缓炎症性肠病、1型糖尿病和非酒精性脂肪肝的发展，而且在治疗方面也有积极作用[22]，因此，SCFAs可对后期KD的治疗研究提供新思路。益生菌与病原菌可竞争营养和附着部位，并通过改变肠道微环境中PH值和抗菌物质的分泌来维持肠道屏障的健康[22]，现有的治疗方法结合益生菌干预可能对KD的治疗或预后有帮助。Dorea是人类肠道中的一种产气菌，通过碳水化合物的发酵产生SCFAs及不同量的氢和二氧化碳，而氢是一种新型抗氧化剂[5]。研究发现吸入氢气可以抑制败血症小鼠的全身炎症反应，减少由炎性因子引起的病理损伤，并提高败血症小鼠的存活率[23]。另外，有研究使用H2治疗了4名有发烧、疼痛等症状的急性红斑皮肤病病人，治疗后病人症状缓解，没有复发，这可能与H2的抗炎作用有关[24]，提示适量的氢可以增加肠内皮屏障功能并起抗炎作用，可能对KD的治疗有帮助，后期可进行相关研究。粪便菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）是指粪便菌群从健康供体向患病受体的肠道转移，从而恢复肠道微生物群落的组成和功能，并抵抗病原体的定植[25]，研究发现FMT对复发性艰难梭菌感染有显著疗效[26]，而且对炎性肠病、结肠炎、代谢综合征、自闭症等均有疗效[25]，因此，FMT为KD的治疗提供了新的方向，后期有待研究。

5 小结与展望

综上所述，KD与健康对照组相比肠道菌群丰度及结构有显著差异，而且KD急性期与非急性期肠道菌群的结构及丰度亦存在差异，肠道菌群紊乱所致免疫失衡参与KD的发病，但目前有关肠道菌群与KD发病机制及治疗的研究尚不成熟，后期仍需要大样本研究探索肠道菌群的功能，并寻找对肠道菌群整体功能改变产生关键作用的菌种或菌株，探究其免疫调节机制，为KD的深层发病机制和防治策略提供新的思路。