益生菌对类风湿关节炎的改善作用研究进展

杨 扬，刘振民，李 楠

（乳业生物技术国家重点实验室，上海乳业生物工程技术研究中心，光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海 200436）

类风湿关节炎是一种慢性和全身性的自身免疫性疾病，其特点是滑膜关节出现炎症，并经常伴有全身性的关节肿胀变形。类风湿关节炎分布呈全球性，可于任何年龄发病，其中80%的病人于35～50 岁发病，而且女性病人的数量是男性病人的2～3 倍。在我国类风湿关节炎患病率为0.24%～0.50%，并呈逐年上升趋势。类风湿关节炎病因复杂，到目前为止，研究结果表明，病因主要有遗传因素、微生物感染、激素刺激，另外还有吸烟、饮食、寒冷等。

肠道菌群紊乱是类风湿关节炎重要病因之一。肠道菌群中双歧杆菌等有益菌群和普雷沃氏菌（Prevotella copri）等有害菌群之间的平衡一旦被打破，肠道菌群比例失调，与类风湿关节炎相关的微生物群大量增殖，引发炎症，最终导致类风湿关节炎的发生。益生菌干预有助于恢复正常肠道菌群平衡，改善肠道菌群紊乱，阻止类风湿关节炎发生和发展，甚至达到治愈目的。因此，益生菌干预可能会成为未来治疗类风湿关节炎的一种新手段。本文主要综述类风湿关节炎发病病因、机制及益生菌干预在类风湿关节炎治疗上的应用。

1 类风湿关节炎发病病因及机制

1.1 发病病因

类风湿关节炎发病病因与激素的刺激、日常饮食、寒冷或炎热的环境、病毒、DNA、微生物感染等因素密切相关。类风湿关节炎主要攻击关节处的滑膜组织，严重者会造成关节破坏和功能障碍，最终使类风湿关节炎患者丧失劳动能力[1]。

微生物可能是导致类风湿关节炎发病的重要病因。研究发现，某些具有感染性或非感染性的病原微生物及它们的代谢产物可能引起类风湿关节炎发病，它们可以通过识别类风湿关节炎滑膜成纤维细胞上Toll样受体，激活下游信号转导途径，刺激炎性细胞因子、趋化因子和组织破坏性酶分泌，从而诱导类风湿关节炎滑膜成纤维细胞增生，最终导致滑膜炎[2]。

早在20世纪初就有学者提出肠道中的革兰氏阴性厌氧菌产生过多毒素，最终被人体吸收后导致类风湿关节炎的发生[3]。随后多项研究分别对比了类风湿关节炎患者与健康人群粪便中肠道菌群的差异，结果表明，类风湿关节炎患者肠道菌群中普雷沃氏菌属、梭状芽孢杆菌属、唾液乳杆菌属丰度均增加，真杆菌梭菌属、拟杆菌属、韦荣球菌属、嗜血杆菌属丰度均减少[4]。类风湿关节炎患者存在肠道菌群失调的现象，与健康人群相比，早期类风湿关节炎患者肠道中以柯林斯菌为代表的罕见微生物大量增殖。另外，有研究者对类风湿关节炎患者粪便肠道菌群进行宏基因组学测序发现，类风湿关节炎患者肠道中革兰氏阳性菌丰富，而革兰氏阴性菌减少，其中优势菌群为梭状芽孢杆菌属、唾液乳杆菌属和戈登氏菌属等[5]。以上研究结果表明，患者肠道微生态失调、肠道细菌群落组成和功能改变可能是类风湿关节炎的发病因素之一。但以上结果均基于对人群观察分析所得，仅在单一时间点进行，且样本量较少，饮食、药物、基因背景等因素混杂，存在假阳性风险，因此并不能揭示肠道菌群失调与类风湿关节炎发病之间的因果关系，故微生物与类风湿关节炎发病之间存在怎样的关联性尚不能确定。

1.2 发病机制

到目前为止，类风湿关节炎具体发病机制尚不明确，但其可能发病机制如下。

1.2.1 Th17-Treg平衡失调

类风湿关节炎患者外周血中产生促炎细胞因子的Th17细胞表达增加，而可抑制炎症反应的Treg细胞表达降低，且Th17/Treg比值与Th1和Th17相关细胞因子的血清含量呈正相关，表明Th17-Treg失衡在类风湿关节炎的发病中可能起重要作用。而肠道菌群可导致Th17-Treg平衡失调，使得类风湿关节炎发生。Snelling[6]、Jia[7]等通过对类风湿关节炎患者进行研究发现，病情处于活跃期的类风湿关节炎患者体内的Th17水平显著高于非活跃期类风湿关节炎患者和健康人群，且Th17/Treg比值显著高于正常人群，表明类风湿关节炎患者体内Th17-Treg已发生失衡现象。而这种存在于类风湿关节炎患者血液和关节液中的失衡会导致促炎细胞因子白细胞介素-17（interleukin-17，IL-17）分泌增加，抗炎细胞因子IL-4、IL-10分泌受到抑制[8]，最终加重类风湿关节炎患者病症。

1.2.2 Tfh细胞过度反应

Tfh细胞（滤泡辅助T细胞）能辅助B细胞产生高亲和力、高滴度的抗体，激发自身免疫。但是Tfh细胞过度反应会导致类风湿关节炎等自身免疫疾病发生。有研究者发现，将K/BxN小鼠的IL-17基因敲除，诱发了关节炎，然而敲除T细胞的原癌基因Bcl6，则无法诱发关节炎[9]。以上结果表明，肠道菌群可能通过介导Tfh细胞诱导关节炎的发生，Tfh细胞并不是导致关节炎发生的因素[10]。这也是研究者关注的另一个类风湿关节炎的可能机制。

1.2.3 肠道通透性增加

肠道菌群的失调使得肠道通透性增加，导致肠道微生物及其代谢产物进入血液循环，诱发类风湿关节炎。在早期的研究中就有研究人员在类风湿关节炎患者关节滑膜中检测到细菌rRNA[11]、DNA和肽聚糖[12]。Chen Jun等[13]通过小鼠模型实验发现，肠道菌群的失衡使得上皮细胞中紧密连接蛋白ZO-1表达增加，从而肠道通透性增加，诱导小鼠类风湿关节炎发生或加重小鼠类风湿关节炎病症。

2 类风湿关节炎患者肠道菌群的差异

类风湿关节炎的发生受遗传因素和环境因素双重影响。宿主体内的微环境，如肠道菌群，作为其中一种环境因素也影响着类风湿关节炎的发生发展。临床发现，类风湿关节炎患者肠道菌群的丰度和种类与健康人群间存在显著差异。

类风湿关节炎患者的肠道中出现罕见微生物，如柯林斯菌属大量增殖的现象，导致肠道菌群失调。与纤维肌痛患者相比，早期类风湿关节炎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显著降低[14]。经过治疗后，类风湿关节炎患者肠道菌群物种丰度上升、物种多样性增加[15]，肠道菌群失调部分恢复[16]。研究人员通过宏基因组测序技术发现，早期类风湿关节炎患者肠道中普雷沃氏菌丰度显著增加，拟杆菌和梭状芽孢杆菌显著减少，这使得益生菌数量下降，从而导致类风湿关节炎患者病情加重[17]。同样地，Maeda等[18]也从早期类风湿关节炎患者肠道内检测到普雷沃氏菌的大量存在。说明普雷沃氏菌可能是类风湿关节炎患者的一个优势菌群，与病情的发展存在密切关系。另一项研究表明，嗜血杆菌的数量与类风湿关节炎患者的病情及血清抗体水平呈负相关[19]。Vaahtovou等[20]通过DNA-RNA杂交方法对比发现，类风湿关节炎患者粪便中双歧杆菌属、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显著降低。

类风湿关节炎患者也常伴有肠道菌群-黏膜失衡的现象。肠道菌群和黏膜细胞互相协同，维持肠道健康，但当二者的稳态被破坏时，与类风湿关节炎相关的微生物大量增殖，侵袭肠道黏膜表面，感染宿主，诱发免疫炎症反应，加速类风湿关节炎发展。谭迪[21]通过大鼠实验证实，将来自于类风湿关节炎患者粪便中的屎肠球菌和短乳杆菌移植到健康大鼠肠道中，它们会破坏肠道菌群-黏膜的平衡，使大鼠患类风湿关节炎。肠道内膜缺失使肠道微生物抗原暴露于宿主免疫系统，引起对某些微生物的免疫，但同时这种免疫也可能诱导宿主产生自身免疫抗原，这可能与自身免疫疾病密切相关。

人类与肠道菌群间存在大量相同的肽段，它们均能作为自身免疫原与等位基因结合，诱发自身免疫。例如，Pianta等[22]从类风湿关节炎患者的滑膜组织、滑膜液单核细胞、外周血单核细胞中均检测到HLA-DR肽段，并在普雷沃氏菌的Pc-27蛋白中也检测到该肽段的表达；将该肽段作用于40 例类风湿关节炎患者的外周血单核细胞，发现42%患者的干扰素水平上升。他们进一步对新发类风湿关节炎患者和慢性类风湿关节炎患者进行研究发现，一部分患者对于该肽段的刺激产生了免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）抗体，另一部分患者产生了IgG抗体，IgA抗体的产生与Th17细胞因子应答和大量的抗瓜氨酸化蛋白抗体（anti-citrullinated protein antibodies，ACPAs）有关，而IgG抗体与滑膜液中的普雷沃氏菌DNA、普雷沃氏菌特异性Th1反应和ACPAs产生较少有关，相比之下，普雷沃氏菌抗体反应在其他风湿性疾病患者或健康对照组中很少发现。这种存在于人类自身蛋白T细胞表位与肠道菌群相关序列的同源性，使得类风湿关节炎患者黏膜免疫和关节免疫之间产生联系。

尽管在多项研究中类风湿关节炎患者肠道菌群均出现不同程度的丰度和结构变化，但改变并非同一模式，这可能是因为受到类风湿关节炎患者患病时间、病程、生活习惯和地理位置差异，实验时对照组受试者差异，以及治疗方法差异等影响。

3 益生菌对肠道菌群的影响

益生菌是通过定植在人体内，对人体有益的一类活性微生物，但不是人体自身固有的。益生菌种类繁多，对人体作用也不尽相同。可以通过日常补给益生菌来增加体内某种或某几种益生菌的数量，达到维持人体健康的效果。益生菌能通过恢复肠道菌群稳态，减少肠道通透性，增强肠道内病原体的清除，缓解机体的炎症反应。

益生菌能够调节肠道菌群，有助于调节肠道菌群数量和结构来维持肠道微生物的平衡。乳酸杆菌、链球菌、双歧杆菌等益生菌是人和动物肠道内常见益生菌，可以作为抗原刺激机体发生免疫反应。另外，这些菌群常被制成微生态制剂，添加到动物饲料中，来提高机体抗病能力，用于防病治病。

益生菌能够调节免疫应答。益生菌能刺激树突细胞的成熟，释放免疫因子，同时还能影响树突细胞抗原呈递，诱导Treg细胞分化。益生菌还能被树突细胞吞噬，并向T细胞呈递抗原物质，刺激Th1、Th17等细胞分化。研究表明，口服婴儿双歧杆菌能诱导树突细胞成熟、刺激CD4+细胞向Treg细胞分化，抑制Th2应答[23]。

益生菌能够调节肠道代谢物。益生菌代谢物短链脂肪酸能通过G蛋白偶联受体传递信号，还能通过抑制组蛋白脱乙酰酶进行转录[24]。丁酸盐在体内和体外均能通过增加G蛋白偶联受体43和基因Foxp3位点上组蛋白乙酰化来诱导结肠固有层中Treg细胞的分化。除此之外，另一类代谢产物五羟色氨酸类物质也能发挥抑制关节炎的作用。Rosser等[25]研究发现，通过补充丁酸盐能抑制关节炎的严重程度，丁酸盐通过促进肠道中产色氨酸细菌增殖来影响色胺酸代谢，使血清中5-羟基吲哚乙酸（5-hydroxyindoleacetic acid，5-HIAA）水平上升。该研究还发现，5-HIAA能激活Breg细胞功能的转录标志物芳香烃受体，从而抑制类风湿关节炎的发生和发展。

不同益生菌改善肠道菌群的机制不同。大多数益生菌通过抑制有害菌增殖和刺激机体免疫反应来预防肠道疾病。如乳酸菌、双歧杆菌能抑制肠道中梭状芽孢杆菌、类杆菌、大肠杆菌的生长，使得内源性乳酸杆菌增加，从而达到保护肠道健康的效果。益生菌还能促进肠道内与抗癌相关的酶合成，如偶氮还原酶、硝基还原酶及β-糖苷酸酶等，因此益生菌可以通过调节肠道菌群平衡来发挥抗癌作用[26]。此外，益生菌还能通过与有害菌竞争氧气、定植位点和营养素来抑制它们的生长。例如，乳酸杆菌299V能抑制血性大肠杆菌O157:H7在肠道上皮细胞HT-29上的定植，抑制有害菌的生长繁殖，起到保护肠道健康的作用[27]。其次，当益生菌大量繁殖时也会消耗大量单糖，这会导致一些有害菌营养缺乏，从而抑制病原体的生长，保护肠道健康。

4 益生菌在类风湿关节炎治疗中的应用

近年来，尽管传统风湿治疗方法对控制延缓类风湿关节炎病情起到了一定效果，却无法根治，且长期使用时易发生感染、肿瘤等多种不良反应。随着对类风湿关节炎和肠道菌群研究的深入，发现通过补充肠道益生菌来调控类风湿关节炎患者肠道菌群稳态，在一定程度上可能会改善类风湿关节炎患者病情。

目前对于益生菌与类风湿关节炎的研究主要集中在乳酸菌属，研究人员发现，类风湿关节炎患者在早期阶段肠道中乳酸杆菌的数量显著增加[28]，而乳酸杆菌的增加有利于肠黏膜屏障增厚来抵御病原体的入侵。Vaghef-Mehrabany等[29]研究发现，副干酪乳杆菌能显著降低类风湿关节炎患者血清中炎症因子水平，显著增加抗炎因子的分泌，延缓类风湿关节炎的发展。一项随机双盲实验证实，鼠李糖乳杆菌和罗伊氏乳杆菌的摄入有利于改善类风湿关节炎患者的病症[30]。另一项研究中，Amdekar等[31]发现，干酪乳杆菌能辅助吲哚美辛治疗的关节炎诱导大鼠，缓解血管翳的形成、滑膜湿润、骨破坏等症状的发展。近年来，越来越多的研究揭示乳杆菌具有缓解类风湿关节炎的潜力。类风湿关节炎患者肠道菌群中乳杆菌属增加与乳杆菌缓解类风湿关节炎，似乎矛盾的结果提示不仅要考虑乳杆菌属的丰度，还需要关注乳杆菌的组成和结构，以及乳杆菌特性。双歧杆菌在类风湿关节炎中的研究较少，但双歧杆菌在多种免疫性疾病和代谢性疾病中表现出良好的改善性能[32]。

口服益生菌现已成为一种改变肠道菌群的常用方法，许多治疗过程也将其作为辅助治疗方法。Alipour等[33]选取30 例患病1 年以上且年龄20～80 岁的女性患者进行随机双盲临床试验，与安慰剂组相比较，口服补充干酪乳杆菌01（108CFU/g）类风湿关节炎患者的血清超敏C-反应蛋白水平、关节肿胀指数、整体健康评分和疾病活动评分均显著下降（P＜0.05），类风湿关节炎患者疾病活跃度显著下降，细胞因子IL-10、IL-12和肿瘤坏死因子-α水平显著降低。相似地，Zamani等[34]将嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧杆菌冻干粉混合制成胶囊（2×109CFU/g），给60 例类风湿关节炎患者每日服用，8 周后与安慰剂组比较，补充益生菌可改善28 个关节的疾病活动评分；此外，血清胰岛素水平、稳态模型中B细胞功能和血清超敏C-反应蛋白水平显著降低。与安慰剂组相比，服用益生菌胶囊的受试者的总脂蛋白胆固醇水平和低密度脂蛋白胆固醇水平均显著升高。另外，口服益生菌也被作为一种辅助治疗类风湿关节炎的方法。益生菌干预有助于改善某些治疗自身免疫性疾病药物所引起的胃肠道不良反应。Syer等[35]给予使用非甾体抗炎药治疗的大鼠模型3 种益生菌，包括双歧杆菌、乳杆菌和普氏粪杆菌，结果表明，益生菌能够有效缓解药物对胃肠道的影响，保护肠黏膜。所以，益生菌能通过激发肠道免疫、抑制炎症发生发展、调节肠道菌群的丰度和结构等预防或治疗类风湿关节炎。

5 结 语

类风湿关节炎的发生和发展与肠道菌群的失调有密切关系，而通过益生菌干预可以有效调节肠道菌群平衡，达到延缓类风湿关节炎发展甚至治愈的目的。随着基因测序技术不断发展，精准化治疗理念不断推广和应用，推测将来除传统治疗方案外，通过益生菌对与宿主疾病相关的肠道菌群进行干预，精准操控类风湿关节炎患者肠道菌群，使其恢复平衡状态，通过益生菌调控肠道菌群稳态有望成为治疗类风湿关节炎的一个重要途径，通过改善宿主肠道黏膜及免疫微环境，使精准化、个体化类风湿关节炎治疗方案成为可能，实现病情控制及缓解，为类风湿关节炎的治疗提供新方法。