小肠固有免疫与糖尿病的研究进展①

周琳悦 刘雪辉 刘 燕 贾华楠 马旭红 谢春光 （成都中医药大学临床医学院，成都 610075）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一种内分泌代谢性疾病，其特征为显著改变的葡萄糖代谢及血液中葡萄糖呈高浓度，归因于胰岛素分泌减少或胰岛素利用缺陷［1］。根据国际糖尿病联盟最新出版的《糖尿病地图集（第9 版）》，仅2019 年20～79 岁成年人中约有420万例死亡由DM引起，占全球死亡人数的11.3%［2］。同时DM 及其并发症均导致个人及家庭、卫生系统和国民经济重大负担。2019 年全球DM 直接健康支出为7 600亿美元，预计2030年将增长至8 250亿美元，2045年将增长至8 450亿美元［3］。我国亦是全球DM 患病率上升最快的地区之一［4］。DM 发病机制复杂，且与遗传、环境及免疫因素等密切相关。其中，免疫与DM 的关系一直是医疗领域研究热点［5-6］。近十年来，国内外诞生了大量关于小肠固有免疫如何影响DM 发生发展的研究，可能成为治疗DM的新方向，现将相关研究进展综述如下。

1 固有免疫概述

免疫应答分为固有免疫应答与适应性免疫应答。固有免疫应答又称先天免疫应答，指机体受到病原体攻击时即刻做出反应，是机体抵抗病原体的第一道防线，也是预防感染和维持体内稳态的关键免疫应答［7-9］。同时，固有免疫亦在适应性免疫激活和调节中起关键作用［10］。固有免疫应答在生物个体出生时即具有，与适应性免疫应答相比，其特征为：①对抗原无特异选择性，作用范围广泛；②反应迅速，应答分为两个阶段：接触抗原的0～4 h 为即刻固有免疫应答阶段，4～96 h 为早期诱导固有免疫应答阶段，能快速排斥与清除抗原物质；③维持时间较短，无免疫记忆功能，不发生再次应答。

固有免疫系统发生免疫应答的方式主要有3 种。第一种是依靠模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）识别病原体相关模式分子，以此区分自身组织与外来微生物。常见的PRR 包括：Toll 样受体（TLR）、NOD 样受体（NLR）、C 型凝集素受体（CLR）、RIG-Ⅰ样受体（RLR）和AIM2 样受体（ALR）［11］。第二种方式是识别损伤相关分子模式，通常在组织损伤、感染和炎症过程中上调和释放［12］。第三种方式是检测“自失（missing-self）”效应，主要体现在NK 细胞，优先攻击被识别为已感染的宿主细胞，这些宿主细胞的特征为丢失或改变MHCⅠ［13］。

固有免疫系统主要由组织屏障、固有免疫细胞及固有免疫分子组成。组织屏障功能主要体现于皮肤与黏膜，可隔离与阻止病原体入侵，防止微生物扩散和感染［14-16］。固有免疫细胞主要包括经典固有免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞、肥大细胞等）、固有淋巴样细胞（innate lymphoid cells，ILCs）及固有样淋巴细胞（NKT 细胞、γδT 细胞和B-1 细胞）。固有免疫分子主要包括补体系统、细胞因子及其他抗菌物质，均对免疫应答至关重要［17-20］。

2 小肠固有免疫与DM

小肠在西医解剖学中被划分为消化系统的一部分，在体内发挥消化与吸收功能，亦是体内重要的免疫器官之一，发挥免疫应答作用。小肠固有免疫系统主要分为三部分，即组织屏障功能、固有免疫细胞及固有免疫分子。

2.1 小肠组织屏障功能 小肠组织屏障是小肠固有免疫的第一道防线，具有物理屏障、化学屏障及微生物屏障三重屏障功能，其屏障功能异常与肥胖和DM 发病机制有关，如菌群改变及跨膜闭锁蛋白、紧密连接蛋白ZO-1、黏蛋白合成、连接黏附分子等减少［21］。

2.1.1 物理屏障 肠黏蛋白层和肠上皮细胞层共同构成物理屏障。肠黏蛋白层是胃肠道的第一个物理屏障，由两层组成：一层牢固附着于上皮细胞的内层和一层较厚但较松散且黏附较少的外层。内层不允许细菌渗透，可阻断上皮细胞表面与细菌直接接触；与之对应，外层具有共生细菌，共生细菌阻止病原菌进入内外黏液层。肠上皮细胞层是第二个物理屏障，为单层细胞，具有高度选择性，主要功能为防止有害的内腔物质（如外来抗原、微生物及其毒素）通过，同时允许必需的饮食营养素，如电解质和水从肠腔转移进入全身循环［22］。

小肠物理屏障完整性破坏或通透性增加会使细菌和内毒素转移到血液和淋巴系统，引起感染或炎症［23-25］。转移到血液中的内毒素LPS 与LPS 结合蛋白或脂蛋白结合，并与免疫细胞上的表面受体（如TLR4）相互作用。在MD2 与CD14 协同作用下，TLR4 二聚化并引发细胞内信号传导，NF-κB 活化，从而产生促炎细胞因子，最终引发炎症［26-28］。既往研究表明，肥胖和DM 小鼠肠道通透性增强，以代谢性内毒素血症和低度炎症为特征［21，29-30］。这一点也在2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者身上得到了验证［31-32］。这种非特异性炎症还会通过NF-κB途径和JNK 信号通路进一步加重胰岛素抵抗和T2DM［33-35］。肠黏膜损伤已成为T2DM 患者常见的病理状态，病程长且血糖控制不良患者往往更严重［36-39］。治疗方面，最新研究已证实可通过保护肠道屏障功能和抑制LPS 转运改善炎症，是一种有前途的T2DM 治疗手段，而中药左归复方正是遵循这种方式治疗T2DM［40］。

2.1.2 化学屏障 肠道分泌的各种消化酶、溶菌酶、糖蛋白和糖脂等化学物质构成了肠道化学屏障。肠道中的α-葡萄糖苷酶是一种重要的消化酶，主要用于分解各种糖类物质。近年研究表明多种膳食及中药材，如茶叶、苹果、高良姜等，均可与α-葡萄糖苷酶活性位点相互作用从而抑制其活性，使小肠对葡萄糖的吸收延迟，最终控制餐后高血糖［41-43］。同样，肠道中的α-淀粉酶被抑制也能很好地限制淀粉消化，从而降低餐后血糖［44］。

另外，位于小肠隐窝底部的肠上皮分泌细胞或潘氏细胞可通过分泌抗菌肽发挥固有免疫作用［45］。生理状态下，肠道上皮细胞主要通过PRR 和微生物相关分子结合刺激上皮细胞合成和释放抗菌肽和黏液［46-47］。病理状态下，肠道菌群结构发生异常，从而导致化学屏障功能异常，参与胰岛素抵抗、炎症、DM 发生。研究显示，T1DM 的发生发展可归因于肠道菌群和免疫系统相互作用，抗菌肽、细菌产物、微生物及其代谢物都有可能直接促进炎症［48］。研究人员也观察到T1DM 小鼠（NOD 小鼠）肠道中，肠上皮黏液分泌细胞，即杯状细胞数减少，黏液产生减少，肠道化学屏障功能障碍先于T1DM发作［49］。

2.1.3 微生物屏障 人体肠道有100～1 500 种近100 万亿个细菌，具有抵御病原菌入侵、保护人体健康的功能，称为肠道微生物屏障。越来越多的证据将肠道菌群变化与肥胖和葡萄糖不耐受联系起来。这种观点最初来自一项实验结果，即无菌小鼠高脂饮食后，体内脂肪减少，且未出现肥胖或胰岛素抵抗，但小鼠肠道菌群重建2 周后，无菌小鼠恢复肥胖，并出现胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良［50-51］。证实肠道菌群在DM的发生中占有重要地位。

已有多项研究表明肠道菌群可通过短链脂肪酸等代谢产物调节宿主适应性免疫应答，同时在肠道固有免疫调节中具有重要作用［52］。首先，肠道菌群是维持肠道上皮完整性的关键因素。研究证实双歧杆菌、阿克曼菌和乳酸杆菌在肠道黏膜保护中发挥作用，其丰度减少将引发各种肠道疾病和全身性轻度炎症［53-55］。膳食纤维发酵产物丁酸盐可为肠上皮细胞提供能量，且有证据表明丁酸酯不仅可直接增加肠道黏蛋白2 和紧密连接蛋白表达，还可通过抑制NF-κB 表达发挥抗炎作用［56］。T2DM 患者肠道菌群则同时具备两个特征，即产生丁酸盐的细菌减少和机会致病菌增加，进一步导致肠物理屏障损伤，使细菌或LPS发生肠黏膜易位［57］。再者，肥胖和非肥胖DM 小鼠研究发现，肠道菌群失衡导致细胞因子生成增加，从而攻击并破坏胰腺β 细胞［58-60］。细菌代谢产物也可能直接攻击胰岛，链霉菌属产生的毒素可通过抑制腺苷三磷酸酶降低葡萄糖耐受，减小胰岛体积和降低β 细胞质量［61］。此外，研究提示表观遗传学改变与DM 相关，有益的肠道微生物可显著提高小肠细胞TLR4 基因CPG 区域甲基化修饰频率，避免产生过度炎症反应［62］。另外，肠道菌群改变不仅存在于已确诊的T2DM患者，在DM前期或经不同药物干预的DM患者中同样存在，对比3个阶段患者肠道菌群，其多样性均出现明显差异，主要以厚壁菌门和拟杆菌门菌群变化为主［63］。

治疗方面，二甲双胍通过增加肠道中阿克曼菌数量、改善LPS 入血引起的慢性炎症［64］。而中药在此方面也有巨大潜力，不仅对肠道菌群有积极的调节作用，同时肠道菌群也有利于中药代谢，使其有效成分更好地发挥作用，对DM治疗有益［65］。

2.2 小肠固有免疫细胞 虽然固有免疫细胞种类繁多，但由于中性粒细胞、嗜酸性粒细胞及嗜碱性粒细胞主要在血液中发挥作用，NK 细胞亦主要分布于外周血和脾，NKT 细胞研究大部分在外周血中，B-1 细胞研究主要聚焦于腹膜，故目前小肠固有免疫细胞与DM 的相关研究主要集中于巨噬细胞、ILCs（ILC1s、ILC2s 和ILC3s）及γδT 细胞［66-70］。本文以这几种细胞为主要综述对象。

2.2.1 巨噬细胞 巨噬细胞主要存在于体腔黏膜，由巨噬细胞前体细胞发育而来，有M1（经典活化的巨噬细胞）和M2（旁路活化的巨噬细胞）两种表型，且在一定条件下两种表型可相互转化。巨噬细胞最重要的功能是参与炎症反应，其中M1 型巨噬细胞可引发炎症，M2型巨噬细胞则可抑制炎症。

肥胖是引起DM 的重要因素，肥胖的慢性全身性炎症促进脂肪组织重塑和代谢变化。巨噬细胞是肥胖引起慢性全身性炎症的主要元凶，使免疫功能持续处于失调状态，从而造成恶性的脂肪-巨噬细胞串扰，导致胰岛素抵抗和代谢异常［71］。一项针对T2DM 大鼠的相关研究中，肠系膜淋巴结流式细胞计数表明DM 大鼠巨噬细胞比例升高，肠黏膜免疫因子表达检测中，巨噬细胞迁移阻断因子转录增加［72］。相同结果也呈现在喂食高脂饲料的C57BL/6J小鼠中，喂养期间测量第2、4、8周时近肠、中肠和末梢小肠基因表达，发现巨噬细胞迁移阻断因子在整个小肠及喂养期间的多数时间点都被上调［73］。M1/M2 型巨噬细胞极化与两者平衡是导致胰岛素抵抗或T2DM 的重要因素。巨噬细胞在细胞因子IFN-γ 或TNF-α 等诱导下发生M1 极化，而在IL-4 或IL-13诱导下发生M2极化［74］。目前研究较多的极化相关通路主要包括JAK/STAT、IRF、Notch 及PI3K/Akt 信号通路［75-78］。M1 型巨噬细胞通过分泌促炎细胞因子，如IL-1、IL-8、TNF-α 等，使机体处于低度炎症状态，继而引起胰岛素抵抗，逐渐发展为DM；M2型巨噬细胞则释放TGF-β1 及IL-10 抑制炎症反应，TGF-β1 还可激活Wnt 信号通路，利于胰岛β 细胞增殖，使胰岛素分泌恢复正常，有助于DM 恢复［79］。研究表明，补充益生菌能改善糖尿病预后，其机制可能为通过TLRs/MyD88/NF-κB 信号通路上调巨噬细胞M2极化和下调巨噬细胞M1极化［80］。

2.2.2 ILCs ILCs广泛存在于人体黏膜组织，在代谢性炎症、胰岛素抵抗及DM 发生发展中起重要作用［81］。根据ILCs 产生与功能将其分为5 个亚群，即NK细胞、ILC1s、ILC2s、ILC3s和LTi细胞［82］。本文重点讨论小肠中ILC1s、ILC2s 及ILC3s 3 种亚型对DM的影响。

ILC1s 通常是非细胞毒性或弱细胞毒性的，具有抵御病毒和某些细菌感染的作用，如弓形虫或艰难梭菌感染［83-84］。ILC1s主要以产生细胞因子IFN-γ为特征，且需要转录因子T-bet实现这一功能。外周血和脂肪组织中，ILC1s高水平患者发生T2DM 的风险增加13.481倍［85］。ILC1s产生的IFN-γ可诱导CD8+T细胞活化，从而引起胰岛β 细胞破坏［86］。T1DM 患者十二指肠组织中还观察到ILC1s 和CD8+CXCR3+T细胞（Tc1）增多［87］。

ILC2s由其产生2型细胞因子IL-4、IL-5和IL-13的能力定义，是一种组织驻留细胞［88-92］。其中IL-13是M2 型巨噬细胞极化的主要上游调节因子，而M2型巨噬细胞极化有利于控制DM 进一步发展［93］。ILC2s 亦可促进脂肪组织中白色脂肪组织转分化为褐色脂肪组织，改善机体产能代谢［94］。研究还发现T1DM NOD 小鼠小肠中Th2 细胞、ILC2s 和Treg 细胞减少［49］。

ILC3s 大量存在于小肠黏膜，并参与细胞外细菌固有免疫应答和肠道共生菌抑制［95-97］。ILC3s 的主要作用是产生细胞因子IL-22，通过IL-22 维持肠道稳态，促进肠道干细胞增殖。此外，ILC3s 还可调节Th17 细胞参与免疫应答［98］。ILC3s 分泌的IL-22能够有效抑制胰岛β 细胞相关炎症信号通路活性，改善氧化应激，保护胰岛β 细胞［99］。肠道共生菌群能够通过TLR 受体作用于树突状细胞，促进其分泌IL-23，IL-23 又作用于ILC3s，刺激ILC3s 分泌IL-22，IL-22使上皮细胞内的STAT3发生磷酸化，继而阻碍转录抑制因子REV-ERBα 转录，REV-ERBα 的作用与昼夜节律相关，被抑制后促使NFIL3 转录，NFIL3调节多个代谢相关基因表达，最终实现生物节律对代谢的调控［100］。ILC3s 中昼夜节律调节蛋白Arnt1自主消失时，肠道ILC3s 稳态中断、出现上皮反应性受损、肠道微生物群失调及脂质代谢受损等［101］。T1DM 患者十二指肠组织中观察到ILC3s 和Tc17 减少［87］。高脂饲料喂养的小鼠与瘦型小鼠相比，产生IL-22 的NKp46+CD4-的ILC3s 比例也降低［102］。近期研究发现游离脂肪酸受体2（free fatty acid receptor 2，FFAR2）主要在小肠ILC3s 中高表达，FFAR2 能够介导IL-22 产生与增殖，这种介导并不会导致IFN-γ产生，因此可将FFAR2 作为调节小肠ILC3s 从而治疗T1DM 的特定目标，以此改善机体炎症环境，最终预防或阻断胰腺β细胞自身免疫应答［103-105］。

2.2.3 γδT细胞 γδT细胞是ILL的一种，于1986年被首次发现［106］。γδT 细胞可桥接固有免疫和适应性免疫，在许多感染、自身免疫性疾病、过敏和免疫调节中具有重要作用［106-108］。γδT细胞根据基因表达不同分为几个亚型，健康成年人外周血中，多数γδT细胞为Vγ9Vδ2+T 细胞，通常占循环淋巴细胞的1%～10%。这些细胞在肠道、肝脏和其他上皮组织中很少见，而Vδ1+γδT 细胞在这些部位的出现频率更高［109］。同时，参与炎症反应的两个重要细胞因子IL-17和IFN-γ也均可由γδT细胞产生［110］。

一项研究中，经高脂饲料喂养的小鼠肠道中γδT 细胞比例发生改变，通过12 周高脂饲料喂养，小鼠小肠产生IL-17 的γδT 细胞增加［102］。而人体研究与小鼠情况不同，肥胖患者空肠黏膜中γδT 细胞总量无变化［111］。可能由于人和小鼠γδT 细胞发育过程及γδT 细胞不同亚型在组织中分布位置不同，两者不具有直接可比性，从一个研究结果推到另一个时需格外注意［109，112-116］。由于目前研究数量有限，小肠γδT细胞与DM的具体关系有待进一步明确。

2.3 小肠固有免疫分子 固有免疫分子包括补体、细胞因子与酶类物质等，免疫细胞分泌的细胞因子与DM 的关系研究最为深入。正常人群肠道微环境细胞因子以高滴度的sIgA 及IL-10 为主，而代谢综合征患者肠道固有层及上皮中促炎因子增加［117-118］。T1DM 患者肠上皮细胞培养物中观察到较高水平的IL-17C，证明DM 患者肠道具有促炎微环境［87］。高脂饮食诱发的肥胖亦与炎症有关，炎症又会促进胰岛素抵抗发展。几项采用高脂饮食喂养小鼠的实验中，发现小鼠回肠免疫结构变化与肥胖过程中变化一致，小鼠回肠中的IL-22、IL-17A、IL-17F和IL-10 mRNA 水平下降，已知这些mRNA 水平可维持肠上皮屏障完整性［119-120］；回肠中TNF-α mRNA 显著增加，且这种增加与体重增加、肥胖、血浆胰岛素和葡萄糖水平相关［121］。另一项DM大鼠实验则发现模型组大鼠肠黏膜中促炎因子IL-1β、TNF-α 转录增加，具有肠黏膜屏障保护作用的IL-4、IL-10转录减少。小檗碱干预后，IL-1β转录受抑制，高剂量小檗碱组TNF-α 水平降低，IL-10、IL-4 转录增加，这种作用与调控TLR4/MyD88/p-IKKβ/NF-κB信号通路相关［72］。肥胖人群空肠标本中，固有层和上皮部分各种促炎细胞因子均增加，包括IL-23、TNF-α、TGF-β、CCL5及IFN-γ，同时胰岛素抵抗的肥胖受试者十二指肠中IFN-γ与IL-1β水平升高［111-122］。肠道菌群也与DM 发生息息相关。ILC3s 分泌的IL-17和IL-22在维持肠道屏障和调节肠道菌群方面起关键作用［123］。喂食高脂饮食的NOD2 缺陷型小鼠肠系膜淋巴结和回肠中观察到IL-17和IL-22基因表达降低［124］。而IL-17/IL-17R轴可驱动肠中性粒细胞迁移，减少肠道营养不良，并抑制LPS向内脏脂肪组织转运，预防代谢综合征［119］。

3 结语

一直以来，小肠的消化吸收功能最为人所熟知，但小肠亦是机体重要的代谢器官，具有内分泌功能，可分泌GLP-1、PYY、GIP 等激素，通过促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌、延缓胃排空及抑制食欲等途径调控机体代谢［125-127］。此外，小肠还具有免疫功能。小肠固有免疫失衡与DM 的关系已成为世界DM 研究的前沿、难点和新兴领域。本文总结了小肠固有免疫系统在DM 发病机制中的作用，包括小肠组织屏障功能障碍、小肠固有免疫细胞功能失调与小肠固有免疫分子比例失调。不可否认，小肠固有免疫在DM 发病机制中扮演重要角色，受到全世界研究者关注，每年都有大量相关文献推动这部分研究进展。调节小肠固有免疫已成为治疗DM的新途径，希望本文能为相关研究提供参考。