腸道菌群在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎治療中的研究進(jìn)展

2019-02-26 08:23:55劉雪梅

醫(yī)學(xué)綜述 2019年4期

劉雪梅，于泓

(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎病風(fēng)濕科，貴州遵義 563000)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種全身性自身免疫疾病，其特征為多關(guān)節(jié)的慢性炎癥、骨侵蝕和軟骨破壞[1]。然而，這種疾病的病因尚未完全明確，包括遺傳因素、環(huán)境因素及免疫系統(tǒng)紊亂等，其中腸道菌群作為重要的環(huán)境因素能影響RA的發(fā)病。腸道菌群由于其復(fù)雜的組成和功能，被視為“虛擬器官”，腸道菌群以多種方式與人體細(xì)胞相互作用，可對(duì)人體產(chǎn)生有益或致病作用。近年來(lái)，腸道菌群在RA、糖尿病、多發(fā)性硬化等自身免疫性疾病診治的研究中受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。腸道菌群主要由厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌組成，它們保持著動(dòng)態(tài)平衡和穩(wěn)定，一旦這種平衡被打破導(dǎo)致腸道菌群紊亂，可能引起RA的發(fā)病[2]。益生菌、糞便微生物移植等可恢復(fù)正常腸道菌群，改善腸道菌群紊亂，還可能阻止RA發(fā)病及進(jìn)展，甚至可能改善RA癥狀。因此，益生菌及抗生素應(yīng)用或腸道微生物協(xié)同抗風(fēng)濕藥物治療RA可能會(huì)成為現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)就腸道菌群與RA治療的研究進(jìn)展予以綜述。

1 腸道菌群概述

人類皮膚、口腔及腸道黏膜表面定植著大量微生物，尤其在腸道，這些特定腸道境內(nèi)的微生物群統(tǒng)稱為腸道菌群。有30萬(wàn)億～400萬(wàn)億微生物定植于健康人群腸道中，其主要分布于結(jié)腸末端[3]。從門結(jié)構(gòu)水平上來(lái)講，腸道菌群主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形桿菌門等；從種屬水平分類有腸球菌屬、腸桿菌屬、雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、梭菌屬、鏈球菌屬、擬桿菌屬等。健康人腸道中以厚壁菌門和擬桿菌門兩種菌門為主[4]，最常見(jiàn)的屬為革蘭陽(yáng)性菌(梭菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、鏈球菌)及革蘭陰性菌(擬桿菌和大腸埃希菌)[5]。在正常情況下，腸道菌群與宿主及外部環(huán)境保持著動(dòng)態(tài)平衡，腸道菌群與宿主共生，影響了人體營(yíng)養(yǎng)、新陳代謝、生理功能及免疫系統(tǒng)的發(fā)育[6]。

2 腸道菌群對(duì)RA發(fā)生機(jī)制的影響

腸道菌群對(duì)RA發(fā)生機(jī)制的影響主要表現(xiàn)在黏膜免疫上，并與T細(xì)胞分化有關(guān)，如調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)和輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)[7]。當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí)，腸內(nèi)自身反應(yīng)性T細(xì)胞被激活，可增加機(jī)體對(duì)關(guān)節(jié)炎的敏感性[8]。同時(shí)，腸道菌群代謝產(chǎn)物也能間接誘導(dǎo)RA產(chǎn)生。

Th17細(xì)胞通常被認(rèn)為具有促炎作用，有學(xué)者提出誘發(fā)關(guān)節(jié)炎的微生物可能為腸道局部的優(yōu)勢(shì)菌，它們通過(guò)分泌一些炎性介質(zhì)促進(jìn)Th17和Th1細(xì)胞的增殖分化、激活B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，最終抗原抗體復(fù)合物于關(guān)節(jié)局部產(chǎn)生免疫反應(yīng)而誘發(fā)關(guān)節(jié)炎[9]。研究人員將RA患者糞便樣品(富含普氏菌)接種到無(wú)菌關(guān)節(jié)炎傾向的SKG小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該小鼠腸道中的Th17細(xì)胞數(shù)量增加，且當(dāng)用酵母聚糖處理后該小鼠便發(fā)展成嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎[8]。腸Treg細(xì)胞在腸微生物群的免疫耐受中起重要作用，在腸道共生細(xì)菌的存在下，結(jié)腸中的T細(xì)胞會(huì)發(fā)生基因突變向Treg細(xì)胞擴(kuò)增和分化，其中相當(dāng)一部分的Treg細(xì)胞表達(dá)白細(xì)胞介素(interleukin，IL)10[10]。因此，Treg細(xì)胞有減輕炎癥的作用。有學(xué)者認(rèn)為，Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞之間的平衡失調(diào)時(shí)會(huì)促進(jìn)自身免疫反應(yīng)[11]。另有研究發(fā)現(xiàn)在RA患者中，IL-6功能的抑制可以糾正Th17/Treg細(xì)胞失衡，從而改善患者病情[12]。

正常情況下，腸腔的多種保護(hù)機(jī)制(腸道較厚的黏液屏障，抗微生物蛋白、腸道上皮細(xì)胞之間緊密連接形成的屏障等)可防止腸道菌群進(jìn)入腸道細(xì)胞固有層及機(jī)體其他部位；腸道菌群失調(diào)時(shí)，某種致病菌可能會(huì)增加腸道通透性，致病菌由腸道移位至血清或關(guān)節(jié)中，引起自身免疫性關(guān)節(jié)炎。學(xué)者在動(dòng)物模型的腸道細(xì)胞培養(yǎng)中加入產(chǎn)氣柯林斯菌發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)胞緊密連接蛋白1的表達(dá)顯著減少，腸道通透性增加；同時(shí)，產(chǎn)氣柯林斯菌可引起腸道細(xì)胞的細(xì)胞因子IL-17A、CXC趨化因子配體1和CXC趨化因子配體5表達(dá)增加，且應(yīng)用其干預(yù)可增加人類白細(xì)胞抗原-D08小鼠關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率及嚴(yán)重程度[13]。

腸道菌群發(fā)酵糖類產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物丁酸鹽可誘導(dǎo)結(jié)腸Treg細(xì)胞分化，起免疫調(diào)節(jié)作用[14]。學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RA腸道中以普氏菌擴(kuò)增為主導(dǎo)時(shí)，RA患者的嘌呤代謝顯著減少，故提出大量普氏菌的擴(kuò)增可能影響RA中甲氨蝶呤的治療效果[15]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群能將膳食膽堿和左旋肉堿轉(zhuǎn)化為三甲胺，三甲胺進(jìn)一步被肝臟中的黃酮單加氧酶系統(tǒng)代謝，產(chǎn)生有毒代謝物三甲胺-N-氧化物，三甲胺-N-氧化物通過(guò)影響膽固醇的轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝，同時(shí)影響膽汁酸水平而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，顯著增加心血管病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[16]。因此，有學(xué)者提出RA患者的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加可能與三甲胺-N-氧化物相關(guān)，但尚未有關(guān)于RA患者三甲胺-N-氧化物水平的數(shù)據(jù)[17]。

3 腸道菌群在RA患者中的差異

有文獻(xiàn)報(bào)道，RA患者存在腸道菌群失調(diào)，與健康受試者相比，早期RA患者的腸道中以產(chǎn)氣柯林斯菌為代表的罕見(jiàn)微生物系譜大量擴(kuò)增，門細(xì)菌水平降低[13]。另有學(xué)者對(duì)RA患者糞便進(jìn)行腸道菌群宏基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，RA患者腸道中以普氏菌擴(kuò)增為主[15]。同時(shí)，也有學(xué)者在早期RA患者體內(nèi)檢測(cè)出高滴度抗普氏菌抗體[18]。有研究將早期RA患者和纖維肌痛患者的糞便菌群利用DNA-RNA雜交方法進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，RA患者糞便中的雙歧桿菌屬、擬桿菌屬、脆弱類桿菌亞群、直腸真桿菌-球形梭菌亞群等水平明顯低于纖維肌痛患者[19]。

此外，腸道菌群在RA治療前后存在菌群差異。Chen等[13]對(duì)RA患者及健康人群進(jìn)行微生物基因組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，隨著疾病持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)及類風(fēng)濕因子滴度的增加，RA患者腸道菌群豐富度逐漸降低，但使用甲氨蝶呤和羥氯喹治療后的患者表現(xiàn)出腸道微生物物種豐富度升高和多樣性增加。Zhang等[20]對(duì)RA患者和健康對(duì)照者的大便樣品進(jìn)行宏基因組測(cè)序表明，RA患者的腸道富含革蘭陽(yáng)性細(xì)菌，而革蘭陰性菌較少；同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)在用甲氨蝶呤治療后部分恢復(fù)。

4 腸道菌群在RA治療中的應(yīng)用

RA的治療經(jīng)歷了傳統(tǒng)抗風(fēng)濕藥到生物制劑的應(yīng)用，目前仍在不斷探索新的治療方案。研究發(fā)現(xiàn)，人為調(diào)節(jié)腸道正常菌群使腸道微生物群正?；赡茉谝欢ǔ潭壬细纳芌A患者病情[21]。

4.1益生菌/益生元益生菌是對(duì)人體有益的活菌，但不是人體自身體內(nèi)的。其種類很多，對(duì)人體的作用也各不相同?？梢酝ㄟ^(guò)體外添加來(lái)增加人體某一種或幾種有益菌的數(shù)量，從而調(diào)節(jié)腸道菌群平衡。益生菌/益生元被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，以預(yù)防或治療許多疾病，其對(duì)RA的治療作用已在動(dòng)物和人類中得到證實(shí)。益生菌/益生元可通過(guò)穩(wěn)定腸道微生物環(huán)境，減少腸道通透性，增強(qiáng)腸內(nèi)細(xì)菌抗原的降解和改變其免疫原性來(lái)抵消炎癥過(guò)程[22]。

4.1.1乳桿菌目前對(duì)于益生菌與RA的研究，主要以乳桿菌屬為主。研究發(fā)現(xiàn)，與健康個(gè)體相比，早期RA患者的乳酸桿菌群顯著增加[23]。在RA患者中，增加乳酸桿菌的豐富度有助于形成較厚的黏膜屏障以抵抗病原體。一項(xiàng)隨機(jī)雙盲研究表明，與安慰劑相比，攝入鼠李糖乳桿菌和羅伊乳桿菌能改善RA患者病情[24]。Vaghef-Mehrabani等[25]報(bào)道，與安慰劑組相比，攝入干酪乳桿菌組RA患者的疾病活動(dòng)評(píng)分顯著降低，IL-10/腫瘤壞死因子α、IL-10/IL-12和IL-10/總Th1比值均增加，提示干酪乳桿菌的攝入可能對(duì)RA具有潛在的抗炎作用。另一項(xiàng)研究顯示，RA患者口服瑞士乳桿菌后其抗原特異性IgG水平和炎癥反應(yīng)顯著降低，抑制RA患者疾病進(jìn)展，從而使RA患者病情進(jìn)一步緩解[26]。

4.1.2益生菌復(fù)合制劑有學(xué)者在體內(nèi)模型中評(píng)估了益生菌凝結(jié)芽孢桿菌和益生元菊粉攝入對(duì)RA大鼠的可能影響，結(jié)果顯示攝入這種益生菌和益生元能顯著抑制RA大鼠中血清淀粉樣蛋白A、腫瘤壞死因子α和纖維蛋白原的產(chǎn)生，從而改善RA大鼠關(guān)節(jié)炎病情[27]。Zamani等[28]進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)雙盲對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與服用安慰劑組患者相比，每天接受含有3種活的冷凍干燥菌株(嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和雙歧桿菌)組表現(xiàn)為28個(gè)關(guān)節(jié)的疾病活動(dòng)評(píng)分(DAS28評(píng)分)明顯降低及血清高敏C反應(yīng)蛋白水平降低。因此，益生菌或益生元的攝入可能恢復(fù)正常的腸道微生物環(huán)境，從而使RA患者病情緩解。

4.2抗生素腸道菌群受飲食、地域、抗生素使用、疾病等影響，目前關(guān)于抗生素對(duì)腸道菌群的影響主要表現(xiàn)為菌群紊亂，抗生素可通過(guò)抑制RA患者腸道某些致病菌，從而間接改善RA患者病情?？股貙?duì)RA的治療經(jīng)歷了跨時(shí)代的改變，從20世紀(jì)30年代磺胺吡啶的應(yīng)用到20世紀(jì)80年代四環(huán)素的治療至目前米諾環(huán)素的使用[29]。學(xué)者發(fā)現(xiàn)，普氏菌、卟啉單胞菌等革蘭陰性厭氧菌可以導(dǎo)致牙周炎[30]，而應(yīng)用抗生素治療牙周炎可能會(huì)間接改善RA病情[31]，如四環(huán)素、米諾環(huán)素的應(yīng)用。有學(xué)者在早期RA患者使用改善病情抗風(fēng)濕藥或非甾體抗炎藥的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)雙盲試驗(yàn)，結(jié)果表明加用米諾環(huán)素治療組和加用安慰劑治療組的美國(guó)風(fēng)濕學(xué)會(huì)50%改善分別為65%和13%，提示在改善病情抗風(fēng)濕藥的基礎(chǔ)上加用米諾環(huán)素治療RA有效[32]。Saviola等[33]發(fā)現(xiàn)，在甲氨蝶呤聯(lián)合潑尼松龍治療RA的基礎(chǔ)上加入克拉霉素4周后大多數(shù)RA患者的病情緩解，而單獨(dú)甲氨蝶呤和潑尼松龍治療組約需要3個(gè)月才能達(dá)到相同的結(jié)果。這可能與克拉霉素對(duì)腸道革蘭陰性厭氧菌的抗菌活性有關(guān)。但目前相關(guān)研究并不能明確腸道菌群中何種菌屬參與了RA的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)歸，且RA患者治療中預(yù)防性應(yīng)用抗生素并未廣泛使用。有文獻(xiàn)報(bào)道，針對(duì)普氏菌的抗生素的使用可能對(duì)治療RA有效[30]。

4.3糞便菌群移植(faecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT) FMT治療主要指從健康的供體中通過(guò)結(jié)腸鏡將糞便微生物提取物轉(zhuǎn)移到患病受體中，重建腸道微生物的完整群落來(lái)逆轉(zhuǎn)微生態(tài)失調(diào)。而在FMT的應(yīng)用中，以耐艱難梭菌感染結(jié)腸炎的成功率最高。有研究提出，F(xiàn)MT對(duì)耐艱難梭菌感染結(jié)腸炎的治愈率>85%，甚至>90%[34]。另一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，將FMT應(yīng)用于潰瘍性結(jié)腸炎患者，其在治療組和空白對(duì)照組的緩解率分別為24%(5/38)和5%(2/37)[35]。除耐艱難梭菌感染結(jié)腸炎和潰瘍性結(jié)腸炎外，F(xiàn)MT在其他疾病中的應(yīng)用也很廣泛，如帕金森病、肥胖和代謝綜合征及多發(fā)性硬化癥[36]。目前，雖然糞便移植的研究涉及腸道內(nèi)外疾病，但FMT尚未被用于RA患者。然而，當(dāng)討論該方法在炎癥性關(guān)節(jié)炎中的潛在應(yīng)用時(shí)，有學(xué)者提出FMT在炎癥性腸病中的研究結(jié)果與炎癥性關(guān)節(jié)炎是相關(guān)的，特別是與潰瘍性結(jié)腸炎相比，脊柱關(guān)節(jié)炎和克羅恩病之間有更強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，如果在克羅恩病中能獲得更好的FMT結(jié)果，預(yù)期脊柱關(guān)節(jié)炎將對(duì)FMT產(chǎn)生良好反應(yīng)[17]。雖然有大量文獻(xiàn)支持FMT的治療潛力，但其是否可以適應(yīng)RA仍需大量研究。

4.4藥物微生物組學(xué) 藥物微生物相互作用的研究即藥物微生物組學(xué)，其前提是可以操縱腸微生物群落以改善藥物功效和減少藥物不良反應(yīng)[18]。藥物可干擾腸道菌群的功能，而腸道菌群可直接參與藥物代謝，影響藥物效力和毒性，還能與免疫/代謝系統(tǒng)相互作用，間接影響藥物反應(yīng)和生物利用度。新生的藥物微生物組學(xué)研究在抗風(fēng)濕性疾病藥物的應(yīng)用中也逐漸擴(kuò)展。

4.4.1增加藥物活性抗生素或靶向抗風(fēng)濕藥物通過(guò)快速改變腸道微生物組的活性，以增加藥物代謝、耐藥性和應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)。最早以腸道-關(guān)節(jié)軸為靶向治療的藥物——柳氮磺吡啶，是第一種設(shè)計(jì)合理的抗RA藥物。因RA被認(rèn)為是由牛奶中的鏈球菌引起，所以學(xué)者試圖通過(guò)偶氮鍵將磺胺類抗生素與水楊酸酯類抗炎藥結(jié)合起來(lái)，即柳氮磺吡啶用于治療RA；該藥物在腸道內(nèi)無(wú)活性，其到達(dá)遠(yuǎn)端腸道后刺激腸道微生物組基因編碼偶氮還原酶切割N-N雙鍵釋放出有活性的5-氨基水楊酸而達(dá)到抗炎作用[37]。同時(shí)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，柳氮磺吡啶可誘導(dǎo)腸道微生物組基因簇的表達(dá)，編碼硫氧還蛋白還原酶和硝酸鹽還原酶[38]。其中，硫氧還蛋白還原酶可抑制過(guò)氧化氫抑制RA滑膜細(xì)胞的凋亡，從而改善RA關(guān)節(jié)疼痛癥狀[39]。

4.4.2調(diào)節(jié)藥物抗藥性腸道微生物群能調(diào)節(jié)抗癌藥物環(huán)磷酰胺(也可用于治療RA)的免疫效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)磷酰胺可改變患癌小鼠的小腸微生物群落組成，而腸道菌群可刺激患癌小鼠腸道中的Th17細(xì)胞和Th1細(xì)胞增殖，驅(qū)動(dòng)免疫反應(yīng)，使患癌小鼠對(duì)環(huán)磷酰胺藥物敏感。然而在無(wú)菌環(huán)境下，環(huán)磷酰胺作用于患癌小鼠后，小腸的Th17細(xì)胞數(shù)量下降，此時(shí)患癌小鼠對(duì)環(huán)磷酰胺具有耐藥性，因此學(xué)者提出腸道微生物群可以增加環(huán)磷酰胺對(duì)機(jī)體的抗癌(和潛在的抗風(fēng)濕)免疫反應(yīng)[40]。這種微生物對(duì)藥物的調(diào)節(jié)與風(fēng)濕病臨床環(huán)境中藥物的療效、耐藥性和依從性密切相關(guān)，因?yàn)镽A對(duì)甲氨蝶呤和其他口服改善病情抗風(fēng)濕藥等藥物的反應(yīng)程度具有較高且不可預(yù)測(cè)的個(gè)體間變異性，這可能與RA患者腸道菌群的差異有關(guān)[41]。目前，雖然還沒(méi)有關(guān)于某種微生物聯(lián)合抗風(fēng)濕藥物增加抗RA療效的研究，但藥物微生物組學(xué)的提出可能會(huì)為RA的治療帶來(lái)新思路。

4.5二甲雙胍二甲雙胍除作為代謝性疾病糖尿病的一線用藥外，還對(duì)腸道菌群代謝有一定影響。研究發(fā)現(xiàn)，使用二甲雙胍能改變糖尿病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)，增加腸道細(xì)菌產(chǎn)生丁酸鹽及丙酸鹽等短鏈脂肪酸[42]。這些短鏈脂肪酸具有免疫調(diào)節(jié)作用，所以能間接改善RA病情。同時(shí)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，口服乙酸鹽可部分抑制K/BxN小鼠血清轉(zhuǎn)移關(guān)節(jié)炎[43]。因此，可以大膽設(shè)想將二甲雙胍應(yīng)用于治療風(fēng)濕病。Kim等[44]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過(guò)能量代謝可誘導(dǎo)小鼠棕脂肪組織的分化，使小鼠體內(nèi)的Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞相互平衡，從而起到免疫調(diào)節(jié)作用，故他們提出二甲雙胍可抑制肥胖小鼠膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。這可能與小鼠的腸道菌群代謝有關(guān)。因此，以腸道菌群代謝作用作為橋梁，臨床上二甲雙胍可能成為治療RA的輔助用藥。

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