肠道菌群可能通过以下几个途径对肠道外的免疫疾病产生影响。
(1)通过肠道菌群产生的小分子物质进入血液,通过循环系统影响全身
肠道菌群紊乱后,某些过度生长的微生物产生过量的小分子物质可能会随循环系统到达肠道外的器官,影响这些器官的正常免疫反应。抗生素Abx处理小鼠后,肠道菌群失衡,肠道内特异性真菌念珠菌属过度生长,血浆中前列腺素的浓度升高。升高的前列腺素促进了肺内M2巨噬细胞的极化,影响了全身的免疫反应,导致了过敏性炎症的发生[62].
肠道菌群中某一类细菌代谢食物中的组分产生的物质也可能对免疫产生很好的保护作用。结肠内的细菌发酵膳食纤维后可以产生短链脂肪酸,具有抗炎功能:拟杆菌门的细菌可以产生大量的醋酸盐和丙酸盐;硬壁菌门的细菌可以产生丁酸盐[63].短链脂肪酸与其受体GPR43相互作用参与炎症相应的调节。无菌小鼠体内没有定植菌因此就不会产生这些短链脂肪酸[64].在无菌小鼠的饮水中添加醋酸盐可以明显改善其肠道缺陷,比如,延长其结肠长度,降低日常活动指数,改善炎症-髓过氧化物酶(MPO)的水平,降低TNFα水平。动物实验显示当NOD小鼠饲喂特异的大豆为基础的饲料后,结肠内的促炎因子IL-17、IL-23减少,糖尿病的发病率显着降低[65].
(2)通过遍布全身的共有黏膜免疫系统
共有黏膜免疫系统是40年前John Bienenstock提出的概念,他们发现支气管相关的淋巴组织和肠道内的淋巴组织及其相似。从那时起,人们就关注黏膜免疫系统,将其描述为一个存在黏膜表面的保护宿主、防止感染和抵抗环境干扰的一个完整的组织网络。
在这个系统中,某个部位被免疫激活会引起远端另一个位置的免疫改变。比如,鼻腔内的免疫反应会引起阴道内抵抗外阴道由2型单纯性疱疹病毒引起的感染[66].临床上感染HIV病毒的患者体内各种黏膜分泌物都含有高浓度的HIV病毒特异的免疫球蛋白A[67].有许多的研究证据表明,黏膜免疫系统是一个系统范围的器官。鼻咽腔和上呼吸的黏膜纤毛会将所有吸入并且粘附在粘液上的小颗粒清除。这些粘液是肠道的内层。所以,当在鼻内接种不论是液体、颗粒还是微生物进入鼻腔后不久他们中的绝大部分在肠道内被发现。因此,吸入的小颗粒 (其中包含绝大多数的气源性过敏原),也相当于被吞入肠内。黏膜表面是肠道微生物和寄主相互作用的主要位点。因此也就不难理解,当小鼠肠道菌群稳态被抗生素或者病原微生物感染打破后,在鼻内接触霉菌孢子或者卵淸蛋白更容易引起过敏性呼吸道疾病[68].此外,流行病学调查也显示新生儿使用抗生素会增加临床哮喘的发病率[69],这个研究进一步暗示了肠道菌群对肺部产生影响,也从另一个侧面反映了黏膜免疫各个部位之间的联系。这些研究结果都表明黏膜免疫系统其实是一个巨大的相互作用的网络,单独的组分会共享远端的信息。
因此,肠道菌群紊乱后,肠道黏膜的平衡可能被病原性的微生物和其分泌的毒素或者被黏膜免疫系统内不完善的组分破坏,这种部分黏膜屏障功能免疫的破坏可能会对肠道外的其他黏膜系统产生影响。
(3)肠道菌群产生的信号或者通过TLR识别后产生的信号通过影响系统免疫组分对肠道外疾病产生影响。
当非无 菌IL-1Rn-/-小 鼠 体 内 的TLR2或 者TLR4受体也缺失后 (即TLR2-/-IL-1Rn2/2或者TLR4-/IL-1Rn-/-)脾脏和淋巴结中Treg及Th17细胞的减少分别会使疾病加重或者得到缓解。
(4)肠道菌群调节系统免疫细胞的发育
Olszak等发现无菌小鼠体内结肠基底层和肺部的不变自然杀伤T细胞的数目减少,这些动物易患结肠炎和过敏性肺炎。初生的小鼠定植菌群后这种疾病的易感性会得到改善。但是,若成年后肠道内再定植菌群,这些易感性将无法纠正。这些结果说明早期的微生物接触在降低疾病的易感性过程中发挥着重要作用[70].
无菌小鼠的研究表明,肠道无菌状态下,脾脏内B细胞分化和亲和力成熟的生发中心 (germinalcenters)比正常的少而且小[13];肠道菌群不仅调节肠道局部的Treg的发育,而且对系统的Treg的发育发挥着重要的作用。和正常的小鼠相比,无菌小鼠的肠系膜淋巴结和外周淋巴结的Treg数目都要少[33].所以,由这些细胞产生的IL-10也会随之减少。正常肠道菌群中的梭菌属clusterⅣ和ⅩⅣa的细菌不仅可以增加系统的Treg数目,而且可以通过诱导IL-10的表达对系统性的炎症发生产生影响。
在无菌小鼠体内定植这些细菌不仅使黏膜化学损伤引起的疾病症状减轻,而且可以减少Th2偏好下抗原免疫产生的血清IgE[27].
4改善肠道菌群对免疫疾病治疗的前景动物实验已经证明益生菌对维持肠道菌群稳态,促进免疫响应中发挥着重要作用。柔嫩所菌群可能会参与克罗恩病 (Crohn's disease)的抗炎反应[71];在免疫功能不全的小鼠体内,脆弱拟杆菌可以通过其产生的PSA诱导结肠部位抗炎因子IL-10抑制促炎因子IL-17的产生,降低由干螺杆菌引起的结肠炎的几率[72].多形拟杆菌通过增强过氧化物酶体增殖子激活的受体c(nuclear export of peroxi-someproliferator activated receptor-c,PPAR-c)转运出核来缓解由沙门菌诱导的炎症[73].目前,许多研究用益生菌来治疗已经患有过敏性疾病的婴儿。
研究结果表明,服用乳酸菌可以减轻各种过敏性疾病的严重程度,包括过敏性皮炎、湿疹及食物过敏[74~75],当过敏性肠综合症的患者在接受婴儿双歧杆菌治疗8周后,症状明显改善,抗炎因子与致炎细胞因子的比值也恢复了正常。
然而,面对这个数量庞大、构成复杂的为生物群落,我们目前利用的还只是及其微小的一部分,庞大的肠道菌群为发现其他的类似共生有益菌和抗原提供了无限的潜力。在动物实验中,因为雄性的NOD小鼠比雌性的糖尿病发病率要低,因此,当把雄性鼠的菌群转入年幼的雌性鼠体内后,雌鼠的代谢发生改变,异己酸睾酮的数量增多,胰岛细胞炎症水平和自身抗体水平降低,T1D的病程减缓[76].
在临床上已经有应用将健康人的粪便菌群整体移植来治疗复发性的艰难梭菌感染[77].
因此,在未来随着肠道共生微生物的研究越来越深入,一方面,我们将发现更多的益生菌和特异性抗原应用于临床疾病的治疗,另一方面共生菌群的整体移植也将会给一些疾病的治疗带来新的希望。