肠道菌群失调与强直性脊柱炎发病机制的关联性研究

近年来，随着分子生物学技术在肠道菌群检测方面的应用，菌群失调与疾病的相关性逐渐引起了人们的广泛关注。随着研究的不断深入，发现肠道菌群在强直性脊柱炎（AS）的发生发展中扮演着重要角色。本文重点阐述肠道菌群在改变肠道通透性、影响炎性因子表达和肠黏膜免疫、人类白细胞抗原（HLA-B27）分子模拟等方面与AS发病存在的关系，并对肠道菌群失调对AS的影响作一综述。

一、AS概述

AS是一种以骶髂关节病变和脊柱上行性受累为特点的慢性炎症性疾病[1-2]。严重的AS可显著影响患者的生活质量，加重患者的经济负担。AS的发病机制非常复杂，目前认为与免疫、感染以及遗传因子HLA-B27相关，但具体的发病机制并不完全明确。

虽然外源性因素引发AS慢性炎症尚未完全证实，现有研究报道提示微生物可能通过肠道作用参与AS的发病与疾病进程，其中最直接的证据是60%以上的患者出现肠道的亚临床改变[3]。在AS患者中，炎症性肠病（IBD）是常见的关节外表现[4]，与之对应的是有10~20%的IBD患者同时患有AS[5]；而IBD的发生与肠道菌群有密切关系，因此我们推测肠道菌群在AS中也起重要作用。目前许多学者认为，微生物感染是脊柱关节病或AS疾病活动的诱发因素，也就是说，AS的发生可能与肠道菌群的改变有关[6]。随着对AS病理生理学机制的不断探索，肠道菌群失调作为AS发病机制之一逐渐引起了国内外学者的重视。

二、肠道菌群概述

正常人体肠道内寄居着数量庞大、种类繁多的微生物，以细菌为主，统称为肠道菌群，其总数高达1×10^14，种类超过1000种，是人体细胞总和的10倍[7]。细菌依据其需氧程度不同可分为厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌，肠道菌群以厌氧菌居多[8]。胃、十二指肠和空肠内的菌群较少，且主要为革兰阳性菌，如链球菌、葡萄球菌及乳酸杆菌等。到了回肠末端，细菌浓度上升至10^5~10^8 CFU/ml，其中主要含乳酸杆菌、类杆菌、大肠杆菌等。结肠内菌群细菌浓度升至10^9~10^12 CFU/ml，并以厌氧菌为主，如双歧杆菌、类杆菌、乳酸杆菌等[9]。肠道菌群贯穿于人体生理活动和病理过程，目前的研究表明，肠道菌群失调将会参与许多免疫相关疾病的进程，如IBD、类风湿性关节炎、反应性关节炎等[10-12]。

三、AS患者的肠道菌群情况

早在1995年，国内便有研究显示AS患者肠道中肺炎克雷伯杆菌检出率升高，并且与病情活动相关[1]。不过，随后Stone等[13]的研究结果不支持肺炎克雷伯杆菌在AS中有明显的致病作用。之后在一项人体研究中，通过对15例AS患者和15例健康志愿者粪便菌群的分析，研究者发现硫酸盐还原菌在AS患者粪便中检出率很高，而这些菌群与IBD也是相关的。同时，该研究还发现AS患者可能对从其粪便中检出的自体杆菌存在免疫耐受的缺失[14]。2014年澳大利亚的一项研究发现，相对于健康对照者，AS患者的回肠末端有5种细菌丰度明显升高（分别是毛螺旋菌、韦荣球菌、普雷沃菌、紫单胞菌和类杆菌）[15]。以上研究充分证明AS发病和疾病进程与肠道菌群密切关联，且肠道菌群极有可能参与AS相关的免疫炎症机制。

四、肠道菌群失调与AS发病和疾病机制的关联

1、改变肠道通透性：

2012年，国外研究[16]发现，实验室条件下无菌处理后的大鼠无法诱导产生与AS相关的肌腱端炎，而其肠道有正常菌群的后代则可顺利通过脂多糖诱导肌腱端炎症的发生，提示肠道菌群的失调可以改变肠壁通透性，使细菌抗原成分进入体内刺激免疫炎症反应的发生。在AS患者肠道内多种菌群检出率升高，提示肠道细菌过量生长可能会导致持续性肠道感染，造成肠道非特异性炎症，加上黏膜通透性改变，可能会促进细菌抗原或代谢产物进入循环，从而激发炎症机制，导致关节炎症的改变。

AS患者也会伴有肠道炎性病变，在一项对22例AS患者的结肠镜检查中，研究者发现有13例患者出现肠镜异常表现[17]。在该项研究中，超过50%的AS患者肠镜下可发现回肠炎症，说明肠道—血屏障抵抗肠道细菌作用的降低对于AS的发病有重要作用。此外，已经证实AS患者及其亲属的肠道通透性较健康人群大[18]。

2、影响AS相关炎性因子的表达：

我们知道，肿瘤坏死因子（TNF）在免疫介导炎性疾病的发病机制中起重要作用[19]，而TNF抑制剂能够有效治疗AS。有报道称AS患者的血清和炎症组织中TNF配体相关分子1A（TL1A）及其2个受体的表达增加，证实编码TL1A的TNFSF15基因多态性与自身免疫疾病如AS存在关联[20]。在小鼠身上阻断其同源受体TL1A-DR3会降低多种自身免疫疾病的严重程度，而T细胞和树突状细胞持续的TL1A-DR3表达会引起小肠炎症[20-21]。

2015年，意大利的Ciccia等[22]研究发现，相对于健康对照者，AS患者的肠道、外周血、滑膜和骨髓中3型固有淋巴细胞产生的IL-17和IL-22增多，进一步证实肠道与AS骶髂关节炎症相关。研究还发现AS患者关节液中存在高水平的IL-4，且高于血清水平，说明这些炎症因子有向关节局部炎症部位聚集的倾向，与AS关节滑膜病变和骨质破坏的发生密切相关[23]。

目前已经证实IL-23通过肠道微生物的介导与AS的发病机制相关[24]。一个可能的机制是，微生物抗原的刺激和肠道微生物的变化会导致IL-23的表达增加，进而刺激肠道辅助性T淋巴细胞（Th17）和其他免疫细胞的分化和激活，这是一种先天免疫系统的一部分，并将触发适应性免疫过程和慢性炎性疾病如AS的发生[25]。

3、肠黏膜免疫：

肠黏膜免疫细胞分为诱导部位的免疫细胞和效应部位的免疫细胞，前者主要包括M细胞、树突状细胞、巨噬细胞和肠上皮细胞，主要负责摄取和转运抗原，它们的功能决定了黏膜免疫的效率；后者包括上皮内淋巴细胞和固有层淋巴细胞，传递来的抗原在此被激活而产生抗体和各种免疫因子[26]。肠道中的IgA可在肠道菌群刺激下逐渐增加[26]，而血清IgA在AS患者中也是升高的[3]，因此我们推测，微生物抗原持续存在在AS发病机制中起重要作用，而IgA升高是其可能的证据之一。

4、HLA-B分子模拟：

众所周知，HLA-B27与AS存在强关联，1986年Ebringer等[27]认为AS患者肠道某些细菌抗原成分与宿主HLA-B存在分子模拟，由此产生的交叉免疫反应是造成AS病变的基础[28]。具体地说，HLA-B27分子中有部分氨基酸序列与克雷伯杆菌、志贺菌等的多肽结构相仿，两者之间存在抗原模拟而致病[29]。HLA-B27转基因鼠模型的建立进一步支持HLA-B27为脊柱关节病的易感基因，表达HLA-B27基因产物的大鼠不仅表现有脊柱和周围关节炎症，还可见到IBD，其症状与人类的AS症状相似，且以雄性发病率高[30]。2014年Ciccia等[24]研究AS患者体内HLA-B27、未折叠蛋白反应和自噬的关系，发现AS患者肠道内HLA-B27错误折叠，并伴随自噬而非未折叠蛋白反应的发生，自噬似乎与AS患者的肠道调节IL-23有关[24]。以上研究说明肠道菌群和HLA-B27的分子模拟机制与AS的发病有着密切关系。

五、小结

肠道菌群失调可能会影响AS患者的肠壁通透性、相关炎性因子的表达、肠黏膜免疫状态，与HLA-B27存在分子模拟。肠道菌群失衡通过一系列细胞因子介导宿主代谢和免疫机能失衡，从而参与AS的发病和疾病机制。

肠道菌群既是AS重要的治疗靶标，也是可供病情监测的重要工具。国内研究证实肠道菌群失调可以导致小鼠肠道黏膜形态破坏，且肠道菌群失调小鼠血清IL-1β、IL-6表达量和TNF-α分泌量较正常小鼠明显增多，而经过菌群重建后，上述菌群失调小鼠血清细胞因子分泌量明显减少[31]。改变肠微生态还可以对多种自身免疫疾病起到治疗作用，如益生菌可以调节肠道菌群和黏膜免疫反应，且可以有效治疗溃疡性结肠炎和结肠带炎症[32]。有研究发现喂饲干酪乳酸杆菌（Lactobacillus casei）后，RA动物模型关节红肿症状减轻，致炎因子分泌减少，说明乳酸杆菌能影响RA病情，抑制疾病进展[33]。另有实验表明，HLA-B27转基因大鼠在无菌条件下，肠或关节不发生炎性病理，但重新接种通常共栖的肠道菌群即引发关节炎，从而支持这些细菌在HLA-B27相关的肠道和关节炎发病机制中起重要作用，提示靶向菌群的重要治疗价值[34]。在调整肠道菌群方面，口服中药以其多成分、多靶点的药理学作用对维持肠道微生态平衡发挥着重要作用[35]。

最后我们认为，重建肠道菌群对AS患者具有潜在的治疗作用，肠道菌群失调与AS发病机制的关联性值得进一步研究。

参考文献：

[1] 刘毅,蔡醒华. 肠道炎症及细菌感染在强直性脊柱炎发病中的作用[J]. 中华内科杂志,1995,34(5):337 -338.

[2] Martins NA,Furtado GE,Campos MJ,et al. Exercise and ankylosing spondylitis with New York modified criteria: a systematic review of controlled trials with meta-analysis[J]. Acta Reumatol Port,2014,39(4):298-308.

[3] 范仰钢,李国华. 多个炎症指标在强直性脊柱炎活动性评价中的价值[J]. 实用临床医学,2006,7(1):18-20,23.

[4] Stolwijk C,van Tubergen A,Castillo-Ortiz JD,et al. Prevalence of extra-articular manifestations in patients with ankylosing spondylitis: a systematic review and meta-analysis[J]. Ann RheumDis,2015,74(1):65-73.

[5] Anonymous. Bowel flora and ankylosing spondylitis[J]. Lancet,1986,2(8518):1259.

[6] Hawrelak JA,Myers SP. The causes of intestinal dysbiosis: a review[J]. Altern Med Rev,2004,9(2):180-97.

[7] 郑艺,张家超,郭壮,等. 基于高通量测序技术分析肠道菌群及其影响因素的研究进展[J]. 中国食品学报,2014,10(11):157-164.

[8] 刘慧. 肠道菌群失调的研究进展[J]. 医学综述,2014,20(3):468-471.

[9] 金红芝,李堃宝. 人肠道微生态系统的研究进展[J]. 自然杂志,2004,26(2):88-91.

[10] 刘晓飞. 肠道菌群在类风湿关节炎发病中的作用及机制研究[D]. 重庆:第三军医大学,2013.

[11] Lemaire V. Reactive arthritis caused by non-Yersinia intestinal infections[J]. Rev Rhum Mal Osteoartic,1983,50(11):759-761.

[12] Shapiro JM,Cho JH,Sands BE,et al. Bridging the gap between host immune response and intestinal dysbiosis in inflammatory bowel disease: does immunoglobulin A mark the spot?[J]. Clin Gastroenterol Hepatol,2015,13(5):842-6.

[13] Stone MA,Payne U,Schentag C,et al. Comparative immune responses to candidate arthritogenic bacteria do not confirm a dominant role for Klebsiella pneumonia in the pathogenesis of familial ankylosing spondylitis[J]. Rheumatology(Oxford),2004,43(2):148-155.

[14] Stebbings S,Munro K,Simon MA,et al. Comparison of the faecal microflora of patients with ankylosing spondylitis and controls using molecular methods of analysis[J]. Rheumatology(Oxford),2002,41(12):1395-1401.

[15] Costello ME,Ciccia F,Willner D,et al. Intestinal dysbiosis in ankylosing spondylitis[J]. Arthritis Rheumatol,2014 Nov 21.

[16] Capkova J,Hrncir T,Kubatova A,et al. Lipopolysaccharide treatment suppresses spontaneously developing ankylosing enthesopathy in B10. BR male mice: the potential role of interleukin-10[J]. BMC Musculoskelet Disord,2012,13:110.

[17] Maleh HC,Bica BE,Papi JA,et al. Colonoscopic evaluation inpatients with ankylosing spondylitis[J], Rev Bras Reumatol,2014,54(5):342-348.

[18] 陈正形,朱丹杰. 强直性脊柱炎病因、诊断及治疗[J], 国外医学骨科学分册,2005,26(6):60-63.

[19] Lapadula G,Marchesoni A,Armuzzi A,et al. Adalimumab in the treatment of immune-mediated diseases[J]. Int J Immunopathol Pharmacol,2014,27(1 Suppl):33-48.

[20] Aiba Y,Nakamura M. The role of TL1A and DR3 in autoimmune and inflammatory diseases[J]. Mediators Inflamm,2013,2013:258164.

[21] Siakavellas SI,Bamias G. Tumor necrosis factor-like cytokine TL1A and its receptors DR3 and DcR3: important new factors inmucosal homeostasis and inflammation[J]. Inflamm Bowel Dis,2015,21(10):2441-2452.

[22] Ciccia F,Guggino G,Rizzo A,et al. Type 3 innate lymphoid cells producing IL-17 and IL-22 are expanded in the gut, in the peripheral blood, synovial fluid and bone marrow of patients with ankylosing spondylitis[J]. Ann Rheum Dis,2015,74(9):1739-1747.

[23] 孟景红. 细胞因子IL-17和IL-4及Tc1/Tc2失衡在强直性脊柱炎发病中的作用[D]. 石家庄:河北医科大学,2007.

[24] Ciccia F,Accardo-Palumbo A,Rizzo A,et al. Evidence that autophagy, but not the unfolded protein response, regulates the expression of IL-23 in the gut of patients with ankylosing spondylitis and subclinical gut inflammation[J]. Ann Rheum Dis,2014,73(8):1566-1574.

[25] Mease PJ. Inhibition of interleukin-17, interleukin-23 and the TH17 cell pathway in the treatment of psoriatic arthritis and psoriasis[J]. Curr Opin Rheumatol,2015,27(2):127-133.

[26] 丁轲,余祖华,王天奇. 肠道黏膜免疫研究进展[J]. 动物医学进展,2007,28(10):67-71.

[27] Ebringer A,Ghuloom M. Ankylosing spondylitis, HLA-B27, and klebsiella: cross reactivity and antibody studies[J]. Ann Rheum Dis,1986,45(8):703-704.

[28] Ewing C,Ebringer R,Tribbick G,et al. Antibody activity in ankylosing spondylitis sera to two sites on HLA-B27. 1 at the MHC groove region (within sequence 65-85), and to a Klebsiella pneumoniae nitrogenase reductase peptide (within sequence 181-199) [J]. J Exp Med,1990,171(5):1635-1647.

[29] 冯媛. HLA-B27启动子活性及启动子激活因子参与脊柱关节病发病机制的研究[D]. 西安:第四军医大学,2009.

[30] Hammer RE,Maika SD,Richardson JA,et al. Spontaneous inflammatory disease in transgenic rats expressing HLA-B27 and human beta 2m: an animal model of HLA-B27-associated human disorders[J]. Cell,1990,63(5):1099-112.

[31] 张国斌. 小鼠肠道菌群失衡与恢复重建对肠道黏膜形态及血清细胞因子的影响[D]. 大连:大连医科大学,2012.

[32] Heller F,Duchmann R. Intestinal flora and mucosal immune responses[J]. Int J Med Microbiol,2003,293(1):77-86.

[33] Amdekar S,Singh V,Singh R,et al. Lactobacillus casei reduces the inflammatory joint damage associated with collagen-inducedarthritis (CIA) by reducing the pro-inflammatory cytokines: Lactobacillus casei: COX-2 inhibitor[J]. J Clin Immunol,2011,31(2):147-154.

[34] 朱晴晖,曾庆馀,章谷生. 血清阴性脊柱关节病的病因和发病机制[J]. 中国药物与临床,2006,6(8):565-575.

[35] 陈秀琴,黄小洁,石达友,等. 中药与肠道菌群相互作用的研究进展[J]. 中草药,2014,45(7):1031-1036.