炎癥性腸?。↖BD）是一種慢性且易復發(fā)的腸道炎癥性疾病。全球500多萬人受其困擾。
這種疾病是由多種遺傳和環(huán)境因素共同作用引起的，這些因素改變了腸道的穩(wěn)態(tài)，從而引發(fā)了基因易感個體的免疫介導炎癥反應。
炎癥性腸病包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎。
兩者異同：
雖然克羅恩病和潰瘍性結腸炎的發(fā)病機制都涉及腸道炎癥，但這兩種疾病在幾個方面有所不同，包括與特定易感位點的關系、與疾病相關的免疫反應和病理類型。
這兩種形式的IBD發(fā)病機制的一個關鍵方面是它們與生活在腸道中的共生微生物的存在有關。
寄主共生體參與了許多宿主的生理過程，包括消化和代謝功能、上皮屏障的調(diào)節(jié)、宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和調(diào)節(jié)以及對病原體定植的保護。
IBD的一個關鍵特征是腸道微生物群失調(diào)，然而，失調(diào)在疾病中的確切作用仍然鮮為人知。
大量共生微生物靠近上皮表面是對粘膜免疫系統(tǒng)的一個獨特挑戰(zhàn)，因為它必須保持對入侵病原體的免疫反應的能力，同時避免對腸道微生物群產(chǎn)生有害的炎癥反應。
這篇文章主要圍繞以下幾個問題展開討論：
粘膜防火墻
腸道中大量的共生微生物被單層上皮細胞從宿主組織中分離出來。為了維持其與腸道菌群的穩(wěn)態(tài)關系，宿主已經(jīng)進化出幾種策略來減少微生物與上皮表面的接觸，并限制可能引發(fā)不必要的炎癥反應的滲透共生體的存在。
促進共生體與上皮分離的保護機制
宿主通過幾種機制限制潛在有害的微生物接近粘膜表面，包括粘液分泌、抗菌蛋白和免疫球蛋白釋放到腸腔。
我們先結合圖1來看看大小腸的特點。
在大腸中，有兩個明顯不同的粘液層：
外層 | 內(nèi)層 | |
含有大量粘液細菌 | 靠近上皮，微生物幾乎很少 | |
— | 提供了強大的物理屏障，是抗菌肽和免疫球蛋白的支架，可防止微生物接觸上皮表面。 | |
而小腸呢，沒有像大腸那樣清晰的內(nèi)部粘液層，但它含有大量的Paneth細胞，這是一種特殊的腸道細胞，富含抗菌分子。為響應細菌刺激，Paneth細胞將富含的抗菌分子（包括α-防御素）釋放到腸腔中，以限制共生菌的積累。
此外，小腸中的腸上皮細胞（IEC）分泌抗微生物凝集素，例如再生的胰島衍生蛋白3γ（REG3γ），其在粘液層中積累并進一步促進微生物從宿主中的分離。
【名詞小講堂】
腸上皮細胞（IEC）：
· 腸道上皮細胞是體內(nèi)與外界之間的一個重要的保護屏障。
· 它由不同功能性的腸道干細胞群體共同維持，是具有極性的柱狀上皮細胞，參與腸道的消化，吸收，分泌，免疫屏障和應激反應等。
· 粘膜上皮內(nèi)含有大量的免疫細胞和免疫分子，是機體內(nèi)最大的免疫組織。
再來看固有層（也就是圖1 藍色部分）
雖然固有層基本不存在急性炎癥細胞，但某些嗜中粒細胞可以穩(wěn)定遷移至腸腔側，通過多種機制殺死上皮表面附近的細菌，包括誘導氧化猝發(fā)。
【名詞小講堂】
氧化猝發(fā)(Oxidative burst )：可直接殺死細菌的吞噬細胞迅速產(chǎn)生活性氧。
圖1 粘膜防火墻
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接著看下細胞因子IL-22的作用。
細胞因子IL-22還通過作用于上皮細胞介導屏障功能和抗微生物宿主防御，在建立宿主-微生物相互作用中發(fā)揮作用。例如，第3組固有淋巴細胞（ILC3s）分泌IL-22是抑制共生細菌所必需的，因為它誘導了抗菌肽的表達，從而阻止了Alcaligenes spp 的全身性傳播。
IL-22的天然來源對于控制腸道內(nèi)分段絲狀菌（SFB）的增殖和限制T輔助17（TH17）細胞介導的結腸炎也很重要。
【名詞小講堂】
分段絲狀菌（SFB），一種與梭菌有關的細菌，主要居住在小鼠的末端回腸，并促進輔助17細胞的發(fā)育。
IL-22還促進上皮聚糖巖藻糖基化，以支持適應巖藻糖作為營養(yǎng)源的共生細菌的生長。IL-22信號傳導和巖藻糖基化的中斷導致更易感染腸道和結腸炎，部分原因是條件致病菌的過度生長。
免疫系統(tǒng)常見抗體—IgA（有益菌的好伙伴）
IgA也能促進腸道細菌從上皮表面的分離，IgA是由腸道相關淋巴組織中的漿細胞產(chǎn)生。
大量的聚合物IgA在上皮細胞中跨通道進入內(nèi)腔，其中IgA通過包被細菌和結合微生物抗原及其毒素來維持屏障功能，并塑造微生物的組成。
IgA反應在體內(nèi)平衡過程中通過T細胞獨立和T細胞依賴過程發(fā)生。IgA抗體具有典型的多反應性，與微生物脂多糖、DNA和鞭毛抗原結合親和力低。通過Toll樣受體（TLR）參與的微生物感測可以直接刺激IgA的產(chǎn)生，從而提供針對腸道炎癥的保護。
【名詞小講堂】
Toll樣受體（TLR）：
· TLR是參與非特異性免疫（天然免疫）的一類重要蛋白質(zhì)分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。
· TLR是單個的跨膜非催化性蛋白質(zhì)，可以識別來源于微生物的具有保守結構的分子。
· 當微生物突破機體的物理屏障，如皮膚、粘膜等時，TLR可以識別它們并激活機體產(chǎn)生免疫細胞應答。
此外，T細胞對于MYD88對微生物信號的內(nèi)在感應對體內(nèi)IgA穩(wěn)態(tài)反應對預防營養(yǎng)不良和腸病非常重要。
【名詞小講堂】
髓樣分化因子（MYD88）：是Toll樣受體(TLR)信號通路中的一個關鍵接頭分子,在傳遞上游信息和疾病發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用。
腸道微生物群中的某些菌在結腸炎期間被IgA包被，當轉(zhuǎn)移到無菌動物時，可增強對結腸炎的易感性，這表明在失調(diào)期間優(yōu)先結合IgA可識別與IBD相關的菌群。
而大多數(shù)共生體強烈誘導T細胞獨立的IgA結合，“非典型”細菌，如SFB，M. schaedleri，Prevotella spp.和Helicobacter sp. flexispira，可以逃避T細胞獨立抗體應答，使其非常接近上皮表面，在上皮表面引發(fā)抗原依賴性，高親和性，T細胞依賴性IgA反應。
這些研究表明，IgA可以通過促進有益共生菌的定殖來強化“健康”的微生物群落，但是，一旦在失調(diào)的狀態(tài)下，可能會誘發(fā)IgA對潛在致病菌的免疫反應。
防止在粘膜中積聚的保護機制
前面小節(jié)提到的：促進共生體與上皮分離的保護機制并不是萬無一失的。
考慮到存在于上皮表面附近的大量微生物，并不是所有的微生物都能守規(guī)矩，其中一小部分就可以在穩(wěn)態(tài)條件下突破上皮屏障。為了應對這種情況，宿主免疫系統(tǒng)就發(fā)展出具有限制粘膜破壞性炎癥和將滲透性微生物傳播至全身組織的策略。
它可以讓大量存在于上皮下面的特殊固有層巨噬細胞去殺死細菌共生體，通過多種機制吞噬和殺死滲透微生物，包括產(chǎn)生抗菌分子和活性氧。
在穩(wěn)態(tài)條件下，這些駐留巨噬細胞在微生物感應方面有缺陷，因此不會引起炎癥反應，這是一種通過IL-10刺激介導的調(diào)節(jié)活動。
腸道微生物也可以被固有層中的樹突狀細胞（DCs）吞噬并運輸?shù)侥c系膜淋巴結，在那里，含有樹突狀細胞的細菌誘導保護性IgA和調(diào)節(jié)性T（Treg）細胞；這些樹突狀細胞不能到達全身的二級淋巴結結構，從而限制了它們的全身傳播。
【名詞小講堂】
樹狀突細胞（DCs）：
· 也稱DC細胞，最早是由加拿大學者Steinman于1973年發(fā)現(xiàn)的
· 是功能最強的抗原提呈細胞，因其成熟時伸出許多樹突樣或偽足樣突起而得名。
全身部位的控制
盡管前面強調(diào)存在堅固的粘膜防火墻，但依然會有非常小部分的腸道微生物可通過靜脈門系統(tǒng)或血管系統(tǒng)擴散（圖1）。 不過這些微生物到了那之后，肝臟會派出kupffer細胞或脾臟派出的巨噬細胞來把這些偷跑出來的菌吞噬和殺死。
共生菌還可以通過T細胞依賴和T細胞獨立機制誘導IgG穩(wěn)態(tài)反應。IgG抗體可以通過識別高度保守的蛋白質(zhì)（例如murein脂蛋白）來結合多種細菌，包括變形桿菌和相關病原體，以限制細菌從腸道的全身傳播。
此外，IgG2b和IgG3等型與IgA結合的共生物種具有相似的反應性，可以在母乳中轉(zhuǎn)移給新生兒；這些母體IgG等型與IgA結合新生兒微生物群，以限制異常的共生特異性T細胞介導的炎癥。
在缺乏IgA或MYD88和TIR結構域的動物中，系統(tǒng)性IgG對微生物群的反應增強，這些結構域包含用于TLR介導的細菌感應的干擾素-β（TRIF）信號適配器。
這種增強的IgG反應很可能代表由于適應性降低和滲透性共生細菌被殺死而導致的全身組織中共生菌增加的補償性適應。
病原體的逃避
腸道病原體已經(jīng)進化出多種策略來破壞和逃避粘膜防火墻，限制細菌共生體進入粘膜組織。幾種病原體，包括腸沙門氏菌、Shigellaflexneri、Yersinia enterocolitica和霍亂弧菌，都會產(chǎn)生粘蛋白降解酶。
此外，腸道病原體已經(jīng)進化出抵抗機制對抗IECs產(chǎn)生的抗菌蛋白。例如，腸桿菌可表達參與調(diào)節(jié)抗菌肽抗性的脂多糖修飾的基因，以及參與抗菌肽固存、外排和降解的基因。
同樣，Listeria monocytogenes 使肽聚糖中的N-乙酰氨基葡糖殘基脫乙?；瑥亩用摿巳芫傅娜芫钚?，溶菌酶是Paneth細胞產(chǎn)生的一種酶。
與細菌共生體不同，腸道產(chǎn)生毒力蛋白，以逃避吞噬細胞中的溶酶體降解。進入腸細胞后，S. enterica 會破壞液泡膜并逃逸到宿主胞漿中，從而逃避自噬介導的降解，復制并在IECs之間傳播。
在中性粒細胞中，S.flexneri 可以通過超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的表達來抑制活性氧介導的殺傷。因此，腸道病原體已經(jīng)進化出多種機制來逃避粘膜防火墻。也許與IBD更相關的是，在缺乏粘膜防火墻的一個或多個組件的易感宿主中，致病菌就有可能引發(fā)疾病。
IBD粘膜防火墻破裂
在上一小節(jié)，主要解釋了堅固的粘膜防火墻，它是如何來保護宿主，在這一小節(jié)我們來看，在IBD患者中這個粘膜防火墻是如何被摧毀的。
減少微生物與上皮細胞表面接觸的穩(wěn)態(tài)過程的破壞可能會增加IBD發(fā)病的易感性，因為觀察到多個IBD易感基因編碼蛋白質(zhì)，它們可以限制細菌共生體進入粘膜或促進細菌殺滅。
圖2 炎癥性腸病粘膜防火墻的破裂
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從上皮表面分離共生菌
在小鼠中，MUC2（圖2左上角）的缺乏會導致粘液層異常，從而促進微生物群與腸上皮表面的緊密接近并導致自發(fā)性結腸炎。
在潰瘍性結腸炎患者中觀察到的共同特征是隱窩深處細菌與上皮緊密接觸。
巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶2（FUT2）中的功能缺失變異，編碼一種促進粘膜屏障功能的蛋白質(zhì)，與克羅恩病易感性增加有關。
NOD2
核苷酸結合寡聚結構域2（NOD2）的遺傳變異是第一個與克羅恩病相關的基因變異，也是已知的疾病發(fā)展的最強遺傳危險因素。但光靠NOD2是不會感染的，它需要輔助條件。
NOD2是一種細胞內(nèi)受體，能感受肽聚糖衍生的壁酰二肽并誘導對細菌的免疫反應。NOD2在Paneth細胞中表達，可能調(diào)節(jié)其抗菌功能。然而，Paneth細胞消融或基質(zhì)金屬蛋白酶7（MMP7）缺乏，可將不活躍的前α-防御素轉(zhuǎn)化為殺菌形式，不會導致小鼠自發(fā)性炎癥。
這表明IBD的發(fā)病機制需要額外的遺傳缺陷或存在特定的致病菌，而這些致病菌在絕大多數(shù)在特定無病原體（SPF）條件下飼養(yǎng)的小鼠微生物群中均未發(fā)現(xiàn)。
克羅恩病與基因變異
克羅恩病相關蛋白自噬相關蛋白ATG16L1中的突變也可能通過損害Paneth細胞內(nèi)分泌顆粒的胞吐作用而導致回腸疾病，這種活動限制了細菌共生菌的滲透。
未折疊蛋白反應（UPR）轉(zhuǎn)錄因子X-box結合蛋白1（XBP1）的基因變異與克羅恩病風險增加有關。XBP1特異性上皮缺失導致Paneth細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和結構缺陷。
值得注意的是，IECs中UPR和自噬通路的損傷與自發(fā)性克羅恩病（如跨壁回腸炎）有關。
兩個克羅恩病易感基因，TNFSF15和IL23R，調(diào)節(jié)ILC3s和TH17細胞，它們在通過產(chǎn)生IL-17和IL-22抑制共生微生物方面起著至關重要的作用。
然而，還需要進一步的研究來了解這些基因的變異是如何與克羅恩病聯(lián)系在一起的。
防止粘膜共生積累
利用固有層中的特殊大噬菌體殺滅細菌共生體，在限制黏膜損傷性炎癥和防止?jié)B透性微生物傳播方面具有關鍵作用。
在腸道中，NOD2由吞噬細胞、上皮細胞、基質(zhì)細胞和Paneth細胞表達。
值得注意的是，NOD2缺乏與CYBB（也被稱為NOX2）的缺乏——吞噬體煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶復合物的一個組成部分，其通過氧化猝發(fā)殺死細菌-在小鼠中觸發(fā)M. schaedleri的增殖和自發(fā)性克羅恩病樣TH1細胞驅(qū)動性結腸炎。
由于克羅恩病相關的NOD2變異體是功能喪失突變，因此吞噬細胞或腸和/或基質(zhì)細胞內(nèi)產(chǎn)生的細菌感應減弱可能促進病理生物的管腔累積和粘膜滲透，導致T細胞介導的腸道炎癥。
然而，NOD2相關的克羅恩病是否是由人類體內(nèi)特定病理生物的積累引起的，還需要進一步的研究。
NOD2在自噬中也有作用，自噬是一種介導溶酶體降解和細胞內(nèi)細菌清除的途徑。
NOD2將克羅恩病相關蛋白ATG16L1募集到細菌進入部位的質(zhì)膜上，但克羅恩病相關的NOD2變異體有缺陷的ATG16L1募集和受損的細菌誘導的上皮內(nèi)自噬。
除ATG16L1外，免疫相關GTPase家族M（IRGM）和富含亮氨酸重復激酶2（LRRK2）也調(diào)節(jié)自噬途徑，這些基因的變化與克羅恩病風險有關。
由于自噬的缺陷損害了細胞內(nèi)細菌的清除能力，可以想象，自噬相關基因的突變可能導致病理生物在腸道中的滲透和炎癥。
在極早發(fā)性IBD患者中，細菌感染與IBD易感性之間的聯(lián)系是一個明顯的例子，它與吞噬細胞NADPH氧化酶復合物的組分和調(diào)節(jié)基因的遺傳變異有關。
同樣，高達40%的慢性肉芽腫性疾病，由NADPH氧化酶組分的功能突變導致的原發(fā)性免疫缺陷病，發(fā)展為克羅恩病樣結腸炎。
總的來說，這些觀察表明，殺死細菌共生體的缺陷促進了克羅恩病的發(fā)展。
共生的有益影響
共生細菌通過增強粘膜防火墻來促進保護性免疫，這些防火墻限制了共生體的滲透，同時控制了對微生物的異常T細胞反應。破壞這些相互作用的宿主-共生相互作用可能會促進對IBD患者的失調(diào)菌群的不適當免疫反應。
誘導保護性免疫反應
腸道微生物群在調(diào)節(jié)宿主免疫以建立和維持腸道穩(wěn)態(tài)方面起著至關重要的作用。
圖3 共生體的有益作用。
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限制不適當?shù)难装Y
Treg細胞起源于兩種不同的個體遺傳譜系：
胸腺來源的Treg（tTreg）細胞
外周來源的Treg（pTreg）細胞
大多數(shù)pTreg細胞在共生菌的存在下在胸腺外的結腸中發(fā)育，因為在無菌小鼠中，結腸中pTreg細胞的頻率明顯降低。
Treg細胞通過防止誘導不適當?shù)氐腡細胞對微生物抗原的反應而在維持組織穩(wěn)態(tài)方面起著至關重要的作用（圖4a）
動物：
例如小鼠，缺乏對其調(diào)節(jié)或功能有重要作用的Treg細胞或因子（包括IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）和αVβ8整合素）的小鼠會發(fā)生自發(fā)性結腸炎。
人類：
與動物實驗數(shù)據(jù)一致，IL-10受體突變的幼童會發(fā)展成結腸克羅恩病。
此外，F(xiàn)OXP3是Treg細胞發(fā)育所需的轉(zhuǎn)錄因子，其突變的小鼠和人類都有自身免疫性疾病，包括結腸炎。
圖4 調(diào)節(jié)性T細胞支持腸道穩(wěn)態(tài)
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Treg細胞在抑制共生菌免疫反應中的作用也得到了證實，通過Treg細胞的共同轉(zhuǎn)移，CD45RBhiCD4+T細胞轉(zhuǎn)移到淋巴細胞減少小鼠中而引起的微生物依賴性結腸炎被清除。
pTreg細胞缺乏動物粘膜屏障的免疫病理學表明，tTreg細胞足以系統(tǒng)地維持對自身抗原的耐受性，而pTreg細胞在抑制腸道炎癥方面具有非冗余的作用。
結腸pTreg細胞深受局部抗原的影響，TCR repertoire 不同于外周淋巴結和脾臟的類似Treg細胞，能夠識別梭狀芽孢桿菌和擬桿菌屬表達的抗原，這進一步支持細菌對腸Treg細胞誘導的重要性（圖4b）
IBD中共生關系的破壞
大量的證據(jù)表明，微生物群在引發(fā)IBD方面起著至關重要的作用。此外，與IBD相關的遺傳缺陷與環(huán)境因素一起，可以誘導病理離子的積累和滲透到腸道，從而進一步促進腸道菌群失調(diào)和炎癥反應。
引起IBD的微生物群
盡管沒有一種病原體或致病菌被一致認為是IBD的病因，但多方面的證據(jù)支持微生物群在驅(qū)動腸道炎癥中的重要作用。例如，糞便流改道可以減少或消除了回腸克羅恩氏病的炎癥。
此外，在回腸切除術后，克羅恩病的復發(fā)取決于暴露于腸腔內(nèi)容物?？股刂委熆墒够顒悠跐冃越Y腸炎和克羅恩病患者病情緩解，并可預防某些克羅恩病患者復發(fā)。然而，考慮到這些藥物對多種菌群的影響，抗生素研究的解釋是困難的。
動物模型進一步支持腸道微生物群在IBD發(fā)病機制中的作用。例如，將結腸炎小鼠的糞便微生物群口服到健康動物體內(nèi)就足以引發(fā)疾病。最重要的是，基因易感的小鼠在常規(guī)的微生物群的情況患上了結腸炎，但不是在無菌條件下。例如，SPF小鼠，而不是無菌小鼠，TCR基因缺失突變會導致結腸炎。
此外，在無菌的TCR缺陷小鼠中沒有觀察到結腸炎，這些小鼠被固定在一個確定的共棲群落中，這表明引發(fā)疾病需要特定的微生物。
IBD患者的菌群失調(diào)
對IBD患者體內(nèi)微生物群的組成進行了廣泛的研究。16SrRNA測序分析糞便和粘膜樣本顯示存在菌群失調(diào)，其特征是菌群多樣性下降，厚壁菌門的某些屬的改變和腸桿菌科物種的豐度增加。
這些改變在克羅恩病患者中比潰瘍性結腸炎患者更為明顯。一些研究還顯示了擬桿菌屬的變化，特別是在克羅恩病患者中。
研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者與近親（包括雙胞胎）之間的微生物群也存在差異，這表明菌群失調(diào)與疾病有關，而不是與遺傳因素有關。
然而，需要縱向研究來確定是否失調(diào)先于炎癥的發(fā)生。與未治療的克羅恩病患者在診斷時收集的糞便樣本相比，粘膜樣本中微生物群的失調(diào)更為明顯。與潰瘍性結腸炎相比，對粘膜樣本的研究還顯示克羅恩病中潛在有益菌的凈損失更大，某些菌群包括克羅恩病中的腸桿菌科和潰瘍性結腸炎中的瘤胃球菌屬與疾病活動性的相關，以及克羅恩病中某些菌群與腫瘤壞死因子治療反應的相關。
糞便樣本的宏基因組測序顯示，克羅恩病患者和非IBD患者之間存在明顯的區(qū)分，而潰瘍性結腸炎患者的差異更顯著，總體上有菌群多樣性喪失的趨勢。
這些研究還發(fā)現(xiàn)IBD患者糞便中代謝物多樣性的喪失與菌群多樣性的喪失相當。盡管到目前為止，元基因組學的研究僅限于糞便樣本的分析，但由于宿主來源的DNA在粘膜活檢樣本中含量很高，便于更深入理解IBD中微生物群的功能破壞。
其他微生物——真菌
雖然IBD中的大多數(shù)微生物組學研究都集中在細菌對疾病發(fā)病的貢獻上，但也有一些研究強調(diào)了其他微生物在IBD中的重要性。例如，與健康人相比，克羅恩病患者結腸活檢樣本中真菌菌群多樣性增加。同樣，克羅恩病患者回腸粘膜標本和糞便標本中的真菌多樣性增加，白念珠菌、棒狀曲霉菌和新生隱球菌增加。
其他證據(jù)證實了IBD中真菌失調(diào)的存在，包括與健康受試者相比，釀酒酵母菌比例降低，白色念珠菌增加。值得注意的是，一些研究將真菌菌群多樣性的增加與疾病的嚴重程度聯(lián)系起來，并認為克羅恩病的環(huán)境有利于真菌而損害了細菌，或者抗生素治療為真菌擴張創(chuàng)造了特定的生態(tài)位。
腸道真菌與宿主免疫受體dectin 1相互作用，該信號通過CARD9誘導炎癥分子的產(chǎn)生和TH17細胞的反應。CARD9變異與發(fā)生IBD的風險增加有關。同樣，Card9基因敲除小鼠改變了腸道真菌群落，增加了化學誘導結腸炎的易感性。此外，dectin 1基因的多態(tài)性與醫(yī)學上難治的潰瘍性結腸炎有關。
其他微生物——病毒
腸道中也含有大量的病毒，這些病毒可能在IBD的發(fā)病機制中起作用。例如，感染小鼠諾如病毒會導致潘氏細胞異常，出現(xiàn)克羅恩病易感基因ATG16L1的突變。
此外，F(xiàn)UT2的遺傳變異與諾如病毒感染和克羅恩氏病的易感性有關。 可能與IBD相關的其他病毒是噬菌體。
IBD患者腸道病毒組的宏基因組測序顯示，與對照組相比，Caudovirales 噬菌體有表達，這似乎不是繼發(fā)于細菌菌群的變化；然而，這種擴增是隊列特異性的，未在驗證隊列中得到證實。因此，需要更多的研究來了解真菌和病毒在人類IBD中的作用。
IBD 的前因后果
雖然在IBD早期微生物群的改變可以獨立于治療而發(fā)生，但沒有直接證據(jù)表明生態(tài)失調(diào)在IBD發(fā)病機制中的因果作用。
在小鼠中，化學誘導的結腸炎和腸道感染會引發(fā)微生物群組成的強烈變化，其中一些變化與在IBD患者中觀察到的變化相當，包括變形菌的增殖。
炎癥導致腸腔氧合增加，硝酸鹽和宿主電子受體的有效性增加，可驅(qū)動腸桿菌科的厭氧呼吸和增殖。
因此，在IBD患者的腸粘膜和腸腔中觀察到的許多微生物群變化可能是繼發(fā)于炎癥。
在一個自發(fā)性克羅恩病的遺傳模型中，縱向分析揭示了在結腸炎發(fā)病前單一或有限數(shù)量的致病菌的種群擴張，這種菌群足以在具有復雜微生物群的小鼠中引發(fā)疾病。
根據(jù)這些觀察，失調(diào)可能分為早期和晚期兩個階段進行。
在早期，IBD相關的遺傳和環(huán)境因素可能導致致病菌的積累，這可能先于臨床疾病的發(fā)展。
盡管參與早期失調(diào)的致病菌的身份和數(shù)量尚不清楚，但在IBD動物模型中有限的證據(jù)表明，該細菌的遺傳和代謝特征可能是重要的。
例如，schaedleri和Helicobacter hepaticus，這兩種致病菌可以在遺傳易感性小鼠中引發(fā)自發(fā)性結腸炎，產(chǎn)生毒力因子并生活在上皮附近，盡管這些活性在誘發(fā)結腸炎中的作用尚不清楚。當黏膜防火墻受到IBD易感基因突變的影響時，這種細菌特征可能降低局部穿透的閾值（圖5）
圖5 炎癥性腸病中的生態(tài)失調(diào)
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在晚期失調(diào)期間，腸道炎癥推動了菌群的進一步變化，包括變形菌的增殖（圖5）。鑒于腸道微生物群的不同菌群對宿主免疫系統(tǒng)和腸道屏障有有益的影響，某些菌群的缺失可能導致腸道炎癥的加劇或消退。特定細菌的大量繁殖，如粘附性和侵襲性大腸桿菌，積聚在IBD患者的炎癥粘膜中，可進一步促進炎癥反應（圖5）。
粘附性和侵入性大腸桿菌使用常見的1型菌毛粘附素FimH粘附到腸上皮，該粘附素可識別在克羅恩病患者回腸中異常表達的癌胚抗原相關細胞粘附分子6（CEACAM6）。 需要對來自IBD易感性增高的人群和/或IBD患者的黏膜樣本進行精心設計的縱向研究，以了解其在疾病復發(fā)中的作用。
IBD患者對微生物抗原的適應性免疫應答
IBD患者常檢測到T細胞和抗體對微量雙抗原的反應增強，進一步證明了微生物群在疾病發(fā)病機制中的作用。與健康人相比，IBD患者產(chǎn)生大量抗共生細菌的IgG抗體，并且血清中抗真菌和/或細菌肽和聚糖的活性較高。盡管抗微生物抗體可以作為疾病和診斷的標志物，但這種抗體在IBD中的作用尚不清楚。鑒于健康的小鼠和人類產(chǎn)生了抗細菌共生體的抗體，IBD相關抗體高滴度的存在可能反映了IBD患者的適應性免疫反應增強或腸道內(nèi)微生物抗原暴露增加。
除了體液反應外，在IBD患者中還觀察到T細胞對微生物群的反應失調(diào)。早期研究表明，IBD患者炎癥粘膜中的T細胞或單核細胞在腸道微生物抗原刺激后，其反應性較正常粘膜中的細胞有所增強。
然而，在IBD患者和健康人的血液和粘膜中都可以檢測到CD4+T細胞對細菌共生體的反應。對微生物群有反應的人T細胞主要具有記憶表型，具有不同的TCR Vβ基因庫，這與對多種微生物抗原的反應一致。
與人類數(shù)據(jù)一致的是，在結腸炎動物模型中也可以檢測到對共生細菌和細菌抗原有反應的T細胞。CD4+T細胞對共有抗原的反應轉(zhuǎn)移到淋巴細胞減少的動物體內(nèi)足以引發(fā)結腸炎。
一些實驗觀察結果表明，致病性CD4+TH細胞可以在穩(wěn)態(tài)條件下識別致病生物，而Treg細胞介導的免疫抑制對結腸炎的發(fā)展至關重要。然而，Treg細胞作用于效應T細胞抑制細菌引起的腸道炎癥的機制尚不清楚。Treg細胞可以以抗原無關的方式抑制效應T細胞和/或通過其TCR作用于抗原提呈細胞以抑制抗原特異性效應T細胞。
針對微生物群進行治療
目前大多數(shù)IBD的治療方法，包括類固醇和生物藥物，如抗腫瘤壞死因子或抗整合素治療，都能抑制宿主免疫系統(tǒng)，但不直接針對引起或?qū)е卵装Y的微生物。
鑒于炎癥性腸病的治療在不到50%的患者中可獲得完全緩解，針對腸道微生物的治療方法的發(fā)展可能為治療炎癥性腸病提供一種獨特的方法。
隨著對某些微生物的失調(diào)和免疫調(diào)節(jié)功能的進一步了解，研究人員為改善腸道微生物群以預防或改善IBD提出了一些創(chuàng)新的策略。
糞便微生物群移植（FMT）
IBD和反復難辨梭狀芽孢桿菌感染的生物學特性：
門級多樣性的喪失和腸桿菌科兼性厭氧菌（包括變形菌）的過度生長。因此研究人員想到了糾正微生物群落失衡可能會成為治療IBD的有效方法。
臨床效果
通過恢復腸道微生物群落多樣性，糞便微生物群移植（FMT）在解決復發(fā)性艱難梭菌感染方面的高成功率增強了微生物群調(diào)節(jié)療法的潛力。盡管已經(jīng)接受FMT治療的IBD患者數(shù)量有限并且對治療的反應有所不同，但大約30％的潰瘍性結腸炎患者已經(jīng)實現(xiàn)了臨床緩解?？股仡A處理和多次糞便輸注似乎可以改善FMT在潰瘍性結腸炎患者中的有效性。
也有研究人員對此持不同看法。
Rossen等人的一項雙盲，隨機，安慰劑對照研究未觀察到FMT對潰瘍性結腸炎患者有任何有益作用，其結果發(fā)表在Gastroenterology期刊。
此外，F(xiàn)MT在克羅恩病患者中的有效性仍不清楚，可能是因為目前的研究報告潛在療效在隊列規(guī)模上是有限的，并且缺乏安慰劑治療組。需要進一步的研究，了解更多機制，來制定更有效的治療方案。
抗生素
隨機對照試驗的Meta分析顯示了抗生素在治療克羅恩病和潰瘍性結腸炎中的益處。
然而，使用抗生素來改變微生物群受到限制，因為在消滅致病菌的同時對有益菌也有影響，這可能帶來不良后果。
由于相互矛盾的發(fā)現(xiàn)，在IBD治療中抗生素的使用仍然有限，但使用廣譜抗生素混合療法的研究表明，它們可能重癥急性結腸炎和慢性潰瘍性結腸炎有效。
在未來，一旦確認了引起IBD的微生物代謝途徑，就有可能用新一代抗生素專門針對它們。
益生菌
活微生物可能在幾個方面是有利的。
一旦達到穩(wěn)定的定殖，有益的微生物因子可以持續(xù)地傳遞給宿主，活菌可能會觸發(fā)有益的免疫反應。通過服用益生菌，包括乳酸菌或雙歧桿菌，有針對性地調(diào)節(jié)微生物群，已經(jīng)成功地治療了一些腸道疾病。
此外，在維持潰瘍性結腸炎患者病情緩解方面，益生菌大腸桿菌Nissle 1917口服治療與美沙拉嗪標準治療具有相似的療效。益生菌大腸桿菌Nissle 1917能分泌具有抗菌活性的微胞素，抑制可能加劇腸道炎癥的競爭性腸桿菌科細菌。
但是，益生菌通常對微生物組的整體組成影響有限，因為這些細菌無法持久地定居健康的成年人。 在某些適應癥中，同時補充益生元可以提高外源微生物的移入效率，包括增強對艱難梭菌的定植性。
合成生物學的進展為IBD的治療和管理提供了創(chuàng)新的方法（如下圖6）
給小鼠口服經(jīng)工程改造以表達和分泌IL-10的乳酸乳球菌，足以保護它免受DSS和IL-10缺乏引起的結腸炎的侵害。
在一小群克羅恩氏病患者中，使用限制胸腺嘧啶的遏制策略安全地生產(chǎn)了重組的產(chǎn)生IL-10的乳酸乳球菌菌株，但僅引起了很小的疾病活動性改善。
由于乳酸桿菌的惰性，這種益生菌也被修飾以表達胰島素生長因子1、血紅素氧合酶1或絲氨酸蛋白酶抑制劑；當給小鼠口服時，這些合成的益生菌可以緩解實驗性結腸炎的發(fā)展。然而，這些策略在臨床試驗中并不成功，可能是由于工程乳酸菌菌株不能持續(xù)地將IBD患者定殖。
圖6 微生物治療在炎癥性腸病中的作用
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靶向微生物代謝
精確定位有害微生物在失調(diào)期間增殖的代謝途徑，對于改善小鼠結腸炎是有效的。例如，變形桿菌利用增加的氮源，包括在炎癥腸中產(chǎn)生的一氧化氮，大量繁殖。
值得注意的是，靶向鉬輔因子依賴的酶，需要使用一氧化氮進行厭氧呼吸，通過減弱腸桿菌科的增殖，包括變形菌，來保護小鼠免受DSS誘導的結腸炎。因此，開發(fā)針對有害菌代謝途徑的藥物可能為治療IBD提供一種新的策略。
飲食
飲食在塑造微生物群的組成中起著重要作用，并可通過調(diào)節(jié)飲食來控制IBD癥狀。
全腸內(nèi)營養(yǎng)（EEN）是IBD中為數(shù)不多的已被廣泛研究的膳食干預措施之一，它是一種營養(yǎng)完整的無固體食物的元素和聚合物配方食品。在克羅恩病的兒科患者中，甚至與皮質(zhì)類固醇一樣有效，但沒有與皮質(zhì)類固醇治療相關的副作用。
EEN能獨立于其他環(huán)境因素迅速改變微生物群的組成，有效降低克羅恩病患兒的腸道炎癥。EEN誘導克羅恩病緩解的機制尚不清楚，但它可能促進有益微生物的生長或減少致病生物。
在實驗性DSS誘導的結腸炎中，一項對各種精制飲食的調(diào)查確定了洋車前子纖維的有益作用。而膳食蛋白（包括酪蛋白）的增加，糞便微生物密度的增加以及腸通透性的改變加劇了結腸炎的嚴重性。
寄主對結腸炎的易感性很大程度上依賴于形成微生物群的特定纖維或蛋白質(zhì)成分的組合，可見飲食成分在IBD中非常重要。
結 語
在過去的十年里，人們關于微生物群-宿主相互作用以及遺傳和免疫系統(tǒng)在IBD中的作用的了解有了大幅提高。然而，對于IBD發(fā)病機制的幾個方面的認識仍很局限。
一個主要的問題是缺乏對引起易感個體炎癥的IBD致病菌的識別。多種致病菌可能引起疾病，這些致病菌可能因患者特定的IBD易感位點而異。因此，利用具有相同或相似遺傳缺陷的個體進行研究可能對鑒定這種微生物很重要。
識別引起IBD的微生物對于理解疾病的發(fā)病機制，監(jiān)測患者這些病原體的改變以及合理開發(fā)新療法具有重要意義。
動物模型為研究微生物群和免疫系統(tǒng)在疾病發(fā)展中的作用提供了重要的線索。然而，除了少數(shù)之外，這些模型并不是基于與人類疾病相關的遺傳缺陷，也沒有完全概括IBD的病理學。小鼠模型通常使用簡化的微生物群，這種簡化的微生物群不能反映完整腸道中發(fā)生的復雜的微生物-宿主相互作用。
未來，如果能開發(fā)出更適合人類IBD的新模型，掌握更多機制，或許能從微生物群的角度（比如說飲食干預）帶來更多的治療或者預防措施，從而為IBD患者減輕痛苦與經(jīng)濟負擔。
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參 考 文 獻
Caruso R, Lo B C, Nú?ez G. Host–microbiota interactions in inflammatory bowel disease[J]. Nature Reviews Immunology, 2020: 1-16.
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