徐凯进李兰娟
人体肠道内存在数量庞大、结构复杂的正常菌群，而肠壁内存在为数众多、功能强大的淋巴细胞，以肠粘膜为界，两者相互作用，相互制约，处于动态平衡状态。正常肠道菌群在促进免疫系统发育，维持正常免疫功能，协同拮抗病原菌入侵方面，发挥着重要作用。同时，免疫系统对肠道菌群又有制约和调控作用，如对正常菌表现为免疫耐受，对病原菌表现为免疫排斥，一旦二者间的平衡被破坏，就会导致疾病。本文分4部分，就肠道正常菌群与肠道免疫系统间的关系，结合国内外最新进展进行综述。
肠道正常菌群；肠道免疫；免疫耐受
人体最庞大的正常菌群在肠道，它的构成相当复杂，人们发现，光细菌的种类就在种以上[1]。这些肠道细菌及其代谢产物包含了大量的免疫刺激物质如:抗原、毒素等，而肠道免疫屏障能对来自粘膜表面的各种抗原作出正确反应，即对无害抗原如食物及正常菌群的抗原表现为免疫耐受(immunetoleration)以保证食物的吸收和微生态的稳定，不会因对无害抗原起反应而耗竭免疫资源，同时对病原体则产生免疫清除与免疫排斥(immuneeliminationandimmuneexclusion)。这种准确识别并产生两种截然不同、方向相反的免疫反应，提示肠道免疫存在精确的调控机制。这种机制是在细菌与机体免疫系统的长期相互作用、相互适应、长期进化过程中形成的。
随着免疫技术和无菌动物技术的发展，近年来人们对两者的关系与作用机制有了一定的了解，并发现肠道菌群与肠道免疫之间的关系在炎症性肠炎、食物过敏、多器官功能衰竭、细菌移位等疾病的发生发展中起了重要作用。
一、肠道免疫系统
肠道免疫系统由肠上皮细胞(intestinalepithelialcell,iEC)，肠上皮内淋巴细胞(intestinalintraepitheliallymphocyte,iIEL)，固有层淋巴细胞(laminaproprialymphocyte,LPL)，派伊氏结(peyer’patch,PP)，肠系膜相关淋巴结等肠道淋巴组织组成。
肠道免疫的诱导部位在iEC和PP。iEC除具有消化吸收功能外，还具有摄取和释放SIgA、提呈抗原功能、分泌细胞因子等免疫功能。PP位于肠粘膜下，是诱导肠特异性免疫的主要场所。在PP圆顶区上分布有微皱褶细胞(microfoldcell,M细胞)。M细胞功能有:(1)吞噬大分子物质，以囊泡的形式转运给粘膜淋巴滤泡，大分子抗原经抗原提呈细胞(APC)加工后提呈给B细胞,启动体液免疫;(2)许多细菌、病毒可选择性地粘附M细胞,而后被M细胞转运入体内,使其成为某些病原体入侵的门户,如HIV不能穿透复层鳞状上皮及绒毛上皮,但可被M细胞粘附和转运,这与HIV可经肛交传播有关;(3)M细胞内存在抗原加工处理过程中重要的酶———组织蛋白酶E,但缺乏另一种抗原提呈所需的重要分子HLA2DR,所以M细胞有一定的抗原处理能力,但并非是传统意义的提呈细胞。
肠道免疫的效应部位主要包括:位于上皮内基底膜上的;iIEL和位于固有层的淋巴细胞。iIEL是人体内最大的淋巴细胞群，其数量相当于脾细胞数，或40%～50%外周循环淋巴细胞数,同时它的位置与肠腔很近,这使iIEL成为肠道免疫系统的主力军。人类的iIEL90%以上为CD3+T细胞,不到6%为SIgA+B细胞以及少量的NK细胞。iIEL可通过Fas受体及穿孔素杀灭入侵的病原体和变性的上皮细胞，也能分泌IL-22、IL-24、IL-25、TNF-2α、TGF-β来调节其它淋巴细胞与上皮细胞的功能。
固有层淋巴细胞(LPL)，弥散地分布于肠道粘膜的固有层内，主要为CD4+T细胞和SIgA+B细胞。T细胞主要表现为免疫调节作用，能分泌IL-10、TGF-β等下调免疫反应的细胞因子,也可影响B细胞分泌SIgA。B细胞主要通过分泌SIgA发挥免疫效应,SIgA可和病原微生物、毒素及抗原性物质发生特异性结合，阻止病原体的入侵和抗原性物质的渗透过粘膜屏障。
肠道抵御病原体入侵除先天性免疫和特异性免疫机制外,还有一种防御机制是模式识别受体机制(patternrecognitionreceptorsmechanism,PRRs机制)。这一机制不当存在于高等动物中，也广泛地存在于昆虫、植物中，可以说这是一种在生物进化过程中保留下来的古老的防御机制。人类的Toll-like受体(TLRs)，属于PRRs系统，主要分布在具有先天性免疫功能的细胞上，如树突细胞、巨噬细胞。肠上皮细胞上也有TLRs分布。TLRs仅识别病原微生物上高度保守的结构基序———病原相关的分子模式(pathogenassociatedmolecularpattern,PAMP)。PAMP包括:脂多糖(LPS)、肽聚糖、胞壁酸、鞭毛蛋白、细菌DNA、病毒的双链RNA等。TLRs受PAMPs激活而启动包括MyD88、IRAK在内的信号级联，进而使核转录因子NF-κB激活，使细胞合成并释放炎症介质，同时有上调免疫细胞共刺激分子的表达和增强抗原提呈功能，最终可使特异性免疫系统激活。已发现的人类TLRs有10种，各自有相应的配体，如TLR2识别脂多糖、肽聚糖、胞壁酸,TLR3识别病毒双链RNA,TLR4识别脂多糖,TLR5识别细菌鞭毛蛋白，TLR9识别细菌CPG-DNA[2,3]。
二、正常肠道菌群的免疫功能
肠道细菌对免疫系统影响的研究,在建立无菌动物模型之后有了长足进展。比较无菌动物与普通动物在免疫器官形态，免疫细胞数量、功能及空间分布的差异性，可了解肠道细菌与免疫的关系。给无菌动物接种一种或几种已知的肠道细菌,而后观察免疫系统的变化情况,可了解特定细菌对免疫系统的影响。
无菌动物与普通动物相比，由于缺乏能降解粘液的细菌，使盲肠中积满粘液，体积增大,可达普通动物的10倍以上；上皮细胞更新日期延长至4d,而普通动物只需2d;无菌动物肠蠕动明显减慢；肠道相关淋巴组织内的淋巴细胞减少，尤以iIEL中的αβTCR阳性T细胞最为明显[4]。无菌动物接种肠道细菌后，其肠道相关淋巴组织中的淋巴细胞增多，淋巴细胞针对抗原的反应速度与强度增加;外周血球蛋白的克隆多样性增加；外周吞噬细胞功能增强；说明无菌动物肠道接种细菌后可使肠道局部免疫及全身的系统免疫功能都得到增强,不但活菌对免疫系统产生影响，细菌代谢产物及一些死菌的成分如:脂多糖、肽聚糖、热休克蛋白也有类似作用。细菌DNA是免疫刺激物质，其免疫活性与DNA中非甲基化的胞嘧啶-鸟嘧啶核苷酸(CG)有关，这种DNA又称为CPG-DNA，可激活树突细胞，巨噬细胞参与免疫反应[5]。哺乳动物DNA缺乏免疫刺激性与其很少有非甲基化CG有关。
三、肠道免疫系统对正常菌群的耐受机制
肠道正常菌与病原菌一样都表达MAMP,菌体死亡时会释放内毒素、细菌DNA,但为什么肠道正常菌群不会像病原菌那样激活机体,产生免疫排斥反应?这是一个令人迷惑但又非常吸引人的课题,经过科学家的努力,现已对其中部分机制有所了解,但离阐明整个机制还有很长一段路。
Cukrowska等[6]发现,给刚出生的无菌小猪接种非致病性大肠杆菌(E.colistrain),在最初几天可观察到：肠粘膜通透性增加、PP的发生中心形成、细菌一过性移位到肠系膜淋巴结、产生特异性抗菌抗体、多克隆的B细胞被激活,但到第5～10天时，局部和全身的免疫反应被抑制,呈现一种自限性的、可控的生理性炎症反应并最终达到免疫耐受。
敲除小鼠的MHCⅡ类分子、IL-10、TCRα/β、IL-2R的基因中的任何一个,小鼠肠道就可产生类似人类炎症性肠炎的变化。另外,给动物口服某种抗原可使动物针对该抗原的迟发性变态反应下调,呈现口服免疫耐受现象,但在缺乏MHCⅡ类分子或IL-10的基因敲除动物中不能观察到此现象。应用抗CD4的单克隆抗体处理过的动物也有类似情况。以上实验提示CD4、MHCⅡ类分子、IL-10等参与免疫耐受过程[7]。
免疫反应中Th1与Th2的比例有调控免疫方向的作用，Th1可上调免疫反应，Th2可下调免疫反应。在肠道相关淋巴组织中还存在Th3，能分泌TGF-β下调免疫，也可通过调节Th1/Th2比例诱导免疫耐受[8]。
T细胞激活需获得双信号刺激，若T细胞与抗原肽MHC复合物结合获得第一信号，而缺乏共刺激分子提供的第二信号，将会失能或凋亡。iEC作为一种非专业性的APC,缺乏共刺激分子B7-1、B7-2,因此iEC提呈的细菌与食物抗原,可诱导免疫耐受。iEC还可产生IL-10、TGF-β,抑制附近T细胞的免疫活性,即所谓的旁观者抑制现象(Bystanderinhibition),参与免疫耐受的形成[9]。
定植于上皮细胞的正常细菌,能向肠道免疫系统传递某些信号，诱导免疫下调。Neish[10]发现,iEC在与非致病性沙门菌直接接触后，再受到前炎症因子刺激时，其炎症效应分子的合成明显减少。其机制是细菌干扰了κIB的降解，κIB是结合在核转录因子NF-κB上并封闭其功能的分子，κIB的不降解NF-κB就无法被激活，而NF-κB的激活又是合成一系列炎症因子的必要步骤。
其它一些尚有待于进一步验证的机制：如是否正常菌上的PAMP表达较病原菌要少一些?是否正常菌可分泌具有免疫抑制功能的分子诱导免疫耐受?回答这些问题要依靠对正常肠道细菌超微结构及生理代谢的研究，但由于绝大部分正常肠道细菌我们还不能培养，故这方面的研究还相当缺乏。
四、肠道正常菌群、肠道免疫与疾病
正常情况下肠道菌群与肠道免疫和平共处，互惠互利，通过精密的调控机制，二者处于动态平衡状态，一旦这种机制被破坏，将会导致一系列疾病。
若肠道免疫系统失去对正常菌群某些抗原的耐受，在肠道局部可产生炎症反应，诱发炎症性肠炎(包括溃疡性结肠炎、克罗恩病);在全身，由于机体与细菌存在交叉抗原，可诱发全身性炎症反应，参与某些自身免疫性疾病的发病机制。炎症性肠炎及自身免疫性疾病的动物模型不能在无菌动物中建立，就是支持这一观点的有力证据。现已有很多临床资料表明，利用肠道正常菌群如：乳酸杆菌、双岐杆菌、非致病性大肠杆菌，治疗炎症性肠炎、婴幼儿湿疹、食物过敏取得了类似于糖皮质激素样的效果，而且无副作用，疗效更持久。
当肠道免疫功能下降时,肠道细菌由于失去监控，会出现过度繁殖、细菌移位。如在严重创伤后，可因肠道细菌移位及释放大量内毒素而引发或加重多脏器功能衰竭；在急性胰腺炎时，肠道细菌可通过毛细淋巴管，经胸导管、心脏，到达肺部，诱发胰腺炎相关性肺炎；HIV感染的患者易出现肠道细菌过度繁殖引起的细菌性腹泻。这类疾病都可通过提高机体免疫力或用益生菌改善肠道菌群来预防和治疗。
肠道存在口服免疫耐受现象(oralimmunetoleration),即口服抗原后,可引起机体对该种抗原不产生或只产生较低的免疫反应,而对其它抗原仍保持正常免疫应答。许多学者利用这一现象,试验性地治疗动物及人的自身免疫性疾病和器官移植后免疫排斥反应，取得了成功。早在年，Chase证实用半抗原二硝基氟苯喂养动物，可抑制由该抗原诱发的接触性皮炎;Wildner通过给实验性自身免疫性葡萄膜炎模型鼠,口服视网膜S-抗原,诱导出针对S-抗原的口服耐受后,使病情缓解[11];年,Hashimoto等发现先给小鼠喂饲大剂量灭活的肿瘤细胞,再把同基因的肿瘤细胞植入小鼠体内,小鼠对这些肿瘤产生的排斥反应明显减弱。在年,Compbell等发现母乳喂养的受者在接受母亲的肾脏后,肾移植后排斥的反应率明显降低。
利用肠道正常菌群,可定植于肠道并诱导机体产生免疫耐受的特性，设计转基因细菌，使其表达需要诱导免疫耐受的目的抗原，经口服使其定植于机体肠道并诱导机体对这些目的抗原产生耐受,来治疗自身免疫性疾病和器官移植后排斥，将为这类疾病的治疗开辟一条崭新的途径。
参考文献
1HooperLV,GordonJI.Commensalhost-bacteriarelationshipsinthegut.Science,,(4):-.
2AkiraS,TakedaK,KaishoT.Toll-likereceptors:criticalproteinslinkinginnateandacquiredimmunity.Natimmunol,,2(2):-.
3VasselonT,DetmersDA.Tollreceptors:acentralelementininnateimmuneresponses,InfectImmun,,70(6):-.
4CebraJJ,JiangHQ,SterzlJ,etal.Theroleofmucosalmicrobiotainthedevelopmentandmaintenanceofthemucosalimmunesystem.Mucosalimmunology,,-.
5DziarskiR.Recognitionofbacterialpeptidoglycanbytheinnateimmunesystem.CellMolLifeSci,,60(9):-.
6CukrowskaB,KozákováH,RehakovaZetal.Specificantibodyandimmunoglobulinresponsesafterintestinalcolonizationofgerm-freepigletswithnon-pathogenicEscherichiacoliO86.Immunobiology,,(8):-.
7DugasB,MercenierA,Lenoir-WijnkoopI,etal.Immunityandprobiotics.ImmunolToday,,20(4):-.
8SinghB,ReadS,AssemanC,etal.ControlofintestinalinflammationbyregulatoryTcells.ImmunolRev,,(9):-.
9WeinerHL,FriedmanA,MillerA,etal.Oraltolerance:immunologicmechanismsandtreatmentofanimalandhumanorgan-specificautoimmunediseasesbyoraladministrationofautoantigens.AnnuRevImmunol,,12(11):-.
10NeishAS.Thegutmicrofloraandintestinalepithelialcells:acontinuingdialogue.MicrobesInfect,,4(3):-.
11WildnerG,HunigT,ThurauSR,etal.Orallyinduced,peptide-specificgamma/deltaTCR+cellssuppressexperimentalautoimmuneuveitis.EurJImmunol,,26(2):-.
(收稿日期:5-01-14)
本文转载于国外医学流行病学传染病学分册5年6月第32卷第3期ForeignMedicalSciencesEpidemiologyLemology,June5,Vol.32,No.3