視神經脊髓炎譜系疾病（NMOSDs）是一類免疫介導的以視神經和脊髓受累為主的中樞神經系統炎性脫髓鞘疾病。腸道微生物群作為一個重要的環境因素，可能在NMOSDs的發生和發展中發揮著重要作用。既往研究表明，NMOSDs患者腸道菌群的結構和數目與正常健康人存在差異，發生改變的腸道菌群可能通過與中樞神經系統自身抗原發生交叉反應、誘導T細胞分化以及影響短鏈脂肪酸等代謝產物分泌途徑觸發NMOSDs發生。總結分析NMOSDs患者腸道菌群改變及可能的潛在機制，有助于為將來防治NMOSDs提供更有效的治療方法。
引用本文： 趙蕊, 姜利斌. 腸道菌群改變在視神經脊髓炎譜系疾病發病機制中的作用研究進展. 中華眼底病雜志, 2022, 38(5): 419-422. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20210301-00104 復制
視神經脊髓炎譜系疾病（NMOSDs）是一類免疫介導的以視神經和脊髓受累為主的中樞神經系統（CNS）炎性脫髓鞘疾病。該類疾病以嚴重的視神經炎（ON）及縱向延伸的長節段橫貫性脊髓炎為主要表現，具有易復發和臨床轉歸不良等特點[1]。2004年，Lennon等[2]在NMOSDs患者體內發現血清水通道蛋白4（AQP4）特異性抗體（AQP4-Ab），而使NMOSDs區別于多發性硬化（MS），成為一種獨立的疾病。研究證實，AQP4-Ab介導的補體依賴性細胞毒性作用（CDC）破壞CNS星形膠質細胞是NMOSDs發病的主要機制[3]。此外，抗體依賴細胞介導的細胞毒性作用（ADCC）、AQP4反應性T細胞（細胞免疫）以及輔助性T細胞（Th細胞）相關因子等炎性細胞因子等也參與了NMOSDs免疫損傷過程[4]。盡管NMOSDs損傷靶點已得到證實，但疾病的觸發機制尚不明確。近年來隨著對腸道菌群和腸-腦軸在免疫性炎癥疾病發病中的認識，發現了一些腸道菌群可能通過分子模擬、誘導CD4+T淋巴細胞分化等途徑觸發NMOSDs的發生和發展。臨床上，NMOSDs患者常以ON表現而就診于眼科，眼科基礎工作者探索腸道菌群在NMOSDs相關ON發病機制中的作用，無論對于了解ON發病機制，還是為未來通過改變飲食習慣，或調節腸道菌群移植糞便微生物群等方法防治ON發生和不良轉歸均具有重要的意義。因此，現針對腸道菌群改變在NMOSDs發病機制中的作用研究進展作一綜述。
1 腸道菌群多樣性與NMOSDs患者腸道菌群變化
人體胃腸道內的微生物群數目達1013～1014個，腸道內微生物的組成始終根據環境的變化而不斷發生改變，具有相當的異質性與復雜性。腸道菌群中占主要地位的是厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門等[5]。目前，在類風濕性關節炎、帕金森病、炎性腸病以及MS和視神經脊髓炎（NMO）等疾病中發現了有不同種類的胃腸道細菌存在著過度表達[6-8]。
2016年Cree等[9]發現，NMO患者體內產氣莢膜梭菌（CPs）過度的增長，且其表達的三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白通透酶（ABCTP）中的序列207-216與AQP4抗原（AQP4-Ag）決定簇中的序列63-76具有90%的高度同源性。2018年中國的一項隊列研究發現，NMO患者體內腸道菌群中鏈球菌表現出過度增長狀態[4]。2019年中國另一項研究表明，盡管NMOSDs組和正常對照組在總體微生物群落的結構上無顯著差異，但二者的腸道微生物在群落的組成上差異明顯[10]。2020年一項對中國東南地區NMOSDs患者的研究發現，與對照組相比，AQP4-Ab陽性和AQP4-Ab陰性NMO患者的產丁酸菌群，包括糞桿菌、羅斯氏菌、胃瘤球菌和糞球菌豐度均顯著降低[11]。2021年有學者對印度裔NMOSDs患者的腸道菌群進行測序，結果顯示，與健康對照組相比，NMO患者拉氏梭菌屬（梭狀芽胞菌綱和拉氏螺菌科）過度表達，其中革蘭氏陽性芽孢形成菌C bolteae僅在患者中檢出，而在健康對照者中未檢出[12]。上述各項研究結果均表明，NMOSDs患者較正常對照者在腸道菌群組成上存在顯著差異，但不同研究中對NMOSDs患者所測得的異常菌群不全一致，這種差異可能與遺傳背景、所處地區及飲食習慣不同有關（表1）。
表1
近5年NMOSDs腸道菌群改變相關研究結果
2 腸道菌群在NMOSDs發病過程中的作用
2.1 NMOSDs發病機制
AQP4-Ab相關性NMO特點是免疫球蛋白（IgG）和補體沉積（主要在星形膠質細胞末端）以及星形膠質細胞丟失，通常還有繼發性少突膠質細胞和神經元丟失[13]。主要發病機制可概括為機體在某種抗原的刺激下，特異性B淋巴細胞產生AQP4-Ab。一方面，由于AQP4-Ab以IgG1為主，IgG1與激活的補體系統（包括C9neo在內的補體沉積）有效結合，從而導致膜攻擊復合物的形成[3]，發生AQP4-Ab介導的 CDC，這是星形膠質細胞損傷的主要機制；另一方面，該抗體通過血腦屏障進入CNS，遇到星形膠質細胞后發生ADCC；再者，由于IgG1屬于T細胞依賴的IgG亞類，提示AQP4反應性T細胞在NMOSDs發病中也發揮著重要的作用。盡管有這些發現，微生物群影響疾病的具體機制仍不明確。根據既往文獻，目前存在以下幾種可能性：（1）分子模擬：CPs等腸道微生物與CNS抗原之間發生交叉反應，激活自身反應性T細胞[9,12]；（2）腸道菌群對固有免疫系統的佐劑樣效應（佐劑是非特異性免疫增強劑，當與抗原一起注射或預先注入機體時，可增強機體對抗原的免疫應答或改變免疫應答類型），使T細胞極化為輔助性T細胞（Th）1/Th17細胞表型[4]；（3）影響短鏈脂肪酸等與免疫調節或粘膜防御有關的代謝產物分泌[10]；（4）腸道黏膜微生物區系失衡和炎癥反應可能使病原體穿過受損的腸道屏障，參與NMO的病理過程[14]。
2.2 腸道菌群誘導初始T淋巴細胞分化
Th細胞分化和分化程度可以反映NMOSDs的發病機制，并可能影響疾病的嚴重程度[15]。Th17細胞為CD4+ Th細胞的一種亞型，通過分泌白細胞介素（IL）-17、IL-22、IL-21等促炎因子以及招募中性粒細胞來達到機體抵抗感染的作用，但在自身免疫疾病中具有破壞性。分段絲狀菌（SFB）是首次報道的小鼠Th17細胞經典誘導菌群，其定植水平與Th17細胞豐度密切相關[16]。SFB定植后，小鼠體內許多Th17細胞能通過CD11c+樹突狀細胞的介導對SFB特異性抗原作出免疫應答，但尚未發現能夠驅動Th17細胞極化的SFB特異性通路或分子。依賴于IL-C3分泌IL-22產生的血清淀粉樣蛋白A，也能夠驅動Th17細胞極化[3]。另外幾種黏膜相關的微生物群也可以驅動Th17細胞的反應，如大腸桿菌、青春雙歧桿菌、金黃色葡萄球菌及白色念珠菌等。調節性T細胞（Treg細胞）是一類具有抗炎和維持機體對自身成分的免疫耐受、阻止宿主發生自身免疫紊亂的作用以及抵消自身反應性T細胞促炎活性能力的T細胞，主要通過CD25和Foxp3的高表達進行識別。首次發現微生物群中的Treg細胞誘導劑來自人類微生物群的芽孢梭狀桿菌，其對Treg細胞有強烈的誘導作用[17]。最近的研究愈加清晰地發現許多微生物群，包括大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌和鏈球菌等，均能在人體小腸和結腸固有層中誘導Treg細胞產生[18]。腸道菌群誘導初始T淋巴細胞分化，可能會對Th17細胞和（或）Treg細胞數量和比例產生影響，從而對NMOSDs發生和發展產生影響。但對于鏈球菌等參與NMOSDs的具體機制目前尚無定論，是否參與到NMOSDs的免疫發病機制仍存在爭議。因此，腸道菌群在誘導初始T淋巴細胞分化后，對Th17細胞和（或）Treg細胞數量和比例可能產生影響，從而影響NMOSDs發生和發展。
2.3 CPs通過分子模擬參與NMOSDs
NMOSDs患者腸道菌群中CPs過度生長，CPs表達的ABCTP中的序列207-216與AQP4序列66-75具有90%的同源性[9]。腸道M細胞與CPs結合后，高度特化吞噬微生物抗原并將其呈遞給抗原提呈細胞 （APCs），經APCs處理過的CPs一方面會引起Th0細胞的擴增，并促使Th0細胞向Th17細胞的分化，從而刺激Th17細胞的擴增；另一方面會暴露出ABCTP上的序列（p207-217），由于這個序列與AQP4的序列（p63-76）具有同源性，因此由CPs刺激產生的Th17細胞可以對AQP4-Ag產生免疫反應。而健康腸道菌群中的細菌與M細胞結合后主要促進Treg細胞的擴增，這些Treg細胞與其他免疫細胞共同促進特異性IgA的產生，可以改變腸道微生物群的組成而預防炎癥反應和疾病的發生。以上研究結果表明，正常腸道菌群通過維持Treg細胞的擴增來抑制炎癥反應，而CPs的過度增長通過分子模擬效應促進Th17細胞擴增導致炎癥發生。在最新的一項研究中發現，梭菌綱中的成員C bolteae p59-71，與AQP4 p91-110中公認的AQP4特異性T細胞表位的部分序列存在同源性[12]。由此推測，在NMO中，分子模擬包括植物、細菌和病毒蛋白在內的外源性因子可能觸發針對自身或非自身抗原的免疫應答而參與了針對AQP4-Ag的自身免疫損傷。
2.4 腸道菌群代謝產物調節機體免疫
腸道菌群自身可合成代謝產物，并能修飾宿主衍生的代謝產物，而產生某些維生素、脂肪酸、氨基酸和多胺等，這些代謝產物對于維持免疫調節或粘膜防御至關重要。目前研究較多的是短鏈脂肪酸。腸道菌群分解機體攝入的食物產生短鏈脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等。其中以丁酸為代表的短鏈脂肪酸是促使CD4+T細胞分化的重要代謝物[19]。以丁酸為主要產物的細菌通過分解腸道內食物纖維而產出丁酸。腸道內丁酸鹽可激活腸上皮細胞上的G蛋白耦聯受體GPR109A。GPR109A信號通路激活后產生下述兩種效應：（1）誘導腸上皮細胞產生IL-18，該因子抑制炎癥的發生；（2）誘導結腸巨噬細胞和樹突狀細胞產生IL-10，誘導Th細胞向Treg細胞及其他產生IL-10的細胞分化，同時巨噬細胞和樹突狀細胞自身效應也被削弱[20]。此外，丁酸還可通過抑制組蛋白去乙酰化酶（HDAC）調節基因表達抑制HDAC產生，從而上調Treg細胞的數量并增強其功能[21]。因此可以推測，NMOSDs患者腸道菌群的改變，相關的代謝產物及其免疫調節或粘膜防御功能隨之改變，觸發了NMOSDs免疫損傷的發生。
3 小結與展望
目前越來越多研究發現，NMOSDs患者腸道菌群與正常健康人存在差異，變化了的腸道菌群可能通過與CNS自身抗原發生交叉反應，誘導T細胞分化，以及影響短鏈脂肪酸等代謝產物分泌途徑觸發NMOSDs發生，但具體分子機制還需進一步研究。同時，現有的研究結果之間腸道菌群存在著較大差異，亟待擴大樣本量深入性研究。此外，NMOSDs患病率較低，且患者常在明確診斷后立即使用了糖皮質激素治療，這為初始樣本的采集及后續診治增加了難度。在未來，探索腸道菌群在NMOSDs相關ON發病機制中的作用，無論對于了解ON發病機制，還是為未來通過改變飲食習慣，或調節腸道菌群移植糞便微生物群等方法防治ON發生和不良轉歸均具有重要的意義。
視神經脊髓炎譜系疾病（NMOSDs）是一類免疫介導的以視神經和脊髓受累為主的中樞神經系統（CNS）炎性脫髓鞘疾病。該類疾病以嚴重的視神經炎（ON）及縱向延伸的長節段橫貫性脊髓炎為主要表現，具有易復發和臨床轉歸不良等特點[1]。2004年，Lennon等[2]在NMOSDs患者體內發現血清水通道蛋白4（AQP4）特異性抗體（AQP4-Ab），而使NMOSDs區別于多發性硬化（MS），成為一種獨立的疾病。研究證實，AQP4-Ab介導的補體依賴性細胞毒性作用（CDC）破壞CNS星形膠質細胞是NMOSDs發病的主要機制[3]。此外，抗體依賴細胞介導的細胞毒性作用（ADCC）、AQP4反應性T細胞（細胞免疫）以及輔助性T細胞（Th細胞）相關因子等炎性細胞因子等也參與了NMOSDs免疫損傷過程[4]。盡管NMOSDs損傷靶點已得到證實，但疾病的觸發機制尚不明確。近年來隨著對腸道菌群和腸-腦軸在免疫性炎癥疾病發病中的認識，發現了一些腸道菌群可能通過分子模擬、誘導CD4+T淋巴細胞分化等途徑觸發NMOSDs的發生和發展。臨床上，NMOSDs患者常以ON表現而就診于眼科，眼科基礎工作者探索腸道菌群在NMOSDs相關ON發病機制中的作用，無論對于了解ON發病機制，還是為未來通過改變飲食習慣，或調節腸道菌群移植糞便微生物群等方法防治ON發生和不良轉歸均具有重要的意義。因此，現針對腸道菌群改變在NMOSDs發病機制中的作用研究進展作一綜述。
1 腸道菌群多樣性與NMOSDs患者腸道菌群變化
人體胃腸道內的微生物群數目達1013～1014個，腸道內微生物的組成始終根據環境的變化而不斷發生改變，具有相當的異質性與復雜性。腸道菌群中占主要地位的是厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門等[5]。目前，在類風濕性關節炎、帕金森病、炎性腸病以及MS和視神經脊髓炎（NMO）等疾病中發現了有不同種類的胃腸道細菌存在著過度表達[6-8]。
2016年Cree等[9]發現，NMO患者體內產氣莢膜梭菌（CPs）過度的增長，且其表達的三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白通透酶（ABCTP）中的序列207-216與AQP4抗原（AQP4-Ag）決定簇中的序列63-76具有90%的高度同源性。2018年中國的一項隊列研究發現，NMO患者體內腸道菌群中鏈球菌表現出過度增長狀態[4]。2019年中國另一項研究表明，盡管NMOSDs組和正常對照組在總體微生物群落的結構上無顯著差異，但二者的腸道微生物在群落的組成上差異明顯[10]。2020年一項對中國東南地區NMOSDs患者的研究發現，與對照組相比，AQP4-Ab陽性和AQP4-Ab陰性NMO患者的產丁酸菌群，包括糞桿菌、羅斯氏菌、胃瘤球菌和糞球菌豐度均顯著降低[11]。2021年有學者對印度裔NMOSDs患者的腸道菌群進行測序，結果顯示，與健康對照組相比，NMO患者拉氏梭菌屬（梭狀芽胞菌綱和拉氏螺菌科）過度表達，其中革蘭氏陽性芽孢形成菌C bolteae僅在患者中檢出，而在健康對照者中未檢出[12]。上述各項研究結果均表明，NMOSDs患者較正常對照者在腸道菌群組成上存在顯著差異，但不同研究中對NMOSDs患者所測得的異常菌群不全一致，這種差異可能與遺傳背景、所處地區及飲食習慣不同有關（表1）。
表1
近5年NMOSDs腸道菌群改變相關研究結果
2 腸道菌群在NMOSDs發病過程中的作用
2.1 NMOSDs發病機制
AQP4-Ab相關性NMO特點是免疫球蛋白（IgG）和補體沉積（主要在星形膠質細胞末端）以及星形膠質細胞丟失，通常還有繼發性少突膠質細胞和神經元丟失[13]。主要發病機制可概括為機體在某種抗原的刺激下，特異性B淋巴細胞產生AQP4-Ab。一方面，由于AQP4-Ab以IgG1為主，IgG1與激活的補體系統（包括C9neo在內的補體沉積）有效結合，從而導致膜攻擊復合物的形成[3]，發生AQP4-Ab介導的 CDC，這是星形膠質細胞損傷的主要機制；另一方面，該抗體通過血腦屏障進入CNS，遇到星形膠質細胞后發生ADCC；再者，由于IgG1屬于T細胞依賴的IgG亞類，提示AQP4反應性T細胞在NMOSDs發病中也發揮著重要的作用。盡管有這些發現，微生物群影響疾病的具體機制仍不明確。根據既往文獻，目前存在以下幾種可能性：（1）分子模擬：CPs等腸道微生物與CNS抗原之間發生交叉反應，激活自身反應性T細胞[9,12]；（2）腸道菌群對固有免疫系統的佐劑樣效應（佐劑是非特異性免疫增強劑，當與抗原一起注射或預先注入機體時，可增強機體對抗原的免疫應答或改變免疫應答類型），使T細胞極化為輔助性T細胞（Th）1/Th17細胞表型[4]；（3）影響短鏈脂肪酸等與免疫調節或粘膜防御有關的代謝產物分泌[10]；（4）腸道黏膜微生物區系失衡和炎癥反應可能使病原體穿過受損的腸道屏障，參與NMO的病理過程[14]。
2.2 腸道菌群誘導初始T淋巴細胞分化
Th細胞分化和分化程度可以反映NMOSDs的發病機制，并可能影響疾病的嚴重程度[15]。Th17細胞為CD4+ Th細胞的一種亞型，通過分泌白細胞介素（IL）-17、IL-22、IL-21等促炎因子以及招募中性粒細胞來達到機體抵抗感染的作用，但在自身免疫疾病中具有破壞性。分段絲狀菌（SFB）是首次報道的小鼠Th17細胞經典誘導菌群，其定植水平與Th17細胞豐度密切相關[16]。SFB定植后，小鼠體內許多Th17細胞能通過CD11c+樹突狀細胞的介導對SFB特異性抗原作出免疫應答，但尚未發現能夠驅動Th17細胞極化的SFB特異性通路或分子。依賴于IL-C3分泌IL-22產生的血清淀粉樣蛋白A，也能夠驅動Th17細胞極化[3]。另外幾種黏膜相關的微生物群也可以驅動Th17細胞的反應，如大腸桿菌、青春雙歧桿菌、金黃色葡萄球菌及白色念珠菌等。調節性T細胞（Treg細胞）是一類具有抗炎和維持機體對自身成分的免疫耐受、阻止宿主發生自身免疫紊亂的作用以及抵消自身反應性T細胞促炎活性能力的T細胞，主要通過CD25和Foxp3的高表達進行識別。首次發現微生物群中的Treg細胞誘導劑來自人類微生物群的芽孢梭狀桿菌，其對Treg細胞有強烈的誘導作用[17]。最近的研究愈加清晰地發現許多微生物群，包括大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌和鏈球菌等，均能在人體小腸和結腸固有層中誘導Treg細胞產生[18]。腸道菌群誘導初始T淋巴細胞分化，可能會對Th17細胞和（或）Treg細胞數量和比例產生影響，從而對NMOSDs發生和發展產生影響。但對于鏈球菌等參與NMOSDs的具體機制目前尚無定論，是否參與到NMOSDs的免疫發病機制仍存在爭議。因此，腸道菌群在誘導初始T淋巴細胞分化后，對Th17細胞和（或）Treg細胞數量和比例可能產生影響，從而影響NMOSDs發生和發展。
2.3 CPs通過分子模擬參與NMOSDs
NMOSDs患者腸道菌群中CPs過度生長，CPs表達的ABCTP中的序列207-216與AQP4序列66-75具有90%的同源性[9]。腸道M細胞與CPs結合后，高度特化吞噬微生物抗原并將其呈遞給抗原提呈細胞 （APCs），經APCs處理過的CPs一方面會引起Th0細胞的擴增，并促使Th0細胞向Th17細胞的分化，從而刺激Th17細胞的擴增；另一方面會暴露出ABCTP上的序列（p207-217），由于這個序列與AQP4的序列（p63-76）具有同源性，因此由CPs刺激產生的Th17細胞可以對AQP4-Ag產生免疫反應。而健康腸道菌群中的細菌與M細胞結合后主要促進Treg細胞的擴增，這些Treg細胞與其他免疫細胞共同促進特異性IgA的產生，可以改變腸道微生物群的組成而預防炎癥反應和疾病的發生。以上研究結果表明，正常腸道菌群通過維持Treg細胞的擴增來抑制炎癥反應，而CPs的過度增長通過分子模擬效應促進Th17細胞擴增導致炎癥發生。在最新的一項研究中發現，梭菌綱中的成員C bolteae p59-71，與AQP4 p91-110中公認的AQP4特異性T細胞表位的部分序列存在同源性[12]。由此推測，在NMO中，分子模擬包括植物、細菌和病毒蛋白在內的外源性因子可能觸發針對自身或非自身抗原的免疫應答而參與了針對AQP4-Ag的自身免疫損傷。
2.4 腸道菌群代謝產物調節機體免疫
腸道菌群自身可合成代謝產物，并能修飾宿主衍生的代謝產物，而產生某些維生素、脂肪酸、氨基酸和多胺等，這些代謝產物對于維持免疫調節或粘膜防御至關重要。目前研究較多的是短鏈脂肪酸。腸道菌群分解機體攝入的食物產生短鏈脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等。其中以丁酸為代表的短鏈脂肪酸是促使CD4+T細胞分化的重要代謝物[19]。以丁酸為主要產物的細菌通過分解腸道內食物纖維而產出丁酸。腸道內丁酸鹽可激活腸上皮細胞上的G蛋白耦聯受體GPR109A。GPR109A信號通路激活后產生下述兩種效應：（1）誘導腸上皮細胞產生IL-18，該因子抑制炎癥的發生；（2）誘導結腸巨噬細胞和樹突狀細胞產生IL-10，誘導Th細胞向Treg細胞及其他產生IL-10的細胞分化，同時巨噬細胞和樹突狀細胞自身效應也被削弱[20]。此外，丁酸還可通過抑制組蛋白去乙酰化酶（HDAC）調節基因表達抑制HDAC產生，從而上調Treg細胞的數量并增強其功能[21]。因此可以推測，NMOSDs患者腸道菌群的改變，相關的代謝產物及其免疫調節或粘膜防御功能隨之改變，觸發了NMOSDs免疫損傷的發生。
3 小結與展望
目前越來越多研究發現，NMOSDs患者腸道菌群與正常健康人存在差異，變化了的腸道菌群可能通過與CNS自身抗原發生交叉反應，誘導T細胞分化，以及影響短鏈脂肪酸等代謝產物分泌途徑觸發NMOSDs發生，但具體分子機制還需進一步研究。同時，現有的研究結果之間腸道菌群存在著較大差異，亟待擴大樣本量深入性研究。此外，NMOSDs患病率較低，且患者常在明確診斷后立即使用了糖皮質激素治療，這為初始樣本的采集及后續診治增加了難度。在未來，探索腸道菌群在NMOSDs相關ON發病機制中的作用，無論對于了解ON發病機制，還是為未來通過改變飲食習慣，或調節腸道菌群移植糞便微生物群等方法防治ON發生和不良轉歸均具有重要的意義。
