腸道微生物菌群與川崎病關(guān)系研究進(jìn)展

1967年KAWASAKI等[1]首次報(bào)告了川崎病(Kawasakidisease,KD)的病例,最初被定義為黏膜皮膚淋巴結(jié)綜合征,是一種帶有發(fā)熱性血管炎的自身免疫疾病,世界各國(guó)均可發(fā)生,以亞裔人發(fā)病率最高。其病因尚不明確,但有研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)病機(jī)制可能與炎癥和自身免疫相關(guān)。在KD的急性期,存在T輔助細(xì)胞17(Th17)/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)細(xì)胞失衡,Th17細(xì)胞增加和Treg細(xì)胞減少,這可能導(dǎo)致機(jī)體免疫反應(yīng)的失控和組織炎癥的發(fā)生[2]。腸道微生物菌群失衡,會(huì)導(dǎo)致腸道黏膜屏障功能受損,使得腸道內(nèi)的致病菌、條件致病菌等有機(jī)會(huì)入侵,引起機(jī)體出現(xiàn)各種炎癥和免疫疾病的發(fā)生[3]。本文就腸道微生物菌群與KD的關(guān)系綜述如下。1腸道菌群與全身炎性反應(yīng)KD是一種常見(jiàn)的兒童急性全身性血管炎,其特征在于免疫系統(tǒng)的過(guò)度反應(yīng),產(chǎn)生一系列炎癥細(xì)胞因子。CHEN等[4]研究表明,急性KD患兒全身炎癥生物標(biāo)志物[包括白介素(IL)-2、IL-4、IL-6、IL-10、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和干擾素-γ]水平顯著升高。改變的微生物群屬腸球菌屬和幽門螺桿菌豐度被證明與IL-6呈正相關(guān)。同時(shí),在KD中IL-6的表達(dá)水平顯著升高,IL-6可以誘導(dǎo)B細(xì)胞分化并產(chǎn)生抗體,還可以激活T細(xì)胞,進(jìn)一步加劇炎性反應(yīng)。腸道黏膜屏障的破壞和腸道黏膜屏障通透性的增加促進(jìn)許多炎癥性疾病的發(fā)生,而腸道黏膜屏障功能的受損與腸道菌群的紊亂密切相關(guān)。腸道微生物菌群的不平衡會(huì)對(duì)宿主產(chǎn)生顯著的影響,這種影響主要體現(xiàn)在與腸上皮細(xì)胞的交互作用上。通過(guò)調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的信號(hào)通路和基因表達(dá),腸道微生物群落可以影響全身炎癥的發(fā)生和發(fā)展,并可能影響宿主的自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展[5-6]。對(duì)LCWE誘導(dǎo)的KD小鼠研究發(fā)現(xiàn),KD小鼠的腸道黏膜屏障被破壞的同時(shí),其體內(nèi)的炎癥因子也明顯升高。主要包括IL-1β、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)以及TNF-α等[7]。腸黏膜屏障功能障礙在血管炎之前就已出現(xiàn),而且腸上皮產(chǎn)生的IL-1β是導(dǎo)致腸黏膜屏障功能障礙的主要因素,它不僅參與了腸黏膜屏障功能障礙的誘導(dǎo),還在KD的血管炎過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用[8]。IL-1β可以誘導(dǎo)KD急性期反應(yīng),導(dǎo)致血漿中的炎性標(biāo)志物增加,如C反應(yīng)蛋白和血清淀粉樣蛋白A的增加[9]。這些炎性標(biāo)志物的增加會(huì)導(dǎo)致血管炎的發(fā)生[10]。QIAN等[11]通過(guò)收集KD患者血樣52份,并使用ELISA方法檢測(cè)了各組患者血清中HMGB1發(fā)現(xiàn)KD患者血清HMGB1水平顯著升高,這提示HMGB1信號(hào)通路在KD血管損傷中起重要作用。TNF-α可以激活中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞,引發(fā)血管炎癥,還可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和壞死。此外,TNF-α還可以上調(diào)表達(dá)一些細(xì)胞因子導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的活化,使得血管通透性增加,白細(xì)胞進(jìn)入血管壁組織進(jìn)而引發(fā)炎性反應(yīng)[12-13]。2腸道菌群與自身免疫激活Th17和Treg是一對(duì)具有促進(jìn)炎癥和抑制炎癥的T細(xì)胞亞群,參與維持體內(nèi)免疫的動(dòng)態(tài)平衡。這一現(xiàn)象表明,Th17/Treg失衡可能在KD急性血管炎綜合征的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用[14]。KD是在易感個(gè)體中由產(chǎn)生超級(jí)抗原(SAg)的病原體感染觸發(fā)的自身免疫性疾病,某些SAg在KD患者中存在TCR-Vβ擴(kuò)增,同時(shí)Th17的產(chǎn)生依賴于腸道微生物菌群[15]。KANEKO等[16]通過(guò)對(duì)KD患者糞便中的細(xì)菌DNA進(jìn)行宏基因組分析發(fā)現(xiàn),短鏈脂肪酸(SCFA)產(chǎn)生減少導(dǎo)致Th17和Treg細(xì)胞之間的不平衡與KD的異常免疫反應(yīng)有關(guān)。例如,普拉梭桿菌可能通過(guò)產(chǎn)生丁酸來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞,促進(jìn)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化。影響T細(xì)胞分化為不同類型輔助細(xì)胞或調(diào)節(jié)性T細(xì)胞,分別是Th1、Th2和Th17,或分化為Treg細(xì)胞[17]。脆弱擬桿菌的純化莢膜多糖可以抑制IL-17的產(chǎn)生,保護(hù)結(jié)腸黏膜免受炎性反應(yīng),刺激CD4+淋巴細(xì)胞產(chǎn)生IL-10。腸道微環(huán)境也刺激調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化和擴(kuò)增,Treg是免疫耐受的關(guān)鍵介質(zhì),限制不適當(dāng)?shù)难仔苑磻?yīng),其功能障礙導(dǎo)致自身免疫性疾病[18]。在LCWE誘導(dǎo)的KD血管炎模型中,發(fā)現(xiàn)腸道屏障存在缺陷,緊密連接蛋白的表達(dá)下降,這導(dǎo)致了分泌型免疫球蛋白A數(shù)量的增加,從而加劇了血管炎癥和心肌損傷的發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了,通過(guò)靶向改善腸道通透性,可以有效地緩解腸道屏障功能障礙,并顯著減少心血管組織的炎性反應(yīng)[8]。FUKAZAAWA等[19]通過(guò)對(duì)50例患者和200例對(duì)照受試者進(jìn)行了一項(xiàng)年齡和性別匹配的病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),抗生素的使用可能會(huì)破壞腸道微生物群落的平衡,導(dǎo)致腸道黏膜屏障功能的受損,從而使得腸道內(nèi)的致病菌、條件致病菌等有機(jī)會(huì)入侵。應(yīng)用抗生素可能導(dǎo)致腸道菌群失調(diào),進(jìn)而促進(jìn)了KD的發(fā)生發(fā)展。例如,雙歧桿菌等專性厭氧菌能夠通過(guò)黏附作用與腸上皮緊密結(jié)合,形成菌膜屏障,從而競(jìng)爭(zhēng)抑制腸道中致病菌與腸上皮結(jié)合,抑制他們的定植和生長(zhǎng)[20]。3腸道菌群代謝物SCFA是由腸道微生物群發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的有機(jī)酸,主要包括乙酸、丙酸和丁酸,在結(jié)腸中的濃度為10～100mmol/L,作為腸道細(xì)胞的主要能量來(lái)源[21]。小鼠模型研究表明,SCFA對(duì)結(jié)腸上皮細(xì)胞的炎性反應(yīng)既有促進(jìn)也有抗炎的作用。SCFA可以與腸上皮細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)結(jié)合,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)的釋放從而促進(jìn)T細(xì)胞的分化和細(xì)胞因子的表達(dá),這些效應(yīng)可以對(duì)免疫細(xì)胞和炎性反應(yīng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用[22]。WANG等[23]在KD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)丁酸鹽顯著降低抑制p38MAPK通路的激活從而導(dǎo)致抗炎能力下降,證明了產(chǎn)生SCFA的細(xì)菌及其代謝物SCFA的減少是KD腸道菌群失調(diào)和炎癥之間的關(guān)鍵聯(lián)系。4腸道微生物菌群對(duì)KD發(fā)生發(fā)展的影響HU等[24]通過(guò)采用16sRNA基因測(cè)序技術(shù)分析KD患兒與健康患兒的微生物群落的特征,發(fā)現(xiàn)腸球菌、雙歧桿菌、大腸埃希菌/志賀菌、鏈球菌和布勞特菌的豐度較高,其中腸球菌的豐度更高。這提示腸道菌群在KD的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。KINUMAKI等[25]通過(guò)宏基因組分析方法對(duì)28例KD患兒腸道微生物菌群縱向研究,發(fā)現(xiàn)KD患兒急性期增加的菌屬主要有鏈球菌屬、葡萄球菌屬,減少的菌屬主要有瘤胃球菌屬、糞桿菌屬、布勞特菌屬、羅斯式菌屬,提示鏈球菌在KD的發(fā)生和發(fā)展中可能起到更重要的作用。葡萄球菌和腸道細(xì)菌產(chǎn)生的熱休克蛋白60(HSP60)具有誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子過(guò)度分泌的能力,同時(shí)這些革蘭陽(yáng)性球菌具有誘導(dǎo)Vβ2T細(xì)胞擴(kuò)增的能力,而Vβ2T細(xì)胞的過(guò)度擴(kuò)增引發(fā)炎癥和自身免疫反應(yīng)。這表明不同腸道細(xì)菌通過(guò)激活免疫途徑誘導(dǎo)KD的發(fā)病[26]。4.1腸道微生物菌群與冠狀動(dòng)脈損傷冠狀動(dòng)脈損傷是KD最常見(jiàn)的心臟并發(fā)癥。其可以導(dǎo)致心肌缺血、心肌梗死,甚至心源性猝死。未經(jīng)治療的KD患兒中有25%可能發(fā)生冠狀動(dòng)脈損傷,這些損傷可能導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張、冠狀動(dòng)脈瘺的形成、冠狀動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈重塑、狹窄、閉塞等一系列病變。這些病變可能導(dǎo)致心臟缺血、心肌梗死或猝死等嚴(yán)重后果,成為發(fā)達(dá)國(guó)家兒童獲得性心臟病的主要病因[27]。在KD小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈炎癥與核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)信號(hào)通路密切相關(guān)。這個(gè)通路在白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,誘導(dǎo)炎癥基因的表達(dá),從而增加了血管炎癥和冠狀動(dòng)脈疾病的風(fēng)險(xiǎn)[28]。CHENG等[29]采用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法對(duì)71例KD患者和63例健康人群進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)KD組血清脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2(Lp-PLA2)水平明顯高于健康對(duì)照組,這表明Lp-PLA2可能與KD冠狀動(dòng)脈損傷相關(guān)。同時(shí),腸道微生物菌群的改變,包括多樣性減少、生態(tài)失調(diào)或菌群移植,可能影響Lp-PLA2的水平。由此推斷,腸道菌群的紊亂可能會(huì)通過(guò)影響Lp-PLA2,誘導(dǎo)KD冠狀動(dòng)脈的損傷。腸道細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生大量的HSP60誘導(dǎo)外周血單個(gè)核細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子,并且KD患兒冠狀動(dòng)脈損傷組血清HSP60水平明顯高于非冠狀動(dòng)脈損傷組,這提示了腸道細(xì)菌產(chǎn)生的HSP60可能參與KD的病理生理過(guò)程[30]。此外,雙歧桿菌能夠產(chǎn)生多種SCFA(如乙酸和丁酸等),這些脂肪酸可以抑制炎癥細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等)的活化和增殖,從而減輕炎性反應(yīng)[31]。而當(dāng)它們的濃度降低時(shí),可能使得機(jī)體更容易發(fā)生炎性反應(yīng)和免疫失調(diào),從而誘導(dǎo)KD的發(fā)生。腸道微生物菌群與先天免疫途徑的激活有關(guān),通過(guò)模式識(shí)別受體鑒定細(xì)菌內(nèi)毒素,從而激活炎性反應(yīng),進(jìn)一步誘導(dǎo)冠狀動(dòng)脈損傷的發(fā)生發(fā)展。這些過(guò)程與KD的發(fā)病機(jī)制有關(guān),細(xì)菌如鏈球菌屬和葡萄球菌屬的豐度增加,而其他細(xì)菌如瘤胃球菌屬、糞桿菌屬等則減少。這些變化可能影響腸道屏障功能,導(dǎo)致腸道內(nèi)的細(xì)菌、內(nèi)毒素等進(jìn)入血液循環(huán),引發(fā)全身炎性反應(yīng)。GIORDANI等[32]研究發(fā)現(xiàn)這種炎性反應(yīng)可能通過(guò)模式識(shí)別受體(如TLR-9)進(jìn)一步被激活,從而加劇冠狀動(dòng)脈損傷的發(fā)生和發(fā)展。TLR-9是一種Toll樣受體,可識(shí)別細(xì)菌內(nèi)毒素并引發(fā)炎性反應(yīng)。在KD患者中,TLR-9的表達(dá)水平上調(diào),并通過(guò)激活NF-κB等信號(hào)通路,促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生和冠狀動(dòng)脈損傷。在KD的急性期和亞急性期,血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)水平顯著升高[33]。同時(shí)血管緊張素-2(Ang-2)與TIE-2的結(jié)合則具有促炎作用,并與VEGF共同作為重要的信號(hào)協(xié)同因子發(fā)揮作用,在KD的血管病變中發(fā)揮重要作用[34]。4.2腸道微生物菌群與心肌損傷心肌損傷是KD的一個(gè)重要表現(xiàn),KD患者的腸道微生物菌群改變可能導(dǎo)致腸道屏障功能受損和全身炎性反應(yīng)加劇。SCFA可能通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生來(lái)進(jìn)一步加劇冠狀動(dòng)脈損傷[35]。在KD患者的腸道微生物菌群中,厚壁菌門的數(shù)量減少和擬桿菌門的數(shù)量增加。這種微生物菌群的改變可能導(dǎo)致腸道屏障功能受損,使腸道內(nèi)的細(xì)菌和內(nèi)毒素等進(jìn)入血液循環(huán),引發(fā)全身炎性反應(yīng),促進(jìn)心肌損傷[26]。其中IL-1α和β是血管炎癥中的重要細(xì)胞因子,在KD中的血管炎癥中扮演著重要的角色[36]。SCFA可能通過(guò)過(guò)度調(diào)節(jié)促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生,如IL-1α和β、IL-6和TNF-α,這些細(xì)胞因子在KD的血管炎癥中扮演重要角色。IL-1β信號(hào)能夠延長(zhǎng)中性粒細(xì)胞的存活時(shí)間,驅(qū)動(dòng)平滑肌細(xì)胞(SMC)的增殖和成纖維細(xì)胞的形成,這種增殖是由基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP3和MMP9)驅(qū)動(dòng)的。這些過(guò)程可能會(huì)對(duì)心肌造成一定程度的損傷[37]。SCFA可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),通過(guò)與樹(shù)突狀細(xì)胞上的GPR109a相互作用來(lái)促進(jìn)T細(xì)胞向Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化。這種分化異?？赡軙?huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的功能失調(diào),進(jìn)一步促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的聚集,從而加劇冠狀動(dòng)脈損傷[38]。SCFA還可能通過(guò)激活MEK-ERK和p38MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)影響心肌細(xì)胞的生存和死亡。這些信號(hào)傳導(dǎo)通路在心肌細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡以及KD心肌損傷的發(fā)生中都起到了關(guān)鍵作用[39]。4.3腸道微生物菌群與肺動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能異常在KD急性期,KD大鼠模型中存在明顯的肺動(dòng)脈結(jié)構(gòu)與功能異常,其發(fā)生機(jī)制可能是脂質(zhì)運(yùn)載蛋白-2(Lcn2)通過(guò)促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(PASMCs)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激和增殖誘導(dǎo)了KD肺動(dòng)脈異常[40]。同時(shí)腸道菌群的紊亂可能會(huì)加重腸道炎性反應(yīng),導(dǎo)致腸道血管損傷、腸壁通透性增加和腸道菌群易位。雖然目前還沒(méi)有直接證據(jù)表明腸道微生物菌群紊亂會(huì)導(dǎo)致肺血管損傷,但這種可能性不能完全排除。KD患兒的腸道微生態(tài)系統(tǒng)與健康兒童相比存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[41]。微生物菌群不僅影響腸道功能,還可能通過(guò)腸-肺軸影響肺部健康。腸-肺軸是一個(gè)雙向通訊樞紐,連接著腸道和肺部,能夠影響腸道和肺部的免疫狀態(tài)。這種雙向通訊是通過(guò)微生物直接產(chǎn)生或經(jīng)免疫觸發(fā)后生成的化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的[42]。SCFA可以通過(guò)血液循環(huán)輸送到不同部位,以影響機(jī)體(包括肺)中的免疫細(xì)胞的招募和活力,從而降低炎性反應(yīng)[43]。SCFA可能抑制肺動(dòng)脈高壓相關(guān)基因的表達(dá)。在肺動(dòng)脈高壓患者中,SCFA可能通過(guò)與GPR43和GPR41結(jié)合,激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,調(diào)節(jié)肺動(dòng)脈高壓相關(guān)基因的表達(dá)。這些基因包括促炎基因、抗凋亡基因、抗血管生成基因等,從而減輕肺動(dòng)脈高壓的癥狀。SCFA還可以抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)信號(hào)通路的活性,從而抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。腸道微生物菌群與KD中肺動(dòng)脈高壓的相關(guān)性還需要更多的研究來(lái)證實(shí)。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探討腸道微生物菌群在KD發(fā)病機(jī)制中的作用[44]。5結(jié)語(yǔ)KD是一種自身免疫性疾病,其病因和發(fā)病機(jī)制尚不明確。探討腸道微生物菌群在KD中的潛在作用,揭示腸道微生物與KD之間的關(guān)鍵聯(lián)系意義重大。首先,腸道微生物菌群的失衡與KD的發(fā)病有關(guān)。KD患者的腸道微生物菌群顯示出明顯的不平衡,其中某些菌屬的豐度明顯升高,而其他菌屬則減少。這種菌群失衡可能與KD的病理過(guò)程密切相關(guān)。其次,腸道微生物菌群可能通過(guò)免疫調(diào)節(jié)影響KD的發(fā)展。腸道微生物可以影響免疫系統(tǒng)的活性,包括調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化和產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子。這些免疫調(diào)節(jié)機(jī)制可能對(duì)KD的病理過(guò)程產(chǎn)生重要影響。最后,腸道微生物菌群可能與KD的并發(fā)癥有關(guān)。腸道微生物菌群的紊亂可能導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈損傷、肺動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能異常以及心肌損傷,這表明腸道微生物對(duì)KD的影