腸道微生物菌群與川崎病關系研究進展

1967年KAWASAKI等[1]首次報告了川崎病(Kawasakidisease,KD)的病例,最初被定義為黏膜皮膚淋巴結綜合征,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)現其發(fā)病機制可能與炎癥和自身免疫相關。在KD的急性期,存在T輔助細胞17(Th17)/調節(jié)性T細胞(Treg)細胞失衡,Th17細胞增加和Treg細胞減少,這可能導致機體免疫反應的失控和組織炎癥的發(fā)生[2]。腸道微生物菌群失衡,會導致腸道黏膜屏障功能受損,使得腸道內的致病菌、條件致病菌等有機會入侵,引起機體出現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的關系綜述如下。1腸道菌群與全身炎性反應KD是一種常見的兒童急性全身性血管炎,其特征在于免疫系統(tǒng)的過度反應,產生一系列炎癥細胞因子。CHEN等[4]研究表明,急性KD患兒全身炎癥生物標志物[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。同時,在KD中IL-6的表達水平顯著升高,IL-6可以誘導B細胞分化并產生抗體,還可以激活T細胞,進一步加劇炎性反應。腸道黏膜屏障的破壞和腸道黏膜屏障通透性的增加促進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。腸道微生物菌群的不平衡會對宿主產生顯著的影響,這種影響主要體現在與腸上皮細胞的交互作用上。通過調節(jié)腸上皮細胞的信號通路和基因表達,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LCWE誘導的KD小鼠研究發(fā)現,KD小鼠的腸道黏膜屏障被破壞的同時,其體內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,而且腸上皮產生的IL-1β是導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,還在KD的血管炎過程中起到了關鍵作用[8]。IL-1β可以誘導KD急性期反應,導致血漿中的炎性標志物增加,如C反應蛋白和血清淀粉樣蛋白A的增加[9]。這些炎性標志物的增加會導致血管炎的發(fā)生[10]。QIAN等[11]通過收集KD患者血樣52份,并使用ELISA方法檢測了各組患者血清中HMGB1發(fā)現KD患者血清HMGB1水平顯著升高,這提示HMGB1信號通路在KD血管損傷中起重要作用。TNF-α可以激活中性粒細胞和巨噬細胞,引發(fā)血管炎癥,還可以誘導細胞凋亡和壞死。此外,TNF-α還可以上調表達一些細胞因子導致血管內皮細胞的活化,使得血管通透性增加,白細胞進入血管壁組織進而引發(fā)炎性反應[12-13]。2腸道菌群與自身免疫激活Th17和Treg是一對具有促進炎癥和抑制炎癥的T細胞亞群,參與維持體內免疫的動態(tài)平衡。這一現象表明,Th17/Treg失衡可能在KD急性血管炎綜合征的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用[14]。KD是在易感個體中由產生超級抗原(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擴增,同時Th17的產生依賴于腸道微生物菌群[15]。KANEKO等[16]通過對KD患者糞便中的細菌DNA進行宏基因組分析發(fā)現,短鏈脂肪酸(SCFA)產生減少導致Th17和Treg細胞之間的不平衡與KD的異常免疫反應有關。例如,普拉梭桿菌可能通過產生丁酸來調節(jié)T細胞,促進調節(jié)T細胞的分化。影響T細胞分化為不同類型輔助細胞或調節(jié)性T細胞,分別是Th1、Th2和Th17,或分化為Treg細胞[17]。脆弱擬桿菌的純化莢膜多糖可以抑制IL-17的產生,保護結腸黏膜免受炎性反應,刺激CD4+淋巴細胞產生IL-10。腸道微環(huán)境也刺激調節(jié)性T細胞的分化和擴增,Treg是免疫耐受的關鍵介質,限制不適當的炎性反應,其功能障礙導致自身免疫性疾病[18]。在LCWE誘導的KD血管炎模型中,發(fā)現腸道屏障存在缺陷,緊密連接蛋白的表達下降,這導致了分泌型免疫球蛋白A數量的增加,從而加劇了血管炎癥和心肌損傷的發(fā)生。這些發(fā)現進一步證實了,通過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[8]。FUKAZAAWA等[19]通過對50例患者和200例對照受試者進行了一項年齡和性別匹配的病例對照研究發(fā)現,抗生素的使用可能會破壞腸道微生物群落的平衡,導致腸道黏膜屏障功能的受損,從而使得腸道內的致病菌、條件致病菌等有機會入侵。應用抗生素可能導致腸道菌群失調,進而促進了KD的發(fā)生發(fā)展。例如,雙歧桿菌等專性厭氧菌能夠通過黏附作用與腸上皮緊密結合,形成菌膜屏障,從而競爭抑制腸道中致病菌與腸上皮結合,抑制他們的定植和生長[20]。3腸道菌群代謝物SCFA是由腸道微生物群發(fā)酵膳食纖維產生的有機酸,主要包括乙酸、丙酸和丁酸,在結腸中的濃度為10～100mmol/L,作為腸道細胞的主要能量來源[21]。小鼠模型研究表明,SCFA對結腸上皮細胞的炎性反應既有促進也有抗炎的作用。SCFA可以與腸上皮細胞上的G蛋白偶聯受體(GPCR)結合,導致細胞內活性氧(ROS)的釋放從而促進T細胞的分化和細胞因子的表達,這些效應可以對免疫細胞和炎性反應產生調節(jié)作用[22]。WANG等[23]在KD小鼠模型中發(fā)現丁酸鹽顯著降低抑制p38MAPK通路的激活從而導致抗炎能力下降,證明了產生SCFA的細菌及其代謝物SCFA的減少是KD腸道菌群失調和炎癥之間的關鍵聯系。4腸道微生物菌群對KD發(fā)生發(fā)展的影響HU等[24]通過采用16sRNA基因測序技術分析KD患兒與健康患兒的微生物群落的特征,發(fā)現腸球菌、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]通過宏基因組分析方法對28例KD患兒腸道微生物菌群縱向研究,發(fā)現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。葡萄球菌和腸道細菌產生的熱休克蛋白60(HSP60)具有誘導促炎細胞因子過度分泌的能力,同時這些革蘭陽性球菌具有誘導Vβ2T細胞擴增的能力,而Vβ2T細胞的過度擴增引發(fā)炎癥和自身免疫反應。這表明不同腸道細菌通過激活免疫途徑誘導KD的發(fā)病[26]。4.1腸道微生物菌群與冠狀動脈損傷冠狀動脈損傷是KD最常見的心臟并發(fā)癥。其可以導致心肌缺血、心肌梗死,甚至心源性猝死。未經治療的KD患兒中有25%可能發(fā)生冠狀動脈損傷,這些損傷可能導致冠狀動脈擴張、冠狀動脈瘺的形成、冠狀動脈瘤、動脈重塑、狹窄、閉塞等一系列病變。這些病變可能導致心臟缺血、心肌梗死或猝死等嚴重后果,成為發(fā)達國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)現冠狀動脈炎癥與核轉錄因子κB(NF-κB)信號通路密切相關。這個通路在白細胞與內皮細胞黏附過程中發(fā)揮關鍵作用,誘導炎癥基因的表達,從而增加了血管炎癥和冠狀動脈疾病的風險[28]。CHENG等[29]采用酶聯免疫吸附測定法對71例KD患者和63例健康人群進行研究,發(fā)現KD組血清脂蛋白相關磷脂酶A2(Lp-PLA2)水平明顯高于健康對照組,這表明Lp-PLA2可能與KD冠狀動脈損傷相關。同時,腸道微生物菌群的改變,包括多樣性減少、生態(tài)失調或菌群移植,可能影響Lp-PLA2的水平。由此推斷,腸道菌群的紊亂可能會通過影響Lp-PLA2,誘導KD冠狀動脈的損傷。腸道細菌也會產生大量的HSP60誘導外周血單個核細胞產生促炎細胞因子,并且KD患兒冠狀動脈損傷組血清HSP60水平明顯高于非冠狀動脈損傷組,這提示了腸道細菌產生的HSP60可能參與KD的病理生理過程[30]。此外,雙歧桿菌能夠產生多種SCFA(如乙酸和丁酸等),這些脂肪酸可以抑制炎癥細胞(如巨噬細胞和淋巴細胞等)的活化和增殖,從而減輕炎性反應[31]。而當它們的濃度降低時,可能使得機體更容易發(fā)生炎性反應和免疫失調,從而誘導KD的發(fā)生。腸道微生物菌群與先天免疫途徑的激活有關,通過模式識別受體鑒定細菌內毒素,從而激活炎性反應,進一步誘導冠狀動脈損傷的發(fā)生發(fā)展。這些過程與KD的發(fā)病機制有關,細菌如鏈球菌屬和葡萄球菌屬的豐度增加,而其他細菌如瘤胃球菌屬、糞桿菌屬等則減少。這些變化可能影響腸道屏障功能,導致腸道內的細菌、內毒素等進入血液循環(huán),引發(fā)全身炎性反應。GIORDANI等[32]研究發(fā)現這種炎性反應可能通過模式識別受體(如TLR-9)進一步被激活,從而加劇冠狀動脈損傷的發(fā)生和發(fā)展。TLR-9是一種Toll樣受體,可識別細菌內毒素并引發(fā)炎性反應。在KD患者中,TLR-9的表達水平上調,并通過激活NF-κB等信號通路,促進炎癥細胞因子的產生和冠狀動脈損傷。在KD的急性期和亞急性期,血管內皮細胞中血管內皮生長因子(VEGF)水平顯著升高[33]。同時血管緊張素-2(Ang-2)與TIE-2的結合則具有促炎作用,并與VEGF共同作為重要的信號協(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的一個重要表現,KD患者的腸道微生物菌群改變可能導致腸道屏障功能受損和全身炎性反應加劇。SCFA可能通過調節(jié)免疫反應和促進炎癥細胞因子的產生來進一步加劇冠狀動脈損傷[35]。在KD患者的腸道微生物菌群中,厚壁菌門的數量減少和擬桿菌門的數量增加。這種微生物菌群的改變可能導致腸道屏障功能受損,使腸道內的細菌和內毒素等進入血液循環(huán),引發(fā)全身炎性反應,促進心肌損傷[26]。其中IL-1α和β是血管炎癥中的重要細胞因子,在KD中的血管炎癥中扮演著重要的角色[36]。SCFA可能通過過度調節(jié)促進炎癥細胞因子的產生,如IL-1α和β、IL-6和TNF-α,這些細胞因子在KD的血管炎癥中扮演重要角色。IL-1β信號能夠延長中性粒細胞的存活時間,驅動平滑肌細胞(SMC)的增殖和成纖維細胞的形成,這種增殖是由基質金屬蛋白酶(MMP3和MMP9)驅動的。這些過程可能會對心肌造成一定程度的損傷[37]。SCFA可以調節(jié)免疫反應,通過與樹突狀細胞上的GPR109a相互作用來促進T細胞向Foxp3+調節(jié)性T細胞分化。這種分化異?？赡軙е旅庖呦到y(tǒng)的功能失調,進一步促進炎癥細胞因子的聚集,從而加劇冠狀動脈損傷[38]。SCFA還可能通過激活MEK-ERK和p38MAPK信號傳導通路來影響心肌細胞的生存和死亡。這些信號傳導通路在心肌細胞的生長、分化、凋亡以及KD心肌損傷的發(fā)生中都起到了關鍵作用[39]。4.3腸道微生物菌群與肺動脈結構和功能異常在KD急性期,KD大鼠模型中存在明顯的肺動脈結構與功能異常,其發(fā)生機制可能是脂質運載蛋白-2(Lcn2)通過促進肺動脈平滑肌細胞(PASMCs)的內質網(ER)應激和增殖誘導了KD肺動脈異常[40]。同時腸道菌群的紊亂可能會加重腸道炎性反應,導致腸道血管損傷、腸壁通透性增加和腸道菌群易位。雖然目前還沒有直接證據表明腸道微生物菌群紊亂會導致肺血管損傷,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)計學差異[41]。微生物菌群不僅影響腸道功能,還可能通過腸-肺軸影響肺部健康。腸-肺軸是一個雙向通訊樞紐,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微生物直接產生或經免疫觸發(fā)后生成的化學信號實現的[42]。SCFA可以通過血液循環(huán)輸送到不同部位,以影響機體(包括肺)中的免疫細胞的招募和活力,從而降低炎性反應[43]。SCFA可能抑制肺動脈高壓相關基因的表達。在肺動脈高壓患者中,SCFA可能通過與GPR43和GPR41結合,激活細胞內信號轉導通路,調節(jié)肺動脈高壓相關基因的表達。這些基因包括促炎基因、抗凋亡基因、抗血管生成基因等,從而減輕肺動脈高壓的癥狀。SCFA還可以抑制轉化生長因子-β(TGF-β)信號通路的活性,從而抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移。腸道微生物菌群與KD中肺動脈高壓的相關性還需要更多的研究來證實。未來的研究可以進一步探討腸道微生物菌群在KD發(fā)病機制中的作用[44]。5結語KD是一種自身免疫性疾病,其病因和發(fā)病機制尚不明確。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之間的關鍵聯系意義重大。首先,腸道微生物菌群的失衡與KD的發(fā)病有關。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的病理過程密切相關。其次,腸道微生物菌群可能通過免疫調節(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,包括調節(jié)T細胞的分化和產生炎癥細胞因子。這些免疫調節(jié)機制可能對KD的病理過程產生重要影響。最后,腸道微生物菌群可能與KD的并發(fā)癥有關。腸道微生物菌群的紊亂可能導致冠狀動脈損傷、肺動脈結構和功能異常以及心肌損傷,這表明腸道微生物對KD的影