肠道内的不同菌群共同维持着肠内的微生态平衡，并参与着人体消化、代谢、免疫、能量转化等多项功能的调节。近年来，也有很多研究报道了肠道菌群和免疫治疗之间的关系。那么，肠道菌群如何和人体免疫系统“相爱相杀”的呢？
2021 年 4 月 8 日，来自日本理化学研究所的 Eiji Miyauchi 及其团队在 Nature Reviews Immunology（IF=108.555）发表了一篇综述文章，题为《The impact of the gut microbiome on extra- intestinal autoimmune diseases（肠道菌群影响自身免疫性疾病）》，在本文中，作者详细介绍了多种肠外自身免疫疾病患者的肠道菌群组成及功能变化，并讨论了肠道菌群参与调控这些肠外自身免疫疾病的潜在机制，最后展望了通过调控菌群治疗肠外自身免疫疾病的潜能。
摘要
在过去的几十年中，自身免疫性疾病(ADs)的发病率不断升高。除了遗传多态性、感染和吸烟等常见的Ads风险因素以外，环境因素也开始受到关注。现今高通量测序已经揭示，与健康人群相比，多发性硬化症、类风湿关节炎、1型糖尿病和系统性红斑狼疮等肠外自身免疫疾病患者的肠道菌群组成是独特的。粪便菌群移植（FMT）或接种特定微生物等动物模型，支持肠道菌群改变影响自身免疫反应和疾病结局的假设。
这篇综述描述了肠外自身免疫疾病患者肠道菌群的组成和功能变化，并讨论了肠道菌群如何影响机体免疫。此外，也探讨了如何通过调节ADs患者的肠道菌群组成，去潜在地预防或治疗ADs。
引言
自身免疫性疾病 (ADs) 的特征是机体对自身抗原的免疫反应失调，进而导致慢性炎症。尽管遗传和环境风险因素（如吸烟、有毒化学物质、感染、分子拟态（框1））都与ADs的发展有关，但在过去十年中，与生活方式密切相关的肠道菌群组成变化可能是 Ads发病率快速增长的原因。人类胃肠道中含有多样化的生物种群，包括细菌、真菌、病毒等，它们彼此相互作用并调控免疫系统。
二代测序 (NGS) 结果表明，肠道微生物的基因数量比人类基因多约150 倍，并且肠道菌群显示出独特的代谢活动。最近使用 NGS 和多种组学方法研究了多发性硬化症 (MS)、类风湿性关节炎 (RA)、1 型糖尿病 (T1D) 和系统性红斑狼疮 (SLE)等肠外Ads患者肠道菌群和微生物代谢物的组成（表1）。
这些研究发现，不仅患者肠道菌群的组成发生了改变，而且一些特定的细菌类群及其代谢物也与肠外ADs患者的临床指标相关。本文总结了Ads患者肠道菌群如何改变以及这些改变如何影响免疫细胞的最新研究进展，还讨论了调节肠道菌群以治疗肠外 ADs 的潜在治疗策略，重点关注在MS实验模型和MS患者中进行的研究。
方框1|分子拟态
自身免疫性疾病形成的主要假设之一，是病原体或共生微生物与宿主蛋白质之间的结构相似性导致与宿主蛋白质交叉反应的适应性免疫细胞的激活，这种现象称为“分子拟态”。即使在正常状态下，来自肠道共生微生物的大量抗原也不断被呈递给T细胞和B细胞，现在的研究已经揭示了能够诱导交叉反应性T细胞的特定共生微生物和病原体的特性。
例如研究表明，来源于普氏杆菌的Pc-P27肽会刺激部分类风湿关节炎患者的T细胞和B细胞。在炎症滑膜组织中高表达的两种类风湿关节炎特异性自身抗原，与来自于普氏杆菌和对羟基苯甲酸杆菌的多肽共享T细胞表位。Ro60是一种进化上高度保守的RNA结合蛋白，被认为是系统性红斑狼疮的最初的自身抗原，在发病前数年就可以在个体中检测到抗Ro60的自身抗体。Ro60的细菌同源物在人类共生微生物（如丙酸杆菌和拟杆菌）中表达，抗Ro60阳性系统性红斑狼疮患者的CD4+T细胞可以与细菌Ro60发生交叉反应。定植拟杆菌B.thetaiotaomicron的无菌小鼠产生了抗人Ro60抗体和狼疮性肾炎样疾病。
分子拟态也被认为是多发性硬化症（MS）的一种可能病因。虽然没有直接证据表明MS患者肠道中的自身反应性T细胞被激活，但已经有研究表明MS患者脑脊液中的自身反应性CD4+T细胞，可以与肠道共生微生物中表达的细菌抗原发生交叉反应。
上述研究证明了使用合成的多肽验证了细菌抗原的交叉反应性；然而，并没有证明微生物中表达的交叉反应肽经过适当处理并提呈给自身反应性免疫细胞。几个研究小组试图利用无菌鼠验证肠道微生物的交叉反应性和致病作用。来自罗伊氏乳杆菌Uvra蛋白的一段多肽诱导了小肠中髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）特异性CD4+T细胞的增殖，并促进实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠的中枢神经系统炎症（图1）。
值得注意的是，编码Uvra蛋白的基因被删除后消除了MOG特异性CD4+细胞的交叉激活。需要使用无菌小鼠和遗传操作微生物进行进一步的验证研究，以证实分子模拟理论。
Ads患者肠道菌群的变化
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多发性硬化症 (MS)
MS的特征是中枢神经系统（CNS）的慢性炎症和脱髓鞘。除了遗传因素，包括饮食和病毒感染在内的环境因素也会增加MS的风险。促炎性T细胞，尤其是辅助性T细胞17（TH17）细胞，在中枢神经系统炎症中发挥关键作用。FOXP3+调节性CD4+T细胞（Treg细胞）等免疫抑制细胞的损伤也是该疾病的一个特征。
十几年前，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠中发现了菌群在MS发展中的关键作用。此后，NGS研究集中于MS患者的肠道菌群。2015年，Miyake等人首次报道MS患者肠道可诱导结肠Treg细胞的产孢梭菌种类显著减少。随后，其他研究也显示了MS患者的菌群失调（表1）。
虽然由于样本制备方法和患者种族的不同，疾病相关细菌在不同的研究中是不同的，但这些研究确定了一些MS共同的特征。例如，MS患者粪便中的普氏菌属和副拟杆菌属减少。组织普氏杆菌能够通过诱导Treg细胞抑制EAE小鼠脊髓的炎症反应，在EAE小鼠中单定植狄氏副拟杆菌可诱导Treg细胞。
相反的，A. muciniphila却在MS患者中增加，尽管大量研究表明A. muciniphila与肥胖、结肠炎和PD-1抗体的抗肿瘤疗效有关，但其在ADs中的作用仍不明确。一种可能的机制是A. muciniphila促进TH1或TH17细胞的分化进而参与MS的炎症过程（图1）。然而，来自MS患者的粪便菌群移植（FMT）并没有导致受体EAE小鼠中TH1细胞的增加，所以，需要进一步研究以确定MS患者中A. muciniphila数量的增加是否具有致病作用。
图1 肠道共生细菌可以调节中枢神经系统的自身反应性T细胞和炎症。在实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠中，外周自身反应性髓磷脂特异性T细胞迁徙到肠道与罗伊氏乳杆菌交叉反应并被激活。其他共生菌，如Erysipelotrichaceae，可能通过类似的机制，作为活化致病性TH17细胞的佐剂与分段丝状菌（SFB）诱导血清淀粉样蛋白A（SAA）和IL-23，高致病性的自身反应性TH17细胞迁移到中枢神经系统（CNS）并诱导严重脱髓鞘。Akkermansia muciniphila和Streptococcus菌属在多发性硬化症患者中增加，可能有助于自身反应性TH1和TH17的分化。脆弱类杆菌Bacteroides fragilis、组织蛋白酶原杆菌Prevotella histicola和梭菌属通过产生多糖A（PSA）或短链脂肪酸（SCFA）诱导调节性T（Treg）细胞，这些细胞可能抑制肠道和中枢神经系统的炎症反应。
表1：自身免疫性疾病患者的肠道菌群改变
以上研究针对的都是粪便菌群，其被认为是结肠微生物群的代表（框2）。到目前为止，只有一项研究调查了MS患者的小肠菌群组成：Cosorich等人分析了十二指肠组织活检样本发现，MS患者小肠菌群的一个显著特征是普氏杆菌的丰度减少。值得注意的是，普氏杆菌的相对丰度与TH17细胞的丰度呈负相关，而TH17细胞在MS患者的小肠活检组织中增加。
另外，诱导TH17细胞的链球菌属增加，且链球菌属的丰度与TH17细胞的数量呈正相关（图1），这些研究结果表明MS患者肠道菌群的改变可能会调节Treg细胞和促炎TH1和TH17细胞的平衡。在接受免疫治疗后，MS患者的菌群组成更趋于健康个体的菌群，包括A. muciniphila的减少和普氏杆菌属的增加。这提示：菌群调节可能会提高MS治疗的效果。进一步研究需要揭示免疫治疗与肠道菌群组成变化之间的因果关系及潜在机制（框2）。
方框2|关于用微生物治疗肠外ADs的开放性问题
1. 在某些情况下，经治疗后，粪便失调得到部分缓解；然而，其解决机制以及与临床结果的关系仍不清楚。
2. 关于肠外ADs患者的信息有限：
a. 上消化道（例如胃和回肠）的微生物群。
b. 真菌和病毒组。
c. 肠道中的代谢变化，包括短链脂肪酸和其他细菌代谢产物。
3. 考虑到人类遗传背景和肠道菌群的异质性，是否存在对每种AD的发病机制有普遍影响的细菌物种或菌株，还是说对患有相同AD的每个患者也有不同的物种或菌株？
4. 虽然已经提出了寄生虫、感染和ADs之间的关系，但肠道寄生虫如何影响ADs？
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类风湿性关节炎（RA）
RA的特征是滑膜关节炎症和组织破坏。口腔和肠道菌群均与RA患者的免疫异常反应有关。对RA患者肠道菌群的研究可追溯到20世纪60年代，当时在RA患者中观察到高频率的粪便产气荚膜梭菌。与MS和T1D患者相反，普氏杆菌属（尤其是P. copri）在新发RA（NORA）患者粪便中的丰度显著升高。P. copri可诱导促炎反应；与之相反的是，P. histicola具有抗炎能力。
此外，在RA小鼠模型中，P. copri和P. histicola对疾病的发展产生相反的影响。有意思的是，在NORA患者中可以检测到抗P. copr的抗体，但在健康个体中检测不到。HLA-DR提呈了来自P. copr的多肽Pc-P27并刺激NORA患者的TH1反应。此外，P. copr特异性IgA与血清中TH1和TH17相关的细胞因子浓度呈正相关，这表明患者肠道P. copr激活的免疫反应可能在RA发病中起重要作用。
宏基因组测序分析也揭示了健康对照组和慢性RA患者之间肠道菌群的分类和功能差异，RA患者的某些肠道细菌也与疾病的临床和病原学指标相关。例如，RA患者中嗜血杆菌属相对丰度的降低与RA特异性自身抗体（抗环瓜氨酸肽）和类风湿因子的滴度降低相关。
虽然尚未有研究关注RA患者的短链脂肪酸（SCFA）水平（框2），但在关节炎小鼠模型中，已经发现丁酸的浓度在发病前下降，而这一结果与菌群失调有关。另外，补充丁酸可以减轻小鼠的关节炎。对RA患者的研究也表明，产生SCFA的细菌（如粪杆菌属和类杆菌属）减少，而能够在低SCFA条件下生长的Collinsella则增加。
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1型糖尿病（T1D）
T1D是一种经常在儿童期发作的AD，由于产生胰岛素的胰腺β细胞破坏引起胰岛素不足而引发高血糖，其特征是存在针对β细胞的自身抗体。尽管进行了深入的研究，但胰腺β细胞破坏的确切机制仍不清楚。越来越多的证据表明T1D易感性与特定HLA等位基因之间存在关联，具有高危HLA等位基因的儿童中只有20%会产生抗β细胞的自身抗体，这表明其他环境因素是T1D的重要发病因素。
与儿童时期出现的其他疾病一样，有报道发现了T1D与母乳喂养或剖腹产的关系。母乳喂养12个月或更长时间可降低高危HLA基因型儿童的T1D发病率。荟萃分析表明，与自然经阴道分娩的儿童相比，无菌剖腹产儿童发生T1D的风险增加约20%，这表明共生菌群参与了T1D的发病机制，因为出生方式影响了肠道菌群的多样性和定植模式。一份调查丹麦儿童期抗生素使用与T1D之间关系的报告表明，在出生后的前几年使用广谱抗生素显著增加了剖腹产分娩的儿童发生T1D的风险。
与其他AD中观察到的情况相反，T1D儿童的细菌物种丰富度降低。T1D儿童中与疾病相关的细菌成分变化具有一些共同特征，如普氏杆菌属减少、类杆菌属增加。值得注意的是，对具有高危HLA等位基因的儿童进行的纵向研究显示，B. dorei在血清转化之前明显增多，这意味着这种细菌在T1D的发展中起着致病作用。宏基因组分析还表明，与健康对照组相比，T1D儿童的SCFA生成途径减弱，这种功能变化可能导致T1D儿童肠道通透性增加（图2）。
图2 蠕虫和肠道细菌在自身免疫介导的糖尿病中的调节功能。蠕虫Heligmosomoides polygyrus通过分泌海藻糖在非肥胖糖尿病小鼠和链脲佐菌素处理小鼠的肠道中抑制T1D的发展。海藻糖增加了共生的瘤胃球菌的丰度，通过未知的机制诱导胰腺淋巴结中CD8+调节性T（Treg）细胞的分化，这些细胞抑制自身反应性T细胞从而缓解T1D的发展。而T1D患者的外周CD8+Treg细胞数量和肠道瘤胃球菌属通常较低。肠道微生物还产生短链脂肪酸（SCFA），SCFA穿过肠道上皮屏障到达固有层，诱导CD4+Treg细胞抑制自反应T细胞。相反地，Akkermansia muciniphila菌的减少导致肠道通透性增加进而加剧疾病发展。在动物模型中，SFB定植诱导血清淀粉样蛋白A（SAA）和IL-23，并激活TH17细胞和产生IL-22的固有淋巴样细胞（ILC3s），IL-22促进上皮屏障的完整性。在动物模型中广泛研究了T1D患者体内细菌减少对疾病发展的影响，然而，对于细菌在T1D患者中的增多的作用知之甚少。
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系统性红斑狼疮（SLE）
SLE的特点是自身抗体和免疫介导的组织损伤，且与肠道菌群有关。肠道菌群通过调控人类B细胞库从而对抗体的产生有重大影响，并影响不同辅助性T细胞和Treg细胞之间的平衡。尽管有大量研究探索了肠道菌群调控SLE发展的机制，但对于因果关系或潜在机制知之甚少。与健康人群相比，SLE患者厚壁菌的相对丰度降低，而类杆菌增加，活泼瘤胃球菌增多与疾病活动性和狼疮性肾炎发病率相关（表1）。
肠外ADs中的免疫调节
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MS中促炎性和抑炎性T细胞的诱导
MS患者血液和脑脊液中TH17细胞增加，Treg细胞的抗炎能力降低。在EAE小鼠模型中，在EAE发展过程中肠道中检测到自反应性髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）特异性T细胞，这表明这些T细胞在迁移到中枢神经系统之前可能与肠道中的驻留细菌发生了相互作用（图1）。
分段丝状细菌（SFB）是研究最深入的共生菌之一，可以紧密附着在上皮细胞上并诱导小肠TH17反应。无菌小鼠定植SFB会导致肠内TH17细胞水平升高并加剧EAE、RA和SLE。未分类的丹毒霉科细菌也会激活肠道TH17细胞并促进EAE小鼠脊髓的炎症，这种丹毒霉科细菌似乎也附着在上皮细胞上并诱导TH17相关因子，这些因子通过诱导转录因子BLIMP1及其靶基因（包括Il17a、Csf2和Il23r）进行表达。
MS患者的小肠中诱导TH17细胞的粘膜相关细菌也增加，这些细菌可能会增加肠道内CNS自身反应性T细胞的致病性。然而，FMT实验表明，MS患者的粪便菌群不能诱导EAE小鼠TH1和TH17细胞的产生。产生此结果的原因可能有：（1）小肠和粪便（结肠）的微生物组成非常不同；（2）这种粪便样本主要包含肠腔微生物，参与TH17反应的粘膜相关细菌含量较少。
肠道菌群组成的改变扰乱了ADs的调节性免疫反应。Treg细胞在抑制自身反应性T细胞中起重要作用，将Treg细胞过继转输到ADs小鼠模型（包括MS、RA、T1D和SLE）中可减轻疾病症状并延迟疾病的发生。事实上，有研究报道MS患者的Treg细胞显示出免疫抑制功能降低，而代谢组学和宏基因组学的研究表明MS患者Treg细胞的功能障碍可能是由于肠道菌群的改变造成的。
此外，也发现MS患者的粪便和血清中丙酸盐的含量减少，而给MS患者和EAE小鼠补充丙酸盐,可增强Treg细胞的免疫抑制功能，并与临床症状的缓解相关。另外，MS患者肠道菌群的SCFA生物合成能力减弱。
在EAE小鼠中，单一菌株的定植似乎也能有效诱导Treg细胞并抑制CNS炎症。例如，P . histicola定植能够诱导肠系膜淋巴结、颈淋巴结和脾脏中的Treg细胞并抑制EAE小鼠中的自身反应性TH1和TH17细胞。脆弱拟杆菌衍生的多糖A（PSA）可以调节EAE小鼠中Treg细胞的丰度和功能并且通过促进肠源性Treg细胞在颈部淋巴结中的积聚，进而减弱EAE病情。
更重要的是，PSA诱导CD39+CD4+Treg细胞的扩增，其比CD39-CD4+Treg细胞更有效地迁移到中枢神经系统。而且在包括MS、RA、T1D和SLE在内的ADs患者中，T细胞CD39表达减少或缺陷。尚不清楚这些功能是否是针对B. fragilis所独有的。不管怎样，共生因子可能通过其对Treg细胞的影响来支持AD中的抑制性免疫反应。有趣的是，在AD患者（包括MS，RA，T1D和SLE）中观察到CD细胞中CD39表达减少或缺陷。
除了CD4+Treg细胞的关键作用外，研究还发现了CD8+Treg细胞在EAE小鼠中的重要作用。CD8+Treg细胞的耗尽导致了持续的EAE症状，而转移预激活的CD8+Treg细胞改善了EAE症状，特别是在恢复阶段。
除细菌外，寄生虫和真菌也会影响ADs的发展（框3）。一项前瞻性队列研究表明，与未感染寄生虫的MS患者相比，感染寄生虫（三叉虫）的MS患者的疾病恶化明显更弱，疾病评分和疾病体征的变化也较小。这些患者的IL-10和TGF-β水平升高，CD4+Treg细胞数量增加，表明寄生虫感染诱导了Treg细胞进而调控MS的病程。因此，寄生虫或寄生虫衍生分子可能被用作MS的潜在治疗剂。
方框3|真菌和肠外Ads
高通量DNA测序技术也已应用于真菌组学研究。虽然已知肠道内的共生真菌物种在炎症性肠病和癌症中发挥作用，但对其在ADs中的功能的了解仍然有限。在1型糖尿病和系统性红斑狼疮等多种AD的患者体内，检测到了抗酿酒酵母的自身抗体，而肠道白色念珠菌被认为是抗酿酒酵母自身抗体的免疫原。白色念珠菌是能有效诱导肠道TH17，进一步的研究可能揭示这些真菌成员在ADs中的致病功能。
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T1D中诱导促炎性和抑炎性T细胞
检测β细胞自身抗体对T1D的诊断至关重要。在病理检查中，可以观察到T细胞浸润到胰岛。而先前对T1D小鼠模型的研究表明，针对β细胞的自身抗体无法诱导胰腺β细胞的破坏，这表明胰腺β细胞特异性自身反应性T细胞在T1D发病中起着至关重要的作用。非肥胖糖尿病（NOD）小鼠自发地发展为T1D，但缺乏MHC I类分子的NOD小鼠，因不能向CD8+T细胞呈递抗原而不会产生胰岛炎。
此外，NOD小鼠中CD4+T细胞的缺失抑制了T1D的发展。自身反应性T细胞通常通过胸腺中的阴性选择被去除，而在遗传上易患T1D的个体，对β细胞自身抗原具有特异性的自身反应性T细胞不能被完全清除，因此能攻击胰腺β细胞。众所周知，结合B:9-23（来自胰岛素β链的肽）的CD4+T细胞存在于NOD小鼠中，这些T细胞产生IFNγ并攻击胰腺β细胞。此外，B:9-23肽也可以作为细胞毒性T细胞的自身抗原。因此，这些研究证明CD4+和CD8+T细胞在T1D的发展中对来自胰岛的自身抗原的重新识别的起关键作用。
最近的一项研究表明，补充SCFA的NOD小鼠可增加胰腺中Treg细胞的数量，从而抑制疾病的发生。有趣的是，雌性NOD小鼠糖尿病发病率比雄性NOD小鼠更高，这可能与雌性NOD小鼠中较低的抗菌肽CRAMP表达相关。研究表明，CRAMP通过抑制巨噬细胞和树突状细胞中炎性细胞因子的释放来保护胰腺β细胞。丁酸通过在胰腺β细胞上表达的SCFA受体GPR41和GPR43诱导CRAMP的表达，另外在NOD小鼠中使用抗生素消耗肠道细菌可降低胰腺CRAMP的表达，表明T1D的发展与肠道菌群密切相关。
最近的研究也发现多形螺旋线虫抑制NOD小鼠以及链脲佐菌素处理小鼠的T1D发展。多形螺旋线虫分泌海藻糖增加了肠道内瘤胃球菌的丰度，瘤胃球菌通过诱导CD8+Treg细胞来抑制疾病的发生（图2）。T1D患者粪便中同样也发现瘤胃球菌属水平和外周血单个核细胞中CD8+Treg细胞的数量低于健康人群。
这些发现表明肠道菌群在T1D中起免疫抑制作（图2），然而，到目前为止，T1D中的病原微生物尚未阐明。SFB可加速MS和RA小鼠的疾病进展，却通过促进肠屏障完整性在T1D中显示出保护作用。因此，需要更多的研究来发现特定肠道微生物的疾病特异性作用。
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蠕虫在RA和SLE中介导的免疫调节
除了肠道微生物P. copri和丁酸参与上述RA发病机制外，蠕虫感染也有助于缓解RA的症状。在胶原诱导的关节炎小鼠中，曼氏血吸虫感染可降低TH1反应、下调TNF和IL-17表达，并增强TH2反应和上调IL-10表达。微小绦虫或日本血吸虫感染RA小鼠时，也观察到类似类型的免疫调节。
一些来自蠕虫的化合物，如卵黄棘皮线虫产生的ES-6S，也调节RA的宿主免疫反应。含有磷酰胆碱的ES-6S片段可调节巨噬细胞和树突状细胞细胞因子的产生，另外ES-6S通过修饰肠道菌群和保护肠道屏障完整性在胶原诱导小鼠RA模型和RA患者中起保护作用。
蠕虫感染也参与了SLE的发病机制。例如，膜壳绦虫微小瘤可以改善SLE小鼠的所有病症。它通过诱导Treg细胞，尤其是CD8+Treg细胞来抑制滤泡T细胞和B细胞的激活，从而降低循环自身抗体的水平。蠕虫可能通过调节肠道菌群影响宿主免疫，例如，微小绦虫会改变肠道菌群的组成。进一步研究需要去揭示其潜在机制，为SLE的研究提供新的见解并提供可能的治疗策略。
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肠道菌群对免疫细胞迁移的影响
血液中循环的记忆性T细胞能够识别来自肠道微生物的抗原，并对病原体作出免疫反应。在转基因小鼠中的研究显示，结肠TH17细胞可以迁移和被运输到小肠、脾脏和淋巴结。在RA小鼠模型的脾脏中也观察到α4β7整合素表达的肠TH17细胞，并有可能与B细胞相互作用产生自反应抗体。在AD模型中的研究也表明，微生物刺激的肠道T细胞能够直接迁移到炎症部位。促炎性T细胞会炎症部位迁移或引起新发炎症。例如，在通过转移MOG特异性T细胞诱导的小鼠EAE模型中，转移的T细胞被证明可迁移到肠道并被肠道微生物活化，继而诱导CNS炎症。研究还表明，表达肠道归巢趋化因子受体CCR9的CD4+记忆T细胞可以浸润MS患者炎症的CNS。
结肠Treg细胞也循环到其他组织或淋巴结。来自细胞转移实验的间接证据表明，肠道Treg细胞和1型Treg（CD4+Foxp3–IL-10+）细胞迁移到外周并减轻NOD小鼠糖尿病的发展。丁酸盐处理的NOD小鼠显示胰腺中肠道相关（CCR9、GPR15或α4β7整合素阳性）Treg细胞的比例增加，这意味着丁酸盐可能促进肠道Treg细胞向胰腺的迁移。脆弱拟杆菌PSA也可诱导CD39+CD4+Treg细胞并促进其迁移能力继而减弱EAE。总之，肠道免疫细胞，特别是肠道微生物活化的T细胞，通过迁移到炎症部位在肠外自身免疫疾病的进展和缓解中发挥重要作用。
方框4|微生物组操作方法
一般来说，有三种不同的潜在方法来操纵菌群：（1）通过添加或消除特定的细菌菌株或菌群来直接调节，即分别通过口服某些细菌或某些抗生素或噬菌体；（2） 通过饮食、药物或其他环境因素间接调节；或（3）通过合适供体的粪便微生物群移植（FMT）来或多或少地完全替代原有菌群。虽然所有这些方法已被证明对实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠的自身免疫性神经炎症的易感性或发展，影响是有益的，但在人类中的相应试验在很大程度上存在不确定性和个体差异性。
以微生物为中心的治疗方法
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MS的治疗方法
在考虑使用菌群治疗MS之前，需要在患者中确定这种调节的预期特定治疗结果。根据预期目标使用菌群调节：（1）作为一种干预方法来缓解已经确定的神经退行性症状；（2）在高危患者出现临床症状之前进行疾病预防；或（3）通过主动髓鞘再生逆转病理诱导的事件。由于MS病因背后的关键分子因素在很大程度上仍然是难以捉摸的，因此如何预防临床病症的出现在很大程度上还没有得到充分的探索。
目前可用于MS和其他AD的介入治疗总称“疾病修饰疗法”（DMTs）。MS常用的DMTs包括用富马酸二甲酯、芬戈利莫、纳塔利珠单抗或奥瑞组单抗进行治疗，这些药物旨在降低复发的频率和严重程度，而且需要无限期服用，这引起了人们对其成本和有效性的担忧。此外，还没有诱导主动髓鞘再生的既定治疗方案。因此，改善MS患者的治疗选择的需求尚未得到满足。
鉴于肠道微生物和宿主免疫之间的相互作用，通过调节微生物组来操纵宿主免疫系统是可行的。菌群的靶向操作可能会完全取代DMT或补充DMT。理想情况下，这种操作还应该激活髓鞘再生，这不仅可以重建神经传导，还可能保护轴突免受进一步受损。可喜的是已有研究证明丁酸盐可增强铜诱导的MS样脱髓鞘小鼠的髓鞘再生，但通过操纵人体菌群来诱导神经元髓鞘再生的前景仍需要进一步的研究。
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直接调节肠道菌群
关于MS患者菌群的直接调节及其对MS相关神经系统的影响的研究很少（框4）。各种益生菌在EAE小鼠模型中显示出有益作用，但缺乏良好控制的大规模人体试验。最近开展了两项涉及MS患者小队列的开创性研究。一项涉及复发缓解型多发性硬化症（RRMS）患者和健康对照志愿者的研究表明，每天服用两次益生菌鸡尾酒，持续2个月的干预与抗炎性外周免疫反应有关。
然而，没有对这种干预的临床结果进行长期观察。另一项涉及益生菌治疗的RRMS患者的随机、双盲、安慰剂对照试验表明炎症标志物普遍减少，然而，当干预措施停止时，这种影响似乎不会持续，这可能是由于受试益生菌菌株对定植的菌株特异性和宿主特异性耐药性所致。抗生素对肠道菌群的组成有相当大的影响，在疾病诱导前或疾病诱导后但在症状出现前接受抗生素处理的小鼠对EAE的敏感性降低。
然而，在已经出现症状的小鼠中，未观察到抗生素治疗对EAE进展的有益影响。相反，另一项研究报告了抗生素处理的EAE小鼠的出现更严重症状。尽管一项针对人类的大规模病例对照研究报告，服用抗生素后MS的风险降低，但其他研究也显示抗生素摄入与MS患病率之间存在正相关。
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微生物的间接调节
因为与撒哈拉以南非洲的发展中国家相比，北美或欧洲等工业化地区的MS患病率高达80倍，所以社会特定的环境因素（包括食用高脂肪、低膳食纤维的西式饮食）可能是MS发病的原因。事实上，不同的饮食成分似乎显著影响人类和小鼠的自身免疫性神经炎症。因此，将现在的营养习惯改回“工业化前”饮食可能会减少MS的总体发病率。
微生物的这种间接调节可以通过广泛改变饮食习惯或通过口服膳食补充剂（益生元）来实现（框4）。考虑到MS患者口服丙酸补充剂的良好效果，使用饮食干预促进肠道菌群产生丙酸似乎是一种可行的中期策略。
此外，一项比较研究表明工业化国家的儿童中已知的丁酸生产菌的相对丰度较低，这可能是由于上述现代西式饮食中纤维含量降低所致。这结果进一步强调了生活方式对微生物组成的影响以及饮食介导的微生物调节的可能性。然而，为了实现个性化饮食建议的目标，不仅需要明确治疗如何改变MS患者队列之间的肠道菌群，而且还需要了解随着时间的推移，特定患者体内的肠道菌群。
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替换肠道菌群
不同于饮食介导的菌群调节，FMT是一种被证明对复杂难辨梭状芽胞杆菌感染的高效治疗方法。由于在恢复肠道菌群屏障特性和治疗艰难梭菌感染患者的微生物失调方面取得了令人信服的成功，FMT成为治疗ADs的一种令人感兴趣的治疗方法。由于ADs的病因病理学比艰难梭菌感染复杂得多，对ADs患者进行基于FMT的治疗的目的不仅是恢复菌群平衡，而且是使受损的宿主-微生物互作正常化。
关于FMT对ADs患者的影响，目前还没有双盲、安慰剂对照的人体试验。然而，一些病例对照研究报告了令人鼓舞的结果，FMT后MS患者10至15年的神经症状得到了改善。虽然选择特定供体似乎与FMT介导的艰难梭菌感染治疗成功无关，但它似乎是溃疡性结肠炎等ADs治疗结果的决定性标准。虽然尚未对MS患者的这一方面进行研究，但对溃疡性结肠炎患者的观察表明FMT介导的肠道免疫系统及其肠外作用高度依赖于供体菌群的组成。
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微生物干预和DMTs组合
由于将微生物干预作为一种治疗选择仍然有着很多问题，因此，似乎有理由相信将这种方法先作为一种补充策略引入以提高或改善已建立的DMTs的疗效，是更好的。在特定人群中的小型试验表明，某些饮食干预措施几乎不可避免地与肠道微生物组的组成变化相关，且为使用DMTs治疗的MS患者提供了有益的效果。益生菌鸡尾酒VSL#3对接受醋酸格拉替雷治疗的RRMS患者起到有益作用。
然而，考虑到给定研究中的参与者可能正在接受不同的DMTs治疗，以及参与者人数较少并缺乏详细的肠道菌群分析，对这些结果的解释应该更加谨慎。
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细菌表面结构对治疗的影响
除了活菌介导的机制外，宿主对保守细菌结构的反应对于维持肠道内环境稳定至关重要。通过利用宿主免疫系统直接感知细菌结构的能力，可以用对宿主有益的方式来调节免疫反应。例如，口服共生菌细胞壁成份可以与宿主Toll样受体（TLR）的特异性相互作用介导免疫耐受。这些发现表明，通过使用模拟细菌结构或激活相关信号反应的人工配体，或通过服用有益肠道微生物的细胞壁成分，来干预宿主细胞信号通路可能是一种可行的策略。
基于细菌细胞壁结构的治疗方法取决于将其输送到正确的位置，脂多糖可以穿过肠道屏障的移位可导致其释放到体循环中并产生异常免疫反应，这可能促进ADs的发病或进展，另外，在强直性脊柱炎或自身免疫性肝炎患者的血浆中检测到LPS水平升高。在SLE患者中还检测到CD14的血清浓度升高，而CD14被用作检测血液LPS水平的替代物。然而，目前尚不清楚微生物组分的变化是否是导致LPS易位的原因，以及这是自身免疫反应的来源还是后果。
展望
肠道共生菌是潜在的预防和治疗肠外Ads的靶点，然而，这种方法存在挑战和局限性。虽然一些与肠外ADs相关的肠道微生物已经被发现，但这些微生物对疾病发展和进展的功能影响仍有待阐明。使用定殖有特定微生物的无菌小鼠进行验证研究将克服这一领域的局限性。
如上所述，使用肠外ADs动物模型的研究表明，一些肠道微生物通过调节肠道屏障功能或免疫反应来改变疾病表型。然而，关于肠外ADs患者的肠组织状态的可用信息有限，因此，检查患者的肠道菌群和肠组织是非常重要的方法，来确认小鼠模型的观察结果与人类疾病相似。
FMT在肠外ADs患者中的临床试验目前正在进行中。这些以菌群为中心的试验将有助于寻求有效的菌群调节。此类试验应始终作为随机、双盲、安慰剂对照研究进行，应关注具体的研究问题，并在可能的情况下消除混杂变量（图3）。
图3：以制定微生物调节策略为目的的研究方案第一步。对一组患者和健康人群之间感兴趣的微生物进行横断面比较，以识别潜在的一般风险因素（两组之间的差异）。对某些个体的纵向观察可以识别潜在个体（仅在给定个体或个体子集中观察）风险因素。第2步：根据从第1步获得的数据，可通过粪便移植（FMT）将患者的代表性粪便样本或混合粪便样本移植到无菌小鼠中，来验证一般风险因素，可以制定方案（如饮食调节），来调节微生物（和相应的一般风险因素）作为疾病期间的干预或疾病发病前的预防措施。第3步：安慰剂对照、随机、双盲的人类队列研究可以评估微生物组调节方案（第2步）对特定疾病患者有益的潜力（一般结果）。更大的队列也将有助于阐明预测的一般风险因素（步骤1）是否可能在给定治疗组内的个体之间表现出显著差异（个体结局）。第4步：根据步骤1和3中个体风险因素，使用特定患者的粪便对无菌小鼠进行FMT，然后在小鼠中诱导疾病。随后在小鼠中进行微生物组调节，以评估所选调节策略的结果。如果成功，患者可以使用相同的微生物组调节策略进行治疗。
除了收集大量志愿者的反应以阐明横断面研究中的一般影响外，在纵向研究的框架内关注给定患者的个体反应可能具有特殊意义。“从临床到实验台再到临床”的方法可能是一种有希望的研究方法，可以优化给定患者的个性化微生物干预。这可以通过评估不同条件下特定患者粪便中菌群的致病潜力来实现。
很可能没有一种单一的菌治疗干预方法会发展成为金标准，但是结合不同的策略，理想情况下根据个人需求和预先存在的条件量身定制，可能会是最成功的。为了实现这一点，需要进一步研究各种ADs中微生物介导的免疫系统调节的分子机制。例如，对这些机制的更好理解将有助于对菌群构成改变的分子信号级联进行治疗性操作。
到目前为止，微生物影响宿主细胞信号级联的机制尚不十分清楚；然而，一些有希望的研究结果带来了希望。例如：各种宿主细胞中TLR介导的途径已成为有趣的靶点，因为它们代表了关键的微生物激活途径，并参与平衡自身免疫中的促炎和抗炎反应。
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撰文丨小冬瓜
排版丨苡白
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