肠道微生物与人类慢性风湿性关节炎的关系

摘要：人类与微生物共生共存，微生物群在人体生理、代谢和免疫中扮演关键角色。2007年，美国国立卫生研究所启动人类微生物组计划，旨在解析人体微生物与健康的关系，尤其是自身免疫性疾病如风湿性关节炎。风湿性关节炎是一种复杂的遗传性自身免疫疾病，虽遗传因素影响有限，但环境因素与遗传互作可能驱动疾病。DNA测序技术的突破揭示了微生物组的功能，微生态失调通过免疫失衡加剧炎症，实验表明肠道微生物改变可加重关节炎，而益生菌干预可缓解症状。未来，通过改善肠道微生物群，可能为风湿性关节炎的预防和治疗提供新途径。

关键词：类风湿关节炎；肠道微生物；微生态；自身免疫疾病

人类一直都不是独立存在于这个星球之上的，从我们出生的那一刻开始，数以亿计的微生物就定居到我们的身体里，并伴随我们一生。人类与微生物相互的进化过程中，我们各取所需，人类为微生物的生存提供能源而微生物为人类的生理、代谢和免疫能力的进化过程起到了举足轻重的作用。2007年，美国国立卫生研究所发起了一个研究计划，称为人类微生物组计划。其目的是了解人类与定居在人体内微生物的复杂生理关系。这个研究计划主要有两个目标：第一、鉴定定居在人体的微生物种类；第二、分析这些微生物与人类健康和疾病的相互关系。在这些与微生物密切相关的疾病中，自身免疫性疾病占有相当的的比重[1]。越来越多的证据表明，口腔和肠道微生物对慢性关节炎的发生和发展起到重要的作用。目前，流行的观点认为风湿性关节炎涉及到自身性免疫混乱和复杂的遗传学因素，但是其真正的原因仍然不清楚的。最新的肠道微生物DNA测序结果和黏膜免疫成果表明肠道微生物是自身免疫性疾病产生的一个重要的环境因素。

一、对慢性风湿性关节炎的认识

风湿性关节炎是一个复杂的遗传性自身免疫疾病，是一种慢性、使人致残并且难以治愈的疾病。然而，关于人类遗传信息如何导致风湿性关节炎发展的证据并不充分。目前，基因组关联分析（genome-wide associations studies， GWAS）仅仅解释了16%的相关性[2]，可能在将来会发现更多更确切的证据[3]，但是现有证据还不能充分证明风湿性关节炎与遗传信息有关。有研究报道，同卵双胞胎同时患风湿性关节炎的可能性小于15%[4]，但是目前不清楚这个水平是否超过了患风湿性关节炎的平均水平。

即使基因水平影响了风湿性关节炎的发生，但是遗传因素跟环境因素之间的相互作用对风湿性关节炎的发生不得不受到关注。环境因素主要包括：激素、吸烟和感染[5]。有假设称风湿性关节炎起源于新大陆的发现，然后被欧洲人传遍到世界各地。这种地理上的传播可能是通过与环境因素（如：病原菌或者饮食构成），基因的杂交（通过通婚），或者是环境因素与遗传因素的共同作用导致产生的。这种假设成立有三个方面的依据：第一、痛风、脊椎关节病和骨关节炎在各种历史质料中都有描述，但是直到19世纪开始才出现关于风湿性关节炎的描述；第二、有研究表明风湿性关节炎是可以通过接触病原菌而传播的疾病，流行病学证据也支持这种观点；第三、在最后才与欧洲人接触的撒哈拉非洲和亚洲的居民患风湿性关节炎的水平比欧洲人低的多[6]；第四、由于广泛使用抗生素现在的风湿性关节炎的发病率显著下降[6]。

其实，风湿性关节炎与口腔或者肠道微生物的密切关系的认识早已存在。在一个世纪之前，一些研究者都描述过这种观点，并试图去找到肠道微生物群与风湿性关节炎的联系[7, 8]，比如：口腔疾病能够导致风湿性关节炎，并通过拔牙来治疗风湿性关节炎。并且有大量关于牙周炎与风湿性关节炎的流行病学证据的文献资料出版。

二、DNA测序技术的革命

自从科赫法则诞生以后，这种法则就成为人们考虑一种疾病的范式。然而，很多由微生物导致的疾病并不符合科赫法则。第一，很多细菌比如霍乱弧菌和沙门氏菌是在无症状的个体中发现的；第二、不是所有的人接触感染性病原菌比如结核分枝杆菌都能够获得感染，因为他们的遗传因素导致了他们对病原菌的抵抗力不同；第三、随着DNA测序技术的进步，我们发现体内存在很多的在体外无法培养的微生物，因为实验室还不能提供满足他们生长的营养和培养条件[9]。因此，科学界现在正广泛利用非培养方式的DNA测序技术去完成分类鉴定和研究细菌的酶学功能。16 sRNA 是原核细菌核糖体的30S亚基的组成部分，其存在高度保守的区域，即使在不同细菌之间也是如此。因此，我们可以利用细菌16 sRNA的保守区来设计PCR引物以扩增出16 sRNA的完整序列，而且，16 sRNA也存在高度可变区，我们可以通过这些高度可变区来分类鉴定不同的微生物[10, 11]。

这种方法可以解决特定区域的细菌的鉴定问题，即它们是谁的问题。但是，16 sRNA基因测序技术不能解决他们起何作用的问题。因此，全基因组的鸟枪法测序技术能够用于鉴定微生物群落的代谢和酶学途径，即它们干什么的问题[12]。

三、微生态失调和自身免疫疾病

肠道微生物对局部的内环境稳定起到重要的作用，由于他们与宿主的肠道免疫直接接触而且能够影响免疫应答。因此，很容易理解微生态的失调会导致肠道的炎症[13]。事实上，大量的证据表明益生菌的降低或者是机会致病菌的增加都会改变免疫系统的失衡，包括天然免疫和获得性免疫，最终导致炎症反应引起局部组织损伤和临床症状[14]。有实验研究表明肠道微生物的改变增加了风湿性关节炎疾病的发生和严重程度，反过来，通过口服弱毒疫苗能够避免发生关节炎[15, 16]。

四、微生物群和风湿性关节炎的发病机制

很多研究已经证实肠道微生物在正常的免疫系统的成熟和完善方面所起的作用。类似的原理也用来分析肠道微生物群对炎症关节炎的产生和发展上面，而且已有大量的实验研究微生物与关节炎的相互关系[17]。

微生物群与关节炎的相互关系的最初的记载是在1970年代末，当时用药物诱导无菌鼠能够100%产生关节炎，而对照组只能产生微弱的疾病[18]。类似的实验也支持这种结论，无菌鼠对关节炎敏感，而对照组对关节炎具有很强的抗性。这些实验结果表明，肠道微生物的存在和关节炎症具有某种联系，这种联系与寄生在肠道的微生物群所起到的免疫平衡具有莫大的关系。

然而，这些肠道微生物群对关节的健康是积极的或者消极的作用仍然取决于宿主的遗传背景。比如，基因敲出IL-1受体的老鼠，能够自发形成T细胞介导的关节炎，但是在无菌环境下并不能导致关节炎的发生，如果我们在其肠道中接入肠道微生物双岐乳杆菌就能马上导致关节炎的产生[19]。另一个研究结果是在K/BxN T细胞受体转基因老鼠模型中完成的，这种老鼠模型能够产生抗6-磷酸葡萄糖异构酶的抗体，从而导致关节炎的产生。在这种模型中，如果肠道里面没有微生物的存在其关节炎症状是减弱的，其减弱的原因可能与外周Th17细胞的减少相关。引入肠道微生物分节丝状菌到这种动物模型中，其关节炎疾病马上产生。另外，如果这种老鼠一出生就用针对分节丝状菌的抗生素进行处理，其关节炎也能够得到显著的抑制[20]。这些结果不仅说明特定的肠道微生物群对风湿性关节炎的产生是必需的，而且微生态的失衡也与宿主的遗传背景相关。

五、展望

人类风湿性疾病与肠道微生物的关系存在很多的关节炎疾病案例。脊椎关节病，特别是活性关节炎和肠炎相关的关节炎，是最为普遍的案例。很多研究结果证明了细菌的生长与免疫复合物在关节滑膜中沉积的相关性。

在人类肠道微生物群的概念提出之前，风湿病学界就已经采用了各种针对肠关节炎之间联系的治疗方法，很多沿用至今。在1940年代，柳氮磺胺吡啶是风湿领域第一个理性设计的药物，因为风湿性关节炎被认为是由牛奶中的链球菌所致。

考虑到这些研究结果，我们可以假设如果一个在遗传上倾向于患风湿性关节炎而且又携带了促进自身免疫性疾病的人，更加容易患风湿性关节炎；相反，即使其在遗传上易于患风湿性关节炎，但是我们可以通过改善肠道微生物群来避免患病。如果这个假设成立，我们就可以有更多的途径来找到治疗靶点、生物标签，甚至发展风湿性关节炎的预防方法。因此，我们可以利用16sRNA测序技术和鸟枪测序分析方法，来揭示风湿性关节炎患者肠道微生物是否和何时与正常人体能的肠道微生物不同。甚至，对肠道微生物群的研究能够加强我们对寄生的微生物菌群与我们的复杂生理学相互关系，并有助于我们找到风湿性关节炎的可能触发因子以及填补我们对基因和环境相互作用所涉及到的其他自身免疫性疾病的知识空白。

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*基金项目：湖北民族大学大学生创新创业训练计划项目（批准号: S202510517024）资助

▲通讯作者：石廷玉，湖北民族大学医学部