视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSDs）是一类免疫介导的以视神经和脊髓受累为主的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病。肠道微生物群作为一个重要的环境因素，可能在NMOSDs的发生和发展中发挥着重要作用。既往研究表明，NMOSDs患者肠道菌群的结构和数目与正常健康人存在差异，发生改变的肠道菌群可能通过与中枢神经系统自身抗原发生交叉反应、诱导T细胞分化以及影响短链脂肪酸等代谢产物分泌途径触发NMOSDs发生。总结分析NMOSDs患者肠道菌群改变及可能的潜在机制，有助于为将来防治NMOSDs提供更有效的治疗方法。
引用本文： 赵蕊, 姜利斌. 肠道菌群改变在视神经脊髓炎谱系疾病发病机制中的作用研究进展. 中华眼底病杂志, 2022, 38(5): 419-422. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20210301-00104 复制
视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSDs）是一类免疫介导的以视神经和脊髓受累为主的中枢神经系统（CNS）炎性脱髓鞘疾病。该类疾病以严重的视神经炎（ON）及纵向延伸的长节段横贯性脊髓炎为主要表现，具有易复发和临床转归不良等特点[1]。2004年，Lennon等[2]在NMOSDs患者体内发现血清水通道蛋白4（AQP4）特异性抗体（AQP4-Ab），而使NMOSDs区别于多发性硬化（MS），成为一种独立的疾病。研究证实，AQP4-Ab介导的补体依赖性细胞毒性作用（CDC）破坏CNS星形胶质细胞是NMOSDs发病的主要机制[3]。此外，抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）、AQP4反应性T细胞（细胞免疫）以及辅助性T细胞（Th细胞）相关因子等炎性细胞因子等也参与了NMOSDs免疫损伤过程[4]。尽管NMOSDs损伤靶点已得到证实，但疾病的触发机制尚不明确。近年来随着对肠道菌群和肠-脑轴在免疫性炎症疾病发病中的认识，发现了一些肠道菌群可能通过分子模拟、诱导CD4+T淋巴细胞分化等途径触发NMOSDs的发生和发展。临床上，NMOSDs患者常以ON表现而就诊于眼科，眼科基础工作者探索肠道菌群在NMOSDs相关ON发病机制中的作用，无论对于了解ON发病机制，还是为未来通过改变饮食习惯，或调节肠道菌群移植粪便微生物群等方法防治ON发生和不良转归均具有重要的意义。因此，现针对肠道菌群改变在NMOSDs发病机制中的作用研究进展作一综述。
1 肠道菌群多样性与NMOSDs患者肠道菌群变化
人体胃肠道内的微生物群数目达1013～1014个，肠道内微生物的组成始终根据环境的变化而不断发生改变，具有相当的异质性与复杂性。肠道菌群中占主要地位的是厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门等[5]。目前，在类风湿性关节炎、帕金森病、炎性肠病以及MS和视神经脊髓炎（NMO）等疾病中发现了有不同种类的胃肠道细菌存在着过度表达[6-8]。
2016年Cree等[9]发现，NMO患者体内产气荚膜梭菌（CPs）过度的增长，且其表达的三磷酸腺苷结合盒转运蛋白通透酶（ABCTP）中的序列207-216与AQP4抗原（AQP4-Ag）决定簇中的序列63-76具有90%的高度同源性。2018年中国的一项队列研究发现，NMO患者体内肠道菌群中链球菌表现出过度增长状态[4]。2019年中国另一项研究表明，尽管NMOSDs组和正常对照组在总体微生物群落的结构上无显著差异，但二者的肠道微生物在群落的组成上差异明显[10]。2020年一项对中国东南地区NMOSDs患者的研究发现，与对照组相比，AQP4-Ab阳性和AQP4-Ab阴性NMO患者的产丁酸菌群，包括粪杆菌、罗斯氏菌、胃瘤球菌和粪球菌丰度均显著降低[11]。2021年有学者对印度裔NMOSDs患者的肠道菌群进行测序，结果显示，与健康对照组相比，NMO患者拉氏梭菌属（梭状芽胞菌纲和拉氏螺菌科）过度表达，其中革兰氏阳性芽孢形成菌C bolteae仅在患者中检出，而在健康对照者中未检出[12]。上述各项研究结果均表明，NMOSDs患者较正常对照者在肠道菌群组成上存在显著差异，但不同研究中对NMOSDs患者所测得的异常菌群不全一致，这种差异可能与遗传背景、所处地区及饮食习惯不同有关（表1）。
表1
近5年NMOSDs肠道菌群改变相关研究结果
2 肠道菌群在NMOSDs发病过程中的作用
2.1 NMOSDs发病机制
AQP4-Ab相关性NMO特点是免疫球蛋白（IgG）和补体沉积（主要在星形胶质细胞末端）以及星形胶质细胞丢失，通常还有继发性少突胶质细胞和神经元丢失[13]。主要发病机制可概括为机体在某种抗原的刺激下，特异性B淋巴细胞产生AQP4-Ab。一方面，由于AQP4-Ab以IgG1为主，IgG1与激活的补体系统（包括C9neo在内的补体沉积）有效结合，从而导致膜攻击复合物的形成[3]，发生AQP4-Ab介导的 CDC，这是星形胶质细胞损伤的主要机制；另一方面，该抗体通过血脑屏障进入CNS，遇到星形胶质细胞后发生ADCC；再者，由于IgG1属于T细胞依赖的IgG亚类，提示AQP4反应性T细胞在NMOSDs发病中也发挥着重要的作用。尽管有这些发现，微生物群影响疾病的具体机制仍不明确。根据既往文献，目前存在以下几种可能性：（1）分子模拟：CPs等肠道微生物与CNS抗原之间发生交叉反应，激活自身反应性T细胞[9,12]；（2）肠道菌群对固有免疫系统的佐剂样效应（佐剂是非特异性免疫增强剂，当与抗原一起注射或预先注入机体时，可增强机体对抗原的免疫应答或改变免疫应答类型），使T细胞极化为辅助性T细胞（Th）1/Th17细胞表型[4]；（3）影响短链脂肪酸等与免疫调节或粘膜防御有关的代谢产物分泌[10]；（4）肠道黏膜微生物区系失衡和炎症反应可能使病原体穿过受损的肠道屏障，参与NMO的病理过程[14]。
2.2 肠道菌群诱导初始T淋巴细胞分化
Th细胞分化和分化程度可以反映NMOSDs的发病机制，并可能影响疾病的严重程度[15]。Th17细胞为CD4+ Th细胞的一种亚型，通过分泌白细胞介素（IL）-17、IL-22、IL-21等促炎因子以及招募中性粒细胞来达到机体抵抗感染的作用，但在自身免疫疾病中具有破坏性。分段丝状菌（SFB）是首次报道的小鼠Th17细胞经典诱导菌群，其定植水平与Th17细胞丰度密切相关[16]。SFB定植后，小鼠体内许多Th17细胞能通过CD11c+树突状细胞的介导对SFB特异性抗原作出免疫应答，但尚未发现能够驱动Th17细胞极化的SFB特异性通路或分子。依赖于IL-C3分泌IL-22产生的血清淀粉样蛋白A，也能够驱动Th17细胞极化[3]。另外几种黏膜相关的微生物群也可以驱动Th17细胞的反应，如大肠杆菌、青春双歧杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念珠菌等。调节性T细胞（Treg细胞）是一类具有抗炎和维持机体对自身成分的免疫耐受、阻止宿主发生自身免疫紊乱的作用以及抵消自身反应性T细胞促炎活性能力的T细胞，主要通过CD25和Foxp3的高表达进行识别。首次发现微生物群中的Treg细胞诱导剂来自人类微生物群的芽孢梭状杆菌，其对Treg细胞有强烈的诱导作用[17]。最近的研究愈加清晰地发现许多微生物群，包括大肠杆菌、梭状芽孢杆菌和链球菌等，均能在人体小肠和结肠固有层中诱导Treg细胞产生[18]。肠道菌群诱导初始T淋巴细胞分化，可能会对Th17细胞和（或）Treg细胞数量和比例产生影响，从而对NMOSDs发生和发展产生影响。但对于链球菌等参与NMOSDs的具体机制目前尚无定论，是否参与到NMOSDs的免疫发病机制仍存在争议。因此，肠道菌群在诱导初始T淋巴细胞分化后，对Th17细胞和（或）Treg细胞数量和比例可能产生影响，从而影响NMOSDs发生和发展。
2.3 CPs通过分子模拟参与NMOSDs
NMOSDs患者肠道菌群中CPs过度生长，CPs表达的ABCTP中的序列207-216与AQP4序列66-75具有90%的同源性[9]。肠道M细胞与CPs结合后，高度特化吞噬微生物抗原并将其呈递给抗原提呈细胞 （APCs），经APCs处理过的CPs一方面会引起Th0细胞的扩增，并促使Th0细胞向Th17细胞的分化，从而刺激Th17细胞的扩增；另一方面会暴露出ABCTP上的序列（p207-217），由于这个序列与AQP4的序列（p63-76）具有同源性，因此由CPs刺激产生的Th17细胞可以对AQP4-Ag产生免疫反应。而健康肠道菌群中的细菌与M细胞结合后主要促进Treg细胞的扩增，这些Treg细胞与其他免疫细胞共同促进特异性IgA的产生，可以改变肠道微生物群的组成而预防炎症反应和疾病的发生。以上研究结果表明，正常肠道菌群通过维持Treg细胞的扩增来抑制炎症反应，而CPs的过度增长通过分子模拟效应促进Th17细胞扩增导致炎症发生。在最新的一项研究中发现，梭菌纲中的成员C bolteae p59-71，与AQP4 p91-110中公认的AQP4特异性T细胞表位的部分序列存在同源性[12]。由此推测，在NMO中，分子模拟包括植物、细菌和病毒蛋白在内的外源性因子可能触发针对自身或非自身抗原的免疫应答而参与了针对AQP4-Ag的自身免疫损伤。
2.4 肠道菌群代谢产物调节机体免疫
肠道菌群自身可合成代谢产物，并能修饰宿主衍生的代谢产物，而产生某些维生素、脂肪酸、氨基酸和多胺等，这些代谢产物对于维持免疫调节或粘膜防御至关重要。目前研究较多的是短链脂肪酸。肠道菌群分解机体摄入的食物产生短链脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等。其中以丁酸为代表的短链脂肪酸是促使CD4+T细胞分化的重要代谢物[19]。以丁酸为主要产物的细菌通过分解肠道内食物纤维而产出丁酸。肠道内丁酸盐可激活肠上皮细胞上的G蛋白耦联受体GPR109A。GPR109A信号通路激活后产生下述两种效应：（1）诱导肠上皮细胞产生IL-18，该因子抑制炎症的发生；（2）诱导结肠巨噬细胞和树突状细胞产生IL-10，诱导Th细胞向Treg细胞及其他产生IL-10的细胞分化，同时巨噬细胞和树突状细胞自身效应也被削弱[20]。此外，丁酸还可通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调节基因表达抑制HDAC产生，从而上调Treg细胞的数量并增强其功能[21]。因此可以推测，NMOSDs患者肠道菌群的改变，相关的代谢产物及其免疫调节或粘膜防御功能随之改变，触发了NMOSDs免疫损伤的发生。
3 小结与展望
目前越来越多研究发现，NMOSDs患者肠道菌群与正常健康人存在差异，变化了的肠道菌群可能通过与CNS自身抗原发生交叉反应，诱导T细胞分化，以及影响短链脂肪酸等代谢产物分泌途径触发NMOSDs发生，但具体分子机制还需进一步研究。同时，现有的研究结果之间肠道菌群存在着较大差异，亟待扩大样本量深入性研究。此外，NMOSDs患病率较低，且患者常在明确诊断后立即使用了糖皮质激素治疗，这为初始样本的采集及后续诊治增加了难度。在未来，探索肠道菌群在NMOSDs相关ON发病机制中的作用，无论对于了解ON发病机制，还是为未来通过改变饮食习惯，或调节肠道菌群移植粪便微生物群等方法防治ON发生和不良转归均具有重要的意义。
视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSDs）是一类免疫介导的以视神经和脊髓受累为主的中枢神经系统（CNS）炎性脱髓鞘疾病。该类疾病以严重的视神经炎（ON）及纵向延伸的长节段横贯性脊髓炎为主要表现，具有易复发和临床转归不良等特点[1]。2004年，Lennon等[2]在NMOSDs患者体内发现血清水通道蛋白4（AQP4）特异性抗体（AQP4-Ab），而使NMOSDs区别于多发性硬化（MS），成为一种独立的疾病。研究证实，AQP4-Ab介导的补体依赖性细胞毒性作用（CDC）破坏CNS星形胶质细胞是NMOSDs发病的主要机制[3]。此外，抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用（ADCC）、AQP4反应性T细胞（细胞免疫）以及辅助性T细胞（Th细胞）相关因子等炎性细胞因子等也参与了NMOSDs免疫损伤过程[4]。尽管NMOSDs损伤靶点已得到证实，但疾病的触发机制尚不明确。近年来随着对肠道菌群和肠-脑轴在免疫性炎症疾病发病中的认识，发现了一些肠道菌群可能通过分子模拟、诱导CD4+T淋巴细胞分化等途径触发NMOSDs的发生和发展。临床上，NMOSDs患者常以ON表现而就诊于眼科，眼科基础工作者探索肠道菌群在NMOSDs相关ON发病机制中的作用，无论对于了解ON发病机制，还是为未来通过改变饮食习惯，或调节肠道菌群移植粪便微生物群等方法防治ON发生和不良转归均具有重要的意义。因此，现针对肠道菌群改变在NMOSDs发病机制中的作用研究进展作一综述。
1 肠道菌群多样性与NMOSDs患者肠道菌群变化
人体胃肠道内的微生物群数目达1013～1014个，肠道内微生物的组成始终根据环境的变化而不断发生改变，具有相当的异质性与复杂性。肠道菌群中占主要地位的是厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门等[5]。目前，在类风湿性关节炎、帕金森病、炎性肠病以及MS和视神经脊髓炎（NMO）等疾病中发现了有不同种类的胃肠道细菌存在着过度表达[6-8]。
2016年Cree等[9]发现，NMO患者体内产气荚膜梭菌（CPs）过度的增长，且其表达的三磷酸腺苷结合盒转运蛋白通透酶（ABCTP）中的序列207-216与AQP4抗原（AQP4-Ag）决定簇中的序列63-76具有90%的高度同源性。2018年中国的一项队列研究发现，NMO患者体内肠道菌群中链球菌表现出过度增长状态[4]。2019年中国另一项研究表明，尽管NMOSDs组和正常对照组在总体微生物群落的结构上无显著差异，但二者的肠道微生物在群落的组成上差异明显[10]。2020年一项对中国东南地区NMOSDs患者的研究发现，与对照组相比，AQP4-Ab阳性和AQP4-Ab阴性NMO患者的产丁酸菌群，包括粪杆菌、罗斯氏菌、胃瘤球菌和粪球菌丰度均显著降低[11]。2021年有学者对印度裔NMOSDs患者的肠道菌群进行测序，结果显示，与健康对照组相比，NMO患者拉氏梭菌属（梭状芽胞菌纲和拉氏螺菌科）过度表达，其中革兰氏阳性芽孢形成菌C bolteae仅在患者中检出，而在健康对照者中未检出[12]。上述各项研究结果均表明，NMOSDs患者较正常对照者在肠道菌群组成上存在显著差异，但不同研究中对NMOSDs患者所测得的异常菌群不全一致，这种差异可能与遗传背景、所处地区及饮食习惯不同有关（表1）。
表1
近5年NMOSDs肠道菌群改变相关研究结果
2 肠道菌群在NMOSDs发病过程中的作用
2.1 NMOSDs发病机制
AQP4-Ab相关性NMO特点是免疫球蛋白（IgG）和补体沉积（主要在星形胶质细胞末端）以及星形胶质细胞丢失，通常还有继发性少突胶质细胞和神经元丢失[13]。主要发病机制可概括为机体在某种抗原的刺激下，特异性B淋巴细胞产生AQP4-Ab。一方面，由于AQP4-Ab以IgG1为主，IgG1与激活的补体系统（包括C9neo在内的补体沉积）有效结合，从而导致膜攻击复合物的形成[3]，发生AQP4-Ab介导的 CDC，这是星形胶质细胞损伤的主要机制；另一方面，该抗体通过血脑屏障进入CNS，遇到星形胶质细胞后发生ADCC；再者，由于IgG1属于T细胞依赖的IgG亚类，提示AQP4反应性T细胞在NMOSDs发病中也发挥着重要的作用。尽管有这些发现，微生物群影响疾病的具体机制仍不明确。根据既往文献，目前存在以下几种可能性：（1）分子模拟：CPs等肠道微生物与CNS抗原之间发生交叉反应，激活自身反应性T细胞[9,12]；（2）肠道菌群对固有免疫系统的佐剂样效应（佐剂是非特异性免疫增强剂，当与抗原一起注射或预先注入机体时，可增强机体对抗原的免疫应答或改变免疫应答类型），使T细胞极化为辅助性T细胞（Th）1/Th17细胞表型[4]；（3）影响短链脂肪酸等与免疫调节或粘膜防御有关的代谢产物分泌[10]；（4）肠道黏膜微生物区系失衡和炎症反应可能使病原体穿过受损的肠道屏障，参与NMO的病理过程[14]。
2.2 肠道菌群诱导初始T淋巴细胞分化
Th细胞分化和分化程度可以反映NMOSDs的发病机制，并可能影响疾病的严重程度[15]。Th17细胞为CD4+ Th细胞的一种亚型，通过分泌白细胞介素（IL）-17、IL-22、IL-21等促炎因子以及招募中性粒细胞来达到机体抵抗感染的作用，但在自身免疫疾病中具有破坏性。分段丝状菌（SFB）是首次报道的小鼠Th17细胞经典诱导菌群，其定植水平与Th17细胞丰度密切相关[16]。SFB定植后，小鼠体内许多Th17细胞能通过CD11c+树突状细胞的介导对SFB特异性抗原作出免疫应答，但尚未发现能够驱动Th17细胞极化的SFB特异性通路或分子。依赖于IL-C3分泌IL-22产生的血清淀粉样蛋白A，也能够驱动Th17细胞极化[3]。另外几种黏膜相关的微生物群也可以驱动Th17细胞的反应，如大肠杆菌、青春双歧杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念珠菌等。调节性T细胞（Treg细胞）是一类具有抗炎和维持机体对自身成分的免疫耐受、阻止宿主发生自身免疫紊乱的作用以及抵消自身反应性T细胞促炎活性能力的T细胞，主要通过CD25和Foxp3的高表达进行识别。首次发现微生物群中的Treg细胞诱导剂来自人类微生物群的芽孢梭状杆菌，其对Treg细胞有强烈的诱导作用[17]。最近的研究愈加清晰地发现许多微生物群，包括大肠杆菌、梭状芽孢杆菌和链球菌等，均能在人体小肠和结肠固有层中诱导Treg细胞产生[18]。肠道菌群诱导初始T淋巴细胞分化，可能会对Th17细胞和（或）Treg细胞数量和比例产生影响，从而对NMOSDs发生和发展产生影响。但对于链球菌等参与NMOSDs的具体机制目前尚无定论，是否参与到NMOSDs的免疫发病机制仍存在争议。因此，肠道菌群在诱导初始T淋巴细胞分化后，对Th17细胞和（或）Treg细胞数量和比例可能产生影响，从而影响NMOSDs发生和发展。
2.3 CPs通过分子模拟参与NMOSDs
NMOSDs患者肠道菌群中CPs过度生长，CPs表达的ABCTP中的序列207-216与AQP4序列66-75具有90%的同源性[9]。肠道M细胞与CPs结合后，高度特化吞噬微生物抗原并将其呈递给抗原提呈细胞 （APCs），经APCs处理过的CPs一方面会引起Th0细胞的扩增，并促使Th0细胞向Th17细胞的分化，从而刺激Th17细胞的扩增；另一方面会暴露出ABCTP上的序列（p207-217），由于这个序列与AQP4的序列（p63-76）具有同源性，因此由CPs刺激产生的Th17细胞可以对AQP4-Ag产生免疫反应。而健康肠道菌群中的细菌与M细胞结合后主要促进Treg细胞的扩增，这些Treg细胞与其他免疫细胞共同促进特异性IgA的产生，可以改变肠道微生物群的组成而预防炎症反应和疾病的发生。以上研究结果表明，正常肠道菌群通过维持Treg细胞的扩增来抑制炎症反应，而CPs的过度增长通过分子模拟效应促进Th17细胞扩增导致炎症发生。在最新的一项研究中发现，梭菌纲中的成员C bolteae p59-71，与AQP4 p91-110中公认的AQP4特异性T细胞表位的部分序列存在同源性[12]。由此推测，在NMO中，分子模拟包括植物、细菌和病毒蛋白在内的外源性因子可能触发针对自身或非自身抗原的免疫应答而参与了针对AQP4-Ag的自身免疫损伤。
2.4 肠道菌群代谢产物调节机体免疫
肠道菌群自身可合成代谢产物，并能修饰宿主衍生的代谢产物，而产生某些维生素、脂肪酸、氨基酸和多胺等，这些代谢产物对于维持免疫调节或粘膜防御至关重要。目前研究较多的是短链脂肪酸。肠道菌群分解机体摄入的食物产生短链脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等。其中以丁酸为代表的短链脂肪酸是促使CD4+T细胞分化的重要代谢物[19]。以丁酸为主要产物的细菌通过分解肠道内食物纤维而产出丁酸。肠道内丁酸盐可激活肠上皮细胞上的G蛋白耦联受体GPR109A。GPR109A信号通路激活后产生下述两种效应：（1）诱导肠上皮细胞产生IL-18，该因子抑制炎症的发生；（2）诱导结肠巨噬细胞和树突状细胞产生IL-10，诱导Th细胞向Treg细胞及其他产生IL-10的细胞分化，同时巨噬细胞和树突状细胞自身效应也被削弱[20]。此外，丁酸还可通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调节基因表达抑制HDAC产生，从而上调Treg细胞的数量并增强其功能[21]。因此可以推测，NMOSDs患者肠道菌群的改变，相关的代谢产物及其免疫调节或粘膜防御功能随之改变，触发了NMOSDs免疫损伤的发生。
3 小结与展望
目前越来越多研究发现，NMOSDs患者肠道菌群与正常健康人存在差异，变化了的肠道菌群可能通过与CNS自身抗原发生交叉反应，诱导T细胞分化，以及影响短链脂肪酸等代谢产物分泌途径触发NMOSDs发生，但具体分子机制还需进一步研究。同时，现有的研究结果之间肠道菌群存在着较大差异，亟待扩大样本量深入性研究。此外，NMOSDs患病率较低，且患者常在明确诊断后立即使用了糖皮质激素治疗，这为初始样本的采集及后续诊治增加了难度。在未来，探索肠道菌群在NMOSDs相关ON发病机制中的作用，无论对于了解ON发病机制，还是为未来通过改变饮食习惯，或调节肠道菌群移植粪便微生物群等方法防治ON发生和不良转归均具有重要的意义。
