张齐齐，郑媛 ，毕玫荣，徐文秀，安丽

1 潍坊医学院临床医学院，山东潍坊 261000；2 济南市中心医院儿科

近年全球哮喘发病率逐年增加，儿童和青少年哮喘发病率较高［1］。哮喘是一种以反复发作性喘息、咳嗽、胸闷和呼吸急促为临床表现的呼吸系统疾病。哮喘的病理生理特点为嗜酸性粒细胞明显增加、可逆气流受限和气道高反应性。目前哮喘的治疗以药物治疗为主，临床常用药物为糖皮质激素，但咽炎、发音困难、支气管痉挛等不良反应较多。因此，寻求一种新型哮喘防治药物成为目前临床的研究热点［2］。肠道菌群可能与哮喘的发生发展有关［3］。肠道菌群失衡会影响胎儿免疫系统的发育和成熟，使辅助性T细胞（Th0）向辅助性T细胞2（Th2）表型分化，引发2型免疫过度表达，导致过敏性疾病的发生；另外，过敏性疾病患儿与健康儿的肠道菌群组成成分存在明显差异，哮喘患儿肠道菌群中双歧杆菌等厌氧菌含量相对减少［4］。肠道菌群对过敏性疾病有一定的预防和治疗效果。研究［5］发现，服用双歧杆菌混合物可缓解过敏性哮喘患儿的临床症状。双歧杆菌是一种革兰氏阳性菌，其主要的生理功能包括维持肠道稳态、参与免疫调节、抗感染、抗肿瘤等［6］。与β2受体激动剂、糖皮质激素等过敏性疾病治疗的常用药相比较，双歧杆菌在过敏性哮喘治疗中的作用机制不同。现将双歧杆菌在过敏性哮喘治疗中的作用机制最新研究进展综述如下。

1 双歧杆菌促进色氨酸-芳基烃受体途径发挥过敏性哮喘的治疗作用

色氨酸（Trp）是人体的必需氨基酸，参与肠道免疫调节。肠道微生物群直接代谢Trp的代谢物包括吲哚及其衍生物，例如吲哚-3-丙烯酸（IA）、吲哚乙酸（IAA）、吲酮-3-乳酸（ILA）、indole-3-丙酸（IPA）和吲哚-3-甲醛（I3C），它们均是芳基烃受体（AHR）的配体［7］。AHR是一种可以由受体激活的信号转录因子，可以与内源性外源性有机分子相互作用。AHR通过与树突状细胞和固有淋巴细胞等免疫细胞的相互作用，发挥免疫调节作用［8］。双歧杆菌可以促进Trp的代谢，上调AHR的信号转导［9］。双歧杆菌促进Trp代谢并产生AHR配体ILA与两条代谢途径相关，一种是通过氨基酸氧化酶（AAO）的色氨酸脱氨基；另一种是通过芳香族氨基酸氨基转移酶（Aat）将Trp转化为吲哚丙酮酸，然后通过苯乳酸脱氢酶（fldH）转化为ILA［10］。AHR对于哮喘患者的肺部炎症具有抑制作用，体内敲除AHR（AHR-/-）的小鼠哮喘模型肺部炎症明显加重［11］。另外，最新研究［12-13］证实，AHR可以通过调节辅助性T细胞（Th17）/调节性T细胞（Treg）平衡及抑制活性氧簇（ROS）-核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）途径减轻哮喘患者的气道炎症及黏液高分泌。

1.1 双歧杆菌通过促进Trp-AHR途径调节Th17/Treg平衡，减轻气道炎症反应 气道的慢性炎症是哮喘的主要病理特征，长期的炎症刺激与组织修复可导致气道重塑。有学者认为Th17细胞和Treg细胞的免疫失衡也可能是诱发哮喘重要机制之一。为了解哮喘患儿的Treg细胞及Th17细胞的变化，BAOHONG等［14］进行了相关研究，发现哮喘儿童Treg细胞表达减少，而Th17细胞表达显著增加，Th17和Treg细胞的平衡对于维持免疫耐受至关重要。Th17细胞及其细胞因子IL-17与严重哮喘的发生有关，严重哮喘患者表现出一种独特的表型，即嗜中性粒细胞和嗜酸性粒细胞浸润的混合模式以及糖皮质激素不敏感。IL-17可刺激纤维细胞增殖并释放促炎因子，促进中性粒细胞募集和气道高反应性，IL-17也可间接增加平滑肌肌动蛋白，导致气道重塑［15］。AHR参与调节Th17/Treg分化及其相应促炎和抑炎的表达，其调节的主要机制是增强了Treg 细胞转录因子Foxp 3的表达，减少了Th17细胞转录因子RORγt的表达［12］。

双歧杆菌可以通过促进和调节肠道菌群，调节Th17/Treg平衡，增加免疫耐受，抑制炎症反应［16］。最近的一项研究［17］发现含双歧杆菌的益生菌治疗组可以降低OVA-LPS 诱导的过敏性哮喘小鼠肺泡灌洗液中的IL-17的水平。猜测其可能作用机制为双歧杆菌促进Trp代谢产生AHR配体，AHR配体与AHR结合后促进Treg 细胞转录因子Foxp 3的表达，抑制Th17细胞转录因子RORγt的表达，调节Th17/Treg细胞平衡，减轻气道重塑及气道炎症。

1.2 双歧杆菌通过促进Trp-AHR途径抑制ROSNLRP3通路，减轻气道炎症反应及黏液分泌 目前认为哮喘的发生主要是Th2细胞作为主要细胞引发的免疫反应，Th2细胞诱导白细胞介素（IL-4、IL-5及IL-13）对特异性过敏原产生反应引发嗜酸性气道炎症。IL-4是2型效应细胞因子上游的调节因子，可以与其受体相结合，发挥正性调节作用，促进Th0向Th2转化；IL-5不仅可以调节骨髓中嗜酸性粒细胞的发育、成熟和活化，对其动员以及存活也具有重要意义；IL-13可以促进B细胞同种型转换、黏液高分泌、杯状细胞增生、上皮下纤维化和气道高反应性［2］。NLRP3炎性体是最具特征性的炎性体之一，可以促进炎症细胞募集，调节胃肠道及肺部组织的免疫反应。NLRP3是Th2分化的转录调节因子，可以促进哮喘患者的2型免疫应答［18］。另外，杯状细胞的增生和高分泌状态以及粘蛋白的过度表达也是哮喘的重要病理特征。气道中过量的黏液增加感染的概率，同时降低了哮喘的肺功能，严重者还可能引起死亡。粘蛋白5AC（MUC5AC）是杯状细胞中最主要的呼吸道粘蛋白，NLRP3可以促进MUC5AC的表达从而促进黏液分泌［19］。因此NLRP3对哮喘的发生和发展具有促进作用。ROS特别是线粒体ROS对于NLRP3的激活至关重要，ROS可导致线粒体失稳和功能障碍，从而促进NLRP3炎性体激活。此外，脂质体介导的炎症小体激活依赖于线粒体ROS的生成，以及通过瞬时受体电位通道M2（TRPM2）的ROS依赖性钙内流［16］。

TAN等［20］发现含有双歧杆菌的益生菌可以抑制NLRP3的mRNA表达，发挥抗炎作用。有学者通过动物实验研究证实，与正常组相比，敲除AHR基因的小鼠其肺组织线粒体ROS显著增加，ROS-NLRP3功能轴可能成为哮喘的潜在治疗靶点［13］。双歧杆菌代谢Trp产生AHR配体并与AHR相结合发挥免疫调节作用，缓解过敏性哮喘临床症状。AHR对于线粒体ROS的生成具有抑制作用并能进一步抑制NLRP3炎性体的激活，改善哮喘临床症状。一方面，NLRP3炎性体激活减少，导致Th2分化减少，进一步使得Th2细胞诱导产生的IL-4、IL-5及IL-13减少，减轻哮喘患者的气道炎症；另一方面，NLRP3炎性体激活减少，引起MUC5AC表达减少，减少哮喘患者的气道黏液分泌。

2 双歧杆菌通过促进短链脂肪酸生成发挥过敏性哮喘的治疗作用

肠道菌群可通过短链脂肪酸（SCFA）参与过敏性疾病的发生发展。肠道中的SCFA主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。双歧杆菌可以促进SCFA的产生，一方面，肠道菌群将复杂的聚合碳水化合物分解成单糖，双歧杆菌通过其特有的果糖-6-磷酸途径利用单糖产生SCFA［21］；另一方面，双歧杆菌中ATP结合盒（ABC）转运蛋白的存在对于SCFA生产所需底物的摄取和转运至关重要［22］。新生儿补充双歧杆菌可增加盲肠SCFA的含量，抑制IgE介导的过敏性疾病的发生［23］。SCFA不仅可以减轻过敏性哮喘的气道炎症还能降低气道高反应，缓解临床症状。双歧杆菌通过促进SCFA生成缓解过敏性哮喘的具体机制包括下调核因子-κB（NF-κB）信号通路、抑制转化生长因子（TGF-β）/Smads信号通路以及上调G蛋白受体 41（GPR41）和 G 蛋白受体 43（GPR43）的表达。

2.1 双歧杆菌通过其代谢产物SCFA下调NF-κB信号通路表达，减轻气道炎症 双歧杆菌缓解过敏性哮喘与其促进代谢产物SCFA的产生，下调NF-κB信号通路有关。

NF-κB是细胞因子的重要介质，可以调节先天性和适应性免疫。一方面，NF-κB可以诱导细胞因子和趋化因子的表达，并有助于调节炎症小体；另一方面，NF-κB可以维持天然免疫细胞和T淋巴细胞的活化、分化及存活并在人体免疫系统中诱导造血和淋巴器官生成［24］。NF-κB是一种蛋白质核转录因子，过敏性气道炎症中可以观察到NF-κB的持续激活［25］。动物实验［26］证实 OVA诱导的过敏性小鼠的肺组织中NF-κB的抑制因子-κBα（IκBα）磷酸化水平显著升高，IκBα是一种称为NF-κB抑制因子的抑制蛋白，它可以抑制细胞胞浆中的NF-κB的活性，但暴露于许多外界刺激时，IκBα发生磷酸化和随后的泛素化及蛋白酶体降解从而激活NF-κB，激活后的NF-κB启动调节CD4+T细胞分化以及Th2细胞因子IL-4、IL-13的转录过程。IL-4和IL-13参与过敏性哮喘的发生发展，IL-4被认为主要通过调节T细胞增殖和存活以及IgE合成在哮喘发展的早期阶段发挥作用；而IL-13则主要参与过敏反应的晚期，如气道重塑和黏液高分泌［27］。SCFA可以通过影响NF-κB蛋白复合物的活性从而抑制NF-κB信号通路。NF-κB蛋白复合物的活性受到乙酰化的影响，NF-κB含有七个赖氨酸残基，均可以以位点特异性结合的方式经历乙酰化和脱乙酰化过程从而发挥作用［28］。SCFA是一种非选择性组蛋白去乙酰化酶（HDAC），可以与NF-κB结合并使其发生乙酰化，负性调节NF-κB活性从而抑制炎症反应［29］。在结肠炎小鼠的动物模型［30］中，双歧杆菌通过抑制细胞内NF-κB的活化从而减轻炎症反应。

2.2 双歧杆菌通过其代谢产物SCFA抑制TGF-β/Smads信号通路，减轻气道重塑 气道重塑是哮喘发生发展的重要病理特征之一。气道重塑的病理变化以上皮损伤和可塑性、成纤维细胞/肌成纤维细胞增多、气道平滑肌增生肥大、基底膜厚度增加和血管生成为特征。气道成纤维细胞和肌成纤维细胞的增加通过上皮-间充质转化（EMT）发生，上皮细胞失去紧密连接并转化为间充质细胞，肌成纤维细胞的进一步增加通过成纤维细胞-肌成纤维母细胞转化（FMT）发生。TGF-β是中心的EMT和FMT诱导细胞因子［31］。Smads蛋白是TGF-β下游的信号调节蛋白，TGF-β发挥调节EMT和FMT发生的作用依赖于TGF-β/Smads信号通路的激活。研究［32］发现，支气管哮喘患者血清TGF-β1表达水平与气道重塑相关，TGF-β1水平升高可诱发气道重塑，TGF-β1可通过TGF-β/Smads信号转导影响细胞迁移、组织重构、炎症反应等病理过程。SCFA可以抑制体外培养人外周血单个核细胞表达TGF-β1［33］。ZHOU等［34］研究发现，双歧杆菌通过调节程序性细胞死亡途径和免疫应答，可显著抑制炎症性肠病小鼠TGF-β1的表达。因此，双歧杆菌可能通过促进SCFA生成，抑制TGF-β/Smads信号通路，减轻哮喘的气道纤维化，减轻气道重塑。

2.3 双歧杆菌通过其代谢产物SCFA上调GPR41、GPR43表达，抑制促炎因子表达 G蛋白耦联受体（GPCR）是哺乳动物中最大的受体家族，涉及七个跨膜结构域，参与调节身体中几乎所有的细胞和生理功能。GPR41和GPR43是SCFA最主要的受体，GPR41和GPR43可以被SCFA激活，在发现SCFA受体后，GPR41更名为游离脂肪酸受体3（FFAR3），GPR43又被称为游离脂肪酸受体2（FFAR2）。FFAR2在人体中广泛表达，FFAR2存在于单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肠Treg细胞和其他免疫细胞中［35］。FFAR2对于哮喘的发生具有重要意义，FFAR2基因敲除的小鼠哮喘症状明显加重［36］。此外，SCFA可以通过FFAR2抑制IL-6、IL-1β和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达，发挥抗炎作用；FFAR3在一般炎症反应中也起到重要作用，丙酸可以通过FFAR3抑制IL-4、IL-5和IL-17A的表达，丁酸可以抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、TNF-α、IL-6和单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）表达［35］。丁酸盐可以通过其受体GPR43对T淋巴细胞发挥调节功能，抑制促炎因子的表达，发挥抗炎作用［37］。

3 双歧杆菌通过抑制TLR3/TRIF信号通路发挥过敏性哮喘的治疗作用

Toll样受体（TLRs）作为免疫系统的主要蛋白质，被广泛认为与先天性或适应性免疫反应有关，通过感知和响应所谓的病原体相关分子模式（PAMP），如过敏原和环境污染物颗粒，可能导致哮喘急性加重［38］。TLRs可以诱导激活与免疫相关的β干扰素（INF-β）TIR结构域衔接蛋白（TRIF）信号通路。TLR3通路的不当激活可能与免疫反应的异常刺激有关，这可能导致炎症细胞募集或细胞因子的产生，并最终导致包括哮喘在内的各种炎症疾病［39］。YANG等［40］通过动物实验确定了TLR3/TRIF信号通路可以加重哮喘的气道炎症及黏液分泌，TLR3对TRIF的直接作用是诱导INF-β的产生，INF-β可以诱导B细胞生成，激活T细胞以及提高中性粒细胞存活率，从而导致哮喘气道炎症加重及黏液高分泌，并且激活TLR3/TRIF信号通路的作用可以扩大哮喘小鼠的气道炎症，恶化气道中的炎症细胞浸润，这种浸润随着哮喘严重程度的增加而增加；除此之外，TLR3/TRIF还可以改变Th1/Th2失衡以减少α-平滑肌肌动蛋白，从而改善OVA诱导的气道重塑和气道炎症［40］。CHAD等［41］发现，瑞士乳杆菌、长双歧杆菌、双歧杆菌均可以抑制TLR3引起的炎症，且混合菌株较单一菌株而言这种抑制效果更显著。所以我们猜测，双歧杆菌缓解过敏性哮喘，可能通过影响TLR3/TRIF信号通路来实现。

综上所述，肠道菌群与早期免疫系统的发育及过敏性疾病的发生发展密切相关。目前，临床上益生菌多用于调节肠道菌群，治疗腹泻等肠道炎症性疾病，在过敏性哮喘的防治中的应用仍较少。双歧杆菌是肠道菌群的重要组成部分，已被证实为有益菌株，双歧杆菌可以从Trp-AHR途径、短链脂肪酸的生成及TLR3/TRIF信号通路三个方面缓解过敏性哮喘发生。