試論病毒感染與腸道菌群關系研究進展范文

本站小編為你精心準備了試論病毒感染與腸道菌群關系研究進展參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：人和動物的腸道內定植著數量眾多的微生物，它們對宿主正常生理功能至關重要。腸道菌群與宿主不斷地進行相互作用，形成互利共生的關系，影響機體健康。病毒感染會通過影響腸道菌群進而影響機體的免疫和代謝功能。腸道菌群或益生菌也會影響病毒的感染和疫苗的免疫效果。了解病毒與腸道菌群或益生菌的相互作用及腸道菌群對疫苗免疫效果的影響，有助于揭示疾病的發病機制，通過調控腸道菌群來治療疾病。現主要從病毒與腸道菌群的相互作用，益生菌對病毒感染的影響和腸道菌群對疫苗免疫效果的影響三方面進行綜述。

關鍵詞：病毒感染；腸道菌群；益生菌；疫苗

腸道微生物是一個與宿主存在共生關系的群體，包括細菌、古生菌、病毒、真菌，其中大部分是細菌。這些微生物在數萬年里與宿主共同進化，形成了一種復雜且互惠共利的關系［1－2］。正常的腸道菌群大部分是厭氧菌，是需氧菌和兼性厭氧菌的100～1000倍［3］。人體內的腸道微生物據估計超過1014個，是人體細胞的十多倍，是人體基因組數量的一百多倍，因此，宿主及其寄居的微生物也被稱為“超有機體”［4］。腸道菌群包含500～1000種微生物，其中只有小部分是為人們所了解［5］。人類的腸道菌群最初來源于母體［6］，在嬰兒期個體間的腸道菌群都相似，到成年腸道菌群的種類趨于穩定且存在個體差異［7］。腸道菌群易受外界環境的影響而導致失調，從而引發各種疾病，包括胃腸病、肺病、免疫性疾病、風濕病和內分泌失調等［8］。腸道菌群的新陳代謝能力與肝臟差不多，有時也被稱為“被遺忘的器官”［9］。目前，產生了研究微生物與宿主關系的大型計劃，如美國的“人類微生物組計劃”（HMP）和歐洲“人類腸道宏基因組學”（MetaHIT）［10－11］。病毒是一類嚴格的胞內寄生微生物，其缺乏完整的酶系統及能量轉化系統，必須侵入宿主后進行復制才能生存。同時，病毒還是物種間基因水平轉移的重要媒介［12］。

1正常腸道菌群的生理作用

腸道菌群具有多方面的作用，包括生理營養作用：正常的腸道菌群可幫助分解不能被吸收的纖維和淀粉［13－14］，合成維生素B和維生素K［15］；免疫調節作用：腸道菌群能促進機體的固有免疫和適應性免疫。據報道，腸道菌群會影響B淋巴細胞成熟、活化及IgA抗體反應［16］。無菌動物與正常條件下的動物相比，無法形成腸相關淋巴組織，腸道分泌的IgA、淋巴細胞濾泡、細胞黏膜固有層和腸系膜結的生發中心的漿細胞也都更少［17］。拮抗作用：腸道菌群通過直接與病原菌相互作用和刺激免疫系統兩方面來抵御外源病原菌的入侵［18］。參與代謝：機體的代謝與腸道菌群密不可分，腸道菌群失調會影響機體的信號通路，導致各種代謝性疾病，如肥胖［19］、糖尿病［20］等。腸道菌群的主要功能見圖1。

2病毒感染與腸道菌群的相互作用關系

2．1病毒感染對腸道菌群的影響

病毒感染宿主后會損害腸黏膜，破壞腸道的微環境，最終導致腸道菌群的組成發生改變。SANTOS等［22］用恒河猴來研究亞臨床病毒（巨細胞病毒）感染對免疫細胞和腸道菌群的影響，結果表明，病毒感染后提高了宿主的免疫力及產丁酸鹽菌群的豐度。有研究表明，人感染H7N9流感后腸道微生物的多樣性降低，柔嫩梭菌、雙歧桿菌等數量減少，而大腸桿菌和屎腸球菌等細菌則過度生長［23］，這也可以解釋為何流感患者常伴有胃腸道癥狀。流感病毒感染導致腸道菌群改變的原因可能是病毒感染導致腸黏膜發生炎癥反應［24］。病毒感染畜禽同樣會導致腸道菌群的組成發生改變。豬感染流行性腹瀉病毒后梭菌屬（Fuso－bacterium）和埃希氏桿菌屬（Escherichia）等病原微生物的豐度明顯升高，而大部分共生菌如冷桿菌屬（Psychrobacter）、普氏菌屬（Prevotella）和柔嫩梭菌群（Faecalibacterium）的豐度則降低［25］。雞感染傳染性法氏囊病毒后會導致腸道中的疣微菌科（Ruminococcaceae）和脫硫弧菌科（Desulfovibrion－aceae）的豐度升高，而梭菌屬XIVa（ClostridiumXIVa）和柔嫩梭菌群（Faecalibacterium）的豐度則降低，引起腸道菌群發生改變的原因可能是IgA分泌減少［26］。弱毒活疫苗也會對宿主體內的微生物產生影響。有報道給47名18～30歲健康成年人經鼻免疫季節性流感弱毒苗，免疫后7，28d采集鼻腔拭子，對鼻內微生物的16SrRNA進行測序，用ELISA檢測鼻腔清洗液中的IgA，結果表明鼻腔內微生物的多樣性明顯增加，并且有些微生物的改變與IgA抗體的產生密切相關［27］。雖然目前還沒有弱毒活疫苗對腸道菌群的相關報道，但是弱毒活疫苗是減毒的活病原微生物，所以也會對腸道菌群產生影響。

2．2腸道菌群對病毒感染的影響

2．2．1腸道菌群抵抗病毒感染腸道菌群抵抗病毒感染的機制包括：（1）與病毒特異性結合并削弱病毒黏附到腸上皮。有報道給無菌豬口服陰溝腸桿菌（Enterobactercloacae）后用人諾如病毒攻毒，檢測糞便中病毒的排毒量、腸組織和血液中諾如病毒的基因表達量，結果表明口服陰溝腸桿菌的豬糞便中病毒滴度明顯比對照組低，腸組織和血液中諾如病毒的基因表達量也都更低，說明陰溝腸桿菌與病毒結合，抑制病毒黏附到腸上皮［28］；（2）調控免疫分子（如IgA、IFN－β和IFN－γ）的生成或促進免疫基因的表達。腸道菌群抗流感病毒［29］和登革熱病毒［30］的原理即屬于該類。登革熱病毒是一種通過埃及伊蚊進行傳播的病毒，這種蚊子腸道內的共生微生物與登革熱病毒的復制密切相關。有研究表明用抗生素去除埃及伊蚊腸道內的共生微生物后病毒的滴度明顯提高；對感染登革熱病毒的蚊子的中部腸道進行轉錄組豐度分析，發現含有腸道微生物蚊子的抗菌肽調控的Toll通路的基因表達明顯提高，而無菌蚊子則沒有（Toll通路與抗登革熱病毒有關），表明蚊子腸道內的固有菌群通過刺激免疫基因的表達來抵抗病毒［30］；（3）腸道菌群的代謝產物維持腸道穩態。腸道菌群產生的代謝產物如短鏈脂肪酸通過影響炎性小體的激活、G蛋白偶聯受體介導的信號轉導、細胞凋亡和T調節性細胞的增殖來維持腸道穩態［31］。

2．2．2腸道菌群促進病毒感染腸道菌群促進病毒感染的機制包括：（1）提高病毒穩定性。呼腸孤病毒和脊髓灰質炎病毒屬于此類。在給小鼠口服呼腸孤病毒前先口服抗生素清除腸道中的細菌可降低病毒感染率，說明腸道菌群促進呼腸孤病毒感染機體［32］。用同樣的方法處理小鼠，也發現抗生素組小鼠的脊髓灰質炎病毒感染率比不加抗生素組小鼠低；在體外，脊髓灰質炎病毒與革蘭陰性菌或革蘭陽性菌一起培養，該病毒的生存能力明顯提高，且只用細菌的多糖成分，如脂多糖或肽聚糖仍然得到相同的結果，說明脊髓灰質炎病毒通過與細菌的表面多糖特異性結合從而提高病毒的熱穩定性并吸附到宿主細胞上［32］。ROBINSON等［33］也發現細菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與衣殼蛋白相互作用可提高病毒的穩定性且促進病毒與蛋白質受體結合。（2）抑制免疫。鼠乳腺瘤病毒（mousemamma－rytumorvirus，MMTV）屬于此類。用抗生素處理過的小鼠或無菌小鼠無法將MMTV傳給下一代，說明該病毒感染機體與腸道菌群密切相關。該病毒與細菌的LPS結合，產生模式識別受體4（toll－likereceptor4，TLR4），TLR4促進白介素－6（interleu－kin－6，IL－6）生成，IL－6進一步促進IL－10的生成，即通過MMTV＋LPS→TLR4→IL－6→IL－10來達到抑制機體的免疫反應［34］。（3）刺激靶細胞增殖或激活靶細胞。反轉錄病毒屬于此類。有報道無菌小鼠與常規飼養小鼠或SPF小鼠相比，無菌小鼠對鼠白血病病毒的抵抗力更強［35］。

3益生菌對病毒感染的影響

益生菌是指口服適當的劑量后能促進宿主健康的微生物活菌制劑［36］。最常用的益生菌包括乳酸菌（Lactobacillusspp）、雙歧桿菌（Bifidobacteriumspp）、布拉酵母菌（Saccharomycesboulardii）。體外的試驗表明青春雙歧桿菌（Bifidobacteriumad－olescentis）SPM0212具有抗乙肝病毒的作用，其抗病毒機制是阻礙病毒的轉錄通路MxGTPase［37］。有研究表明，用MA104細胞來研究益生菌在體外的抗輪狀病毒的機制，發現干酪乳桿菌（Lactobacil－luscasei）和青春雙歧桿菌（Bifidobacteriumado－lescentis）的代謝產物能夠干涉細胞內NSP4（一種腸毒素蛋白）蛋白的最終含量并且調控鈣離子，表明益生菌的代謝產物可通過防止電解質流失來減輕細胞損傷，從而發揮抗輪狀病毒的作用［38］。此外，滅活的益生菌也具有抗病毒作用。PARK等［39］報道給小鼠口服熱滅活的植物乳桿菌（Lactobacillusplantarum），并用流感病毒（A／H1N1，A／H3N2和B／Yamagata）滴鼻攻毒，結果表明口服滅活菌組比對照組的存活率更高且肺臟內病毒滴度明顯更低，說明滅活的植物乳桿菌具有抗人類季節性流感病毒的作用。以上的研究說明不論在體內還是在體外益生菌均具有抗病毒作用。

4腸道菌群對疫苗免疫效果的影響

疫苗是通過B細胞產生特異性抗體而發揮保護作用，疫苗的免疫效果受多種因素影響，如年齡、性別、遺傳和地理位置等［40］。而腸道菌群已被證明是其中的一個影響因素。LAMOUS－SMITH等［41］在懷孕母鼠產仔前3～5d及哺乳期間在水中添加氨芐西林、鏈霉素和克林霉素，用此方法來改變剛出生小鼠的腸道菌群，隨后給抗生素組和對照組幼鼠皮下免疫卵清蛋白和弗氏完全佐劑，結果表明抗生素處理過的母鼠產的幼鼠比對照組的特異性抗體滴度更低；同時在另一個試驗中還發現無菌小鼠重新植入腸道菌群后又恢復對疫苗的免疫反應［39］。有報道給無菌小鼠和抗生素處理過的無TLR5小鼠接種三價滅活流感疫苗1周后，發現抗原漿細胞更少，IgG濃度也更低，當重新植入腸道菌群后，無菌小鼠對疫苗特異性IgG反應又恢復正常［41］。OH等［42］認為是細菌鞭毛蛋白傳感器TLR5在疫苗免疫中發揮了重要作用。因此，在疫苗接種期間使用抗生素可能會影響疫苗的免疫效果。在人類臨床上也有類似的報道。HUDA等［43］對48個孟加拉國嬰兒的糞便進行分析，發現糞便中某些細菌的相對豐度發生變化會影響到口服脊髓灰質炎疫苗、卡介苗、破傷風菌疫苗和乙肝疫苗的免疫效果。輪狀病毒可導致多種幼齡動物及嬰幼兒腹瀉，由此引發的死亡95％發生在非洲和亞洲，但是在這些地區口服輪狀病毒疫苗的免疫效果卻不好。為了探究原因，HARRIS等［44］以78名加納嬰兒（對輪狀病毒疫苗有反應和無反應各39名）和154名同齡健康的荷蘭嬰兒為實驗對象，對兩個地區的嬰兒的腸道菌群進行分析，發現對疫苗有反應和無反應的嬰兒間腸道菌群的組成明顯不同，對疫苗有反應的加納嬰兒的腸道菌群與荷蘭嬰兒相似，牛鏈球菌（Streptococcusbovis）的豐度增大和擬桿菌門豐度減小對疫苗的免疫反應有利。擬桿菌門中的某些種屬的功能和結構與益生菌不同，擬桿菌種的LPS已被證明會導致免疫抑制［45］。加納嬰兒的腸道中能導致免疫抑制的腸道菌群的豐度更高，與益生菌的正作用相抵消，從而導致免疫失敗。益生菌也會影響疫苗的免疫效果。有報道給成年人經鼻免疫弱毒三價流感疫苗（包含H1N1株、H3N2株和B株抗原）后再口服乳酸菌（Lactobacil－lusGG，LGG）或安慰劑28d，在免疫前，口服乳酸菌或安慰劑的14，28，56d分別采血檢測抗體滴度，結果表明口服LGG組的H3N2的血清保護率明顯高于安慰組，因此，LGG可作為免疫佐劑來提高流感疫苗的免疫效果［46］。益生菌已被證明能提高機體的先天免疫和適應性免疫［47］，因此，益生菌可能通過提高機體的免疫系統來提高疫苗的免疫效果。但也有研究表明益生菌不能提高疫苗的免疫效果，甚至降低疫苗的免疫效果［40］。這些報道的結果不一致與實驗使用的益生菌種類、劑量、試驗的時間以及疫苗的種類和劑量有關［48］。

5展望

病毒和細菌已經共進化了數百萬年，病毒利用細菌及其代謝產物來調節感染進程，細菌也會拮抗或促進病毒感染。研究病毒感染與腸道菌群的相互作用有助于了解病毒性傳染病的發病機制；其次，病毒感染機體后引起腸道菌群豐度的改變，啟示我們可以將某些細菌作為判斷是否感染病毒的生物標志物。再次，相關的研究已報道腸道菌群會影響疫苗的免疫效果，因此，可將細菌作為天然免疫佐劑設計新型疫苗，同時也需要免疫前考慮環境、飲食、機體健康狀況等不同因素導致的腸道菌群差異性對疫苗免疫效果的影響；最后，有助于研究抗病毒的策略。從細菌角度可采取的抗病毒策略包括（圖2）：（1）補充特定的細菌，如益生菌、共生菌；（2）菌糞移植是一種全新的治療技術，能有效治療頑固性腸道感染，如，艱難梭菌感染［49］；（3）調整飲食是目前為止最有效的方法；（4）使用抗生素可用于治療腸道病毒感染；（5）使用糖基酶或能產生糖基酶的細菌來改變上皮細胞的糖基化；（6）口服疫苗［50］。目前，關于病毒與腸道菌群關系的相關研究還處于初級階段，但是，隨著宏基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、定量成像技術、激光捕獲顯微切割等技術的發展，相信會取得更大的突破。

作者：陳秀琴 黃梅清 鄭敏 陳少鶯 單位：福建省農業科學院