肠道与免疫健康:临床视角下的系统互联综述
胃肠道(GI)是人体外部环境与内部生理机能的重要动态界面,其功能远超消化与营养吸收范畴。作为人体免疫系统的重要组成部分,消化系统与免疫系统存在深度互作关系。肠-免疫轴特指胃肠道(尤其是肠道菌群)与免疫系统间的双向通信机制。肠道微生物组通过微生物代谢产物、免疫细胞发育及肠屏障完整性等途径,在维持健康免疫应答与炎症调控中发挥关键作用。
肠道相关淋巴组织(GALT)的核心作用
胃肠道集中了人体数量最多、种类最丰富的免疫细胞,主要通过肠道相关淋巴组织(GALT)进行组织化整合,构建前沿免疫防御体系。GALT包含派尔集合淋巴结(小肠黏膜中采样肠腔抗原的淋巴滤泡)、阑尾(可能作为适应性免疫诱导位点及微生物库)以及散在淋巴滤泡(约3万个分布于大小肠的独立滤泡)。这些结构协同支持黏膜免疫,识别外来抗原并协调抗体生成以启动早期免疫反应。
GALT通过B细胞活化与抗体产生驱动关键适应性免疫应答,尤其主导分泌型IgA(sIgA)的生成——这是肠道中的核心抗体类型。sIgA在中和细菌毒素、阻断病原体入侵及维持黏膜稳态中具有重要作用。GALT还促进边缘区B细胞的成熟,这类先天样B细胞可系统循环并响应机会性细菌的多糖抗原。此外,GALT参与系统性B细胞的扩增与筛选,表明其功能不仅限于局部黏膜免疫,更延伸至广泛的适应性免疫调控。
短链脂肪酸(SCFAs)的免疫调节功能
胃肠道内数万亿微生物产生的代谢产物——短链脂肪酸(SCFAs)(包括丁酸、乙酸和丙酸),是微生物发酵宏量营养素的终产物。由于人类基因组缺乏分解植物多糖糖苷键的酶类,这类"缺失酶"由肠道微生物组补足,特定菌种(如Faecalibacterium prausnitzii(普拉梭菌)、Roseburia(罗氏菌属)和Anaerostipes(厌氧棍状菌属))通过发酵多糖生成SCFAs。
SCFAs通过促进中性粒细胞、巨噬细胞、树突细胞及T淋巴细胞等免疫细胞的活化、募集与分化支持免疫健康。研究证实SCFAs可作用于肠免疫细胞表面的G蛋白偶联受体(如GPR43、GPR41),通过促进分泌白细胞介素(IL)-10的调节性T细胞(Tregs)生成,以及调控巨噬细胞释放IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子α(TNF-α)等促炎因子,维持健康的免疫与炎症应答。
胃肠道上皮屏障通过隔离微生物与免疫细胞、限制有害物质入血,在免疫健康中扮演关键角色。SCFAs通过强化紧密连接和黏液层维护肠屏障完整性。例如,丁酸可促进结肠中主要黏蛋白糖蛋白MUC2的产生;SCFAs通过提升黏液与抗菌肽的生成,构建抵御病原体的物理生化屏障。同时,SCFAs增强紧密连接蛋白(如闭合蛋白、闭合蛋白-1(ZO1)、claudin-1和claudin4)的表达、定位与功能,强化上皮细胞连接,阻断有害物质入血通道。
值得注意的是,SCFAs可能通过表观遗传机制进一步支持免疫健康,例如抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACs)——调控染色质结构与基因表达的关键酶。通过抑制HDAC活性,SCFAs可调节T淋巴细胞分化,抑制促炎性Th17细胞活性并促进Treg生成,从而维持免疫稳态。这种微生物代谢与基因表达的关联,凸显肠道微生物组作为饮食摄入与免疫健康之间桥梁的重要作用。
支持肠-免疫关联的转化医学证据
现有证据有力证实肠道与免疫健康的深度互作。一项涵盖188项研究的系统评价总结了通过调节胃肠道微生物组影响免疫功能的膳食与益生菌策略:高纤维植物性饮食持续提升微生物多样性,增加双歧杆菌属(Bifidobacterium)和普拉梭菌(Faecalibacterium)等有益菌丰度,并促进SCFAs等健康代谢产物生成;而高饱和脂肪、精制糖及加工食品的西方饮食则导致微生物多样性下降,促炎机会菌扩增,破坏肠屏障完整性与免疫韧性。该研究强调肠道微生物组作为免疫活性调节器的关键角色,影响Tregs发育、黏膜IgA产生及肠-免疫轴的耐受-炎症平衡。
近期一项多队列观察性研究(120例)进一步探索了胃肠道微生物组与儿童过敏及免疫耐受的关联。研究比较90例食物或呼吸道过敏儿童与30例健康对照的微生物组,发现过敏患儿肠道菌群特征表现为克雷伯氏菌属(Ruminococcus gnavus)和普拉梭菌相对丰度升高,而长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)及产SCFAs的纤维降解菌(如罗氏菌属、厌氧棍状菌属)显著减少。这种菌群特征对应促炎潜能增强,包括脂多糖与脲酶合成通路上调,提示肠道菌群组成与代谢可能直接影响免疫健康。
在随机双盲安慰剂对照试验(106例)中,研究人员考察靶向微生物组调控对健康成人免疫结局的影响。受试者连续八周服用合生元制剂(含Bifidobacterium lactis HN019、Lactobacillus rhamnosus HN001及果寡糖)或安慰剂。与安慰剂组相比,合生元组出现有益菌群(如乳杆菌属、双歧杆菌属、柯林斯菌属)富集,以及氨基酸和SCFAs生物合成通路增强。这些微生物组变化与抗炎生物标志物(IL-10和sIgA)显著升高、促炎生物标志物(C反应蛋白和干扰素γ)降低相关。综合表明,支持肠道微生物组的膳食与益生菌干预可有效促进免疫健康。
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