试论病毒感染与肠道菌群关系研究进展范文

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摘要：人和动物的肠道内定植着数量众多的微生物，它们对宿主正常生理功能至关重要。肠道菌群与宿主不断地进行相互作用，形成互利共生的关系，影响机体健康。病毒感染会通过影响肠道菌群进而影响机体的免疫和代谢功能。肠道菌群或益生菌也会影响病毒的感染和疫苗的免疫效果。了解病毒与肠道菌群或益生菌的相互作用及肠道菌群对疫苗免疫效果的影响，有助于揭示疾病的发病机制，通过调控肠道菌群来治疗疾病。现主要从病毒与肠道菌群的相互作用，益生菌对病毒感染的影响和肠道菌群对疫苗免疫效果的影响三方面进行综述。

关键词：病毒感染；肠道菌群；益生菌；疫苗

肠道微生物是一个与宿主存在共生关系的群体，包括细菌、古生菌、病毒、真菌，其中大部分是细菌。这些微生物在数万年里与宿主共同进化，形成了一种复杂且互惠共利的关系［1－2］。正常的肠道菌群大部分是厌氧菌，是需氧菌和兼性厌氧菌的100～1000倍［3］。人体内的肠道微生物据估计超过1014个，是人体细胞的十多倍，是人体基因组数量的一百多倍，因此，宿主及其寄居的微生物也被称为“超有机体”［4］。肠道菌群包含500～1000种微生物，其中只有小部分是为人们所了解［5］。人类的肠道菌群最初来源于母体［6］，在婴儿期个体间的肠道菌群都相似，到成年肠道菌群的种类趋于稳定且存在个体差异［7］。肠道菌群易受外界环境的影响而导致失调，从而引发各种疾病，包括胃肠病、肺病、免疫性疾病、风湿病和内分泌失调等［8］。肠道菌群的新陈代谢能力与肝脏差不多，有时也被称为“被遗忘的器官”［9］。目前，产生了研究微生物与宿主关系的大型计划，如美国的“人类微生物组计划”（HMP）和欧洲“人类肠道宏基因组学”（MetaHIT）［10－11］。病毒是一类严格的胞内寄生微生物，其缺乏完整的酶系统及能量转化系统，必须侵入宿主后进行复制才能生存。同时，病毒还是物种间基因水平转移的重要媒介［12］。

1正常肠道菌群的生理作用

肠道菌群具有多方面的作用，包括生理营养作用：正常的肠道菌群可帮助分解不能被吸收的纤维和淀粉［13－14］，合成维生素B和维生素K［15］；免疫调节作用：肠道菌群能促进机体的固有免疫和适应性免疫。据报道，肠道菌群会影响B淋巴细胞成熟、活化及IgA抗体反应［16］。无菌动物与正常条件下的动物相比，无法形成肠相关淋巴组织，肠道分泌的IgA、淋巴细胞滤泡、细胞黏膜固有层和肠系膜结的生发中心的浆细胞也都更少［17］。拮抗作用：肠道菌群通过直接与病原菌相互作用和刺激免疫系统两方面来抵御外源病原菌的入侵［18］。参与代谢：机体的代谢与肠道菌群密不可分，肠道菌群失调会影响机体的信号通路，导致各种代谢性疾病，如肥胖［19］、糖尿病［20］等。肠道菌群的主要功能见图1。

2病毒感染与肠道菌群的相互作用关系

2．1病毒感染对肠道菌群的影响

病毒感染宿主后会损害肠黏膜，破坏肠道的微环境，最终导致肠道菌群的组成发生改变。SANTOS等［22］用恒河猴来研究亚临床病毒（巨细胞病毒）感染对免疫细胞和肠道菌群的影响，结果表明，病毒感染后提高了宿主的免疫力及产丁酸盐菌群的丰度。有研究表明，人感染H7N9流感后肠道微生物的多样性降低，柔嫩梭菌、双歧杆菌等数量减少，而大肠杆菌和屎肠球菌等细菌则过度生长［23］，这也可以解释为何流感患者常伴有胃肠道症状。流感病毒感染导致肠道菌群改变的原因可能是病毒感染导致肠黏膜发生炎症反应［24］。病毒感染畜禽同样会导致肠道菌群的组成发生改变。猪感染流行性腹泻病毒后梭菌属（Fuso－bacterium）和埃希氏杆菌属（Escherichia）等病原微生物的丰度明显升高，而大部分共生菌如冷杆菌属（Psychrobacter）、普氏菌属（Prevotella）和柔嫩梭菌群（Faecalibacterium）的丰度则降低［25］。鸡感染传染性法氏囊病毒后会导致肠道中的疣微菌科（Ruminococcaceae）和脱硫弧菌科（Desulfovibrion－aceae）的丰度升高，而梭菌属XIVa（ClostridiumXIVa）和柔嫩梭菌群（Faecalibacterium）的丰度则降低，引起肠道菌群发生改变的原因可能是IgA分泌减少［26］。弱毒活疫苗也会对宿主体内的微生物产生影响。有报道给47名18～30岁健康成年人经鼻免疫季节性流感弱毒苗，免疫后7，28d采集鼻腔拭子，对鼻内微生物的16SrRNA进行测序，用ELISA检测鼻腔清洗液中的IgA，结果表明鼻腔内微生物的多样性明显增加，并且有些微生物的改变与IgA抗体的产生密切相关［27］。虽然目前还没有弱毒活疫苗对肠道菌群的相关报道，但是弱毒活疫苗是减毒的活病原微生物，所以也会对肠道菌群产生影响。

2．2肠道菌群对病毒感染的影响

2．2．1肠道菌群抵抗病毒感染肠道菌群抵抗病毒感染的机制包括：（1）与病毒特异性结合并削弱病毒黏附到肠上皮。有报道给无菌猪口服阴沟肠杆菌（Enterobactercloacae）后用人诺如病毒攻毒，检测粪便中病毒的排毒量、肠组织和血液中诺如病毒的基因表达量，结果表明口服阴沟肠杆菌的猪粪便中病毒滴度明显比对照组低，肠组织和血液中诺如病毒的基因表达量也都更低，说明阴沟肠杆菌与病毒结合，抑制病毒黏附到肠上皮［28］；（2）调控免疫分子（如IgA、IFN－β和IFN－γ）的生成或促进免疫基因的表达。肠道菌群抗流感病毒［29］和登革热病毒［30］的原理即属于该类。登革热病毒是一种通过埃及伊蚊进行传播的病毒，这种蚊子肠道内的共生微生物与登革热病毒的复制密切相关。有研究表明用抗生素去除埃及伊蚊肠道内的共生微生物后病毒的滴度明显提高；对感染登革热病毒的蚊子的中部肠道进行转录组丰度分析，发现含有肠道微生物蚊子的抗菌肽调控的Toll通路的基因表达明显提高，而无菌蚊子则没有（Toll通路与抗登革热病毒有关），表明蚊子肠道内的固有菌群通过刺激免疫基因的表达来抵抗病毒［30］；（3）肠道菌群的代谢产物维持肠道稳态。肠道菌群产生的代谢产物如短链脂肪酸通过影响炎性小体的激活、G蛋白偶联受体介导的信号转导、细胞凋亡和T调节性细胞的增殖来维持肠道稳态［31］。

2．2．2肠道菌群促进病毒感染肠道菌群促进病毒感染的机制包括：（1）提高病毒稳定性。呼肠孤病毒和脊髓灰质炎病毒属于此类。在给小鼠口服呼肠孤病毒前先口服抗生素清除肠道中的细菌可降低病毒感染率，说明肠道菌群促进呼肠孤病毒感染机体［32］。用同样的方法处理小鼠，也发现抗生素组小鼠的脊髓灰质炎病毒感染率比不加抗生素组小鼠低；在体外，脊髓灰质炎病毒与革兰阴性菌或革兰阳性菌一起培养，该病毒的生存能力明显提高，且只用细菌的多糖成分，如脂多糖或肽聚糖仍然得到相同的结果，说明脊髓灰质炎病毒通过与细菌的表面多糖特异性结合从而提高病毒的热稳定性并吸附到宿主细胞上［32］。ROBINSON等［33］也发现细菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）与衣壳蛋白相互作用可提高病毒的稳定性且促进病毒与蛋白质受体结合。（2）抑制免疫。鼠乳腺瘤病毒（mousemamma－rytumorvirus，MMTV）属于此类。用抗生素处理过的小鼠或无菌小鼠无法将MMTV传给下一代，说明该病毒感染机体与肠道菌群密切相关。该病毒与细菌的LPS结合，产生模式识别受体4（toll－likereceptor4，TLR4），TLR4促进白介素－6（interleu－kin－6，IL－6）生成，IL－6进一步促进IL－10的生成，即通过MMTV＋LPS→TLR4→IL－6→IL－10来达到抑制机体的免疫反应［34］。（3）刺激靶细胞增殖或激活靶细胞。反转录病毒属于此类。有报道无菌小鼠与常规饲养小鼠或SPF小鼠相比，无菌小鼠对鼠白血病病毒的抵抗力更强［35］。

3益生菌对病毒感染的影响

益生菌是指口服适当的剂量后能促进宿主健康的微生物活菌制剂［36］。最常用的益生菌包括乳酸菌（Lactobacillusspp）、双歧杆菌（Bifidobacteriumspp）、布拉酵母菌（Saccharomycesboulardii）。体外的试验表明青春双歧杆菌（Bifidobacteriumad－olescentis）SPM0212具有抗乙肝病毒的作用，其抗病毒机制是阻碍病毒的转录通路MxGTPase［37］。有研究表明，用MA104细胞来研究益生菌在体外的抗轮状病毒的机制，发现干酪乳杆菌（Lactobacil－luscasei）和青春双歧杆菌（Bifidobacteriumado－lescentis）的代谢产物能够干涉细胞内NSP4（一种肠毒素蛋白）蛋白的最终含量并且调控钙离子，表明益生菌的代谢产物可通过防止电解质流失来减轻细胞损伤，从而发挥抗轮状病毒的作用［38］。此外，灭活的益生菌也具有抗病毒作用。PARK等［39］报道给小鼠口服热灭活的植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum），并用流感病毒（A／H1N1，A／H3N2和B／Yamagata）滴鼻攻毒，结果表明口服灭活菌组比对照组的存活率更高且肺脏内病毒滴度明显更低，说明灭活的植物乳杆菌具有抗人类季节性流感病毒的作用。以上的研究说明不论在体内还是在体外益生菌均具有抗病毒作用。

4肠道菌群对疫苗免疫效果的影响

疫苗是通过B细胞产生特异性抗体而发挥保护作用，疫苗的免疫效果受多种因素影响，如年龄、性别、遗传和地理位置等［40］。而肠道菌群已被证明是其中的一个影响因素。LAMOUS－SMITH等［41］在怀孕母鼠产仔前3～5d及哺乳期间在水中添加氨苄西林、链霉素和克林霉素，用此方法来改变刚出生小鼠的肠道菌群，随后给抗生素组和对照组幼鼠皮下免疫卵清蛋白和弗氏完全佐剂，结果表明抗生素处理过的母鼠产的幼鼠比对照组的特异性抗体滴度更低；同时在另一个试验中还发现无菌小鼠重新植入肠道菌群后又恢复对疫苗的免疫反应［39］。有报道给无菌小鼠和抗生素处理过的无TLR5小鼠接种三价灭活流感疫苗1周后，发现抗原浆细胞更少，IgG浓度也更低，当重新植入肠道菌群后，无菌小鼠对疫苗特异性IgG反应又恢复正常［41］。OH等［42］认为是细菌鞭毛蛋白传感器TLR5在疫苗免疫中发挥了重要作用。因此，在疫苗接种期间使用抗生素可能会影响疫苗的免疫效果。在人类临床上也有类似的报道。HUDA等［43］对48个孟加拉国婴儿的粪便进行分析，发现粪便中某些细菌的相对丰度发生变化会影响到口服脊髓灰质炎疫苗、卡介苗、破伤风菌疫苗和乙肝疫苗的免疫效果。轮状病毒可导致多种幼龄动物及婴幼儿腹泻，由此引发的死亡95％发生在非洲和亚洲，但是在这些地区口服轮状病毒疫苗的免疫效果却不好。为了探究原因，HARRIS等［44］以78名加纳婴儿（对轮状病毒疫苗有反应和无反应各39名）和154名同龄健康的荷兰婴儿为实验对象，对两个地区的婴儿的肠道菌群进行分析，发现对疫苗有反应和无反应的婴儿间肠道菌群的组成明显不同，对疫苗有反应的加纳婴儿的肠道菌群与荷兰婴儿相似，牛链球菌（Streptococcusbovis）的丰度增大和拟杆菌门丰度减小对疫苗的免疫反应有利。拟杆菌门中的某些种属的功能和结构与益生菌不同，拟杆菌种的LPS已被证明会导致免疫抑制［45］。加纳婴儿的肠道中能导致免疫抑制的肠道菌群的丰度更高，与益生菌的正作用相抵消，从而导致免疫失败。益生菌也会影响疫苗的免疫效果。有报道给成年人经鼻免疫弱毒三价流感疫苗（包含H1N1株、H3N2株和B株抗原）后再口服乳酸菌（Lactobacil－lusGG，LGG）或安慰剂28d，在免疫前，口服乳酸菌或安慰剂的14，28，56d分别采血检测抗体滴度，结果表明口服LGG组的H3N2的血清保护率明显高于安慰组，因此，LGG可作为免疫佐剂来提高流感疫苗的免疫效果［46］。益生菌已被证明能提高机体的先天免疫和适应性免疫［47］，因此，益生菌可能通过提高机体的免疫系统来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］。这些报道的结果不一致与实验使用的益生菌种类、剂量、试验的时间以及疫苗的种类和剂量有关［48］。

5展望

病毒和细菌已经共进化了数百万年，病毒利用细菌及其代谢产物来调节感染进程，细菌也会拮抗或促进病毒感染。研究病毒感染与肠道菌群的相互作用有助于了解病毒性传染病的发病机制；其次，病毒感染机体后引起肠道菌群丰度的改变，启示我们可以将某些细菌作为判断是否感染病毒的生物标志物。再次，相关的研究已报道肠道菌群会影响疫苗的免疫效果，因此，可将细菌作为天然免疫佐剂设计新型疫苗，同时也需要免疫前考虑环境、饮食、机体健康状况等不同因素导致的肠道菌群差异性对疫苗免疫效果的影响；最后，有助于研究抗病毒的策略。从细菌角度可采取的抗病毒策略包括（图2）：（1）补充特定的细菌，如益生菌、共生菌；（2）菌粪移植是一种全新的治疗技术，能有效治疗顽固性肠道感染，如，艰难梭菌感染［49］；（3）调整饮食是目前为止最有效的方法；（4）使用抗生素可用于治疗肠道病毒感染；（5）使用糖基酶或能产生糖基酶的细菌来改变上皮细胞的糖基化；（6）口服疫苗［50］。目前，关于病毒与肠道菌群关系的相关研究还处于初级阶段，但是，随着宏基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、定量成像技术、激光捕获显微切割等技术的发展，相信会取得更大的突破。

作者：陈秀琴 黄梅清 郑敏 陈少莺 单位：福建省农业科学院