肠道菌群介导调节性T细胞影响骨代谢的研究进展

孟愿，石瑛，詹红生

(上海中医药大学附属曙光医院，上海 201203)

随着社会老龄化的加剧，骨质疏松症及骨质疏松性骨折的发病率日趋增高。尽管在骨质疏松症发病机制与新药开发等方面的研究取得了巨大进步，但临床上骨质疏松症的治疗效果并不令人满意。因此，进一步探究骨代谢的相关机制进而为骨质疏松症提供新的疗法具有重要意义。人体肠道内含有超过一百万亿个微生物，构成了复杂的肠道微生态系统[1]。肠道微生物通过释放人体不能合成的营养物质、抑制外来病原体定植、调节免疫系统等促进人体生长发育[2]。研究发现，肠道菌群与心血管疾病、炎症性肠病、风湿免疫性疾病、骨代谢异常等有关[3]。目前，关于肠道菌群影响骨骼系统的作用机制有3种假说：①肠道菌群通过对肠道免疫系统的调节影响骨代谢；
②肠道菌群通过肠道屏障和营养吸收影响骨代谢；
③肠道菌群及其代谢产物通过调节肠脑轴影响骨代谢[4-5]。调节性T细胞介导的免疫抑制在骨代谢过程中起重要作用，已成为骨免疫学研究的热点，并取得了一定的研究成果。本文对调节性T细胞进行了概述，并从肠道菌群对调节性T细胞的影响及调节性T细胞对骨形成、骨吸收的影响等方面对肠道菌群介导调节性T细胞影响骨代谢的研究进展进行了综述。

调节性T细胞是T细胞的一个特殊亚群，主要通过调节T细胞的效应功能来预防自身免疫性疾病、维持外周免疫耐受和限制慢性炎症性疾病进展[6]。在体内，部分调节性T细胞在胸腺发育成熟(天然调节性T细胞)，部分调节性T细胞在肠道等外周组织中发育成熟(诱导调节性T细胞)；
在体外，CD4+T细胞前体在白细胞介素(interleukin，IL)-2、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β等细胞因子诱导下可发育为调节性T细胞[7]。调节性T细胞根据其分化抗原不同，又可分为多种类型。Foxp3+CD4+调节性T细胞广泛存在于人体中的各个脏器，但在肠道固有层中，其在CD4+T细胞中的占比更高。在小肠固有层中，Foxp3+CD4+调节性T细胞在CD4+T细胞的占比大于20%；
在结肠固有层中，该比例大于30%[8]。

调节性T细胞的主要功能是免疫抑制。在体外，调节性T细胞通过细胞间直接接触实现免疫抑制；
在体内，调节性T细胞通过分泌肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、IL-10、TGF-β等细胞因子发挥免疫抑制的作用[9]。此外，调节性T细胞会根据局部微环境，重新分化成为具有辅助特性的Th1调节性T细胞、Th2调节性T细胞、Th17调节性T细胞以及Tfh调节性T细胞4种亚型；
这些调节性T细胞分别通过分泌CXC趋化因子受体3、GATA结合蛋白3、RAR相关孤儿素受体γ以及B细胞淋巴瘤因子6等转录因子参与维持其免疫抑制功能[10]。研究发现，调节性T细胞的免疫抑制作用主要通过调控细胞因子的分泌、树突状细胞的成熟、相关免疫细胞的代谢及细胞凋亡等途径来实现[11]。

肠道菌群可以调节肠道组织内调节性T细胞的分布[12]。Round等[13]研究发现，与常规菌群定植的小鼠比较，无菌小鼠结肠固有层中调节性T细胞数量较少，TGF-β、IL-10等细胞因子表达量下降；
而在无菌小鼠肠道中定植脆弱拟杆菌后，小鼠结肠中调节性T细胞数量增加2倍。Arpaia等[14]研究发现，在采用广谱抗生素处理后，给小鼠喂食含有鼠李糖乳杆菌或丁酸的饮用水，小鼠骨髓和脾脏中调节性T细胞的绝对和相对数量均增加，提示鼠李糖乳杆菌和丁酸可以引起调节性T细胞的增殖分化。小鼠的肠道菌群紊乱会导致肠道内炎症反应，进而导致结肠的调节性T细胞及其相关的细胞因子在短期内明显提高[13]。因此，调节性T细胞的数量受到肠道菌群的影响，肠道菌群参与调节性T细胞的调控。

调节性T细胞在维持肠道屏障功能、抑制肠道免疫反应、促进炎症消退和肠道黏膜恢复方面发挥着至关重要的作用[15]。结肠是小鼠微生物含量最高的部位，同时结肠固有层中调节性T细胞的比例也较高；
提示调节性T细胞的发育和成熟受到微生物菌群的强烈影响[15]。新生小鼠肠道固有层中调节性T细胞的比例显著高于成年小鼠，免疫抑制作用也更强；
提示调节性T细胞对于幼年小鼠免疫耐受的建立起重要作用[16]。Wang等[17]研究发现，采用广谱抗生素处理小鼠后，小鼠肠道内微生物数量下降，肠系膜淋巴结、派氏结及肠道固有层中调节性T细胞显著减少。Abdel-Gadir等[18]研究发现，采用无菌食物饲喂小鼠后，小鼠肠道固有层中调节性T细胞数量减少，而小鼠食物过敏的发生率显著增加。Pandiyan等[19]研究发现，无菌小鼠会发生肠道上皮受损的情况，进一步研究发现，Foxp3+调节性T细胞对于肠道黏膜耐受的建立起重要作用；
提示缺少肠道菌群会限制肠道内调节性T细胞的分化，进而影响肠道黏膜耐受的建立。肠道菌群对调节性T细胞的分化有重要影响，而调节性T细胞对肠道内免疫耐受发挥重要作用；
但二者的调控机制复杂，目前尚未完全清楚。

成骨细胞是人体骨骼形成的主要功能细胞，负责人体骨骼的合成、分泌、矿化等。Runyan等[20-22]研究发现，CD4+调节性T细胞通过分泌TGF-β激活促分裂原活化的蛋白激酶和表达Smad蛋白等诱导间充质干细胞向成骨细胞分化。Tyagi等[23]通过CD25Ab抗体耗尽小鼠体内的调节性T细胞，比较调节性T细胞缺失组和调节性T细胞充盈组小鼠骨代谢相关标志物的变化，结果显示调节性T细胞充盈组小鼠Ⅰ型胶原氨基端前肽血清含量显著高于调节性T细胞缺失组；
提示调节性T细胞能够提高成骨细胞活性，增加骨形成。Deng 等[24]研究也发现，调节性T细胞能够提高成骨细胞的活性。

Wnt信号通路在成骨细胞分化和骨形成过程中发挥重要作用[25]。Jiang等[26-27]研究发现，调节性T细胞分泌TGF-β等细胞因子，促使间充质干细胞表达Smad和NFAT等转录因子，而Smad和NFAT能够与Wnt10b基因的多个位点结合，促使Wnt10b的表达，进而激活其Wnt信号通路，促使间充质干细胞分化为成骨细胞。Yu等[28]研究发现，调节性T细胞参与CD8+T细胞表达Wnt10b的过程，而Wnt10b通过激活成骨细胞及基质细胞中的Wnt信号通路，促进骨形成。Li等[29]研究发现，采用甲状旁腺激素治疗骨质疏松小鼠，小鼠体内调节性T细胞能够刺激骨髓组织中的CD8+T细胞表达Win10b，进而激活Wint信号通路，促进骨形成。

因此，调节性T细胞能够促进成骨细胞分化及骨形成，其作用机制与激活Wnt信号通路关系密切。

调节性T细胞影响骨吸收的作用机制包括细胞接触抑制和分泌细胞因子抑制[22]，其中天然调节性T细胞主要通过细胞接触抑制破骨细胞生成，诱导调节T细胞通过分泌相关细胞因子抑制破骨细胞生成[30]。Fischer等[31]研究发现，破骨细胞的生成高度依赖于细胞微环境中的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)、核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)等信号分子。Rossi等[32]研究发现，调节性T细胞能够通过降低破骨细胞微环境中GM-CSF、RANKL的水平，抑制破骨细胞生成。Taylor等[33-34]研究发现，调节性T细胞通过分泌IL-10促进机体分泌骨保护素，进而抑制RANKL和GM-CSF的表达，延缓破骨细胞的分化成熟。细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)是调节性T细胞通过细胞接触抑制破骨细胞生成的重要表面分子[35]。CD4+CD25+调节性T细胞可通过表达CTLA-4抑制GM-CSF和RANKL的表达，进而抑制破骨细胞生成[31]。此外，Foxp3+CD8+调节性T细胞可以通过分泌γ-干扰素抑制破骨细胞肌动蛋白环的形成来抑制破骨细胞的成熟和活性[36]。Zeng等[37-38]研究发现，切除卵巢的小鼠体内雌激素水平下降，同时调节性T细胞水平随之下降，进而导致调节性T细胞分泌相关细胞因子的数量减少，调节性T细胞对破骨细胞的抑制作用减弱；
给予小鼠低浓度的雌激素，则能够促进机体分泌TGF-β1和IL-10等细胞因子，进而增强调节性T细胞抑制破骨细胞的能力。因此，调节性T细胞能够通过表达CTLA-4以及分泌IL-10、γ-干扰素和TGF-β1等方式发挥抑制骨形成的作用。

调节性T细胞的主要功能是免疫抑制。肠道菌群能够调节肠道组织内调节性T细胞的分化和功能，而调节性T细胞对肠道内免疫耐受发挥重要作用。调节性T细胞能够促进成骨细胞分化及骨形成，其作用机制与激活Wnt信号通路关系密切，同时其还能够通过表达CTLA-4以及分泌IL-10、γ-干扰素和TGF-β1等方式发挥抑制骨吸收的作用。目前，关于肠道菌群介导调节骨代谢的作用机制尚未完全明确，但已有研究发现通过给予小鼠口服益生菌能够增加调节性T细胞的数量，进而提高成骨细胞活性，增加骨形成[39]。因此，深入研究肠道菌群、调节性T细胞和骨代谢的关系及其分子机制，对于骨质疏松症新疗法的研发具有重要意义。