原创 医学营养 医学营养MNT 2月16日
研究发现肠道菌群与肺部免疫力之间存在联系。本文重点关注饮食对“肠肺轴”的影响相关的最新研究，并讨论不同类型饮食对肠道菌群的影响以及它们如何影响肺免疫力和肺部疾病。
Diet, Microbiota and Gut-Lung Connection
Swadha Anand, Sharmila S. Mande
Front Microbiol. 2018; 9: 2147. Published online 2018 Sep 19. doi: 10.3389/fmicb.2018.02147
PMCID: PMC6156521
摘要
1、肠道菌群会影响人体的代谢功能以及免疫反应。
2、饮食对肠道菌群的组成中起着重要作用。肠道菌群能发酵人体无法消化的饮食营养。它们发酵产生的代谢产物不仅调节胃肠道免疫力，而且还会影响肺和脑等远端器官。肠道菌群通过淋巴或血液的运动也会影响其他器官的免疫反应。
3、肺部疾病（过敏，哮喘和囊性纤维化）能影响肠道菌群的失衡。
4、在肺部疾病中可发现肠道紊乱，显示肠道和肺之间双向干扰。某些益生菌对肺部的健康显示出有益的作用。
5、对肠道菌群代谢物质的组成及其在呼吸系统疾病中的作用研究有助于开发对应益生菌产品。
一、饮食和肠道菌群
富含膳食纤维、营养丰富的饮食与多样化的肠道菌群相关，这对宿主有益。食物消化过程中肠道微生物组产生的代谢产物显著影响人体健康。肠道菌群失调与营养不良之间的关联进一步证明了饮食与菌群之间的联系。除了肠道疾病关系密切的疾病（糖尿病，肥胖，结肠癌，炎症性肠病等）外，饮食方式的变化及其对肠道菌群的影响还与其他器官的疾病有关，如肺部疾病（哮喘，COPD等）和脑部疾病（老年痴呆症，抑郁症等）。
图1：肠道微生物组吸收膳食营养素及其
对远端器官的影响的示意图
二、肠道菌群产生的短链脂肪酸的作用
SCFA（乙酸，丙酸和丁酸）能增强免疫，肠道中产生的SCFA可以系统地分布，可以用来提供能量或作为信号分子。
能量与新陈代谢
肠道中产生的大部分短链脂肪酸被用作能源，可提供我们每日所需热量的约10％。小鼠体内和体外研究表明，丁酸和丙酸可能诱导肠道细菌产生激素。SCFA与G蛋白偶联受体结合检测代谢物并触发信号传导途径，从而导致对宿主免疫反应的抗炎作用。
肠道上皮的完整性
肠道中的SCFA降低了管腔pH，从而减少了病原微生物的生长。研究表明，较高的丁酸酯水平导致粘蛋白产生增加，从而降低细菌粘附并改善上皮完整性。
全身免疫
丁酸、丁酸酯和丁酸盐在免疫调节中起到积极作用。SCFA还影响树突状细胞和炎性细胞因子的发育，从而调节肠道巨噬细胞。SCFA在能量和代谢中支持B细胞的激活/分化以及抗体的产生。
三、肠肺轴
肠和肺是错综复杂的相互影响的器官，相互影响。
肠道菌群失调与肺部疾病和呼吸道感染有关。早期生命中的哮喘与双歧杆菌属的减少和肠梭菌的增加有关。鼠类研究表明，由于摄入抗生素导致肠道菌群内某些菌株的枯竭会影响肺部疾病和过敏性炎症。例如，对小鼠模型的研究表明，施用新霉素后去除敏感的肠道细菌会导致肺部对流感病毒感染的敏感性增加。
肺部菌群的变化也会影响肠道菌群的组成。例如，在小鼠模型中呼吸道的流感病毒感染增加了肠杆菌科，同时也减少了肠道菌群中的乳酸杆菌和乳球菌。在小鼠中给予脂多糖（LPS）后，肺微生物群的营养不良伴随着肠道细菌群的紊乱，这是由于细菌从其肺部进入血液中的运动所致。
肠道菌群影响肺免疫反应
肠道菌群对粘膜免疫的影响可能会影响远端粘膜部位（包括肺部）的免疫反应。肠道细菌细胞及其生物合成的代谢产物可能会刺激远端部位的免疫反应。
常见粘膜免疫系统（MIS）将免疫细胞从肠道迁移到肺
粘膜免疫系统（MIS）包括感应位点和效应位点，这些位点是根据其功能特性和解剖结构定义的。免疫细胞通过淋巴系统从这些粘膜诱导性迁移到效应位点。细胞的这种转移决定了不同器官（胃肠道，肺等）的免疫反应。
肠道细菌定植后，免疫力和IgA产生增加。在Peyers斑块中诱导的T细胞和B细胞可以进入循环系统并迁移到肠道以及肠道外部位。此类B细胞产生可转运至粘膜表面的IgA，从而在不同器官之间传递“免疫信息”。因此，淋巴和/或血流充当对肺肠和患部之间的链路。
图2 ：双向肠肺轴。肠道细菌产生的代谢产物（如SCFA）在血液中移动，以刺激肺部的免疫反应以及与肺部影响的肠道免疫反应不同的因子。除代谢物外，由多种抗原诱导的免疫细胞在这两个器官之间通过淋巴管移动，从而导致两个器官的免疫反应均受到调节。
肠道细菌细胞或由其生物合成的代谢产物影响肺部免疫力
归巢受体决定免疫细胞的组织特异性
肺细菌影响肠道免疫
在不同动物模型中的许多研究已经确定，源自肺部的多药耐药金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌引起的肺炎很可能引起肠道损伤。铜绿假单胞菌引起的肺炎导致肠道上皮增殖减少并阻断细胞周期的M期。有研究表明，肺微生物群是由微生物群的微抽吸从上呼吸道（URT）至肺的口咽部分形成。此外，对C57 / Bl6小鼠进行的研究表明，气管内单剂量脂多糖在气道微生物群中的营养不良会导致肺细菌向血液中运动。这会导致肠道细菌负荷增加，从而破坏肠道微生物群落。这种营养不良可能是由于易位的肺免疫细胞和肠道菌群之间的相互作用。因此，肠-肺轴是通过在肠或肺免疫力的变化刺激的双向环。
肠道菌群调节过敏反应和囊性纤维化的发展
哮喘、过敏反应和CF人群中利用丙酮酸生产丁酸盐的细菌（双歧杆菌，阿克曼病、费氏细菌、真细菌，寻常杆菌，统一杆菌，法氏杆菌等）数量的减少已得到证实。这些细菌可以作为益生菌用于治疗多种肺部疾病，例如过敏，COPD，哮喘等。饮食摄入量对丁酸产生的影响突出了营养与肺部免疫之间的联系。
四、营养与肺功能
饮食和肠道菌群组成对确定肺部免疫反应很重要。富含纤维的饮食不仅会改变肠道菌群，还会影响肺部菌群。膳食纤维会增加血液中的SCFA水平，从而为肺部的过敏性炎症提供保护。
基于对12万名个体进行了12到16年左右随访的研究表明，健康饮食可以使COPD发生率降低约33％。在吸烟人群，纤维对肺功能的有益作用在临床上更为显着，从而表明了利用饮食改良来应对呼吸系统疾病的潜力。高纤维饮食可降低呼吸系统疾病造成的死亡率。大量的实验干预表明高纤维饮食在调节先天免疫中的作用，这可以通过降低炎症标志物（CRP和IL-6）的水平来证实。同样，膳食纤维可使血清CRP比基线降低20–30％。
五、益生菌可以用于治疗肺部疾病吗？
益生菌在改善炎症条件（例如IBD）以及使用toll样受体和相应的信号传导途径调节先天免疫性方面显示出令人鼓舞的结果。它们增强了肠的屏障功能，从而防止了诸如脂多糖（LPS）之类的抗原泄漏。益生菌的这种有益作用使其成为治疗炎症性疾病（如IBD，过敏，COPD，哮喘等）的潜在候选者。
肺癌小鼠口服嗜酸乳杆菌显示肿瘤大小减小且存活率更高。肠道菌群具有控制肺癌的潜力，归因于抗肿瘤免疫力的变化。益生菌在调节免疫反应方面显示出潜力，可以证明对处理各种肺部疾病有益。
六、结论
饮食摄入量决定了人体肠道菌群的分类结构。肠道微生物组对饮食营养的吸收导致代谢产物的产生，而代谢产物在人类健康中起着重要作用。诸如SCFA类的代谢产物不仅会影响胃肠系统，而且还会通过淋巴和循环系统影响其他器官的全身免疫。因此，肠道菌群失调不仅影响胃肠道，还影响其他远端器官的健康。普通的粘膜系统可确保肠内引入的抗原能够在肺中引发免疫反应。
肺部菌群变化同样会对肠道产生影响。对哮喘、变态反应和CF患者肠道研究发现，产生丁酸盐的细菌影响丙酮酸的丰度。这一发现诊断和评估肺部疾病的潜力。研究结果可用于研发益生菌产品来以治疗肺部疾病。
