RA是一种常见的致残性自身免疫性疾病，会导致进行性残疾、系统并发症和过早死亡。虽然其病因尚不清楚，但最新的研究表明，黏膜上的微生物群对RA发病和进展有重要影响。在近期的《自然▪医学》杂志上，Zhang等研究人员报道了一项针对粪便、牙齿和唾液内微生物群的病例对照的宏基因组学相关性研究（metagenome-wide association study，MGWAS），这是一项纳入了未治疗的和接受治疗的RA患者的大型队列研究。研究人员发现，在所有部位，与RA相关的微生物群均与健康对照者明显不同，而改善病情抗风湿药（disease-modifying antirheumatic drugs，DMARDs）能有效纠正这些不平衡。
RA发病与免疫功能出现异常有关，包括自反应抗体和促炎因子T淋巴细胞的形成增加。全基因组学相关性研究（genome-wide association studies，GWASs）已识别出一些易感基因，其中一些基因能诱发T细胞库选择、抗原递呈或多肽亲和力改变。然而，易感基因并不足以导致RA发病，就像单卵双胞胎的一致性研究显示的那样，基因的遗传可能性预计占约60%。可能在含有易感基因的个体中，必须要有某种环境因素来触发疾病发病。一种有趣的可能性是，宿主和寄生的微生物群之间的双向交联过程存在异常。一个多世纪前就有一种概念，细菌菌群（尤其肠道菌群）能引起自身免疫性关节炎发病，这种说法已被人体和动物模型所证实。值得注意的是，多个利用关节炎易感性动物的研究显示，疾病发病必须要有细菌定植。直到最近，由于基因测序和计算能力的提高，科学家才有能力研究微生物群、免疫调控和发病机制之间的复杂关联性。最新的一项研究主要评估了MGWAS方法的作用，比较了RA患者和对照者的肠道微生物群，结果发现，RA新发病（new-onset rheumatoid arthritis，NORA）患者的粪便内Prevotella杆菌（尤其是P.copri）比例过高，而同时拟杆菌比例下降。
考虑到肠道黏膜表面的宿主-微生物之间的相互作用最强，几乎所有的黏膜都寄宿有微生物群，并且通过免疫调节对这些微生物的存在进行动态反应。鉴于RA和牙周病经常同时存在，因此Zhang等提出了一个非常合理的假说，即RA患者肠道内的生态失调是否也存在于口腔内，且这些疾病具有相同的发病机制和免疫通路。通过比较由基因序列数据所组成的各个宏基因组（metagenomic linkage groups，MLGs）的不同表达，研究人员能够发现在每个样本内均大量存在的细菌标记物。通过分析不同的MLGs，研究人员发现，在RA患者和健康对照者之间存在着明显的微生物组差异，这种差异不仅存在于粪便内，还存在于唾液和牙齿样本内。进一步的分析显示，在每个部位都存在常见元素的生态失调，包括嗜血菌缺乏和唾液乳杆菌比例过高，在重度病例中这两类细菌的失调更加明显。
研究发现，与对照者相比，RA患者的粪便中富含革兰氏阳性细菌，而缺乏革兰氏阴性细菌，包括部分蛋白菌和革兰氏阴性厚壁菌。值得注意的是，在第一年内，RA患者的P.copri杆菌比例表现出逐渐增加的趋势，同样的情况也表现在NORA患者中。因为牙龈卟啉单胞菌能产生瓜氨酸化的新抗原，所以既往认为口腔牙龈卟啉单胞菌的存在是牙周疾病和RA之间具有相关性的一个支持因素。然而，该报告称，对照组的口腔样本中也富含牙龈卟啉单胞菌，与近期的多个研究结果一致，从而反驳了这一假设。在所有的部位中，健康者样本内富含的多个MLGs与急性炎症指标（C反应蛋白）和RA特异性自身抗体[抗CCP抗体（anti-cyclic citrullinated peptide）和/或类风湿因子（rheumatoid factor，RF）]呈负性相关性，而RA患者所富含的部分MLGs与抗CCP抗体、RF、IgG和IgA呈正相关性。这些发现提示，MLGs或可作为RA的病理生理学的标志物。
在这三个部位中观察到的菌群失调均伴随着大量的能编码特殊功能性状的基因改变。对照者的粪便样本内富含负责脂多糖生物合成和转运的组成成分，以及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型分泌系统，而相应的RA患者缺乏革兰氏阴性细菌。在一定程度上，这种在基因相对充裕度上的差异反映出了细菌类群分布的间接指标。然而，这些结果也显示出了可能引起菌群失调的原因。比如，研究发现，在炎症部位，唾液乳杆菌能够耐受高浓度的活性氧（reactive oxygen species，ROS）。在RA患者中，这些ROS的相对高水平表示样本部位存在免疫应答升高的现象。此外，基因功能性状的分布规律也为细菌可能会引起RA发病提供了线索。例如，在RA患者的口腔样本内，负责锌转运系统的基因增高，会影响依赖锌的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的活性，尽管后者引起炎症远端部位的软骨破坏的机制尚不明确。最后，MLGs的相对分布还能进一步充实分子模拟假设，即具有交叉反应的表位基因的微生物产生能引起针对自身抗原的免疫反应。这种细菌引起RA的现象也被RA患者的肠道及口腔内存在的大量微生物群所支持，这些微生物中的基因序列与RA相关性人体抗原内的模拟关键模块具有一致性。
令人惊奇的是，Zhang等人发现，DMARDs（甲氨蝶呤和/或雷公藤多甙）治疗能明显改变MLGs的分布，增加对照相关的微生物群指标的水平。这些改变在那些临床改善最显著的患者中尤为明显。这些发现表明，微生物群与RA之间可能存在双向联系。因此，他们认为，当根据微生物群落而得出因果关系时，需要格外谨慎。或许更重要的是，如果根据基因测序的数据进行的疾病分类与现有的RA血清学指标效果相当或者更优，那么基于肠道、牙齿或唾液的MLGs模型就能预测治疗的疗效。
对于RA患者而言，肠道或口腔内的微生物能够导致RA发病或通过调节免疫应答来使宿主获益，这使得通过调控微生物群而使寄主获得治疗收益成为可能。部分研究显示，通过给予具有免疫调节效应的益生菌能够有效治疗自身免疫性疾病。然而，基于微生物群和免疫调节之间复杂的关联性，一种更为复杂的方法可能更为合适，即人工设计一个完整的微生物群，然后将之引入一个特定的人体部位，或者应用合成生物学的方法使得微生物群产生可诱导的治疗特性。这些想法都很迷人，而且具有实现的可能。
Zhang等人的研究的重要性已超出了RA领域。健康的微生物群遭到破坏所引起的免疫调节异常可能是很多特发性炎性疾病（包括：代谢综合征、2型糖尿病、动脉粥样硬化和炎症性肠病）的一个常见基本特征。令人感兴趣的是，这些疾病也许是一种共同的生态失调现象的不同临床表现，即易感基因在相似的环境因素的驱动下所表现出来的症状。这一模型能解释带有炎症成分的常见的双向性RA合并症，最有名的是心脏病和抑郁症。现在，这一病例对照的MGWAS的发展给科学家带来了一个令人兴奋的机会，它使得识别出在这些情况下微生物群特征中的共同点成为可能，并且可以扩展分析生态失调和其他身体部位的炎症调控异常之间的相关性。从鸟枪测序方法到荟萃转录分析，不仅能描绘出细菌的功能特性，还能描绘出不同的基因表达（包括微生物和人体），而这些无疑有助于研究人员加深对RA发病机制的理解。
（作者：王敏骏、高石)
参考文献：Nature Medicine 2015;21:839-841