黏膜免疫与微生态
黏膜免疫与微生态相互关系的研究是近年关注度较高的研究前沿之一，至少有以下几方面的原因。首先，黏膜部位通常与外界相连，正常情况下即有微生物的存在，在局部形成微环境并保持稳态。这些微生物不仅不会导致感染或疾病，甚至类似肠道的正常菌群是人体所必需的；其次，机体正常的情况下，这些微生物并不会过度增殖，其中，黏膜免疫在限制微生物的过度增殖中扮演着最重要的角色，主要包括黏膜的屏障作用、黏液及其所含的多种抗菌物质；第三，免疫与微生物存在着天然的联系，免疫最基本的、最早被人们认识到的功能就是抗感染作用，不仅如此，免疫学也起源于微生物学；事实上，上述观点人们早已认识到，囿于实验方法和手段，很多研究难以实现，所以，由于新的研究技术的出现，尤其是现代分子生物学技术和生物信息学技术的突飞猛进，使得微生态及其与免疫关系的深入研究成为可能，特别是大大丰富了对微生物的种群、丰度及其代谢产物的研究技术，同时，也推动了黏膜免疫的研究。
在与黏膜免疫相关的微生态研究中，就黏膜部位和微生物而言，研究最多的是肠道菌群。
肠道内环境的稳定与肠道菌群、机体遗传因素和免疫反应密切相关。如果肠道与其共生菌的平衡被打破，会诱发T细胞介导的免疫应答，进而威胁人类或动物健康。最近的研究已经改变了人们对共生微生物的看法，在人类肠道寄生有大约4000种菌株，1 000万亿个细菌，它们在人类出生后的黏膜和系统免疫发育中，从开始的“路人”转变为活跃的参与者，并且具有长期的维持稳态功能。
不仅如此，微生态对机体免疫的影响也是通过其对黏膜免疫实现的，机体黏膜屏障功能、抗菌肽的产生、sIg A 的分泌、效应T细胞活化和口服耐受等均受微生态的调控，其中口服耐受与TLRs信号通路、免疫细胞聚集招募和维生素A代谢等机制的调控有关。然而，微生态的改变也可能导致炎症性肠病、关节炎或糖尿病等疾病，以及感染和病原的传播，目前发现与微生态相关的疾病多达20余种。图10-5简要地展示了微生态与机体免疫的关系。
图10-5 微生态与黏膜免疫及系统免疫的关系
1．微生物在黏膜免疫发育的作用 生物的保护性机制都是在所处环境压力之下进化或发育而来，免疫系统也不例外。宿主的保护结构和先天免疫的多样性特征主要在出生后充分发育，很大程度上是与出生后所接触微生物群相互作用的结果。通过对无菌动物的研究发现，微生物群对外周淋巴结构的发育至关重要（图10-6），甚至包括通过上皮细胞成熟和毛细血管网络的建立所强化的黏膜屏障，丰富的毛细血管有助于白细胞的运输。尽管其分子机制尚未完全清楚，但可以肯定的是与多种PRR有关，包括TLRs、NOD样受体（NLRs）和RA诱导基因样受体（RLRs）等。包括PRMP在内的微生物信号可以促进肠道内隐窝孤立淋巴滤泡（ILFs）的产生和发育，在小鼠，ILFs一般在出生后几周内出现，在肠道微生物的作用下数量明显增加。在肠上皮细胞上表达的NOD1可识别革兰阴性菌来源的肽聚糖，使得肠道上皮细胞表达CCL20和β-defensin 3，激活LTi细胞形成ILFs。也有假设认为激活的LTi细胞与淋巴组织的细胞相互作用，表达CCL20招募B细胞。在宿主的防御机制中，PRRs与共生菌的PRMP结合能诱导包括RegⅢγ在内的多种抗菌肽的表达，以防止宿主组织的细菌易位。此外，NOD2也能调控Paneth细胞产生α-defensins和cryptidins。(https://www.daowen.com)
图10-6 微生态与外周淋巴发育
2．共生菌对黏膜炎症的影响 肠道菌群是黏膜炎性疾病，特别是IBD的发生、发展和转归过程中的重要因素。在IBD中，尽管溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）发病部位和炎症过程存在差异，但它们与肠道菌群的相关性已得到充分证明，且其在涉及适应性免疫系统的病理过程中最关键的效应细胞是CD4＋T细胞。
在T-bet的缺陷小鼠（T-bet－／－RAG2－／－溃疡性结肠炎小鼠，TRUC小鼠），Treg细胞的缺失和DCs增加TNF的产生，可造成慢性炎症状态和菌群的改变，进而导致结直肠癌的发生。TRUC小鼠是由于结肠DCs增加TNF-α的产生，如果在CD11c＋细胞中恢复T-bet表达则可以减少TNF-α生成，并防止肿瘤和过度炎症的发生。当菌群从TRUC小鼠转移到野生型小鼠时，能使野生型小鼠在获得TRUC小鼠菌群的同时，出现结肠炎，而且，在TRUC小鼠中还发现变形杆菌和肺炎克雷伯菌数量的增加，这两种细菌在SPF野生型小鼠中可诱导结肠炎，所有这些都充分证明了菌群对黏膜炎症影响。
3．黏膜免疫与正常菌群 正常情况下，每个个体内都存在正常菌群，其中大部分存在于肠道内。肠道内的正常菌群可通过与病原菌竞争空间和营养进而阻止其在肠道内的繁殖，以达到对机体的保护作用。当大量服用抗生素时，会杀灭肠道共生菌，造成菌群失调，为病原菌提供繁殖的环境，引起肠道感染性疾病。
在一定的条件下，正常菌群的细菌也会引起疾病。例如，当肠道黏膜完整性遭到破坏，正常无害的大肠杆菌可穿过黏膜屏障进入血流，引起致死性的全身性感染，这就是机体黏膜所提供的至关重要的抗感染作用。对于免疫缺陷者，即使黏膜屏障相对完整，正常菌群中的非致病菌也可能导致严重的感染，表明宿主的适应性免疫在防御肠道菌群中同样重要。通过对无菌（germ-free or gnotobiotic）动物免疫系统的研究还发现，次级淋巴器官体积明显小于对照小鼠，且所有同种型抗体产生水平均下降。又如，雏鸡经口给予益生菌不仅影响局部黏膜体液免疫，而且其泪液、气管分泌液、胆汁和肠汁，以及哈德尔氏腺、盲肠扁桃体、十二指肠和回肠派氏结的Ig A、IgM、IgG含量均明显增多；其盲肠扁桃体数量、十二指肠和回肠微绒毛长度增加，吸收细胞内的线粒体及其嵴、高尔基体、核糖体、内质网、哈德尔氏腺腺泡内分泌颗粒等均增多。所有这些都说明了机体对肠道内存在的菌群或共生菌同样存在免疫应答。
目前有关黏膜免疫与菌群关系的研究结果主要源自对肠道的研究，然而，其他部位黏膜与其所在部位微生物间的相互作用以及与疾病关系的研究呈增多趋势，值得关注。