人体的肠道是HIV-1感染人体后受累的主要器官[1,2,3]。急性HIV-1感染导致肠道黏膜中的CD4细胞显著减少，随后的慢性HIV-1感染又持续破坏肠道黏膜和免疫细胞，进而引起肠道免疫功能减退和肠道菌群移位等[4,5]。临床研究表明，艾滋病患者即使接受了有效的c ART，仍然难以完全修复肠道组织的损伤，而且也不能完全恢复肠道黏膜免疫功能和正常的肠道菌群[2]。因此，解析慢性HIV-1感染、肠道免疫损伤和肠道菌群失调之间的相互关系，对于阐明HIV-1感染的致病机制、发现新的治疗靶点以及创建有效的治疗策略等具有重要的意义。为此，本文综述了艾滋病患者肠道免疫损伤和肠道菌群异常改变的特点，同时分别总结它们与患者c ART后免疫恢复之间相关性以及临床意义。

1、艾滋病患者外周血和肠道免疫细胞及肠道结构的变化

1.1外周血免疫细胞的变化

HIV-1感染人体的自然病程先后经过急性期、无症状期，随后进入艾滋病期[2]。在此过程中，由于病毒在CD4细胞中持续的复制，可以同时分别导致肠道组织和外周血中CD4细胞数量进行性减少[6]。c ART能有效抑制HIV-1感染者体内病毒的复制，从而增加CD4细胞数量，促进患者的免疫功能恢复，从而降低艾滋病相关发病和死亡的风险[1]。然而，仍然约有20%的患者在接受2年以上有效的c ART后，也不能获得有效的免疫恢复（通常CD4细胞仍然低于250个/μL），后者被称之为免疫无应答者（immunological non-responders,INRs）；相反，经过c ART后，CD4细胞的恢复达到350个/μL以上，就叫做有效的免疫应答者（immune responders,IRs)[7]。此外，由于艾滋病患者肠道黏膜免疫的破坏和肠道通透性增加，导致菌群移位等，后者与患者体内系统性的慢性炎症和非艾滋病相关疾病的发生密切相关，需要深入理解慢性HIV-1感染和c ART过程中体内免疫细胞的变化及相关的临床意义[1]。

近期，研究发现HIV-1慢性感染者外周血中幼稚的CD4细胞和CD8细胞显著下降，而克隆扩增的、同时具有细胞杀伤活性的效应型CD4细胞和CD8细胞亚群显著增加；经过c ART的IRs，患者外周血CD4细胞恢复到≥350个/μL，同时效应型CD4细胞和CD8细胞数量减少，而幼稚的CD4细胞和CD8细胞的数量有所回升，但仍然低于健康人的水平。重要的是该研究发现GNLY基因高表达的效应型CD4细胞和CD8细胞群，在c ART后还持续升高，这一点不同于其他效应型CD4细胞和CD8细胞亚群。增加的效应型GNLY阳性的CD4细胞和CD8细胞在INRs患者中更为明显，这一发现提示INRs发生可能与肠道黏膜损伤、菌群紊乱和菌群移位有关，但是确切的机制还需要深入研究[8]。该研究深度解析了慢性HIV-1感染者在c ART后，外周血中T细胞亚群组成和功能的动态变化以及与肠道菌群改变之间的关系，有助于了解慢性HIV-1感染的相关免疫致病机制[8]。LI等[9]通过分析未经c ART患者、IRs和INRs患者外周免疫细胞的全局转录谱，发现黏膜相关恒定T细胞（mucosal-associated invariant T cell,MAIT细胞）功能受损与INRs中宿主对细菌共感染的免疫失败有关。

1.2肠道结构的变化

健康人体的肠黏膜上皮结构完整，肠腔表面的单层上皮细胞将肠道组织与肠道中菌群隔开。上皮细胞之间通过上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）和紧密连接蛋白（Claudins）形成紧密连接，同时上皮细胞肠腔面有一层抗菌肽组成的黏膜。肠道组黏膜层中的CD4细胞、CD8细胞和ILC(Innate Lymphoid Cells）分泌白细胞介素（interleukin,IL)17和IL22，后者与上皮细胞表面相应受体结合，诱导上皮细胞增殖，上皮细胞接着又分泌紧密连接蛋白、防御素（defensins）和黏蛋白（mucin），以维持肠道屏障的完整性[10]。

艾滋病患者肠道组织受到不同程度的损伤，而且肠道损伤与HIV DNA水平呈正相关，与外周血CD4细胞数量呈负相关。经过c ART以后，INRs组和IRs组肠道损伤均未完全恢复，不过IRs患者肠道黏膜损伤得到一定较好的恢复，INRs患者肠道损伤严重，部分黏膜组织脱落，可见INRs组肠道损伤比IRs组更严重。通常健康人肠道组织的腺体之间间隙空间比IRs的更致密，而IRs患者肠道基质有明显的水肿改变，提示仍然存在炎症反应。此外，在INRs中可以看到成纤维细胞存在，这提示INRs患者肠道黏膜通过再生过程，出现了明显的纤维化现象[1]。

研究发现人体在HIV-1感染后的10～14天内，肠道组织中的大部分辅助性T细胞17(T helper cell-17,Th17）就因HIV-1的感染、复制被破坏，与肠道组织中的表达IL17或IL22的其他细胞一样，Th17细胞在整个疾病进程中都在很低的水平。长期HIV-1感染能导致全部CD4细胞亚群减少，但肠道组织中的Th17减少的程度相对更高。据推测只有在急性感染期接受c ART，才有可能有效恢复肠道中Th17细胞的数量[11]。

Th17位于肠道黏膜屏障的交界面，Th17的大量减少直接破坏肠道黏膜的完整性，导致肠道上皮屏障损伤和结构的改变。受树突状细胞分泌的IL23激活，Th17分泌IL17和IL2，进而诱导黏膜上皮细胞分泌抗菌肽HβD-2和LCN2。Th17的大量减少也损害了黏膜内皮细胞的抗菌功能。此外，Th17分泌的IL17能诱导上皮细胞、成纤维细胞和角质细胞分泌G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor）和GM-CSF(granulocyte-monocyte CSF），这两种生长因子可以促进黏膜中单核细胞分化为巨噬细胞，还能促进骨髓迁移出巨噬细胞和嗜中性细胞，所以艾滋病患者肠道中Th17的大量消耗，也影响了肠道黏膜的炎症反应[12]。

1.3肠道免疫细胞的变化

健康人外周血中T淋巴细胞占全部淋巴细胞的2%～5%，体内80%的淋巴细胞主要位于肠道淋巴组织（Gut-associated lymphoid tissue,GALT），在GALT中的淋巴细胞，其中40%是CD4细胞。当人体发生急性HIV-1感染后，肠道淋巴组织最早受到侵害，病毒的复制导致GALT中CD4细胞数量下降[2]。与外周血CD4细胞下降相比，肠道淋巴组织中CD4细胞下降的时间更早，而且下降的程度更重。随后在慢性HIV-1感染的无症状期和艾滋病期，肠道CD4细胞数量进一步减少，同时少数CD4细胞表现为潜伏感染状态，构成了体内HIV-1病毒库一部分[13]。有效的c ART能有效抑制病毒复制，减少或阻止了CD4细胞破坏，使患者的外周血CD4细胞明显上升，但是肠道CD4细胞的上升不明显。此外，多数肠道驻留CD4细胞亚群多具有记忆表型，同时高水平表达CCR5的效应T细胞，这一点与外周血中CD4细胞亚群有所不同。虽然慢性HIV-1感染导致这些肠道驻留的CD4细胞显著减少，c ART后也难以恢复，但是肠道组织特别是肠道黏膜的免疫细胞的变化特点及临床意义，目前还缺少系统深入的研究[11]。

根据CD4细胞的功能特点，可分为Th1、Th2、Th17和调节性T细胞（regulatory T cell,Treg）等细胞亚群，其中Th17细胞是肠道免疫细胞的重要成分，数量上占GALT中CD4细胞的80%～90%。Th17细胞可以同时表达HIV-1感染的辅助受体CCR5和CXCR4[12]。此外，Th17细胞富集了HIV-1复制所需的HDFs因子（HIV dependency factors），而且还可表达促进HIV-1在细胞间的传播的CCR6和α4β7。因此，Th17细胞更易被HIV-1感染，例如在体外培养条件下Th17细胞可以分别被R5和R4病毒株感染[12]。已知人体内Th17/Treg比例对维持免疫稳态具有重要作用[14]。慢性HIV-1感染导致了大量的Th17细胞破坏，改变了Th17/Treg比例。健康人Th17/Treg比例在1.0～1.2，而慢性HIV-1感染晚期可以降到0.75～0.2[8]。Th17/Treg比例的降低，增加了肠道对微生物的耐受性，抑制了对病毒的清除[14]。

MAIT细胞被激活后可产生多种细胞因子和细胞毒性分子，并通过TCR依赖和TCR不依赖的机制来防御各种病原体。而且MAIT细胞参与维持肠道屏障的完整性和微生物的稳态，并进一步影响艾滋病患者的免疫重建[15]。在HIV感染早期阶段，肠道MAIT细胞的数量不可逆转地显著下降，并且即使经过长期的c ART也不能完全恢复，因此深入研究INRs患者肠道MAIT细胞特点，有可能阐明INRs患者免疫恢复差和临床预后不良的相关机制[15]。

2、肠道菌群改变和菌群移位等变化

由于慢性HIV-1感染导致患者肠道组织中CD4细胞、抗原递呈细胞和天然淋巴细胞数量的减少和功能的减退甚至功能丧失[2,16]。与此同时，肠道组织结构的损伤包括肠道上皮细胞绒毛萎缩、吸收功能不良、局灶性肠上皮细胞变性、隐窝增生、肠道黏膜和相关的细胞大量凋亡，紧密连接蛋白表达降低，表现为典型的肠道屏障损伤，进而肠道炎症加重，导致肠道通透性增加，后者继而引发肠道菌群组成改变（即菌群失调），与此同时肠道的多种菌群及其产物进入血液循环，也就是肠道菌群移位[16]。上述因素可能与共同构成慢性HIV-1感染体内异常的免疫激活和系统性炎症密切相关。

研究发现在HIV-1感染急性期和部分无症状期，患者伴随有肠道菌群丰度降低，通常会出现肠道菌群失调，尤其是进入无症状期的后一阶段和艾滋病期时，患者外周血CD4细胞计数低于350个/μL时，肠道菌群失调进一步加重，包括肠道菌落种类、丰度、分布范围及其代谢产物的异常改变，进而会造成持续的全身免疫激活状态[13,15]。

LI等[17]研究显示：当HIV感染者中CD4细胞计数<350个/μL时，口腔链球菌丰度增加与肠道微生物组中的链球菌改变呈负相关。此外，CD4细胞数量较低（<200个/μL）与肠道微生物组中较高丰度的埃希-志贺菌和较低丰度甲基细菌-甲基绿杆菌密切相关。揭示了肠道微生物组及其在艾滋病进展中的潜在作用。

有研究显示，慢性HIV-1感染表现为肠道菌群总数降低，菌群丰度减少[18,19]。慢性HIV感染者肠道中，拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）等菌族的细菌明显减少，而普氏菌科（Prevotellaceae），变形杆菌（Proteobacteria）和梭状杆菌（Fusobacteria）等菌族则有所增加[16,18,19]。变形杆菌分泌吲哚胺-2,3-二氧化酶（IDO），它的作用是催化色氨酸代谢为犬尿氨酸。细菌诱导的IDO可渗透到肠道-大脑轴，可能诱发HIV感染者出现抑郁、痴呆和神经认知功能障碍[10]。此外，HIV-1感染者肠道IDO活性与Treg增加和T17/Treg比例失衡相关[10]；一些变形杆菌和梭状杆菌，如沙门菌（Salmonella），志贺菌（Shigella）和克雷伯菌（Klebsiella），是致炎性肠道病原体，一旦发生菌群移位，会导致全身性免疫异常激活和特有的全身性慢性炎症反应[19]。

此外，在艾滋病患者的肠道中，被誉为肠道黏膜守护员（gatekeeper of the gut）的嗜黏蛋白-阿克曼菌（Akkermansiamuciniphila,Akk菌）水平显著降低。Akk菌可黏附到肠道上皮细胞，增加肠道上皮层的完整性，还能刺激上皮细胞分泌黏液，增加黏膜厚度[20]。Akk菌和肠道上皮细胞的作用可能与肠道屏障完整性和炎症调控相关，此外Akk菌能表达多种黏蛋白降解酶，可以将黏蛋白作为碳源和氮源降解，其中黏蛋白降解产生的多糖，能为产丁酸益生菌提供养分[20]。直肠优杆菌（Eubacteriumrectale）、肠道罗氏菌（Roseburiaintestinalis）和粪厌氧棒杆菌（Anaerostipescaccae）等产丁酸细菌自身不能降解黏蛋白[10,20]。多项研究表明，无论是否接受c ART，患者肠道中的产丁酸细菌，例如罗氏菌属（Roseburia）、粪球菌属（Coprococcus）、粪杆菌属（Faecalibacterium）和优杆菌属（Eubacterium）均有所减少。丁酸盐是上皮细胞的重要能量来源，参与肠道黏液的产生，通过抑制组蛋白去乙酰化酶诱导人类基因的转录，促进对共生细菌的免疫耐受，对维护上皮屏障完整性、T细胞活化、调节性T细胞分化、抗原呈递细胞（APC）功能调节，都具有重要作用[10,20,21]。

慢性HIV-1感染引起的肠道菌群改变与循环血液中TNF-α、IL6、IL-8、IFN-α、LPS、s CD14和s CD163水平的增加，以及IL-10和IL-1R水平的下降有密切的相关性[18]。反过来，这些细胞因子的变化又可能与肠道黏膜和外周血循环中HLA-DR+CD38+CD8+T细胞增加，以及HIV-1病毒载量升高和体内CD4细胞显著降低等有关。值得注意的是，即使c ART抑制了病毒复制，也难以完全纠正患者的大肠菌群失调[19]。

艾滋病患者肠道菌群可以通过多种机制影响机体免疫细胞的增殖、分化和激活。慢性HIV-1感染导致肠道菌落组成和丰度的变化。产丁酸菌丰度降低，伴随着胃肠道菌群移位，会进一步影响机体免疫系统的异常激活等[17]。此外，肠道菌群功能失调可通过调节局部代谢物和组织特异性介质，影响骨髓细胞的发育，导致骨髓细胞、CD34+造血祖细胞和粒细胞数量减少。例如肠道菌群还可以通过Toll样受体（Tolllike receptor,TLR）和My D88 (myeloid differentiation factor 88）信号通路调节外周循环的髓系细胞的成熟，如嗜碱性粒细胞和中性粒细胞[18]。肠道的分节丝状菌可以通过上调血清淀粉样蛋白A(serum amyloid A,SAA）的表达，刺激CD11c+DCs产生IL-6和IL-23，从而诱导Th17细胞的分化。梭菌（Clostridium)IV和XIVa可以刺激结肠上皮细胞产生TGF-β，诱导T细胞分化为Tregs。同时，梭菌产生大量短链脂肪酸（short chain fatty acids,SCFAs），诱导CD4细胞分化为Tregs。此外，肠道中的脆弱拟杆细菌（Bacteroidesfragilis）可以产生金黄葡萄球菌表面抗原（polysaccharide A,PSA），并以TLR2依赖的方式调节CD4细胞向Tregs转化，因此体内Tregs可以分泌IL-10来调节Th17和Th1的反应，由此可见，肠道菌群对B淋巴细胞的成熟、分化和抗体产生也有重要的影响。缺乏微生物抗原与代谢产物的刺激，肠道内Ig A+浆细胞的数量、Ig A和Ig G的丰度和水平下降[18]。

研究还发现艾滋病患者肠道菌群构成异常和菌群移位产生的肽聚糖（peptidoglycan）、脂磷壁酸质（lipoteichoic acid）、脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）、鞭毛蛋白（flagellin）、核糖体DNA(r DNA）和含未甲基化Cp G的DNA等可进入血液循环，继而激活NOD (nucleotide-binding oligomerization domain）和TLR(Toll-like receptor）等受体，继而引起强烈的促炎反应[22]。在慢性HIV-1感染者血液中显著升高的LPS是肠道菌群移位的一个标志物[14]。

慢性HIV感染引起的肠道屏障功能缺失与患者血浆细菌脂多糖（LPS）抗原和真菌抗原（1-3)-β-D-葡聚糖（β-DG）水平相关[23]。LPS可以诱导单核细胞和巨噬细胞代谢重编程，通过增加GLU1表达，细胞糖代谢从氧化磷酸化改为糖酵解，增加炎性细胞因子产生，巨噬细胞从M2表型向M1表型转变[10];β-DG也可以诱导单核细胞代谢重编程，而病毒蛋白vpr则可以诱导巨噬细胞代谢重编程[24]。LPS和β-DG移位与艾滋病患者体内免疫功能缺陷和异常的免疫激活密切相关，有可能增加了非艾滋病相关并发症发生风险[20]。

3、c ART对肠道黏膜免疫、免疫细胞和肠道菌群恢复的影响和临床意义

3.1肠道菌群的变化对免疫重建和病毒潜伏的影响

有效的c ART能够有效控制病毒复制，使患者的CD4细胞数量增加，免疫功能恢复甚至达到免疫重建。但仍有部分患者接受治疗后CD4细胞不能完全恢复正常[25]。与IRs相比，INRs患者肠道中的梭细菌属、普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii）、罕见小球菌属成员（Subdoligranulumsp）和陪伴粪球菌（Coprococcus comes）相对丰度较高。梭细菌属的相对丰度与CD4细胞的激活呈正相关，但与外周血CD4细胞数量呈负相关[16,26]。Subdoligranulumsp和陪伴粪球菌相对丰度与体内CD8细胞的激活呈正相关，而与外周血CD4细胞数量负相关[27]。有研究报道普氏菌属（Prevotella）相对丰度与单核细胞激活标志物IP-10和菌落移位标志物s CD14正相关，而与CD4细胞数量呈负相关[19]。也有报道普氏菌属的相对丰度与黏膜激活的CD4细胞和CD8细胞数量和激活的DC水平有强烈的正相关[28]。这些研究提示普氏菌属可能驱动了体内免疫异常激活，不利于HIV-1感染者的免疫恢复。

HIV-1病毒潜伏库是一些具有病毒复制能力，但处于转录沉默状态的原病毒，隐藏于各种解剖结构和各种类型细胞中，例如，长寿命的记忆性T细胞中[29]。病毒潜伏库在急性HIV-1感染期间就已建立，c ART并不能清除。一旦c ART中断，就发生病毒反弹。由于c ART中断时病毒库越小，出现病毒反弹的时间就越迟。了解病毒潜伏库形成的机制，不但对艾滋病的治疗，而且对预后，对探讨治疗病毒潜伏库的有效策略，以实现临床治愈都具有重要意义[30,31]。最近发现，c ART中断后，肠道拟杆菌/梭状芽孢杆菌比值与病毒潜伏库的大小和病毒血症的控制与否呈负相关[31]。因此，病毒潜伏库与菌群失调、以及肠道结构变化和肠道免疫细胞的恢复之间的相互关系和机制，有必要深入研究，后者可以为临床治愈策略提供新的线索。

3.2肠道菌群移位对机体免疫异常激活和系统性慢性炎症的影响

全身系统性慢性炎症和免疫细胞异常激活是HIV-1感染者的一个显著的病理学特点[32]。与IRs相比，INRs表现为较严重的免疫异常激活和炎症状态[18]。后者主要表现为先天性和继发性免疫细胞获得激活表型，分泌可溶性炎症介质，如IFN-α、IL-1β、IL-6、TNF-α、TGF-β、RANTES和IP-10（又称CXCL10）等。患者体内免疫细胞异常激活和系统性慢性炎症还与血浆中移位的肠道菌群的种类和组成比例密切相关[32]。近期多个研究团队分别报道，患者外周血沙雷菌丰度增加与促炎细胞因子和Th17细胞因子的增加呈正相关，而与Th1/Th2细胞因子呈负相关。假单胞菌和放线菌门、类杆菌门和真菌门的几个菌属与此相反。这些细菌的丰度与促炎细胞因子和Th17细胞因子水平成反比，而与Th1/Th2细胞因子水平成正比。此外，沙雷菌丰度与免疫细胞糖酵解正相关，与线粒体功能负相关[4,33,34]。

长期有效的c ART可以显著降低艾滋病患者体内免疫异常激活和炎症水平，但不能完全纠正免疫异常激活和炎症状态。治疗期间，持续的T细胞激活与患者的CD4细胞增量下降有关[16]。在接受c ART的患者血液中，来自肠道菌群移位标志物核糖体16S RNA显著升高，其水平与T淋巴细胞激活水平正相关，与CD4细胞恢复负相关。研究发现患者体内血浆真菌抗原βDG[(1→3)-β-D-Glucan]水平升高。后者是真菌细胞壁成分，能够强烈诱导抗真菌免疫的PAMP(pathogenassociated molecular pattern）分子。长期c ART不能恢复βDG水平[11]。最近MEHRAJ等[23]报道，훽DG水平与活化的CD4细胞和CD8细胞水平、IDO1(indoleamine-2,3-dioxygenase-1）酶活性、血浆s CD14和脂多糖水平正相关，而与CD4细胞数量呈负相关。这些研究均提示肠道菌落产物从肠道移位进入循环系统，可能与c ART期间的免疫异常激活和CD4细胞有关[16]。另一方面，肠道黏膜严重的炎症状态，又进一步加重了肠道菌群移位，造成恶性循环[25]。肠道微生物及其代谢产物例如内毒素，通过受损的黏膜屏障进入血液循环，刺激机体免疫细胞产生持续炎症，并与疾病临床进展和非艾滋病并发症的发生有关。简言之，c ART能降低病毒载量，增加外周血CD4细胞数量；但无法根除HIV病毒储库、使肠道微生物组的组成恢复正常水平。除非在病毒感染10～20天内接受治疗，否则不能完全消除肠道炎症和系统性炎症[10,11,18]。

一般认为，c ART无法恢复到感染前的肠道免疫水平，特别是Th17淋巴细胞的数量和功能。LAZZARO等[32]发现c ART虽然增加了肠道CD4细胞的数量，降低了肠道黏膜免疫异常激活，但并没有改变肠道Th17和Th1百分比。有效的c ART影响肠道菌群组成和功能。治疗初期梭杆菌属，变形菌门和球虫（Tenella）增加，拟杆菌门和厚壁菌门减少[18]。短期的c ART不能恢复患者粪便微生物群的丰度和种类达到健康对照组的水平；长期治疗可以部分恢复肠道菌群丰度和种类，但也不能完全达到健康对照组水平[10]。ANCONA等[4]报道24个月的c ART不能改变血浆中肠道菌群的多样性指数和细菌丰度。此外，有研究报道c ART反而降低肠道菌群多样性，增加了菌群失调[18]，此外，c ART的作用也可能与具体药物和治疗方案有关[4]。

4、小结与展望

总之，慢性HIV-1感染会引起肠道CD4细胞显著丢失，同时肠道结构、肠道菌群和肠道黏膜免疫发生一系列病理学变化。目前有效的c ART能够使外周血中的病毒降低到检测不到的水平，但无法完全清除潜伏病毒，肠道免疫细胞的缺失也难以完全恢复；此外，不仅患者肠道的结构损伤和菌群失调难以恢复至健康人水平，而且患者全身性炎症和持续的过度免疫激活长期存在。因此，临床医生制定有助于恢复肠道微生态的策略，将会促进艾滋病患者肠道黏膜免疫恢复和整体免疫功能的重建。今后，应深入研究疾病进展过程中和c ART后，患者肠道黏膜免疫细胞的动态变化，同时分析患者肠道微生态、菌群移位和全身系统性炎症之间的相关性，将有助于阐明影响肠道黏膜免疫细胞变化的关键靶点和肠道菌群的关键成分，从而创建新型有效的治疗技术，进一步提高临床疗效。

利益冲突：

所有作者均声明不存在利益冲突。

参考文献:

[7]万林钰,曹文静,焦艳梅,等.经治艾滋病患者免疫恢复和免疫无应答相关研究进展[J].传染病信息,2022, 35(2):111-118.

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基金资助:国家重点研发计划(2022YFC2304403)~~;

文章来源:王泽瑞,焦艳梅,洪卫国,等.艾滋病患者肠道免疫细胞和肠道菌群的变化及其临床意义[J].中国艾滋病性病,2024,30(04):414-419.