寄生性蠕虫是多细胞无脊椎动物,主要包括扁形动物门(如绦虫和吸虫)、线形动物门和棘头动物门物种
[1]。蠕虫感染是全球范围内最常见的传染性疾病之一,影响全球超过六分之一的人口,尤其是在经济和卫生条件相对较差的发展中国家感染率非常高
[2]。近几年研究发现,蠕虫感染会显著影响宿主肠道菌群的结构。肠道菌群是指存在于人或动物消化道内的微生物群体,包括细菌、真菌、古细菌等
[3]。肠道菌群在机体新陈代谢、肠道健康以及先天和适应性免疫反应等诸多过程中都发挥着重要作用
[4-5]。
由于共用重叠的生态位,蠕虫和肠道菌群在宿主体内可相互作用,改变宿主肠道内环境,影响着宿主健康。例如,蠕虫感染通过损害肠道菌群的代谢功能,导致宿主体质量减轻和营养不良
[6]。某些蠕虫感染也可以改善肠道菌群的代谢活动,将膳食纤维发酵成短链脂肪酸,促进宿主吸收,使宿主获益
[7]。此外,蠕虫感染还通过促进免疫反应抵抗一些其他类型的感染。例如,有研究表明蠕虫感染后可以诱导宿主Th2免疫细胞极化,对抗幽门螺杆菌的感染,降低宿主患胃癌的潜在风险
[8]。另外,肠道菌群可以产生一些具有抗菌活性的物质,如短链脂肪酸等,可直接或间接地影响蠕虫的生存和繁殖
[9];并且肠道菌群中的有益菌株可以通过竞争排斥机制阻止蠕虫的定植和生长,从而减轻或阻止蠕虫感染。还有研究表明,蠕虫和肠道菌群之间的相互作用会增加宿主调节性T细胞的分化,从而影响宿主对某些疾病的易感性。这些研究突显了蠕虫与肠道菌群之间互作的重要性和复杂性。
本文主要综述近几年蠕虫感染与宿主肠道菌群在宿主免疫调节方向的互作机制研究进展。
1 线虫与宿主肠道菌群互作机制
线虫属线形动物门(Nemathelminthes)线虫纲(Nematoda),可在多种环境下生存。寄生线虫传播范围广,宿主多,生命周期十分复杂,可在宿主体内不同的组织之间迁移,可导致宿主出现腹泻、腹痛、咳嗽等症状,严重者会死亡。大量研究表明,线虫感染会显著改变宿主肠道菌群的组成,诱导宿主免疫反应。以下简述钩虫、鞭虫、多形螺旋线虫及蛔虫等主要线虫感染与宿主肠道菌群相互作用的研究进展。
1.1 钩虫
钩口科线虫统称为钩虫(Hookworm),是一种通过土壤传播的蠕虫,主要有十二指肠钩口线虫(
Ancylostoma duodenale)、美洲板口线虫(
Necator americanus)、犬钩口线虫(
Ancylostoma caninum)和巴西钩口线虫(
Ancylostoma braziliense)等。钩虫成虫以钩齿或切盘侵蚀宿主胃肠道,引发出血,常导致贫血和蛋白质流失等症状
[10]。其中美洲钩虫在全球分布广泛,关于该虫的研究较多。
早期有研究表明,人感染美洲钩虫后其肠道菌群的丰度显著增加
[11],这有助于宿主调节免疫稳态来抵抗炎症
[12]。Ducarmon等
[13]临床实验发现,美洲钩虫感染患者的肠道菌群巴氏杆菌科的丰度上升尤为显著。进一步研究发现,美洲钩虫感染能通过激活Th2免疫,抑制促炎因子IL-23等的产生,并促进肠道中IL-10、TGF-
β等抗炎因子和组织愈合因子IL-22的表达,为钩虫感染抑制炎症性疾病的研究提供了思路
[14]。此外,Ferreira等
[15]发现犬钩口线虫的排泄分泌产物具有抗炎症和减肥的作用,这为进一步研究人类肠道炎症性疾病的治疗方法提供了支持。
1.2 鞭虫
鞭虫(Trichuris)有毛首鞭形线虫(
Trichuris trichura)、鼠鞭虫(
Trichuris muris)、猪鞭虫(
Trichuris suis)等。鞭虫寄生在宿主大肠中,其营养来源为宿主的组织液和血液。鞭虫感染会引发一系列严重的疾病,包括腹泻/腹痛、营养不良和儿童身体发育不良,影响其健康状况。有研究表明,在缺乏细菌的环境中,鞭虫无法孵化及感染宿主,这引发了学者们对鞭虫和肠道菌群之间相互作用的关注
[16]。
鼠鞭虫感染模型是揭示宿主-寄生虫-肠道菌群之间相互作用和免疫调控相关机制的常用模型,因此相关研究较多。由于鼠鞭虫的整个生命周期都在大肠(包括盲肠和结肠)内,该虫寄生会诱导Th2免疫反应,刺激结肠蠕动和分泌黏液,影响肠道菌群的结构。例如,Rosa等
[17]研究显示鼠鞭虫感染与一些细菌在属水平上呈正相关,包括埃希氏菌属/志贺氏菌属、普雷沃氏菌属、链球菌属和类杆菌属,而与黏液真杆菌属和毛螺菌属等细菌丰度呈负相关。Ramanan等
[18]研究发现,Nod2
-/-小鼠感染鼠鞭虫后通过促进梭状芽孢杆菌的生长来抑制促炎性拟杆菌的扩增,从而缓解结肠炎的症状。此外,还有研究表明,通过改变饮食降低狭义梭菌属等有害菌丰度,提高双歧杆菌属和另枝菌属等有益菌丰度,可以减轻或避免人鞭虫感染
[19]。这些结果突显了鞭虫感染与肠道菌群之间密切的关系,为治疗炎症性疾病提供了研究基础。
1.3 多形螺旋线虫
多形螺旋线虫(Heligmosomoides polygyrus)是小鼠天然携带的寄生虫,通过口腔进入小鼠体内,在小肠内度过完整的生命周期,成熟并随粪便排卵。许多研究显示,多形螺旋线虫感染能显著改变小鼠肠道菌群的结构,并引发宿主免疫调控。
有研究表明,在无菌小鼠体内,多形螺旋线虫繁殖能力降低,并且与普通小鼠相比,在具有抗菌功能细胞因子基因的表达上表现出显著的差异;同时,多形螺旋线虫感染的无菌小鼠小肠Th2免疫反应更强烈,表达视黄酸相关孤儿受体-
γt的Foxp3
+调节性T细胞显著减少,这表明菌群有利于驱动寄生虫的免疫调节途径
[20]。此外,多形螺旋线虫也被广泛应用于肥胖模型研究中。例如,Su等
[7]研究发现,感染多形螺旋线虫的小鼠及其后代能有效抵抗由高脂饮食诱导的体质量增加,并且感染多形螺旋线虫的母代小鼠乳杆菌属、异芽孢杆菌属、阿克曼氏菌属等抑炎细菌的相对丰度显著增加,类杆菌属的丰度减少。其后代在属水平上也表现出与母代类似的肠道菌群组成,主要表现为短链脂肪酸的增加,表明蠕虫感染引起的肠道菌群变化可以传递到子代的肠道菌群,并且这种改变与肥胖易感性有关
[7]。Reynolds等
[21]研究表明,乳酸菌的丰度与小鼠肠道多形螺旋线虫感染呈正相关,同时也与Treg细胞的反应升高有关。给予小鼠台湾乳杆菌后,发现促进了Treg细胞的扩增,并导致了更高的蠕虫负荷,从而证明共生细菌促进肠道寄生虫感染的因果关系。由此可见,多形螺旋线虫感染导致宿主肠道菌群发生变化,同时肠道菌群的变化也影响着该虫的生存,二者相互作用,改变宿主的健康状态。
1.4 蛔虫
蛔虫(Roundworm)种类有很多,研究较多的有似蚓蛔线虫(
Ascaris lumbricoides)、猪蛔虫(
Ascaris suum)、犬蛔虫(
Toxocara canis)等。蛔虫主要流行于气候温暖、卫生条件较差的地区。全世界每年约6万人感染蛔虫,感染人群以儿童为主,慢性感染会导致宿主营养不良和发育缺陷
[22]。蛔虫幼虫在宿主体内移行和发育,最终定居在小肠,发育为成虫夺取宿主营养。迁移和循环的这一阶段可能会影响肠道菌群的组成和功能。
蛔虫感染已被证明会导致宿主微生物组和代谢的改变。Wang等
[23]研究表明,猪蛔虫感染对宿主氨基酸代谢和合成、碳水化合物代谢及脂肪酸合成有影响。Midha等
[24]研究发现,感染猪蛔虫的猪空肠内菌群丰富度显著降低。肠道菌群发生这种变化,可能部分是因为猪蛔虫在宿主肠道中分泌溶菌酶、抗菌肽、凝集素等抗菌活性物质,改变了菌群的结构,从而为自己提供有利的生存环境
[25]。还有研究表明,蛔虫感染通过促进菌群变化从而调控免疫。例如,猪蛔虫感染后可能会通过促进乳酸杆菌来诱导调节性T细胞的分化,从而抑制Th2免疫介导的过敏性气管炎症
[26]。Klomkliew等
[27]首次对感染似蚓蛔线虫的患者以及虫体自身肠道菌群的丰度变化进行研究,并在不同感染程度的情况下进行深入研究。结果表明,感染的严重程度与虫体的肠道菌群有关,而与患者的肠道菌群无关。具体来说,在重度感染患者的虫体肠道菌群中链球菌属占主导地位,在轻度感染患者的虫体中乳酸菌属的丰度更高,这些结果为抗寄生虫药物的研究提供了新的思路
[27]。
2 绦虫与宿主肠道菌群互作机制
绦虫属扁形动物门(Platyhelminthes)绦虫纲(Cestoda),在世界各地都有感染病例,其种类繁多,形态大小不一,寄生部位也不同。肠道寄生的绦虫感染大部分症状较轻,多为呕吐、腹泻、营养不良等;而寄生在大脑、肝脏、心脏等组织中的绦虫或幼虫感染则症状较严重,可导致寄生部位疼痛肿胀、神经疼痛、肌无力,甚至导致寄主死亡。本文重点介绍膜壳绦虫和棘球绦虫与宿主肠道菌群之间相互作用的研究进展。
2.1 膜壳绦虫
膜壳绦虫是鼠类常见的绦虫,有微小膜壳绦虫(
Hymenolepis nana)和缩小膜壳绦虫(
Hymenolepis diminiuta)2 种。它们主要寄生于鼠类的小肠,同时也可在人体内寄生,是重要的人畜共患寄生虫病之一。其中对缩小膜壳绦虫的研究较多,有报道称,缩小膜壳绦虫能有效抑制炎症性疾病
[28]。
有研究发现,缩小膜壳绦虫感染对克罗恩病、类风湿性关节炎和脊柱关节炎等疾病都有治疗效果
[29-31]。最近的研究还表明,缩小膜壳绦虫感染的这些现象可能与肠道菌群有关
[31-32]。Shute等
[32]的研究表明,感染缩小膜壳绦虫小鼠的粪便中,菌群
α和
β多样性显著增加,特别是毛螺菌科细菌和梭菌属XIVa的丰度显著上升。将这些小鼠的粪便移植到无菌小鼠体内,能缓解由二硝基苯磺酸(DNBS)诱导的结肠炎,同时增强Th2免疫应答,并且在感染小鼠的结肠中抑制炎症相关因子IL-10、IL-25、Muc2和
β2防御素等的mRNA水平升高
[32]。

等
[31]发现,在缩小膜壳绦虫感染大鼠后同样具有缓解炎症性疾病的作用。大鼠感染缩小膜壳绦虫后,厚壁菌门发生变化,梭状芽孢杆菌和乳酸杆菌大量增殖;使用广谱抗生素清除大鼠肠道菌群后,发现对炎症性疾病的抑制作用也随之消失
[33]。此外,对有关狐猴感染缩小膜壳绦虫的研究发现,肠道中缩小膜壳绦虫的感染与乳酸杆菌目和芽孢杆菌目的丰度呈负相关
[34]。
2.2 棘球绦虫
棘球绦虫的幼虫(棘球蚴)可感染人或家畜等动物,引起人兽共患病棘球蚴病,也称为包虫病。棘球绦虫的种类较多,主要的致病性病原有以下4 种:细粒棘球绦虫(Echinococcus granulosus)、多房棘球绦虫(Echinococcus mulitilocularis)、少节棘球绦虫(Echinococcus oligathrus)、福氏棘球绦虫(Echinococcus vogeli)。细粒棘球绦虫感染会引起囊性包虫病(CysticEchinococcosis,CE),多房棘球绦虫感染会引起泡状包虫病(Alveolar Echinococcosis,AE)。有许多研究都报道了棘球绦虫感染会影响宿主肠道菌群的多样性。
Liu等
[35]研究结果表明,感染细粒棘球绦虫的藏羊肠道中致病菌增加,有益菌减少。其中,感染的藏羊肠道中装甲菌门和厚壁菌门的比例显著降低,而放线菌门、绿弯菌门和酸杆菌门的比例显著增加
[35]。Cao等
[36]研究发现,AE和CE患者的肠道菌群在门水平上多样性没有变化;但在属和种水平上,AE患者粪便中含有更高丰度的黏液罗氏菌、副血链球菌、唾液链球菌和戴阿利斯特杆菌,CE患者粪便中含有高丰度的多形拟杆菌、异裂副杆菌、埃希氏菌和史氏甲烷短杆菌。以上研究说明,棘球绦虫幼虫感染对肠道菌群组成产生很大影响。另外,有研究也表明棘球蚴感染能缓解炎症性疾病。Wang等
[37]研究发现,多房棘球蚴感染Balb/c小鼠后不仅减轻了Balb/c小鼠的结肠炎症,导致肠道菌群结构发生改变,还引发了结肠Foxp3
+调节性T细胞群体的显著扩增,这一过程伴随罗伊乳酸杆菌的显著增加和产短链脂肪酸的代谢能力显著增强。可见,棘球绦虫感染能改变宿主的肠道菌群,且有效缓解炎症性疾病。
3 吸虫与宿主肠道菌群互作机制
吸虫属于扁形动物门(Platyhelminthes)吸虫纲(Trematoda)。吸虫种类繁多,分布广泛,造成的危害严重。不同吸虫的寄生部位不同,在肠道、肝脏、心脏、呼吸系统、排泄系统都有寄生。吸虫感染可导致宿主消瘦甚至死亡,严重影响着人类的健康和畜牧业的发展。在与肠道菌群相关的研究中华支睾吸虫和血吸虫的研究较多。
3.1 华支睾吸虫
中华分支睾吸虫(
Clonorchis sinensis)简称华支睾吸虫,又称肝吸虫,是一种人畜共患寄生虫病,全球约有3 500万人感染
[38]。华支睾吸虫主要寄生于人、犬、猫、猪及其他一些野生动物的肝脏胆管和胆囊内,人是其终末宿主,多数动物为隐性感染,临床症状不明显。华支睾吸虫从宿主十二指肠向胆管迁移,在胆汁环境中发育为成虫
[39]。有研究表明,华支睾吸虫感染对肠道菌群介导的免疫调节有显著影响。
Kim等
[40]发现华支睾吸虫感染小鼠后,肠道菌群组成发生了显著变化,其中乳杆菌属的丰度增加,乳杆菌属已被证明有调节宿主免疫系统和减轻免疫介导性疾病的作用。另外,有报道称华支睾吸虫半胱氨酸蛋白酶(rCsCP)也有治疗炎症性疾病的作用。Xie等
[41]研究发现,rCsCP能有效减轻DSS诱导的急性结肠炎,CsCP可通过刺激先天免疫,上调Th2相关细胞因子IL-10、IL-4和IL-13的分泌,下调炎症细胞因子IL-12b、IL-23、IL-7和IL-17A的表达,从而限制Th1/Th17细胞的转化来改善急性结肠炎。Xu等
[42]发现,肠道菌群组成的变化(有益菌双歧杆菌的下降和有害菌肠球菌的上升)与每克粪便中华支睾吸虫虫卵的数量(每克粪便中虫卵数量的估计)之间存在负相关。
3.2 血吸虫
血吸虫病是一种严重的人畜共患蠕虫病,发病率和死亡率很高。根据2021年世界卫生组织的数据,血吸虫在全球75个国家和地区都有流行,有约7亿人面临感染风险
[43]。血吸虫病的主要病原有5种,均为血吸虫属吸虫,包括日本血吸虫(
Schistosoma japonicum)、曼氏血吸虫(
Schistosoma mansoni)、埃及血吸虫(
Schistosoma haematobium)、间插血吸虫(
Schistosoma intercalatum)、湄公血吸虫(
Schistosoma mekongi)。血吸虫可寄生在宿主的肠道和肝脏内,虫卵沉积在肝脏内会导致肉芽肿形成,最终发展为肝纤维化和门静脉高压症
[44]。目前在中国流行的是日本血吸虫,该病主要分布在长江以南多个省份
[45]。
有研究报道了曼氏血吸虫感染的小鼠肠道菌群组成发生变化,观察到菌群的
α多样性减少但
β多样性增加,特别是黏液阿克曼菌和乳酸杆菌增加
[46]。而在日本血吸虫的研究中也有类似现象。Lin等
[47]对94例人和小鼠粪便样本进行肠道菌群组成分析,发现日本血吸虫感染样本中肠道菌群的
α多样性降低,同时拟杆菌属、蓝杆菌属和乳杆菌属的相对丰度增加。此外,研究还表明肝脏肉芽肿与拟杆菌、普雷沃氏菌、副拟杆菌等呈正相关,与另枝菌属等呈负相关;肝脏纤维化与肠球菌、乳酸杆菌、异型乳杆菌、副乳杆菌等呈正相关,与毛螺菌属、紫单胞菌等呈负相关
[47]。Zhang等
[48]研究表明,日本血吸虫感染小鼠的肠道菌群表现为厚壁菌门的丰度降低,拟杆菌门的丰度增加。用抗生素消除感染小鼠的肠道菌群后,可显著改善肠道肉芽肿的形成和纤维化,这提示了肠道菌群在血吸虫感染中的作用。随后,将正常小鼠的肠道菌群移植到感染小鼠体内一段时间后,发现感染小鼠肠道中IL-4、IL-5和IL-13的表达水平降低,而抑炎因子IL-10和TGF-
β水平上升
[48]。这些结果揭示了在日本血吸虫感染中,肠道菌群通过调节局部免疫反应来发挥作用。此外,Cortés等
[49]揭示了肠道菌群在血吸虫病感染中的有害和保护作用,一方面菌群可能有助于血吸虫虫卵的繁殖;另一方面,菌群还能抑制血吸虫对机体组织造成的损伤。这为研发针对血吸虫病的新型可持续治疗方案提供了理论依据。
4 小结与展望
近年来,蠕虫感染与肠道菌群互作的相关研究取得了显著的进展。在这篇综述中,从动物模型和临床病例中分析了蠕虫和宿主共生细菌之间的相互作用,揭示了这种互作对宿主免疫反应和寄生虫感染的影响。发现众多证据表明蠕虫可以显著改变宿主的肠道菌群结构,并介导宿主的免疫调节。但由于寄生虫的种类、移行、寄生部位、感染周期等存在差异,造成了感染后宿主肠道菌群的改变较复杂,缺乏良好的一致性,这仍需细致和深入的研究和比较。
目前,蠕虫疗法也是一个备受关注的研究领域,已经开始在复杂的过敏性疾病等临床治疗中进行探索。未来,应深入研究不同寄生虫与肠道菌群之间的关系,并进一步分析对多种疾病的治疗效果。此外,研究者们要更关注蠕虫感染后对宿主免疫系统的长期调节效应,以及这些效应如何影响宿主的整体健康状态。这对理解蠕虫感染与宿主免疫调节及微生物组三者之间的关系具有重要意义。最后,要将这些研究成果进行更多的临床转化研究,开发潜在的宿主自身免疫疾病新型治疗策略,以造福人类。
国家重点研发计划项目(2023YFD1801700)
甘肃省杰出青年基金项目(21JR7RA027)