倪衍玄教授解決臺灣兒童氣喘與過敏病重大疾病負擔

期刊名稱：Gastroenterology

刊載期數及頁碼：January 2018 Volume 154, Issue 1, p154-167

(2018年1月份 第154冊 第154至167頁)

線上發表日期為2017.9.11

過敏性疾病是全球公共衛生的重要問題，我國亦然。臺北市衛生局所做的篩檢統計顯示，近20年來幼童過敏性鼻炎的比例已攀升超過6倍，2011年臺灣兒童氣喘與過敏病整合型研究計畫所執行的大型篩檢顯示48％的臺灣兒童及青少年至少有一種以上的過敏症狀，如氣喘、鼻炎和濕疹。這些調查突顯過敏性疾病已是臺灣的重大疾病負擔，急需尋找克服此臨床挑戰的新策略。

過去文獻已知嬰幼兒腸道菌相失調與過敏性疾病有很大的關係。但是截至目前為止，究竟是哪一種腸道菌的減少或增加導致過敏症狀則尚未有定論。主因是由於相關的研究採用不同的檢測系統，測得結果差異性大，尤其是傳統的細菌培養法經常導致能分辨的菌種低於預期數量。此外，缺乏連續性樣本是問題所在，大部分研究僅納入了正處過敏狀態的研究對象，導致缺乏病發前的菌相數據可做比較。最關鍵的問題是多數研究的對照組/控制組來自與患者不同的家庭，與患者毫無血緣關係，因此造成影響菌相的遺傳和環境因子無法得到很好的控制比對。

上述缺點妨礙了揭發過敏特定細菌的機會，並且擾亂了有效治療策略的發展。因此，我們嚴謹地設計雙胞胎族群為研究對象，藉此降低前述由家族和環境決定因素造成的實驗偏差，由出生的第一天即開始收集糞便（胎便），接著收集第1、2、6和12個月的糞便檢體，並同時追蹤他們的臨床記錄，以便在疾病發作之前有足夠的時間窗口檢測腸道菌相。當發現雙胞胎其中一人患有過敏性疾病，另一人無時，我們就使用PCR- TTGE（temporal temperature gradient gel electrophoresis）和次世代定序法（next generation sequencing , NGS）來比較過敏組與健康控制組的腸道菌組成，以確保能正確辨識造成過敏的致病菌。

在4年研究期間，其中20名幼童（45.5％，20/44）出現過敏性疾病。我們在過敏幼童的糞便中檢測到屬毛螺旋菌科（Lachnospiraceae）的瘤胃球菌（Ruminococcus gnavus）過度生長，顯著高出健康的控制組幼童（p < 0.004）。此現象在患者2個月大時即出現，並持續增長到1歲。在過敏病症出現前，已可觀察到R gnavus在糞便檢體中飆長。簡言之，R gnavus在個體腸道中定殖（Colonization）過早（1歲以前，健康幼童大約2歲以後此菌方會定殖）或此菌繁殖過盛，終將致使兒童罹患過敏性疾病，尤其是呼吸道過敏。

基於這些臨床觀察的結果，我們建立氣喘小鼠模型來驗證R gnavus過度生長在過敏疾病的重要性。發現在過敏原，如卵白蛋白（ovalbumin）的刺激下，小鼠腸道的R gnavus立即快速生長。再將從人體糞便純化的R gnavus透過胃灌食送入小鼠體內，R gnavus在小鼠腸道定殖後，這些小鼠一旦支氣管受刺激，就會出現典型的氣喘表徵。當我們更深入探索R gnavus的致病機制時，發現定殖在小鼠腸道的R gnavus會激發大腸上皮細胞，釋放細胞因子IL-25，IL-33和TSLP，三者的分泌皆能有效活化第二型先天淋巴細胞（Type-2 innate lymphoid cells）和樹突細胞（Dendritic cells）。此兩種細胞在成熟後，能馬上激活Th2細胞的分化，使之釋出Th2細胞因子（如IL-4，IL-5和IL-13），吸引大量的嗜酸性粒細胞（Eosinophils）和肥大細胞（Mast cells）浸潤大腸組織。隨後Th2細胞、嗜酸性粒細胞和肥大細胞將透過血流和淋巴系統遷移至肺實質，並在該處繼續釋放IL-4，IL-5和IL-13，誘使B細胞分化並產生IgE，加速發炎反應的進行，同時氣管平滑肌出現氣道過度反應，氣管上皮細胞則分泌過多的黏液，因此造成氣喘病症持續發作。除了在小鼠體內的研究，我們也進行體外細胞試驗，直接將R gnavus與小鼠大腸組織一起在厭氧環境下培養三天，結果此大腸組織釋出大量的IL-33，比控制組多出700倍。此外，我們又證明R gnavus可刺激從小鼠骨髓純化的單核細胞分化成成熟的樹突細胞，且此樹突細胞可成功分化初始T細胞（naive T cell）為Th2細胞，並釋放IL-5和IL-13在培養液中。

這些實驗結果讓我們成功驗證了R gnavus的過度增生確實會誘發氣喘。未來，我們希望能繼續深入探討R gnavus其導致過敏的基因產物，藉此研發有效的拮抗劑，供作過敏治療用。