依據免疫學基本概念，機體對“自身”與“非己”的識別，假設所有的微生物是“非己”，也就被認定所有的微生物為“病原體”。事實上，人類是活在一個微生物占主導的世界并且極大受益于這些微生物群，免疫學的認識也隨之轉變。因此，超級生物體理論中的“自身”定義擴展到包括我們自己的身體和菌群成分。宿主的黏膜免疫系統的特點是對眾多微生物的耐受，而不是反應。顎脊椎動物的適應性免疫系統與復雜的微生物生態系統是共生互惠的關系。

研究證實，腸道菌群是驅動出生后免疫系統發育成熟和誘導免疫反應平衡的基本（原始）因素。腸道菌群對免疫系統的作用是多個方面的，既可對固有免疫反應，又可對適應性免疫反應；既可對黏膜免疫系統，又可對全身免疫系統發揮作用。其作用可以歸納為：①促進出生后腸道黏膜免疫系統和全身免疫系統的發育成熟；②刺激腸道分泌sIgA；③參與口服免疫耐受的形成，包括對無害食物和腸道菌群的耐受；④均衡細胞因子合成和釋放而調節腸道免疫炎癥反應，并且通過抑制腸道黏膜過度生成炎癥因子降低系統全身性免疫應答反應。更深入的研究表明，腸道菌群及其組分（細胞壁、DNA等）能夠被固有免疫細胞（巨噬細胞和樹突狀細胞）和腸上皮細胞的模式識別受體（TLRs、CD14、NOD等）識別，影響其信號傳導，特別是核轉錄因子NF-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和AP-1（Activator protein-1），進一步控制免疫反應基因的表達，從而發揮其對宿主的免疫調節作用。腸道菌群對免疫系統的作用具有一定的年齡依賴性，即在生命早期尤其重要，可能對以后許多免疫反應的結局起決定性作用。

固有免疫（innate immunity）又稱天然免疫或非特異性免疫，包括固有免疫屏障、固有免疫分子和細胞。固有免疫屏障包括皮膚黏膜屏障和局部屏障結構，固有免疫分子包括補體、溶菌酶、細胞因子等，固有免疫細胞包括單核/巨噬細胞、樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）、自然殺傷細胞（NK）和中性粒細胞。固有免疫細胞是機體防御的第一道防線，這些細胞能夠識別到“危險”，并且通過合成一些分子如一氧化氮（NO）、細胞因子和趨化因子，殺傷病菌并且把信號傳遞給其他細胞。

固有免疫是機體接觸抗原后首先出現的反應，其特點是快速、無特異性，不能產生記憶。但固有免疫中單核細胞、巨噬細胞和DCs捕獲抗原后，能夠通過處理加工抗原，將抗原信息傳遞給T淋巴細胞，啟動適應性免疫，該過程稱之為抗原呈遞，參與這一過程的細胞稱之抗原呈遞細胞（antigen presenting cell，APC）。另外固有免疫中合成的某些細胞因子也參與適應性免疫的效應過程，在指導適應性免疫應答中起著重要作用，因此固有免疫是適應性免疫的基礎，APCs對抗原的識別及信號傳遞是聯系固有免疫和適應性免疫的橋梁。

哺乳類動物的固有免疫系統能夠通過模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs），識別許多微生物中共享、結構保守的分子結構，稱之為病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）。PRRs可以存在于細胞表面，負責識別細胞外的PAMPs；也可以存在于細胞內，負責識別進入細胞內的PAMPs。Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）是一種重要的細胞表面PRRs，主要表達在具有免疫功能的組織和細胞如巨噬細胞和DCs表面，目前至少發現有10種TLRs，TLR2識別革蘭陽性菌的肽聚糖（WPG）和胞壁酸（LTA），TLR4識別革蘭陰性菌的脂多糖（LPS），TLR3特異性地存在于DCs，識別病毒雙鏈RNA，TLR5識別細菌鞭毛蛋白，TLR7識別雙鏈RNA，TLR9識別細菌基因庫中的前炎癥CpGDNA（非甲基化的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤基序，一種免疫刺激序列），單核細胞和巨噬細胞還表達另一種與LPS結合的表面受體，即CD14。除巨噬細胞和DCs外，腸上皮細胞也有TLR2和TLR4分布。NOD（核苷酸結合寡聚化結構域）樣受體（NLR）是細胞內重要的PRRs，目前已經確定有20余種NLRs，其中最有特征的NLRs是NOD1（CARD4）和NOD2。這兩種受體均能夠識別肽聚糖片段。TLRs和NOD在啟動固有免疫和適應性免疫、維持黏膜免疫耐受的完整性方面具有重要的作用，并且兩者的作用是相互獨立的。如LPS、肽聚糖和CpG基元（CpGmotifs）與TLRs結合后能啟動MyD88和IRAK信號級聯，進而激活核轉錄因子NF-κB和NF-κB靶基因，使細胞合成并釋放促炎癥因子，如TNF-α、IL-1和IL-6等；NOD也能夠誘導NF-κB的激活或介導程序性細胞死亡。許多研究表明，NOD2的多態性與克羅恩病關聯，而NOD1的多態性與腸道慢性炎癥、濕疹、過敏和哮喘相關聯。CD14、TLR2和TLR4基因多態性與特應性和IgE高水平密切相關。

適應性免疫（Adaptive immunity）由抗原特異性體液和細胞介導的免疫應答組成（體液免疫和細胞免疫），分別表現為形成抗體和細胞應答。參與適應性免疫的細胞主要有三類：APC（主要為DC和巨噬細胞）、T細胞和B細胞。細胞免疫主要需APC和CD8 ⁺T細胞參與，抗體形成主要需CD4 ⁺T細胞和B細胞參加。適應性免疫具有獲得性、抗原特異性、自我限制自我耐受和記憶性等特征。

機體初次接觸抗原后適應性免疫建立較慢（7～10天），但可以產生記憶，當以后接觸同一抗原后能迅速出現反應（1天內）。誘導適應性免疫的第一步是APC呈遞抗原，即抗原表位與主要組織相容性復合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ類或Ⅱ類抗原分子一起形成MHC-抗原復合物被T細胞表面的抗原特異性受體（TCR）識別（第一信號），同時APC表達共刺激分子和T細胞表面的相應的受體結合[CD40和CD40配體，B7-1/B7-2（CD80 和CD86）和CD28等]，形成共刺激通路（第二信號），導致初始T細胞（naive T cell，Th0）激活和增殖，啟動適應性免疫應答。Th0細胞向輔助性T細胞1 （Th1）、輔助性T細胞2（Th2）、TH17細胞或調節性T細胞（Treg）的分化。在此分化過程中，微環境中的DC、細胞因子、抗原的性質和劑量等起著重要作用，其中微環境中的細胞因子作為第三信號可能起主導作用。IL-12和IFN-γ誘導Th0向Th1細胞分化；IL-4誘導Th0向Th2細胞分化；TGF-β和IL-6 或IL-21的共同作用誘導Th0向TH17細胞分化；而IL-10和TGF-β則誘導Th0向Treg分化（圖2-1）。隨著免疫應答的完成，大量激活的細胞凋亡，存活的細胞則形成記憶細胞。

DCs是目前所知的在機體內功能最強的專職APC，能夠刺激Th0活化和增殖，在適應性免疫應答中起關鍵的作用。正常情況下體內絕大多數DCs以不成熟的形式存在于組織中，未成熟DC具有極強的攝取和處理抗原的能力，但僅表達低水平的MHCⅡ類分子、共刺激分子和黏附分子，刺激Th0增殖能力弱。在攝取抗原或受到某些刺激后，未成熟DC開始分化成熟。成熟DC表達高水平的MHC-Ⅱ類分子、共刺激分子和黏附分子，而其攝取加工抗原的能力大大降低。DC在成熟過程中同時發生遷移，由獲取抗原信息的外周組織通過淋巴管和（或）血液循環進入外周淋巴器官，并在外周淋巴器官呈遞抗原，激發T細胞應答。作為專職的APC，DC能夠給Th0細胞提供信號，始動和調整免疫應答，產生不同的結果：免疫反應和免疫耐受。

Th1/Th2平衡：Th1細胞主要分泌IL-2和IFN-γ（一種前炎癥因子），促進T細胞的增殖和巨噬細胞的活化，主要參與細胞免疫反應，過度反應可導致遲發型超敏反應、炎癥性腸病和自身免疫性疾病的發生。Th2細胞能分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13，這些因子具有抗炎特性，能夠誘導B細胞產生大量的同種型抗體及其亞類，包括IgG1、IgG2b、IgA和IgE，過度反應可導致過敏反應。Th1 和Th2兩類細胞的激活相互抑制，如IL-10能抑制Th1細胞，而IFN-γ能抑制Th2細胞。

Treg（Tr）是一類不同于Th1和Th2的、具有免疫調節作用的T細胞群體，這些細胞多具有免疫抑制功能，參與多種免疫性疾病發生的病理過程。根據Tr表面標志及產生的細胞因子不同分為CD4 ⁺CD25 ⁺Treg、Tr1和Th3細胞，CD4 ⁺CD25 ⁺Treg的主要機制是通過細胞的直接接觸，發揮免疫無能和免疫抑制兩大功能；Tr1也是CD4 ⁺T細胞，增殖能力強，主要通過分泌IL-10發揮旁觀者抑制效應；Th3 型CD4 ⁺Tr主要分泌TGF-β，對Th1和Th2均具有抑制作用。

TH17細胞是最近發現的CD4 ⁺效應T細胞的新亞群。Th0細胞在TGF-β和IL-6或IL-21的共同作用下分化發育成為TH17細胞。TH17表達的細胞因子和生物學功能、分化過程完全不同于Th1、Th2細胞，分化成熟的TH17可以分泌IL-17、IL-21、IL-22、IL-6、TNF-α等多種細胞因子，而IL-23在促進IL-17分泌，增強TH17細胞效應功能方面發揮重要作用。已經確認TH17路徑在多種自身免疫性、過敏性和細菌免疫性疾病中起關鍵作用。目前認為，Th1、Th2、Treg、TH17細胞的分化之間存在微妙的調節關系，在體內共同維持免疫平衡，如果這一平衡被破壞，則引起過敏性疾病或自身免疫性疾病。

腸道黏膜免疫系統（intestinal mucosal immune system）是由覆蓋有黏液和抗微生物物質的單層上皮細胞，并且裝備有宿主防御的天然免疫和獲得免疫成分組成。因此腸道上皮不僅是消化、吸收營養物質的場所，而且還是機體免疫系統與微生物相互作用的最大器官。腸道微生物群影響腸道黏膜免疫組織的發育和成熟。

腸道黏膜免疫系統由大量彌散性分布在腸黏膜上皮和黏膜固有層（lamina propria，LP）的免疫細胞和免疫分子，以及諸如派氏集合淋巴結（Peyer’s patches，PPs）和腸系膜淋巴結（MLN）等腸道相關淋巴組織（gut-associated lymphoid tissues，GALTs）組成。

腸黏膜上皮細胞（intestinal epithelial cell，iEC）屏障功能和天然免疫是宿主防御最重要的部位，如杯狀細胞分泌黏液覆蓋于整個腸上皮，起到防御和保護作用；隱窩下的潘氏細胞分泌抗菌多肽（antimicrobial peptides，AMPs）或α-防御素，iEC分泌β-防御素保護宿主等。iEC能通過表達細胞因子受體和MHCⅠ類或Ⅱ類分子和CD1抗原發揮抗原呈遞功能。iEC也在腸道菌群與黏膜免疫交互作用的信號傳導中起部分作用。此外iEC還具有攝取和釋放sIgA和分泌細胞因子TGF-β、IL-1、IL-6、IL-7、IL-8等，通過釋放這些細胞因子向腸黏膜上皮層內的潘氏細胞、上皮細胞內（間）淋巴細胞（interepithelial lymphocyte，IEL）等傳遞信息，激活樹突狀細胞、NK細胞、巨噬細胞等，啟動天然免疫和特異性免疫應答。

依據腸道黏膜免疫系統的解剖和功能分為誘導部位（inductive sites）和效應部位（effector sites），誘導部位主要包括PPs和腸系膜淋巴結；效應部位包括分布于絨毛固有層中大量的淋巴細胞（lamina propria lymphocyte，LPL）和上皮細胞內（間）淋巴細胞（interepithelial lymphocyte，IEL）（圖2-2）。

GALTs是腸道黏膜免疫系統誘導免疫應答的部位，主要分布于回腸和結腸黏膜下層的PPs和腸系膜淋巴結，其中PPs是誘導免疫應答的極其重要的場所。PPs中心區域富含B細胞，受抗原刺激后形成生發中心，類似于脾和淋巴結內的二級濾泡，B細胞主要為IgA+細胞，少數IgM+、IgD+細胞位于濾泡間區。T細胞主要分布于濾泡間區，形成濾泡間T細胞區（IFR），包括CD4 ⁺和CD8 ⁺T細胞，95%以上的T細胞表達αβTCR，少數表達γδTCR。PPs中50%～60%的αβTCRT細胞為CD4 ⁺T細胞，其余為CD8 ⁺T細胞。

PPs表面被特化的小腸上皮，即濾泡相關上皮（FAE）覆蓋，其內含有M細胞（又稱微折疊細胞，membrance cell or micrfold cell）。M細胞在腸腔面形成微折疊，替代了存在于吸收性腸上皮細胞表面的微絨毛，并且缺乏厚的表面多糖被，不能分泌黏液。M細胞通過內吞作用從腸腔攝取抗原（蛋白質、顆粒物質、細菌、病毒和寄生蟲），然后將這些分子或顆粒以囊泡形式轉運到細胞基底面，再釋放到細胞外。在其基底側，DCs攝取從M細胞釋放的抗原物質，攜帶這些抗原物質進入PPs的誘導部位或通過淋巴管進入腸系膜淋巴結，再進行加工處理和MHCⅡ類分子形成復合物，呈遞給特殊的T細胞，激活免疫反應，決定著免疫反應或免疫耐受。DCs在T細胞激活過程和后來的B細胞IgA轉型和分化中起關鍵性的作用。

腸道黏膜免疫的效應部位包括上皮細胞內淋巴細胞（IEL）、漿細胞、NK細胞和固有層淋巴細胞（LPL），如T細胞、B細胞、漿細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞和肥大細胞。IEL是人體內最大的淋巴細胞群，人類90%以上IEL為αβTCRCD8 ⁺T細胞，少數為γδTCRCD8 ⁺T細胞、sIgA+B細胞和NK細胞。IEL表達CD69（CD69為表達于活化T、B細胞的一種活化誘導分子）和αEβ7整合素，缺少CD2（CD2為大多數T細胞所具有），對絲裂原刺激很少產生增殖反應。IEL具有抑制超敏反應及抗腸道感染的作用，并分泌IFN-γ、IL-5、TFN-α和IL-2等淋巴因子以發揮抗細菌、抗病毒及抗局部細胞癌變的作用。LPL主要為有記憶功能的CD4 ⁺T細胞和sIgA+B漿細胞。CD4 ⁺T細胞表現為免疫調節作用，能分泌IL-10、TGF-β等下調免疫反應的細胞因子，也可影響B細胞分泌sIgA，此后大部分T細胞經歷凋亡過程。這一機制在維持腸道自身平衡，防止針對腸腔內抗原引起免疫反應中起重要的作用。B細胞主要通過分泌sIgA發揮免疫效應，B細胞在由IgM+B向IgA+B細胞轉型過程中受IL-10、TGF-β和IL-4等細胞因子，PPs中的DC和T細胞攜帶的細胞信號的影響，sIgA+B細胞能合成IgA二聚體和J鏈，然后借助腸上皮細胞表達的多聚免疫球蛋白IgA受體（pIgR），穿過上皮細胞進入腸腔，在此過程中IgA二聚體與分泌成分（secretory component，SC，一種由pIgR衍生的蛋白）結合形成能抵抗蛋白酶水解的sIgA。sIgA可與病原微生物、毒素及抗原物質結合，阻止病原體的入侵和抗原物質的滲透，而不激活強烈的炎癥反應和細胞毒反應。

Naive B細胞和T細胞經過高內皮靜脈（high endothelial venules，HEV）進入GALTs，被激活后，形成記憶或效應細胞，經過淋巴引流管進入血液循環，隨著血流再歸巢到黏膜效應部位，在淋巴細胞的循環和歸巢過程中，微血管內皮細胞的黏附分子和趨化因子發揮引導和“把門”作用。在效應部位有大量的B細胞、分泌IgA、IgM和IgG的漿細胞和CD4 ⁺T細胞，產生免疫反應或免疫抑制（耐受）。

是指黏膜淋巴細胞從誘導部位歸巢到效應部位的過程。在PPs內的T細胞被抗原激活后，促使未成熟的B細胞進行型轉換進而形成抗原特異性的IgA ⁺B細胞。這些受刺激的淋巴細胞離開PPs，經腸系膜淋巴結、淋巴管，最終進入胸導管，再進入全身血液循環，此后淋巴細胞表面表達的整合素α4β7，與腸道特異性血管黏膜定居素（addressin）MadCAM-1結合，誘導淋巴細胞穿過血管內皮到達腸固有層和上皮。

在PPs中致敏的淋巴細胞進入體循環，再回歸到黏膜部位發揮免疫效應有重要的生理意義。已經證實，腸道相關淋巴樣組織（gut-associated lymphoid tissue，GALT）中激活的T細胞和B細胞，能夠到達多個包括腸道、呼吸道、生殖道等在內的黏膜相關淋巴樣組織（mucosa associated lymphoid tissues，MALT），發揮針對同一抗原的免疫反應，這一系統統稱為共同黏膜免疫系統（common mucosal immune system）。淋巴細胞特定的再循環及其選擇性地分布是由淋巴細胞和黏膜血管的黏附分子所介導的。

腸道黏膜免疫系統具有兩類重要生理功能（圖2-3）。一是抑制功能，即正常腸道黏膜免疫系統不會針對食物中的可溶性蛋白和腸道中的正常菌群抗原引起局部和周圍免疫應答；一是sIgA的免疫清除作用，保護腸黏膜免受致病菌的侵入和防止腸道正常菌群的移位（Translocation），目前尚不清楚口服耐受的誘導中是否有sIgA的參與。腸道黏膜免疫系統功能出現障礙時，將發生腸道/或全身感染，對食物蛋白的高敏反應和炎癥性腸病（IBD）。

口服耐受（oral tolerance，OT）是指口服可溶性蛋白抗原后，引起機體對該抗原不產生黏膜和全身免疫應答，而對其他抗原仍保持正常的免疫應答的狀態。口服耐受現象的發現已有九十多年的歷史，說明腸道具有誘導耐受形成的獨特特性。影響口服耐受形成和持續時間的因素有抗原的性質和劑量，宿主的遺傳、年齡及有無改變腸黏膜通透性的炎癥性疾病，腸道菌群和細菌毒素等。

口服耐受機制復雜，可能與多種因素有關。腸道黏膜免疫系統對食物耐受性的機制可能為：①黏膜局部APC呈遞食物及其他經口進入的抗原肽給T細胞，誘導了抗原特異性T細胞的凋亡，此現象在經口攝取大劑量抗原的實驗動物得到證實；②經口攝取大劑量抗原誘導T細胞的無能性（anergy），即由于無炎癥反應產生，缺少協同刺激信號，使得識別抗原肽的特異性T細胞對該抗原肽的刺激不能形成反應（即耐受）；③小劑量抗原誘導了調節性T細胞的產生，抑制對再次抗原刺激的特異性應答產生。Th3 和Tr1細胞可分泌IL-4、IL-10和TGF-β等細胞因子，抑制Th1細胞的應答發生，同時局部抗體的產生水平也較低，形成所謂的抗原驅動性抑制或旁觀者抑制（bystander inhibition）。目前認為，有兩條對可溶性食物抗原進行呈遞的途徑特定地誘導了上述免疫耐受機制的發生：一是可溶性食物抗原由腸道局部的APC呈遞，如PP結中的DCs呈遞抗原時，在缺少炎性刺激的情況下，有助于誘導耐受性。二是由腸上皮細胞（iEC）呈遞食物抗原，iEC表達MHCⅠ類和Ⅱ類分子，但缺乏協同刺激分子，在呈遞抗原給IEL時，由于缺少共刺激分子的作用，將誘導T細胞的無能性。此外iEC還可產生IL-10和TGF-β，抑制鄰近T細胞免疫活性，發揮旁觀者抑制效應，參與免疫耐受的形成。

腸道內有大量的微生物定居，腸道生態系統的長期進化最終導致GALTs下調針對正常存在的有益菌群的固有炎癥反應，有人把它稱之為“生理性炎癥”。GALT對有益菌的低反應性主要是由有益菌自身的特點、iEC表面的特性及腸道黏膜固有層（LP）內免疫細胞的特點等三個方面的因素所決定。①有益菌自身的特點：與致病菌不同，有益菌不能表達黏蛋白酶及黏附、定居和侵入因子，因此不能分解腸道內保護性的黏液層，小腸蠕動形成的黏液層流可以將有益菌沖離腸道表面，使其不能黏附iEC，破壞上皮屏障；②iEC表面可能缺少識別有益菌PAMPs的Toll樣受體（TLR），如TLR2、TLR4和CD14，因此不能有效地識別有益菌的PAMPs。研究發現，誘導活化細胞核受體過氧化物酶體增殖子活化受體γ（proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ）可抑制TLR誘導的NF-κB 信號傳導通路，從而抑制了炎癥反應的發生；③LP內含有特殊的耐受性DCs和巨噬細胞。最近的研究表明，腸道巨噬細胞和DCs的功能與外周免疫中的不同，在生理狀況下，巨噬細胞和iEC不表達CD14（針對細菌LPS的表面受體）和CD89（IgA受體），因此它們不能針對LPS合成炎癥因子引起反應，由于巨噬細胞缺乏CD89，則下調IgA介導的吞噬反應，使釋放氧介質，白三烯和前列腺素等前炎癥因子的能力降低。除以上機制外，近年的研究還發現，腸道有益菌群誘導調節性T細胞的產生在維持黏膜對有益菌的耐受中起著重要的作用。雖然腸道中CD4 ⁺T細胞能正常地識別局部有益菌群，但它們的反應能夠被局部調節性T細胞以IL-10和（或）TGF-β的方式抑制，CD4 ⁺CD25 ⁺Treg在抑制細菌抗原的免疫應答中也起重要的作用。此外針對腸道有益菌的免疫耐受可能還存在著其他的調節機制，涉及針對細菌組分的特異性免疫應答，主要為對NF-κB通路的調節。

以上多種機制使腸道黏膜免疫系統對腸道菌群的反應處于較低的水平或耐受狀態，維持著腸道內環境的穩定。在防止腸道菌群引起的炎癥反應調節過程中，存在著腸道免疫系統和腸道菌群之間的“交叉對話”。這一過程是通過對某些核轉錄因子，如NF-κB激活的調節實現的，NF-κB可能在腸道的不同部位存在差異或起主要的作用，他們的作用是由腸道有益菌，也可能是由外源性非致病菌介導的。一旦腸道內環境的穩定狀態發生變化，可以改變NF-κB通路的抑制因素，導致前炎癥因子的釋放和（或）上調CD14表達。在腸道黏膜炎癥過程中，血液中CD14 ⁺單核細胞可能回流到腸黏膜加重炎癥反應，這種情況常見于炎癥性腸病（IBD），IBD時腸道對有益菌群的耐受存在缺陷。時期的免疫反應仍然處于低下的狀態。首先，出生時新生兒B細胞能分化為產生IgM的漿細胞，但不能分化為產生IgG和IgA的漿細胞，因此出生時不能測出分泌型IgA，IgG則來自于母體。產生IgA的漿細胞要到10天左右才能分離到。2～4周后，產生IgM和IgG的漿細胞數量迅速增加，而產生IgA的漿細胞要到12個月后達到最高峰。其次新生兒T細胞，包括CD4 ⁺和CD8 ⁺細胞的總數高于成年人，但大多數在表型和功能上處于原始狀態，90%為CDRA45 ⁺。新生兒T細胞的激活閾值及共刺激依賴IL-2的程度較高，而產生IL-4和IFN-γ的水平低，CD40表達存在缺陷。針對T細胞依賴和非T細胞依賴抗原的免疫反應也有的年齡相關性，但兩者明顯不同，一般非T細胞依賴反應在出生時缺乏，以后緩慢發育，4～6歲時達到成人水平；而T細胞依賴反應代表B細胞受體多樣性和激活B細胞記憶反應的功能在出生時或出生不久即可建立（表2-1）。

腸道黏膜免疫系統的另一項重要功能是分泌sIgA抗體，sIgA是黏膜表面的最重要的抗體，在選擇性IgA缺乏的患者，分泌性IgM也能起引黏膜保護作用。sIgA發揮免疫清除（immune exclusion）作用，而不引起免疫炎癥反應。sIgA通過與微生物抗原結合，阻止其黏附與入侵，在防止腸道條件致病微生物（沙門菌、志賀菌、腸致病性大腸埃希菌、弓形體、輪狀病毒等）感染方面起重要的作用。sIgA還能中和毒素和阻止病毒在腸上皮細胞中復制。此外sIgA能預防致病菌和非致病菌向腸道外移位。

腸道菌群對促進sIgA的產生起重要作用。動物實驗顯示，與普通小鼠比較，無菌小鼠的腸道中產生IgA的細胞數減少了10倍，并且其血清中測不出IgA，這些小鼠腸道重新定植菌群3周內，IgA分泌細胞數恢復正常。

出生時新生兒免疫系統雖已比較完善，但這一

出生時胃腸道的黏膜免疫系統的活性較低，在Peyer結和其他黏膜免疫組織中，雖然在妊娠19周時即可以分離到T細胞和B細胞，但是象征B細胞活動的生發中心的次級濾泡尚處在靜止狀態，直到生后數周才逐步活躍起來（表2-2）。

由以上可見，出生后免疫系統持續的發育與成熟需要不斷地接受過外界抗原的刺激，在通過接觸各種抗原的過程中如感染、疫苗接種、腸道菌群的刺激等得以“學習”和接受“教育”，在這些因素中，腸道菌群是最重要的微生物刺激來源，它是驅動出生后免疫系統發育成熟，甚至是誘導以后免疫反應平衡的原始的基本因素。目前的研究表明，腸道菌群的作用具有一定的“年齡窗口期”，這也是為什么出生后腸道菌群的“程序化建立”對個體的免疫系統發育成熟及其免疫反應有如此重要性的原因。如果在出生后腸道菌群建立延遲或長期紊亂，由此帶來的腸道黏膜免疫和全身免疫反應異常，與過敏性疾病、炎癥性腸病、自身免疫性疾病等有密切的關系，可能影響到一個人的終身健康。

腸道菌群對宿主的腸道黏膜和全身免疫系統有明顯的作用。這種作用可能是由全部腸道菌群發揮的，也可能是由腸道菌群中的某種主要細菌發揮的。而且出生后的一段時期可能在腸道菌群與宿主重要的免疫功能發育之間的“對話”起關鍵的作用，尤其是涉及免疫抑制應答方面。

宿主遺傳因素、環境因素，其中包括微生物影響免疫系統的發育與成熟。目前的研究已經表明，腸道菌群的存在對腸道免疫系統的發育和激活有著重要的作用，甚至許多作用可能還沒有引起注意。腸道菌群的這一作用在新生期尤其重要，能夠對以后許多免疫反應的結局起決定作用。

GALT中PPs和系膜淋巴組織的發育，是在胚胎無菌環境通過淋巴組織誘導細胞（lymphoid tissue inducer cells）誘導生成。其過程是視黃酸誘導間充質細胞產生CXC趨化因子配體13（CXC-chemokine ligand 13，CXCL13），而后招募淋巴組織誘導前體細胞，并刺激這些前提細胞集聚，成為成熟的淋巴組織誘導細胞。這些淋巴組織誘導細胞誘導間質組織中的細胞分化，通過分泌表達幾種細胞因子和黏附分子，吸引更多免疫細胞集聚，最終形成GALT。GALT的發育成熟包括淋巴組織的大小和生發中心的發育（B細胞增生、分化的部位和淋巴結的體細胞超變部位），依賴于出生后腸道微生物群的定植。研究證實，無菌鼠的PPs、系膜淋巴結和脾臟的白髓則發育差，sIgA產生細胞和固有層（LP）CD4 ⁺ T的細胞數明顯減少。

與微生物群定植的同時，隱窩斑（cryptopatches）又稱淋巴組織誘導樣細胞（lymphoid tissue inducerlike cells）出生后在固有層積聚。隱窩斑招募B細胞后發育成為獨立淋巴濾泡（isolated lymphoid follicles，ILF），類似于PPs的淋巴組織，作為腸道免疫誘導部位。此過程依賴于腸道微生物群的定植，無菌鼠則無法形成ILF。使用革蘭陰性菌純化的肽聚糖處理無菌鼠，無菌鼠的ILF即可出現，表明腸道某種細菌獨立掌控此種特異模式。體細胞和上皮細胞主要是通過模式識別受體（PRR）NOD1來識別腸道微生物的肽聚糖，部分通過TLR識別。腸道微生物群激活NOD1引起CC趨化因子配體20（CC-chemokine ligand 20，CCL20）以及β-防御素3的表達增加，通過與CC趨化因子受體6（CC-chemokine receptor 6，CCR6）的結合，激活ILF。

腸道菌群除對淋巴組織的發育調節外，還調節各種免疫細胞的成熟和分化。這對于維持宿主和腸道微生物群交互的穩態有著重要意義。

與新生期一樣，成年無菌小鼠的IgA分泌細胞（IgA-SC）數量降低，接種腸道細菌后3周，IgA-SC數量與普通小鼠相當。正常小鼠在6周齡或嬰兒在1～2歲時IgA-SC數量才能達到成年水平，這種重要的發育延遲可能是由于新生期腸道免疫系統發育的不成熟和（或）母乳中存在的抗體的抑制作用造成，但也可能與出生后直至斷乳期按順序建立的腸道菌群的刺激作用有關。為了排除腸道免疫系統發育不成熟和母乳因素的影響，而只觀察腸道菌群的作用，使用成年悉生小鼠模型進行研究，分別給成年悉生小鼠接種出生后1～25天（即斷乳后6天）普通小鼠的全部腸道菌群，4周后處死動物，使用免疫組織化學技術觀察腸絨毛中IgA-SC的數量。結果顯示，出生后3～21天普通小鼠腸道菌群對成年悉生小鼠的IgA-SC的數量起部分刺激作用，而25天普通小鼠腸道菌群的刺激作用與成年普通小鼠作用相同（表2-3）。

這些結果明顯說明腸道菌群的順序建立在腸道IgA-SC數量上的重要作用和斷乳后腸道菌群多樣性在這一過程中的關鍵作用。考慮到細菌刺激與腸道IgA-SC應答之間存在3周的延遲，上述結果還表明在新生期動物出生后即具備形成sIgA應答的能力，反應的強度取決于腸道中腸道菌群刺激的能力。

腸道中分布著特征性的DCs亞群，在指導適應性免疫應答向耐受方向發展起關鍵作用。在無菌小鼠和新生期，炎癥刺激是DCs成熟的非常重要的因素，已經證實炎癥刺激因子如LPS能夠使DCs快速向MLN轉移。給大鼠腹腔內注射IFN-γ可以增加腸道DCs的發育速度。由此得出炎癥因子是維持DC活化的重要的生理因素，腸道菌群在此過程中可能發揮重要的作用。

關于腸道DCs的特殊功能，是在特殊的趨化因子或黏附因子控制下具有特殊功能的DCs聚集至腸黏膜，還是這些因子到達局部組織后DCs前體細胞發生了改變？目前認為，DCs是整合遺傳和環境因素以塑造T細胞對局部抗原的免疫應答，達到維持自身穩定的細胞。腸上皮細胞具有產生TGF-β的基本能力，通過該調節因子可以控制致炎細胞因子的分泌，發揮首要的調節作用。最近的研究顯示絨毛固有層（LP）基質細胞在從腸道菌群吸收的生理水平的LPS作用下，能產生環氧化酶2（COX2）依賴的前列腺素E2（PGE2），這些代謝物能下調針對食物抗原的免疫應答。并且在對LPS的應答中DCs本身也可以表達COX2和產生PGE2，由于PGE2能使DCs向產生IL-10的抑制表型極化，這可以解釋在正常腸道中有較多的DCs的存在。

出生后，GLALT和固有層的淋巴組織誘導樣細胞表達核RORγt，但缺乏NKp44。RORγt ⁺NKp46 ^-淋巴組織誘導樣細胞可分化成RORγt ⁺NKp46 ⁺自然殺傷（NK）細胞，不同于常規的NK細胞，不分泌IL-1β或分化為殺腫瘤細胞。其分化需要激活的髓系細胞和上皮或內皮細胞分泌IL-23以及腸道微生物的存在，研究發現，無菌鼠較普通鼠少有RORγt ⁺NKp46 ⁺自然殺傷（NK）細胞。這些細胞分泌IL-22，促進腸屏障的完整，通過信使轉導子與轉錄活化子3（STAT3）誘導上皮的修復減少細菌的滲濾，并分泌抗菌蛋白。因此，腸道菌群通過調節黏膜的穩態促進腸黏膜屏障功能，其中是通過促進RORγt+NKp46+自然殺傷（NK）細胞獲得。

是以表達一種穩定的T細胞受體α-鏈為特征的T細胞亞群，腸道微生物群同時也對iNKT細胞的豐度進行調節。一旦分泌促炎TH1和TH2類型的趨化因子和細胞因子，包括γ-IFN、IL-2、IL-4、IL-13、IL-17A、IL-21 和TNF等的激活，這些細胞即有促炎癥作用。與自然殺傷（NK）細胞比較，無菌鼠結腸的iNKT多于普通鼠，這意味著腸道微生物群通過減少這些促炎癥細胞的數量維持腸道免疫的平衡。研究表明，腸道微生物群與iNKT細胞數量有年齡依賴的關系，即新生無菌鼠接種普通鼠腸道微生物群能使iNKT細胞數量正常，而具有保護 唑酮誘發結腸炎和卵白蛋白誘發過敏性肺部炎癥，而成年無菌鼠卻不能減少iNKT細胞數量。

證據表明，腸道微生物群對腸道固有層和全身的T細胞布局進行了塑造。腸黏膜T細胞是腸道免疫平衡重要的“立法者”，這是由于T細胞不但抵御腸道病原體，而且促進受損或感染腸黏膜的愈合、屏障修復以及再生。依據T細胞產生的細胞因子和趨化因子，T細胞或分化為促炎免疫反應TH1、TH2和TH17亞型，或分化為抗炎免疫反應Treg（CD4 ⁺CD25 ⁺FOXP3 ⁺ regulatory T）或TR1（CD4 ⁺ CD25 ⁺ FOXP3 ^- type 1 regulatory T）細胞亞型。促炎和抗炎T細胞的平衡決定了整體的免疫平衡。研究發現，脆弱類桿菌（bacteroides fragilis）誘導腸黏膜固有層以及血液循環CD4 ⁺T細胞分化為可分泌IL-10的Treg細胞發揮抑制促炎TH17反應的作用。這個過程是由脆弱類桿菌外膜上的多糖（polysaccharide A，PSA）與CD4 ⁺T細胞的受體TLR2結合，激活包括MYD88級聯信使誘導Treg細胞的分化。缺乏PSA的變異類桿菌，則不能誘導Treg細胞的分化，而純化的PSA則有和野生脆弱類桿菌相同的作用。

對普通動物使用腸道有益菌，觀察其對腸道免疫系統的影響為研究腸道菌群的免疫作用提供了另外一種途徑。許多研究同樣也證實了腸道菌群對腸道免疫系統的激活作用。干酪乳桿菌能增加小鼠PPs中B細胞數量，增加小腸黏膜中漿細胞和淋巴細胞的數量，增加結腸和小腸中產生IgA細胞數量；增強其對刺激的增殖反應和增強其對沙門菌感染的抵抗力。口服干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌能增加小鼠腸液中的sIgA，但僅有干酪乳桿菌能增加針對沙門菌的特異性sIgA。雙歧桿菌能促進小鼠腸道DC的發育成熟、增加其數量。

普通小鼠腸道菌群中某種細菌的作用。研究顯示某些革蘭陰性細菌如大腸埃希菌和類桿菌可能通過其細胞壁中含有的LPS對免疫發揮非特異的佐劑作用。這些研究已經顯示出腸道菌群多樣性在年幼時期對腸道免疫系統發育完全的重要性，進一步加深了對食物改變與腸道菌群多樣性之間的密切關系及其對腸道免疫系統作用的認識，過早或過晚的食物改變可以影響腸道菌群平衡，進而影響腸道免疫系統的發育。

對新生兒腸道黏膜免疫系統的研究結果與上述動物研究是一致的。雖然在出生時，PPs和其他黏膜免疫組織已發育成熟，但是此時的胃腸道黏膜免疫系統的活性較低，象征B細胞活動的生發中心的次級濾泡尚處在靜止狀態。出生5天內的新生兒，在外周血中幾乎測不到分泌IgA的B細胞，推測這種B細胞是由PPs衍生出來的，然后隨血流到達黏膜效應部位，出生一個月后，這些細胞顯著增加。這意味著出生后需要有持續不斷的微生物和外界環境對GALT的刺激所致。

研究發現，0～6個月健康嬰兒的腸道內脆弱類桿菌和雙歧桿菌定植的時間越早，外周血中IgA分泌細胞的含量可以越早地被檢測到；而隨著腸內脆弱類桿菌和雙歧桿菌數目的增加，外周血中的IgA定向細胞的數量也逐漸增加。檢測外周血中IgA定向細胞，是測定腸黏膜表面體液免疫反應的一種敏感有效的辦法。嬰兒2歲時IgA分泌細胞數量已完全發育，正好與穩定的腸道菌群形成時間一致。另一項研究發現，在嬰兒早期糞便樣本中的雙歧桿菌種屬的數量與黏膜sIgA分泌的水平呈顯著相關，提示雙歧桿菌的多樣性能促進黏膜sIgA系統的成熟。

產生和分泌sIgA是腸道黏膜免疫系統最重要的功能之一，目前的研究顯示，腸道菌群能夠明顯增加特異性sIgA的生成，在針對腸道病原特異性IgA免疫應答中起著非常重要的作用。

嬰兒腸道菌群的多樣性主要取決于乳汁的類型，眾所周知母乳喂養嬰兒腸道感染發生率明顯低于配方奶喂養嬰兒，母乳中含有豐富的生物活性因子，能夠直接保護嬰兒免受腸道病原感染，但母乳喂養也影響著嬰兒腸道菌群的組成，促進雙歧桿菌的生長。為了證實腸道菌群對腸道特異性IgA免疫應答的作用，在一項研究中，建立了抗輪狀病毒IgA應答的小鼠模型，該實驗使用成年無菌小鼠，排除了腸道免疫系統發育不成熟和母乳因素的影響。實驗設計為首先從母乳或配方奶喂養嬰兒糞便中分離出優勢菌群，分別為雙歧桿菌、大腸埃希菌、鏈球菌和大腸埃希菌、鏈球菌，然后定植入成年無菌小鼠腸道，兩組小鼠除腸道中有或無雙歧桿菌以外，其他飼養條件完全相同。以后同時給兩組小鼠口服接種輪狀病毒，3周后使用ELISA方法檢測糞便中抗輪狀病毒IgA在1個月內應答的動態變化，處死后使用固相酶聯免疫斑點技術（ELISPOT）觀察抗輪狀病毒IgA分泌細胞的數量。結果顯示，兩組無菌小鼠抗輪狀病毒IgA應答的動力學相似，但在接種輪狀病毒20天時的最高水平有顯著差異，“母乳喂養”組比“配方奶喂養”組高4倍，兩組抗輪狀病毒IgA分泌細胞數量的差別與上述相同。為了進一步評價嬰兒腸道中雙歧桿菌（革蘭陽性菌）和大腸埃希菌（革蘭陰性菌）這兩種細菌的免疫調節作用，另設兩組無菌小鼠進行實驗，結果見表2-4。

上述結果明顯表明，兩歧雙歧桿菌對腸道抗輪狀病毒IgA免疫應答有輔佐作用，而大腸埃希菌對其有抑制作用，在嬰兒腸道中存在的雙歧桿菌對大腸埃希菌的抑制效應有調節作用。

這些結果也顯示，盡管無菌小鼠的腸道免疫系統發育較差，但仍具有產生抗輪狀病毒IgA應答的能力，提示細菌定植后誘導的非特異性IgA應答與特異性抗輪狀病毒IgA應答之間缺乏關聯。這一結論也被以前的研究所證實，Cebra等觀察到1周齡新生兒口服接種脊髓灰質炎或乙型肝炎B病毒后具有產生保護性免疫的能力，但幾個月后天然性sIgA才能發育完全。因此產生高水平的抗輪狀病毒IgA應答與腸道菌群的作用有關，而與腸道免疫系統發育無關。至于某些腸道細菌針對腸道病原的sIgA應答發揮作用的分子機制仍然需要進一步研究。表2-4的結果還表明，雙歧桿菌對免疫的輔佐作用有菌株依賴性，這與應用不同的乳桿菌菌株作為益生菌制劑在其他小鼠進行的研究結果相一致。

Yasui等觀察了給小鼠喂飼短雙歧桿菌YIT4064后，再進行口服輪狀病毒免疫的作用，結果顯示，雙歧桿菌YIT4064能增強對輪狀病毒誘發腹瀉的保護作用，該菌株具有誘導PPs細胞產生大量IgA的能力，這一研究還證實，口服使用腸道有益菌能增加小鼠乳腺中抗輪狀病毒IgA的產生，從而保護哺乳幼仔免受感染。Qiao等使用兩歧雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌或添加益生元喂養輪狀病毒感染Balb/c小鼠，觀察雙歧桿菌及益生元治療輪狀病毒感染的免疫反應，結果表明喂服單一雙歧桿菌組和同時添加益生元組，與對照組比較均能夠顯著縮短病程，明顯增加小鼠血液和糞便中特異性抗輪狀病毒IgA的水平，雙歧桿菌組和同時添加益生元組之間無明顯差異。

一項研究表明，嬰兒口服輪狀病毒疫苗的同時，加服鼠李糖乳桿菌能明顯提高抗輪狀病毒IgA的陽轉率。Mullie等給剛出生的嬰兒喂養含雙歧桿菌的發酵配方奶持續4個月，其間口服接種2次脊髓灰質炎病毒疫苗，在第2次接種疫苗之前和1個月以后，檢測嬰兒體內特異性抗脊髓灰質炎IgA抗體，結果表明使用發酵配方奶喂養的嬰兒特異性IgA抗體明顯高于對照組。以上研究說明某些腸道有益菌具有佐劑效應，對口服疫苗有輔助免疫的作用，但這一效果并不是在所有的有益菌和所有的疫苗中出現。另外有多項隨機對照研究證實口服鼠李糖乳桿菌能明顯縮短兒童急性輪狀病毒腸炎的病程，其作用有免疫機制的參與。Isolauri等應用Elispot技術（固相酶聯免疫斑點），檢測了血液中Ig分泌細胞數量和特異性抗體分泌細胞的頻數，顯示急性輪狀病毒腸炎患兒口服乳桿菌菌株GG后血中IgG、IgA和IgM分泌細胞數量明顯增多，特異性抗輪狀病毒IgA應答增強。

綜合以上結果提示，嬰兒腸道中存在的某些菌株，如雙歧桿菌菌株或具益生作用的過渡菌株能激活免疫應答，為了更好地發揮其對腸道特異性免疫應答的作用，在嬰兒出生后正常定植或作為益生菌使用時，確定不同菌株的作用是非常重要的。

腸道菌群不僅對腸道黏膜免疫系統發育和激活有著重要作用，同樣對腸道外的全身免疫系統也有重要的作用。

固有免疫在免疫系統的激活和適應性免疫應答的形成中起非常重要的作用。巨噬細胞和DCs通過抗原呈遞活性和合成大量的前炎癥細胞因子（IL-8、IL-1、IL-6、TNF-α和IL-12）在調節免疫應答中起關鍵的調節作用。他們是宿主的“門衛”，產生對致病菌的固有抵抗，通過刺激T細胞免疫和調節TH1/TH2平衡產生特異性免疫應答。

推測新生期免疫缺陷可能由APCs功能發育不成熟所致，腸道定植的細菌對APCs的成熟起重要的作用。一項研究證實，新生小鼠脾臟DCs能夠產生具有生物活性的IL-12的內在能力，并且在體外受LPS刺激后，能夠上調MHC和共刺激分子的表達。因此新生期DCs已經具備完整的固有免疫功能，但需要通過腸道菌群提供的細菌刺激經TLR識別被激活。Nicaise等發現普通小鼠相對于無菌小鼠，脂多糖刺激脾臟來源的巨噬細胞產生IL-12的作用明顯增強，提示完整腸道菌群是脾臟產生IL-12的基礎。而IL-12是連接固有免疫和獲得性免疫的一個重要紐帶，能有效地提高機體的細胞免疫防御功能，促進CD4T細胞向Th1細胞分化。

可以相信在新生期腸道中首先定植的富含LPS的大腸埃希菌及以后定植的富含肽聚糖和CpG雙核苷酸的雙歧桿菌發揮著關鍵的激活作用，腸道細菌定植的終止可能引起生理性炎癥反應，導致腸道通透性增高、細菌移位和全身免疫細胞的激活。這在小鼠實驗中得到了證實，腸道細菌的存在能誘導腹腔巨噬細胞合成IL-1、IL-6和TNF-α，悉生小鼠僅定植大腸埃希菌可以產生這一作用，而定植嬰兒糞便中兩歧雙歧桿菌則無影響（表2-5）。

研究證明，類桿菌在腸道合成的多聚糖調節T細胞分泌IL-10，IL-10有強烈的抗炎癥效果。由于無菌小鼠體內中性粒細胞對肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌等的殺傷力減弱，不能引起先天性免疫反應殺死特定致病菌。與無菌小鼠定植脆弱類桿菌（ B.fragilis）后就不會發生炎癥性腸病。這是因為普通小鼠的中性粒細胞能通過Nod-1識別細菌產物如肽聚糖發揮最佳抗菌效果。這些數據都證明了細菌的肽聚糖能夠調節外周免疫，故腸道微生物既能保護腸道免疫系統，也可以調節全身免疫反應。

其他非特異性因素在宿主抵御感染中也起重要作用，無菌小鼠模型顯示涉及固有免疫的某些功能指標如吞噬功能、補體系統和調理素均低于普通小鼠。給無菌小鼠口服肽聚糖-脂多糖能夠恢復其細胞免疫應答至普通小鼠水平。Ruiz等將乳酸雙歧桿菌單聯定植于Fisher-F344大鼠，在第5天時能短暫地誘導腸上皮細胞NF-κB轉錄活性亞單位RelA和活性蛋白激酶P38的活化，增加 IL-6基因的表達，說明乳酸雙歧桿菌在定植早期可以觸發天然信號傳導和增強促炎癥因子基因表達。

全身免疫性疾病和過敏性疾病的動物模型證實腸道微生物群的改變影響全身免疫系統。如誘導腸道TH17細胞的動物模型引起關節炎和自身免疫性腦脊髓炎等全身疾病，即是通過增加腸道固有層致關節炎原性或致自身免疫性腦脊髓炎原性的TH17細胞數量所致。梭菌簇Ⅳ和ⅪⅤa可誘導iTreg（inducible Treg，iTreg）參與全身炎癥過程。無菌小鼠定植這些梭菌后，不但能減輕腸上皮的化學損害，并且可以減輕致敏原激發IgE介導的免疫反應。腸道微生物群誘導形成的iTreg全身抗炎癥功能機制尚不清楚，推測Treg與腸道T細胞識別腸道微生物的特異性受體有關。研究發現，脆弱類桿菌合成的多聚糖影響全身T細胞免疫反應的發育，增加血液循環CD4T細胞的數量。雙歧桿菌能刺激免疫細胞分泌更多IL-1和IL-6，而IL-1可促進輔助性T細胞分泌IL-2及B淋巴細胞分泌抗體；也能增強NK細胞的殺傷功能，對人類多種腫瘤細胞具有直接殺傷作用。干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌和保加利亞乳桿菌能有效地激活非特異性免疫，嗜熱鏈球菌作用較弱。這些研究表明，腸道微生物群不但影響黏膜免疫的發育，同時也對腸外免疫系統的發育有著重要作用。

腸道微生物代謝產物SCFA能夠影響免疫反應，阻止炎性疾病的發展。研究證明SCFA-GPR43 （G-protein-coupled receptor 43）涉及炎癥反應的過程。GPR43主要存在于中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和活化的吞噬細胞等先天性免疫細胞和炎癥細胞。缺乏趨化因子受體GPR43的模型小鼠（結腸炎、關節炎、哮喘模型鼠）的機體炎癥癥狀比普通小鼠更為嚴重，炎癥也更難治愈。SCFA是目前已知GPR43唯一的配體，由腸道厭氧菌發酵產生，可通過GPR43來調節腸外免疫系統活性。

胃腸道外使用某些細菌制劑能增強宿主對感染的抵抗力。一項研究觀察到皮下注射熱滅活的干酪乳桿菌株YIT9018能增強小鼠對單核細胞增生李斯特菌的抵抗力，注射后使脾臟單核-巨噬前體細胞的數量增加了22倍，并使血清中集落刺激活性增強，脾臟巨噬細胞對單核細胞增生李斯特菌的殺菌活性明顯增加。腹腔注射干酪乳桿菌株YIT9018也應用于對小鼠銅綠假單胞菌感染的研究，結果顯示，在銅綠假單胞菌感染之前5天使用YIT9018，能增加小鼠的存活，抑制腹腔和脾臟中致病菌的生長。經卡拉膠（carrageenan）處理可使保護作用喪失提示其作用涉及吞噬活性。在確定干酪乳桿菌針對李斯特菌抵抗力的活性組成中，研究表明細胞壁活性最強，胞壁中多糖-肽聚糖復合物對單核細胞增生李斯特菌、傷寒沙門菌、銅綠假單胞菌和大腸埃希菌具有潛在的抗感染活性。熱滅活的干酪乳桿菌株YIT9018和從細胞壁中分離的糖蛋白具有抵抗小鼠致死性巨細胞病毒感染的作用，這一保護作用僅在感染前1～2天使用有效，感染同時或3天前使用無效，提示使用的方案對其保護效果比較重要。其機制可能與增加NK細胞活性有關，因為脾臟NK細胞活性與小鼠的存活有關，在缺乏NK的變異小鼠保護作用降低。干酪乳桿菌處理組的INF水平和2-5A合成酶活性高于對照組。

許多研究表明，嚙齒動物胃腸道外使用不同的細菌制劑對其免疫系統有刺激作用。有學者等使用植物乳桿菌活菌或死菌與羊紅細胞混合物經腹腔或靜脈注射免疫小鼠，結果表明植物乳桿菌具有佐劑特性，而短乳桿菌無此作用，植物乳桿菌活菌與死菌的作用也不同，活菌僅刺激遲發高敏反應，而死菌是增強抗體應答。

另外一些研究顯示，胃腸道外使用腸道有益菌還能抑制腫瘤細胞的生長改善實驗動物的預后。Kato等報道，腹腔或靜脈注射干酪乳桿菌株YIT9018能增強腹腔和脾臟巨噬細胞對腫瘤細胞系的吞噬活性，抑制其生長。王立生等報道，腹腔注射分叉雙歧桿菌的WPG能顯著抑制祼鼠皮下移植的大腸癌的生長，其機制除增強巨噬細胞和NK細胞的吞噬活性，分泌IL-1、IL-6、IL-12、IL-18、TNF-αT、INF-γ及NO等細胞毒性效應分子外，可能還與其降低腫瘤細胞的增殖活性，誘導腫瘤細胞凋亡有關。

現有的研究已經證實某些有益菌菌株能夠提高人體的非特異性免疫反應。兩項研究表明，健康人攝入含約翰森乳桿菌LA1發酵奶制品4周，血清中IgA輕度升高，具有統計意義。De Simone等研究了兩歧雙歧桿菌與嗜酸乳桿菌混合物（InfloranR）對老年人免疫指標的影響，結果與安慰劑比較，血清Ig水平無差異，但B細胞數量增高，TNF-α在某些個體也增高。較多的研究顯示，大劑量攝入Yogurt細菌（10 ¹¹～10 ¹² CFU/d），可刺激人PBMC產生INF-γ，但這種作用的臨床意義尚不明確。口服Yogurt 4個月（200g/d）并沒有降低感染的風險，對肺炎鏈球菌疫苗也沒有作用，但能降低年幼志愿者的血清中IgE水平，減少過敏的發生。Schiffrin等觀察了隨機攝入含雙歧桿菌或約翰森乳桿菌LA1發酵奶3周對非特異性免疫的作用，結果顯示攝入兩種有益菌能明顯提高白細胞的吞噬能力，但白細胞分類及T細胞激活與基礎值比較無差別。另外一些研究表明，攝入鼠李糖乳桿菌HN001、乳雙歧桿菌HN109和干酪乳桿菌能夠提高自然殺傷（NK）細胞的活力，增加其免疫監視功能。

另一些研究證實，有益菌菌株能夠提高機體對疫苗的特異性免疫應答。研究證實了含有益菌的發酵奶對健康人口服傷寒沙門菌疫菌Ty21a的輔佐作用。30名志愿者被隨機分為兩組，一組口服含約翰森乳桿菌和雙歧桿菌的發酵奶，另一組為對照，兩組均口服傷寒沙門菌疫菌后評價血清中抗傷寒沙門菌抗體。結果顯示，口服發酵奶組特異性抗體呈4倍升高，而對照組升高2.5倍。另有研究證實，給出生6個月的嬰兒口服益生菌混合物，能夠明顯提高針對B型流感嗜血桿菌菌苗的IgG抗體應答。Soha最近的研究也證實，在嬰兒進行乙型肝炎病毒免疫接種時，同時口服益生菌能夠明顯提高抗乙型肝炎IgG抗體的滴度。

目前認為，圍產期和兒童早期在建立和維持正常的TH1/TH2平衡中起至關重要的作用，出生以前TH2占優勢，TH1應答受到部分抑制，使胎兒在子宮內不發生排斥反應。出生以后新生兒必須迅速通過發展TH1型免疫應答，以恢復TH1/TH2平衡。多個研究顯示，在特應性嬰兒沒有發生這一轉變，造成平衡仍然向TH2偏離，更容易產生IgE應答。因此新生期對TH1/TH2平衡的調整尤為重要，TH2向TH1轉變發生于生后5年內，特別是生后第1年。

TH2向TH1轉變依賴于多種因素，各種因素的相對重要性目前尚不清楚，但細菌刺激有相當的作用。最近的研究顯示，嬰兒期感染并沒有降低過敏性疾病的發生率，而使用抗生素可能與過敏性疾病發病的增高有關。越來越多的證據提示并非感染，而是生命早期腸道菌群的組成變化是特應性狀態重要的決定因素。一項研究顯示，給出生后1周的大鼠進行周圍免疫，誘導出向TH2偏離的記憶應答，而同時應用細菌提取物經口服途徑進行免疫，則產生TH1和TH2記憶應答。另一項研究觀察到，在出生后3周的普通小鼠，免疫可以誘導TH1和TH2應答；而使用卡那霉素造成腸道菌群紊亂則促進其TH1/TH2平衡向TH2偏離，出現以TH2為主的免疫應答；抗生素處理后5天攝入糞腸球菌又可以糾正向TH2偏離，恢復TH1和TH2應答。

一系列流行病學研究均支持出生后第1年內細菌環境在保證免疫應答向正確的方向發展，短期和長期預防過敏性疾病發生的重要作用。最近的研究比較了在相同過敏原環境下，不同生活方式狀態（即城市和鄉村）中生長的兒童，結果顯示，只有出生后1年內暴露馬廄、牛棚或（和）生牛奶是哮喘、枯草熟和過敏癥的保護因素，并且圍產期母親暴露也有明顯的保護效應。這種作用涉及的細菌尚不知曉，一些研究提示，富含LPS的革蘭陰性細菌起重要作用，但革蘭陽性細菌如雙歧桿菌和乳桿菌也可能參與。

從以上的資料可以得出，為了能夠最佳地建立和維持腸道菌群的完整性，應該考慮出生方式、嬰兒喂養、嬰兒期使用抗生素等所帶來的問題。益生菌是能夠減輕腸道菌群紊亂的比較好的制劑。因此開展嬰兒期腸道菌群的免疫調節機制以及涉及的細菌組分的研究，對預防當前某些疾病的急驟增多是至關重要的。

腸上皮細胞（iEC）是腸道菌群與宿主相互作用的最前線，iEC能通過抗原呈遞和分泌細胞因子等，參與腸道黏膜免疫系統釋放sIgA和調節免疫反應的作用。腸道有益菌可以通過多種方式影響iEC，如調節iEC間的緊密連接和促進產生黏液蛋白而增強腸道屏障功能；促進iEC分泌β防御素、促進漿細胞產生sIgA和直接阻斷病原體“劫持”的信號途徑而抑制或殺滅病原體；調節痛覺受體的表達和分泌神經遞質分子，導致腸道運動性改變和痛覺感受變化；調節iEC分泌細胞因子，從而影響T細胞分化為Th1、Th2或Treg等。

腸道微生物群對iEC保護性反應的可能機制為iEC針對腸道菌群不出現炎癥應答作用，而對致病菌則有炎癥應答。O’Hara等研究了HT29細胞與有益菌（嬰兒雙歧桿菌，唾液乳桿菌）和致病菌（傷寒沙門菌）共培養后，HT29針對鞭毛的免疫應答，使用基因芯片檢測炎癥基因表達，測定NFκB激活，IL-8分泌及致病菌對iEC黏附能力等。結果表明，傷寒沙門菌能夠上調847種免疫相關基因中36種的表達（包括NFκB和IL-8），而有益菌不能誘導任一高表達；但嬰兒雙歧桿菌和唾液乳桿菌能夠降低基礎水平時和傷寒沙門菌誘導的促炎癥反應中的IL-8；嬰兒雙歧桿菌還能限制鞭毛誘導的炎癥反應中的IL-8的分泌；有益菌對致病菌與iEC之間的黏附無影響。白愛平等觀察了保加利亞乳桿菌對腸上皮細胞HT29在TNF-α刺激后表達及分泌促炎癥因子IL-8的調節作用，結果顯示，乳桿菌預先與HT29細胞共培養，能明顯抑制IL-8的表達與分泌。提示，腸道微生物群一方面在正常情況下維持腸上皮細胞處于適度的炎癥狀態，但對機體不構成損害，另一方面在致病菌感染時又能夠抑制過度的炎癥反應。

腸道微生物群與iEC之間的相互作用涉及多種信號途徑，如NFκB、MAPK（分裂原活化蛋白激酶）、Akt/PI3K（磷酸肌醇3-激酶）和PPARγ（過氧化物酶體增殖子活化受體γ）等。Neish等發現，iEC在與非致病性沙門菌直接接觸后，再受到促炎癥因子刺激時，其炎癥效應分子的合成明顯減少，其機制是細菌干擾了IκB的降解，IκB是封閉NF-κB的分子，IκB不降解就無法使NF-κB激活，不能合成一系列炎癥因子。但Haller等的研究證實，在體內外，非致病性革蘭陰性細菌能誘導iEC細胞Re1A磷酸化，活化NF-κB和表達促炎癥因子基因。他們進一步研究了免疫——腸上皮細胞在細菌誘導NF-κB途徑和促炎癥因子基因表達中的相互作用機制，結果發現分化的HT29/MTX細胞對的刺激無反應性，大腸埃希菌刺激的iEC與PBMC和固有層單個核細胞（LPMC）共培養能誘導iEC表達IL-8mRNA明顯增多，而普通類桿菌刺激的iEC無此效果；PBMC的存在能刺激大腸埃希菌和普通類桿菌誘導TLR4附屬蛋白MD-2基因表達和內源性IκBα磷酸化，但普通類桿菌在PBMC的存在下不能激活IκBα降解和活化NF-κB。這一結果提示非致病性革蘭陰性細菌在免疫細胞的作用下對iEC細胞NF-κB活化和IL-8基因表達存在不同的調節，使iEC對某些有益菌處于反應低下狀態。

腸道微生物群和iEC的相互作用涉及極其復雜的反應網絡。每一種特定的腸道微生物能夠以其特定的多種方式調控這一反應網絡的信號途徑。研究表明，枯草桿菌產生的表面活性素能夠抑制IκB-α的磷酸化及其降解、并抑制IκB激酶、Akt、JNK和p38激酶的活化。酪酸梭菌則在信號傳導途徑中對多個靶點發揮作用。酪酸梭菌培養液的上清液主要成分是丁酸，可顯著抑制人結腸上皮細胞TLR4 mRNA的表達，丁酸抑制人結腸上皮細胞轉錄因子PU.1與TLR4啟動子區的結合，從而使得TLR4蛋白的產生顯著減少，因此證實了TLR4是丁酸的重要靶標。酪酸梭菌作用于TLR4這個靶點，是它能抑制多種致病菌的重要原因。研究表明，丁酸抑制TNF-α的產生，而TNF-α轉錄被抑制與信號傳導途徑中的JNK密切相關，提示JNK也是丁酸的作用靶點之一。與丁酸抑制JNK相伴生的結果是，AP1（活化蛋白1）和NF-κB家族的另一個成員活化T細胞核因子（NF-AT）的活性都被抑制，減少了促炎癥因子的產生。丁酸同時在多個靶點發揮作用，既抑制p38 MAPK和JNK的活化，也抑制IkB的降解和NF-κB的活化，從而抑制半胱天冬酶11的表達。在體內條件下，丁酸也能夠抑制NFκB的轉錄活性，同時減輕了炎癥反應，大量研究表明丁酸是NF-κB活化的抑制劑。因此，利用有益菌抑制NF-kB活化，可能是其有效防治腸道炎癥性疾病的重要方法之一。

在腸上皮細胞水平，益生菌定植或釋放一些生物活性組分，通過增強腸道屏障功能和直接對上皮細胞的功能進行調節，包括細胞因子和趨化因子的釋放，發揮有益作用。一定限度的益生菌進入LP后，可以通過激活單核/巨噬細胞釋放細胞因子影響固有和適應性免疫。益生菌被PP結的M細胞以及DC攝取和處理后，可以將微生物抗原呈遞給PP節和MLN中的初始T細胞，引發IgA介導的黏膜免疫反應，即可以限制細菌的過度增殖，又能夠阻止其從MLN的播散。在這一過程中，很顯然益生菌通過誘導調節性T細胞的產生，使免疫反應向非炎癥、免疫耐受的方向發展，起關鍵作用。可見，出生后免疫系統持續的發育與成熟需要不斷地接受過外界抗原的刺激。