腸道干細(xì)胞與炎癥性腸病的關(guān)系

祝 芳，曲 波，金世柱，連麗瑩

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150086

炎癥性腸病 (inflammatory bowel disease，IBD)是一類(lèi)反復(fù)發(fā)作的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括克羅恩病(Crohn’s disease，CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)。IBD的確切病因和發(fā)病機(jī)制尚不十分清楚，可能是遺傳易感者在環(huán)境因素和腸道菌群作用下，免疫和炎癥反應(yīng)失調(diào)所致。IBD病程遷延，隨著生活水平的不斷提高，其發(fā)病率逐漸呈上升趨勢(shì)。腸道上皮組織是成年哺乳動(dòng)物自我更新最活躍的組織之一，更新過(guò)程主要依賴于腸道干細(xì)胞的不斷分裂和補(bǔ)充。腸道干細(xì)胞是成體干細(xì)胞的一種，具有不對(duì)稱分裂、自我更新和多向分化的特征，主要分布在腸道的隱窩內(nèi)，對(duì)修復(fù)損傷的腸道黏膜發(fā)揮重要的作用。

1 IBD的臨床特點(diǎn)及治療方法

1.1 臨床特點(diǎn) IBD是一類(lèi)反復(fù)發(fā)作的慢性非特異性的腸道炎癥性疾病，它嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。在西方，IBD的發(fā)病率和患病率在增長(zhǎng)，雖然我國(guó)仍未有以人群為基礎(chǔ)的IBD的流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告，但近十年來(lái)有關(guān)臨床報(bào)道及系統(tǒng)分析研究表明IBD的病例數(shù)量上升了約3.1倍，其中UC患病率約為11.6/10萬(wàn)，而CD的患病率則為1.38/10萬(wàn)[1]。CD主要累及回腸和結(jié)腸，其在腸鏡檢查表現(xiàn)為黏膜隆起、腸腔狹窄、狹小化等，在組織學(xué)上表現(xiàn)為全腸壁的炎癥反應(yīng)，易并發(fā)瘺管、膿腫和狹窄。而UC主要累及直腸到結(jié)腸，其在結(jié)腸鏡下表現(xiàn)為彌漫性、多發(fā)性糜爛或潰瘍，炎癥僅僅局限在黏膜層，但如果治療不當(dāng)，如不恰當(dāng)?shù)姆每垢篂a藥物或鴉片類(lèi)麻醉性鎮(zhèn)痛劑等易并發(fā)中毒性巨結(jié)腸。兩者都是由于黏膜的改變而引起相應(yīng)的臨床癥狀[2]，包括腹痛、黏液膿血便、發(fā)熱等，CD主要表現(xiàn)為右下腹或臍周的疼痛，而UC則表現(xiàn)為左下腹的疼痛，具有疼痛－便意－便后緩解的規(guī)律。

1.2 目前主要治療方法 IBD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，病程較長(zhǎng)且易反復(fù)發(fā)作。目前，IBD的治療主要針對(duì)控制活動(dòng)性炎癥和調(diào)節(jié)免疫紊亂，傳統(tǒng)的治療藥物有5-氨基水楊酸、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑等。上述藥物對(duì)CD和UC的緩解率分別為70%和80%，但是臨床療效欠佳，且長(zhǎng)期應(yīng)用不良反應(yīng)多，存在停藥后復(fù)發(fā)等問(wèn)題。隨之在傳統(tǒng)藥物的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了生物制劑、轉(zhuǎn)基因方法及抗凝治療等新的治療方法，而對(duì)生物制劑，雖然對(duì)IBD的治療有積極作用，但有研究表明長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)對(duì)患者產(chǎn)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)。近幾年研究比較多的是干細(xì)胞移植來(lái)治療IBD，其治療目標(biāo)主要是改變自然病程，使腸黏膜愈合并試圖最終恢復(fù)腸道黏膜的正常功能，甚至治愈疾病[3]。

2 腸道干細(xì)胞在腸道黏膜中的作用

腸道上皮組織是成年哺乳動(dòng)物自我更新最活躍的組織之一，腸道上皮細(xì)胞每5 d更新一次[4]，這個(gè)過(guò)程主要依賴于腸道干細(xì)胞的不斷分裂和補(bǔ)充。腸道干細(xì)胞是成體干細(xì)胞的一種，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要分布在腸道的隱窩。腸道干細(xì)胞具有不對(duì)稱分裂、自我更新能力和多潛能性即增殖分化為多種細(xì)胞類(lèi)型包括吸收細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞和潘氏細(xì)胞[5]。腸黏膜的每個(gè)隱窩有4～6個(gè)獨(dú)立的腸道干細(xì)胞。在形態(tài)學(xué)上以隱窩底部細(xì)胞開(kāi)始計(jì)數(shù)，腸道干細(xì)胞位于隱窩的第四層，該位置的干細(xì)胞具有非?；钴S的細(xì)胞循環(huán)周期[6]。腸道干細(xì)胞首先分化為短暫擴(kuò)充細(xì)胞，其是一類(lèi)具有有限分裂循環(huán)能力的子代細(xì)胞。短暫擴(kuò)充細(xì)胞定居在隱窩底部約48～72 h，隨后逐漸向上遷移，經(jīng)歷約6輪的細(xì)胞分裂，最終分化為終末細(xì)胞[7]。Potten等[8]研究表明，在小腸放射性損傷模型中，小腸隱窩干細(xì)胞在胰島素樣生長(zhǎng)因子和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子的作用下能夠迅速分化修復(fù)損傷。Amcheslavsky等[9]通過(guò)葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)果蠅腸黏膜損傷后發(fā)現(xiàn)，損傷的腸道可以分泌信號(hào)蛋白而加速腸道干細(xì)胞的分裂，以促進(jìn)黏膜的修復(fù)。

3 腸道干細(xì)胞對(duì)腸道黏膜的修復(fù)機(jī)制

3.1 腸道干細(xì)胞的標(biāo)記 每個(gè)腸道干細(xì)胞表面都被特殊的蛋白受體所覆蓋，可以選擇性的結(jié)合或黏附其他“信號(hào)”分子，這種細(xì)胞表面受體即為干細(xì)胞標(biāo)記[10]。目前研究發(fā)現(xiàn)腸道干細(xì)胞標(biāo)記物主要有Musashi-1、TERT(端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶)以及最新發(fā)現(xiàn)的ID14[11]。Musashi-1是一種神經(jīng) RNA結(jié)合蛋白，但研究表明其除了神經(jīng)系統(tǒng)外，也是腸道干細(xì)胞的選擇性標(biāo)記。Kayahara等[12]描述了在小鼠小腸的Musashi-1陽(yáng)性細(xì)胞，Potten等[13]研究發(fā)現(xiàn)反射損傷后小鼠腸道標(biāo)本的Musashi-1明顯增加。TERT是一種核糖核蛋白酶復(fù)合物，有研究表明，免疫組化TERT陽(yáng)性細(xì)胞主要分布在小腸隱窩基底部，距隱窩底部4～7個(gè)細(xì)胞位置，也有部分細(xì)胞分布在隱窩周?chē)拈g質(zhì)中[14]。ID14是一種在非洲爪蟾中發(fā)現(xiàn)的新基因，它編碼一個(gè)含有315個(gè)氨基酸的蛋白[15]。成體ID14大部分在腸道被發(fā)現(xiàn)，而在胃、肺和睪丸僅有微弱的表達(dá)，其在腸道的表達(dá)到變態(tài)期才開(kāi)始，與成體腸道上皮細(xì)胞分化密切相關(guān)[16]。

3.2 腸道干細(xì)胞的不對(duì)稱分裂 腸道干細(xì)胞通過(guò)不對(duì)稱分裂來(lái)不斷增加干細(xì)胞的數(shù)量，促進(jìn)損傷的腸道組織自我更新和修復(fù)，以此來(lái)維持腸道黏膜的動(dòng)態(tài)平衡。干細(xì)胞通過(guò)不對(duì)稱分裂形成一個(gè)與母細(xì)胞完全一致的子細(xì)胞和一個(gè)具有分化能力的子細(xì)胞。此分裂過(guò)程中干細(xì)胞DNA雙鏈傾向于進(jìn)入與母細(xì)胞一致的子細(xì)胞中，使維持干細(xì)胞特征的子細(xì)胞保留母鏈DNA，從而維持基因的穩(wěn)定性[6]。

3.3 干細(xì)胞的分子調(diào)控 腸道干細(xì)胞的生物學(xué)行為是多種信號(hào)通路和基因家族相互聯(lián)系、相互影響、共同作用的結(jié)果，包括 Wnt/β-連環(huán)蛋白-Tcf4信號(hào)途徑、Math1基因、BMP信號(hào)途徑、Notch信號(hào)通路等。(1)Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路是研究較早的信號(hào)途徑之一，可能是調(diào)節(jié)腸道上皮隱窩－絨毛軸上細(xì)胞命運(yùn)最主要的基因。Wnt通過(guò)一系列的反應(yīng)使得β-連環(huán)蛋白含量升高，而β-連環(huán)蛋白跨過(guò)細(xì)胞核膜與Tcf/LEF家族的DNA結(jié)合蛋白結(jié)合后成為一種轉(zhuǎn)錄激活因子來(lái)啟動(dòng)靶細(xì)胞的增殖[17]。(2)Math1基因:Math1是一種轉(zhuǎn)錄因子，有研究表明在敲除小鼠Math1基因后導(dǎo)致杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞及腸內(nèi)分泌細(xì)胞的缺失，說(shuō)明Math1是干細(xì)胞分化成終末細(xì)胞必不可少的[18]。(3)BMP信號(hào)途徑在腸道的發(fā)育和維持組織的內(nèi)穩(wěn)態(tài)過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用，其能調(diào)控腸道干細(xì)胞的復(fù)制，從而阻止隱窩分裂的發(fā)生和隱窩數(shù)目的增加。BMP信號(hào)途徑的機(jī)制是能夠抑制Wnt信號(hào)途徑來(lái)保證腸道干細(xì)胞的自我更新的平衡狀態(tài)[19]。(4)Hes-1是Notch信號(hào)通路的下游靶基因，Kayahara等[12]研究表明胃腸干細(xì)胞在分化為胃腸黏膜上皮細(xì)胞的過(guò)程中，Hes-1僅表達(dá)在處于增殖、分化狀態(tài)的干細(xì)胞中，推測(cè)Notch信號(hào)通路在干細(xì)胞的繁華過(guò)程中發(fā)揮一定的作用，但其具體機(jī)制尚不明確。

3.4 干細(xì)胞的神經(jīng)調(diào)控 腸道活動(dòng)受交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)和腸神經(jīng)系統(tǒng)共同支配。交感、副交感神經(jīng)叢可以通過(guò)生長(zhǎng)因子、炎癥介質(zhì)等促進(jìn)腸黏膜上皮細(xì)胞的增殖和再生，加快隱窩細(xì)胞的分裂。腸神經(jīng)系統(tǒng)由肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢組成，其大部分神經(jīng)元位于腸道壁內(nèi)。Lundgren等[20]通過(guò)化學(xué)切除腸道肌間神經(jīng)叢觀察到會(huì)加快腸道干細(xì)胞的增生，表明肌間神經(jīng)叢對(duì)腸道黏膜細(xì)胞更新有抑制作用。

4 展望

IBD病程遷延，反復(fù)發(fā)作，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，近年來(lái)隨著人們生活水平的不斷提高，IBD在我國(guó)的發(fā)病率也呈上升趨勢(shì)。而到目前為止不論是內(nèi)科藥物治療還是外科手術(shù)治療，都無(wú)法達(dá)到徹底的治愈。腸道干細(xì)胞在腸道黏膜自我更新和修復(fù)損傷中的作用受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注和重視，通過(guò)刺激腸道干細(xì)胞的增殖和分化，能夠改變IBD的自然病程、修復(fù)損傷的腸道黏膜、恢復(fù)腸道的正常功能并提高患者的生活質(zhì)量。盡管目前對(duì)干細(xì)胞的作用機(jī)制尚未完全明了，但隨著不斷的研究和探索，腸道干細(xì)胞在IBD中的應(yīng)用一定會(huì)造福廣大的患者。

[1]Inflammaotry Bowel Disease Cocperation Group，Chinese Society of Gastroenterology.Chinese consensus on diagnosis and treatment standard of inflammatory bowel disease[J].Chin J Gastroenterol，2007，12(8):488-495.中華醫(yī)學(xué)會(huì)消化病學(xué)分會(huì)炎癥性腸病協(xié)作組.對(duì)我國(guó)炎癥性腸病診斷治療規(guī)范的共識(shí)意見(jiàn)[J].胃腸病學(xué)，2007，12(8):488-495.

[2]Lanzoni G，Roda G，Belluzzi A，et al.Infammatory bowel disease:moving toward a stem cell-based therapy[J].World J Gastroenterol，2008，14(29):4616-4626.

[3]Qu Y，Liao YL.Stem cell transplantation for the treatment of inflammatory bowel disease [J].World Chinese Journal of Digestology，2010，18(35):3772-3777.瞿勇，廖應(yīng)雷.干細(xì)胞移植在炎癥性腸病中的治療[J].世界華人消化雜志，2010，18(35):3772-3777.

[4]Quyn AJ，Appleton PL，Carey FA，et al.Spindle orientation bias in gut epithelial stem cell compartments is lost in precancerous tissue[J].Cell Stem Cell，2010，6(2):175-181.

[5]Liu J，Walker NM，Cook MT，et al.Functional Cftr in crypt epithelium of organotypic enteroid cultures from murine small intestine [J].Am J Physiol Cell Physiol，2012，302(10):C1492-C1503.

[6]Barker N，van de Wetering M，Clevers H.The intestinal stem cell[J].Genes Dev，2008，22(14):1856-1864.

[7]Marshman E，Booth C，Potten CS.The intestinal epithelial stem cell[J].Bioessays，2002，24(1):91-98.

[8]Potten CS，Kovacs L，Hamilton E.Continuous labelling studies on mouse skin and intestine [J].Cell Tissue Kinet，1974，7(3):271-283.

[9]Amcheslavsky A，Jiang J，lp YT.Tissue damage-induced intestinal stem cell division in Drosophila[J].Cell Stem Cell，2009，4(1):49-61.

[10]Wang MY.The research progress in stem cell differentation antigen’s markers[J].Foreign Medical Scineces of Immunology，2004，27(6):312-316.王明元.干細(xì)胞分化抗原標(biāo)記物研究進(jìn)展[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)免疫學(xué)分冊(cè)，2004，27(6):312-316.

[11]Buchholz DR，Ishizuya-Oka A，Shi YB.Spatial and temporal expression pattern of a novel gene in the frog Xenopus laevis:correlations with adult intestinal epithelial differentiation during metamorphosis[J].Gene Expr Patterns，2004，4(3):321-328.

[12]Kayahara T，Sawada M，Takashi S，et al.Candidate marker for stem and early progenitor cells，and Hes 1，are expressed in crypt base columnar cells of mouse small intestine [J].FEBS Lett，2003，535(1-3):131-135.

[13]Potten CS，Booth C，Tudor GL，et al.Identification of a putative intestinal stem cell and early lineage marker;musashi-1 [J].Differentiation，2003，71(1):28-41.

[14]Zhao Y，Li JS，Ma CL.The csreening of gastrointestinal stem cell[J].Chin J Gastroenterol Hepatol，2006，15(2):199-202.趙曄，李建生，馬長(zhǎng)路.胃腸道干細(xì)胞標(biāo)記物的篩選[J].胃腸病學(xué)和肝病學(xué)雜志，2006，15(2):199-202.

[15]Buchholz DR，Ishizuya-Oka A，Shi YB.Spatial and temporal expression pattern of a novel gene in the frog Xenopus laevis:correlations with adult in testinal epithelial differentiation during metam orphosis[J].Gene Expr Patterns，2004，4(3):321-328.

[16]Wang YX，Wu CT.Research status and progress of the intestinal stem cell markers[J].Chinene Journal of General Surgery，2008，17(10):1013-1015.王運(yùn)星，吳承堂.腸道干細(xì)胞標(biāo)記物的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].中國(guó)普通外科雜志，2008，17(10):1013-1015.

[17]Leedham SJ，Brittan M，McDonald SA，et al.Intestinal stem cells[J].J Cell Mol Med，2005，9(1):11-24.

[18]Yang Q，Bermingham NA，F(xiàn)inegold MJ，et al.Requirement of Math1 for secretory cell lineage commitment in the mouse intestine[J].Science，2001，294(5549):2155-2158.

[19]Madison BB，Braunstein K，Kuizon E，et al.Epithelial hedgehog signals pattern the inteatinal crypt-villus axis[J].Development，2005，132(2):279-289.

[20]Lundgren O，Jodal M，Jansson M，et al.Intestinal epithelial stem/progenitor cells are controlled by mucosal afferent nerves[J].PLoS One，2011，6(2):e16295.