炎癥性腸病腸壁纖維化機(jī)制研究進(jìn)展

李 穎 戴 夫 彭 瓊 甘惠中

安徽醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(230061)

炎癥性腸病(IBD)是一組病因未明的慢性非特異性腸道疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)。遺傳、環(huán)境和免疫因素及其相互作用在IBD發(fā)病機(jī)制中占主導(dǎo)地位，IBD的主要病理變化是在腸道慢性炎癥反復(fù)發(fā)作過程中，黏膜不斷被破壞和修復(fù)，導(dǎo)致腸道間質(zhì)細(xì)胞活化，產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)并發(fā)生沉積，從而發(fā)生腸壁纖維化。UC中ECM的積聚主要局限于結(jié)直腸黏膜和黏膜下層，CD腸壁纖維化發(fā)生于受累腸段的各層，包括黏膜層、黏膜下層、肌層黏膜層、肌層和漿膜層［1］。腸壁纖維化導(dǎo)致腸道變形縮短，結(jié)腸帶消失，腸腔狹窄，甚至引起腸梗阻。約75%的CD患者至少需接受一次手術(shù)以緩解癥狀，但腸道狹窄復(fù)發(fā)率達(dá)45%，重復(fù)手術(shù)操作引起的嚴(yán)重腸損傷、短腸綜合征等的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)亦相應(yīng)增加［2］。藥物如皮質(zhì)類固醇、氨基水楊酸鹽、免疫抑制劑(硫唑嘌呤、甲氨蝶呤)以及最新的生物制劑抗腫瘤壞死因子(TNF)抗體能改善腸道炎癥，須長期服用但療效欠佳，且慢性炎癥導(dǎo)致的腸壁纖維化仍不可避免［3］。對IBD纖維化形成機(jī)制及其早期干預(yù)的研究已成為當(dāng)今熱點(diǎn)。

IBD腸壁纖維化涉及多種細(xì)胞和分子機(jī)制，細(xì)胞機(jī)制主要包括成纖維細(xì)胞與肌成纖維細(xì)胞、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EdnoMT);分子機(jī)制主要包括轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β/Smad蛋白以及基質(zhì)金屬蛋白酶/基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子(MMPs/TIMPs)失衡。這些機(jī)制共同促進(jìn)間質(zhì)ECM沉積增加(主要為膠原和纖連蛋白等)，導(dǎo)致腸壁纖維化，最終引起腸道狹窄和腸梗阻。本文就此作一簡要綜述。

一、IBD腸壁纖維化主要的細(xì)胞機(jī)制

1.成纖維細(xì)胞與肌成纖維細(xì)胞:成纖維細(xì)胞在維持組織結(jié)構(gòu)的完整性、調(diào)節(jié)基質(zhì)穩(wěn)態(tài)和創(chuàng)傷修復(fù)再生中起重要作用。IBD腸道慢性炎癥可激發(fā)成纖維細(xì)胞活化，參與腸壁的正常修復(fù)或形成纖維化，其活化的特征是ECM過度沉積。成纖維細(xì)胞共表達(dá)波形蛋白(其特異性蛋白)、N-鈣黏蛋白和脯氨酰4-羥化酶，這些蛋白表達(dá)上調(diào)是腸纖維化的重要機(jī)制［4］。TGF-β1對成纖維細(xì)胞的增殖具有促進(jìn)或抑制的雙重作用，取決于TGF-β1濃度和組織來源［3］。細(xì)胞遷移是創(chuàng)傷修復(fù)的重要過程，亦是IBD腸壁纖維化的基本過程，自分泌刺激物質(zhì)(如纖連蛋白)和旁分泌因子(如PDGF-AB、IGF-Ⅰ、EGF和 TGF-β1)均能誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向腸道間質(zhì)遷移［3］。在IBD慢性炎癥刺激下，成纖維細(xì)胞被激活，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蒃CM能力更強(qiáng)的肌成纖維細(xì)胞［5］。

生理狀態(tài)下腸黏膜存在兩種肌成纖維細(xì)胞，即腸Cajal間質(zhì)細(xì)胞(ICC)和腸上皮下肌成纖維細(xì)胞，其是一類高收縮性細(xì)胞，在組織修復(fù)和纖維性疾病發(fā)病機(jī)制中起十分重要的作用。肌成纖維細(xì)胞活化時(shí)能合成大量ECM，尤其是膠原蛋白、腱糖蛋白和纖連蛋白［6］。

正常情況下，肌成纖維細(xì)胞通過分泌炎癥趨化因子和細(xì)胞因子對炎癥反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用;但在一些纖維增生性疾病中炎癥反應(yīng)應(yīng)答失控、發(fā)生混亂以及調(diào)解程序的反復(fù)進(jìn)行均使間質(zhì)基質(zhì)不能正常溶解，但肌成纖維細(xì)胞增殖仍在繼續(xù)，使ECM過度積聚，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)改變以及纖維化，最終發(fā)生器官衰竭。大部分組織中纖維性變是肌成纖維細(xì)胞活化和增殖的主要病理結(jié)果之一［7］。

2.EMT和EndoMT:EMT和EndoMT是組織形成、癌癥發(fā)生以及器官纖維化的關(guān)鍵中間過程，其特征為細(xì)胞表型和功能的強(qiáng)烈改變，即局部基膜破壞、上皮細(xì)胞黏附力喪失、信號肽重組、α-SMA重新合成、細(xì)胞骨架蛋白重組、上皮細(xì)胞通過基膜向間質(zhì)遷移等［8］。典型的上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞具有較高的可塑性，上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí)其梭狀形態(tài)發(fā)生改變，細(xì)胞表型丟失，并獲得成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞表型，表達(dá)成纖維細(xì)胞特異蛋白-1、α-SMA和波形蛋白，并具有類似于成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的功能，能產(chǎn)生間質(zhì)膠原和纖連蛋白。動(dòng)物模型和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了EMT和EndoMT能促進(jìn)腸道纖維化［9，10］。

二、IBD腸壁纖維化主要的分子機(jī)制

1.TGF-β/Smad蛋白:TGF-β 參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡、免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)、創(chuàng)傷愈合以及纖維化等過程，并在細(xì)胞水平影響慢性炎癥和纖維化的各個(gè)階段。過表達(dá)TGF-β的轉(zhuǎn)基因小鼠可出現(xiàn)多器官的纖維性變，包括皮膚、腎、肺、血管、肝、胰胰和腸道［11］。目前普遍認(rèn)為 TGF-β 在IBD腸壁纖維化形成中起決定性調(diào)節(jié)作用，可通過直接和間接機(jī)制促進(jìn)腸壁纖維化進(jìn)程，主要包括誘導(dǎo)ECM生成細(xì)胞的遷移和活化、促進(jìn)EMT和EndoMT過程。TGF-β不僅能促進(jìn)ECM蛋白的合成，同時(shí)能調(diào)節(jié)其降解［5］。

哺乳動(dòng)物 TGF-β 分為 TGF-β1、TGF-β2 和 TGF-β3，均以無活性前體形式(LTGF-β)分泌。LTGF-β通常與TGF-β結(jié)合蛋白(LTBP)結(jié)合，其從結(jié)合體釋放并活化為成熟形式，隨后激活TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。TGF-β受體分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，其中Ⅰ型和Ⅱ型受體是兩個(gè)不同的跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，并有一個(gè)跨膜區(qū)與TGF-β結(jié)合形成同源或異源二聚體，誘導(dǎo)Smad蛋白家族磷酸化，轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞表面的配體信號進(jìn)入細(xì)胞核，參與細(xì)胞核內(nèi)的相關(guān)蛋白表達(dá)。

Samd蛋白主要功能是介導(dǎo)TGF-β超家族配體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。TGF-βRⅠ特異性識別并磷酸化 Smad蛋白(R-Smad)。磷酸化的Smad2/Smad3與共同調(diào)節(jié)蛋白Smad(Co-Smad)，如Smad4結(jié)合形成混合物。Co-Smad作為Smad途徑下游的匯聚點(diǎn)絡(luò)合R-Smad。R-Smad/Smad4混合物通過細(xì)胞質(zhì)的核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)移定位到細(xì)胞核，作為轉(zhuǎn)錄因子直接結(jié)合到DNA或與其他DNA結(jié)合蛋白結(jié)合［12］。

目前已發(fā)現(xiàn)多種Smad基因靶點(diǎn)，如COL1A1、COL3A1、COL5A2、COL6A1、COL6A3 和 TIMP-1，表明 Smad 信號途徑對TGF-β介導(dǎo)的多種膠原原纖維基因的同步活化十分重要。多項(xiàng)研究表明TGF-β/Smad信號途徑的破壞，如Smad3表達(dá)減少或 Smad7表達(dá)升高能抑制IBD腸壁纖維化［13］。TGF-β通過Smad蛋白優(yōu)先轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號，激發(fā)細(xì)胞核內(nèi)ECM相關(guān)蛋白基因的表達(dá)從而促進(jìn)纖維化進(jìn)程。TGF-β1還可能影響ECM積聚與降解之間的平衡，IBD患者纖維化結(jié)腸標(biāo)本中MMP-1、-2、-3 和-9 表達(dá)上調(diào)［14］。應(yīng)用 TGF-β 抗體培養(yǎng)正常人類腸道活檢組織標(biāo)本和黏膜固有層細(xì)胞后，MMP-3表達(dá)增加而TIMP-1表達(dá)未上調(diào)［15］，TGF-β對MMPs/TIMPs平衡的調(diào)節(jié)在IBD纖維化中的作用機(jī)制至今仍不十分清楚。

2.MMPs/TIMPs失衡:ECM的合成與降解存在微妙的平衡，如打破該平衡就會(huì)發(fā)生腸道進(jìn)行性損害(潰瘍和腸瘺)、或ECM過度沉積［16］。ECM的合成和降解主要受到MMPs/TIMPs平衡的調(diào)節(jié)，MMPs是一組活性鈣和鋅依賴的內(nèi)肽酶類，以無活性的形式分泌，通過蛋白水解的裂解作用活化。IL-1、TNF-α、TGF-β1 刺激時(shí)，MMPs在多種細(xì)胞，包括間質(zhì)細(xì)胞、T細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中表達(dá)［17］。TIMPs能抑制MMPs活性，從而抑制ECM降解。

MMPs/TIMPs平衡能調(diào)節(jié)生理狀態(tài)下以及炎癥和創(chuàng)傷修復(fù)時(shí)組織重塑中的ECM合成和降解。MMPs活性下降或(和)TIMPs表達(dá)增高可引起MMPs/TIMPs失衡，導(dǎo)致ECM過度沉積，促進(jìn)組織纖維化形成。MMPs表達(dá)可能引起IBD腸壁炎癥和組織損傷，促進(jìn)腸壁成纖維細(xì)胞的遷移和侵襲，最終發(fā)生纖維化。重組MMP-3轉(zhuǎn)染體外培養(yǎng)的人腸組織可加重組織損傷，抑制其活性可使組織損傷基本恢復(fù)［18］。在UC和CD患者腸道潰瘍邊緣組織中，MMP-1、MMP-3、MMP-7、TIMP-1、TIMP-3表達(dá)均增加。與IBD患者的正常結(jié)腸組織相比，炎性組織無論是否發(fā)生纖維化，MMP-1、-2、-3和-9的升高水平較TIMP-1和-2更明顯［14］。CD患者狹窄腸段肌成纖維細(xì)胞過表達(dá) TIMP-1，而MMP-3和-12表達(dá)下調(diào)［19］。在纖維化過程中，膠原、MMPs和TIMPs表達(dá)常同時(shí)增加，但膠原凈沉積量增加。慢性炎癥引起腸壁纖維的過程中，ECM合成過程被活化的同時(shí)，其溶解過程亦被活化。故纖維化組織不是固有的瘢痕性組織，而是動(dòng)態(tài)的重塑過程。有報(bào)道認(rèn)為MMPs和TIMPs的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與腸壁纖維化有關(guān)，如TIMP-1的SNPs與CD易感性增加相關(guān)，而MMP-3的SNPs可能與腸道狹窄的發(fā)生率增加有關(guān)［20］。

總之，組織降解酶類及其抑制劑的失衡可能引起腸纖維化，MMPs和TIMPs可能成為抗纖維化治療的新靶點(diǎn)。

三、總結(jié)

綜上所述，IBD腸壁纖維化是一個(gè)復(fù)雜的綜合性過程，涉及多種因素及其相互作用。ECM主要由腸間質(zhì)成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，亦可由上皮和內(nèi)皮細(xì)胞通過EMT和EndoMT轉(zhuǎn)化而來，其降解受MMPs/TIMPs的調(diào)控。TGF-β可直接促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞的增生，也可通過間接方式發(fā)生作用，如通過促進(jìn)PDGF受體的上調(diào)、CTGF合成的增加和促進(jìn)IGF-Ⅰ的表達(dá)，所有這些因素均直接影響成纖維細(xì)胞的增殖［21］，從而使ECM合成增加?，F(xiàn)今預(yù)防和治療IBD纖維化的研究已開始從分子水平著手，如TGF-β1靶向疫苗能使結(jié)腸炎大鼠體內(nèi)TGF-β1水平下降，并能抑制腸壁纖維化形成［22］。但存在一些尚未解決的問題，抑制TGF-β1表達(dá)的同時(shí)其促進(jìn)炎癥修復(fù)的作用亦被抑制，可能會(huì)導(dǎo)致潰瘍加重甚至腸瘺形成，但相關(guān)機(jī)制尚不十分明確。相信隨著對IBD腸壁纖維化的細(xì)胞和分子機(jī)制的不斷深入研究，相關(guān)問題能得到進(jìn)一步解決，有助于尋找治療IBD的靶點(diǎn)及其治療方案。

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