肝素結合表皮生長因子對小腸I/R損傷的保護作用及其研究進展

劉志剛綜述 李文志審校

綜 述

肝素結合表皮生長因子對小腸I/R損傷的保護作用及其研究進展

劉志剛綜述 李文志審校

肝素結合表皮生長因子；小腸缺血再灌注損傷；微循環(huán)；腸道黏膜屏障

小腸缺血再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)損傷是臨床上常見的急危重癥，可發(fā)生在許多臨床案例中，包括低血流量狀態(tài)下的心臟功能不全、腸系膜動脈栓塞、小腸移植、失血性休克及壞死性小腸結腸炎(necrotizing enterocolitis，NEC)等[1]。小腸I/R損傷可導致微循環(huán)炎性反應，黏膜細胞凋亡[2]，腸道黏膜通透性增加，進而導致全身炎性反應綜合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)[3，4]。如果得不到及時而有效的控制，SIRS還可能進一步發(fā)展為多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，嚴重影響患者的預后。

有實驗研究表明，在施行缺氧復氧的小腸內皮細胞(intestinal epithelial cells，IEC)以及發(fā)生I/R損傷的小腸中，內源性肝素結合表皮生長因子(heparin-binding epidermal growth factor，HB-EGF)的表達明顯增加[5]。Martin等[6]研究發(fā)現，在小腸I/R發(fā)生前、后或發(fā)生過程中給予HB-EGF均可降低小腸的組織學損傷程度，發(fā)揮保護作用，并且隨著HB-EGF劑量的增加這種保護作用更加明顯。由此可見，HB-EGF與小腸I/R損傷之間存在著密切的聯系，現就此作一綜述。

1 HB-EGF概述

1.1 HB-EGF的來源與結構 HB-EGF最初發(fā)現于U-937巨噬細胞樣培養(yǎng)液中，后被確定為EGF超家族的一員。在人類體內，HB-EGF的基因位于第5號染色體上，由6個外顯子和5個內含子共同組成，長約14 kb。在體內，HB-EGF首先被合成為一種由208個氨基酸組成的的跨膜糖蛋白前體(proHB-EGF)，其中包含信號肽、前肽、sol-HB-EGF、近膜區(qū)、跨膜區(qū)和胞質區(qū)等。后經酶裂解為一種可溶性的分泌型成熟體，即sHB-EGF，由86個氨基酸殘體組成，含有2個功能結構域：一個是EGF樣結構域，位于C末端；另一個為肝素結構域，位于N末端。包括內皮細胞在內的許多類型的細胞都可產生HB-EGF，并作為這些細胞的自分泌型生長因子發(fā)揮作用。

1.2 HB-EGF的功能與作用機制 作為EGF家族中的一員，HB-EGF可結合并激活EGF受體(EGFR/HER1/ErbB-1)，另外HB-EGF也可以激活ErbB-4(HER4)促進有絲分裂，與HB-EGF特異性非酪氨酸蛋白激酶受體N-精氨酸二堿基轉化酶(N-arginine dibasic convertase，NRDc)結合時則產生趨化作用[7～9]。

實驗研究表明，在發(fā)生組織損傷、低氧、氧化應激及小腸內皮創(chuàng)傷[10～13]時HB-EGF的表達明顯增加[14]。由此可見，HB-EGF對多種類型細胞的促有絲分裂作用及其在組織中的廣泛表達都意味著HB-EGF在機體內具有重要的生物學作用。

2 HB-EGF與小腸I/R損傷

目前研究表明，HB-EGF能夠降低小腸I/R損傷后的炎性反應、減少上皮細胞凋亡，誘導腸上皮細胞增殖[15]，并能夠改善小腸微循環(huán)、保護腸道屏障功能，從而發(fā)揮保護作用。

2.1 HB-EGF降低炎性反應、抗細胞凋亡的作用 相關研究顯示，凋亡很可能是I/R損傷發(fā)生后細胞死亡的主要原因[2]。I/R損傷后體內各種炎性細胞的激活、活性氧自由基(ROS)及炎性因子釋放增多會導致黏膜細胞發(fā)生凋亡[16]。炎性細胞如中性粒細胞的活化可使其成為ROS、蛋白水解酶及炎性因子的主要來源[17，18]。

研究表明，HB-EGF能夠減少誘導型一氧化氮合酶(iNOS)[19]、ROS[20]及NF-κB[21]等的生成，并且抑制小腸I/R損傷后炎性細胞向受損組織侵潤[22]。Rocourt等[23]發(fā)現在小腸缺血過程中給予HB-EGF可明顯下調再灌注后4、6、8 h時血漿中TNF-α、IL-6和IL-1β等炎性因子的水平，同時檢測到再灌注30、60 min時小腸組織中TNF-α、IL-6和IL-1β mRNA的表達水平也顯著降低，而HB-EGF基因的缺失卻能夠增加失血性休克復蘇(hemorrhagic shock/resuscitation，HS/R)后的腸上皮細胞凋亡[24]。由此可推斷，HB-EGF可通過降低iNOS、ROS、NF-κB及炎性因子的表達來減少小腸上皮細胞的凋亡，以此來保護I/R損傷后的小腸。

2.2 HB-EGF對小腸I/R損傷后黏膜屏障功能的影響 小腸黏膜由一層增殖型上皮細胞組成，它作為內外環(huán)境之間的屏障對抗有害物質侵入上皮下組織。即使發(fā)生嚴重的黏膜破壞后，小腸上皮細胞的增殖能力都能夠使小腸迅速修復愈合[25]。但是，如果在損傷過程中表面上皮細胞和絨毛結構缺失就會破壞腸道屏障功能，使細菌發(fā)生移位，導致毒素、抗原、蛋白酶和其他分子吸收進入體內,導致局部感染而后波及到遠隔器官。因此促進小腸絨毛結構早期恢復并有效地保護腸道屏障功能是避免小腸I/R損傷引起全身反應的關鍵所在。

研究表明給予外源性HB-EGF可以保護小腸的腸道屏障功能[26]，并且內源性HB-EGF在保護腸道屏障功能的過程中也起著重要的作用。El-Assal等[28]通過對敲除HB-EGF基因[HB-EGF(-/-) knockout，KO]小鼠的研究發(fā)現，結扎其腸系膜上動脈45 min后恢復灌注3 h，與正常小鼠相比HB-EGF(-/-)小鼠不僅組織學損傷程度加重，小腸絨毛結構恢復緩慢，且其腸道屏障通透性也明顯升高[27]。而Zhang等[29]也發(fā)現，相比之下施行HS/R后HB-EGF(-/-)小鼠的組織學損傷程度明顯加重，而其腸道黏膜屏障通透性也顯著升高。而過度表達HB-EGF基因的小鼠對HS/R的耐受能力明顯增強，且在其組織學損傷程度下降的同時腸道黏膜屏障通透性也比正常小鼠低，但使用了CRM197(HB-EGF特異性阻滯劑)后不僅組織學損傷加重而且其腸道黏膜屏障通透性也增加。同樣HB-EGF基因的過度表達可降低小鼠NEC的發(fā)病率并改善腸道黏膜屏障功能，而敲除HB-EGF基因則出現與此相反的結果[30，31]。由此可見內源性HB-EGF在I/R損傷后小腸組織學損傷和腸道黏膜屏障功能的恢復過程中發(fā)揮著極其關鍵的作用。

HB-EGF保護腸道黏膜屏障功能的具體機制尚未完全明確。除上述的減少上皮細胞的凋亡外，對小腸干細胞(intestinal stem cells，ISCs)的保護也可能是其保護腸道黏膜屏障功能的機制。ISCs的多功能性、自我更新能力及其增殖能力對保證小腸上皮細胞的完整性具有重要作用[32]。當發(fā)生小腸缺血時，ISCs會受到嚴重的損傷，從而擾亂正常的內環(huán)境及腸道屏障功能。Chen等[33]研究發(fā)現，給予HB-EGF能夠保護包括ISCs在內所有的小腸上皮細胞系免受損傷，同時HB-EGF也可以保護體外實驗中低氧損傷的ISCs，并提升ISCs的活性和存活能力。通過進一步的研究發(fā)現HB-EGF對ISCs等細胞的保護作用涉及到EGF受體的活化及MEK1/2和PI3K信號通路的介導。因此，HB-EGF對腸道屏障功能的保護作用很可能是通過對ISCs的保護來實現的。另外，中性粒細胞(neutrophil，PMN)與內皮細胞(endothelial cell，EC)之間的相互作用在小腸I/R損傷的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要的作用[34]。而Zhang等[35]發(fā)現HB-EGF可減弱HS/R后的PMN-EC黏附，并可通過P13K通路抑制NF-κB的活化，同時調節(jié)EC中黏附分子的轉錄并減少PMN中ROS的生成來抑制黏附分子的活化，抑制炎性反應的發(fā)展，以此來保護小腸屏障功能。

2.3 HB-EGF與I/R損傷后小腸微循環(huán) 由于與其他器官相比小腸具有較高的氧需求量，因此小腸極易發(fā)生I/R損傷。而HS/R、NEC等引起小腸發(fā)生I/R損傷的原因之一就是小腸微循環(huán)血供障礙，其特點包括血管收縮及低氧灌注[36，37]。El-Assal等[28]通過對HS/R大鼠模型的研究結果顯示，在復蘇的同時靜脈注射HB-EGF后與HS/R組相比不僅其小腸的組織學損傷程度減輕，并且分別在HS/R后1 h和3 h時其小腸的微循環(huán)血流量顯著增加。而在對NEC新生小鼠模型的研究中同樣發(fā)現給予HB-EGF后，利用分子探針在電子顯微鏡下可觀察到其小腸絨毛和黏膜下微循環(huán)血流量明顯增加，且與NEC的發(fā)生率及小腸組織學損傷程度呈負相關[38]。而為探討內源性的HB-EGF對小腸I/R損傷后微循環(huán)灌注的影響，許多科學家也做了大量的研究，其中Zhang等[39]經研究發(fā)現，HS/R后HB-EGF(-/-)小鼠小腸微循環(huán)低灌注情況更加嚴重，而在復蘇的同時給予HB-EGF(-/-)小鼠HB-EGF可明顯改善這一情況[39]。由此可見，無論是外源性HB-EGF還是內源性HB-EGF對小腸I/R損傷后小腸微循環(huán)灌注的維持和恢復情況都起著極其重要的作用，而且EGF家族的其他成員并不能彌補內源性HB-EGF的缺失所帶來的影響。

HB-EGF究竟是通過何種途徑來維持I/R損傷后小腸微循環(huán)的灌注情況呢？眾所周知，小腸微動脈是調節(jié)小腸血流量的主要阻力動脈。而Zhou等[40]發(fā)現，HB-EGF能夠增加成年大鼠終末腸系膜動脈的直徑，在新生大鼠腸系膜動脈中同樣發(fā)現了舒血管作用，并且在人黏膜下動脈的觀察中得到進一步證實。為明確HB-EGF舒血管作用的機制，Zhou等在進一步的研究中發(fā)現HB-EGF可減輕內皮素-1(endothelin-1，ET-1)引起的腸系膜動脈收縮，同時增加人小腸微血管內皮細胞(human intestinal microvascular endothelial cell，HIMEC)中ETB受體蛋白的表達并刺激細胞內鈣離子調動，而ETB受體拮抗劑可阻滯成年大鼠動脈內HB-EGF的舒血管作用，同樣NO合酶抑制劑可阻滯HB-EGF對新生大鼠和人類嬰兒動脈的舒血管作用，因此HB-EGF很可能是通過增加內皮細胞中內源性NO的生成并激活ETB受體調動細胞內鈣離子釋放舒血管物質來介導舒血管作用[42]。由此可見，ETB受體和NO以及對細胞內鈣離子的調動在HB-EGF介導舒血管作用的過程中發(fā)揮著至關重要的作用。另有文獻報道，位于微循環(huán)毛細血管和后毛細血管的周細胞(pericytes)同樣是微循環(huán)血流和毛細血管再生的重要調控者[41]。Yu等[42]在HB-EGF對周細胞影響的研究中發(fā)現，HB-EGF可通過與細胞表面的EGF酪氨酸激酶受體相互作用促進分化的C3H/10T1/2細胞(周細胞樣細胞)的增殖，并保護其免受低氧引起的凋亡。而在培養(yǎng)的原始周細胞中也證實了HB-EGF的這一特殊作用。另外，在動物模型試驗中HB-EGF同樣可以保護小腸I/R損傷的周細胞。由于周細胞在調節(jié)毛細血管血流及再生的過程中發(fā)揮著關鍵的作用，因此HB-EGF對小腸I/R損傷后微循環(huán)血流的調節(jié)與其對周細胞的促有絲分裂作用和抗凋亡作用有關。

3 結語與展望

綜上所述，HB-EGF不僅可以通過對抗炎性反應、改善腸道微循環(huán)灌注來保護I/R小腸黏膜細胞，并且對腸道黏膜屏障功能也具有一定的保護作用，以此避免腸道黏膜通透性增加引發(fā)SIRS及MODS的發(fā)生，改善小腸I/R損傷的預后。同時一些研究表明，HB-EGF對小腸I/R損傷后遠隔器官[43]及腦I/R損傷[44]也具有保護作用，表明HB-EGF具有全身性抗炎藥物的潛質。但由于HB-EGF可介導腎臟I/R損傷的發(fā)生[45]，因此HB-EGF是否可用于休克這種全身性低灌注情況的治療還有待于進一步的研究。并且HB-EGF抗細胞凋亡、保護腸道黏膜屏障功能及改善微循環(huán)灌注的機制并未完全明確，因此還需要大量實驗研究來闡明其保護機制，為HB-EGF應用于臨床提供有力支持。

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李文志，E-mail:wenzhili9@126.com

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2013-09-05)