杯狀細(xì)胞在腸道疾病發(fā)病中作用的研究進(jìn)展

董文逍 曹海龍 王邦茂

腸道是人體內(nèi)重要的消化吸收器官，表面覆蓋著一層保護(hù)性黏液凝膠，與上皮細(xì)胞、微生態(tài)和機(jī)體免疫系統(tǒng)相互作用，共同維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。黏液凝膠的成分主要是杯狀細(xì)胞的分泌產(chǎn)物，如黏蛋白（MUC）、腸三葉因子（ITF）和抵抗素樣分子β（RELMβ）等。研究表明，腸道杯狀細(xì)胞分化和分泌功能的改變可導(dǎo)致黏液凝膠的成分發(fā)生變化，在腸道疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。本文就杯狀細(xì)胞在腸道疾病發(fā)病中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 腸道杯狀細(xì)胞的分化成熟

腸道上皮主要由吸收細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞4種細(xì)胞組成，這些細(xì)胞不斷更新，保證腸道上皮的完整性。杯狀細(xì)胞是上皮中的黏液分泌細(xì)胞，具有明顯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：核位于基底側(cè)，有較大的核周區(qū)，內(nèi)有粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、巨大的高爾基體和濃縮泡，頂部有明顯的由MUC和其他糖蛋白組成的顆粒聚集物，周圍包繞著富含角蛋白的膜。

腸道杯狀細(xì)胞來(lái)源于腺管底部的多能干細(xì)胞，隨著干細(xì)胞向絨毛或上皮表層遷移而不斷分化，最后脫落到腸腔。腸道干細(xì)胞分化為杯狀細(xì)胞的過(guò)程涉及多條信號(hào)通路和多種轉(zhuǎn)錄因子的相互作用，如 Wnt／β-連環(huán)蛋白、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）／Akt、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）／成骨蛋白（BMP）和Notch信號(hào)通路及轉(zhuǎn)錄因子Hath1和Krüppel樣因子4（KLF4）［1-3］。此外，研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌和雙歧桿菌等多種細(xì)菌可以增加杯狀細(xì)胞數(shù)量和密度，其機(jī)制可能與 Hath1和 KLF4有關(guān)［1，4］。

2 杯狀細(xì)胞的分泌功能及調(diào)控機(jī)制

2.1 MUC

MUC是杯狀細(xì)胞的主要分泌產(chǎn)物，也是覆蓋于腸道表面黏液層的主要組成部分，通過(guò)隔離腸道微生物與宿主上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞的接觸，可有效阻止腸道的過(guò)度炎性反應(yīng)，對(duì)維持黏膜穩(wěn)態(tài)起著重要的作用。依據(jù)MUC的結(jié)構(gòu)特性和合成途徑分為膜結(jié)合型和分泌型，其中MUC2是最主要的分泌型MUC。

多種因素可刺激杯狀細(xì)胞MUC的分泌，包括細(xì)菌、細(xì)菌產(chǎn)物和次級(jí)膽汁酸等。Caballero-Franco等［5］將VSL＃3益生菌（含有乳酸桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌的混合物）喂養(yǎng)Wistar大鼠，7 d后發(fā)現(xiàn)小鼠結(jié)腸分泌明顯增加；Dharmani等［6］在體內(nèi)外研究中發(fā)現(xiàn)，侵襲性較強(qiáng)的具核梭桿菌菌株能刺激MUC和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的分泌；此外，福氏志賀菌可影響到MUC的基因轉(zhuǎn)錄、蛋白糖基化反應(yīng)及其分泌［7］。這些研究表明，多種細(xì)菌能夠調(diào)節(jié)杯狀細(xì)胞分泌MUC。Lee等［8］研究發(fā)現(xiàn)，次級(jí)膽汁酸可通過(guò)多條信號(hào)通路上調(diào)HM3腫瘤細(xì)胞中MUC2的表達(dá)，如激活表皮生長(zhǎng)因子受體／蛋白激酶C／Ras／細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶／反應(yīng)元件結(jié)合蛋白、PI3K／Akt／IκB和p38／絲裂原活化蛋白／環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白這3條信號(hào)通路可上調(diào)MUC2的表達(dá)，而激活c-jun氨基末端激酶／轉(zhuǎn)錄激活因子信號(hào)通路則起到相反的作用；因此，可激活或抑制相關(guān)信號(hào)分子從而調(diào)節(jié)腸道黏液含量，為治療MUC相關(guān)腸道疾病提供新策略。此外，血管活性腸肽、前列腺素和脂多糖等均能誘導(dǎo)MUC2基因轉(zhuǎn)錄，增加MUC分泌。

2.2 ITF

ITF是杯狀細(xì)胞的另一種重要的分泌物，主要作用包括：（1）ITF能夠與MUC2結(jié)合，形成牢固的凝膠復(fù)合物，共同維持黏液屏障的完整性，阻止多種蛋白酶及機(jī)械應(yīng)力等因素造成的腸黏膜損傷；ITF還能明顯減輕多種損傷因子介導(dǎo)的腸黏膜損害，促進(jìn)黏膜恢復(fù)，具有很強(qiáng)的細(xì)胞保護(hù)作用［9］。（2）ITF與其結(jié)合蛋白作用，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞遷移和促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而促進(jìn)黏膜修復(fù)［10］。因此，ITF在腸道的自我保護(hù)機(jī)制中占據(jù)重要的地位。此外，ITF的過(guò)量表達(dá)與結(jié)直腸癌相關(guān)，有可能成為新的結(jié)直腸癌診斷標(biāo)志物［11］。

2.3 RELMβ

RELMβ是由杯狀細(xì)胞分泌的一種富含半胱氨酸的蛋白質(zhì)，其主要作用包括：（1）RELMβ參與腸道炎性疾病的調(diào)控，在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中，RELMβ基因缺失的小鼠結(jié)腸損傷的嚴(yán)重程度降低［12］。（2）RELMβ對(duì)腸道寄生蟲感染起到保護(hù)性免疫作用，還能促進(jìn)適應(yīng)性CD4＋T細(xì)胞（Th1細(xì)胞）的免疫反應(yīng)和腸道寄生蟲感染的慢性炎性反應(yīng)［13］。

3 杯狀細(xì)胞分化成熟與腸道疾病

3.1 腸道感染性疾病

在多種腸道感染疾病中，均伴隨著杯狀細(xì)胞數(shù)目的增多和MUC的分泌。研究發(fā)現(xiàn)，MUC2基因缺失的小鼠與野生型小鼠相比，不易將線蟲排出腸道，提示MUC在腸道寄生蟲感染過(guò)程中起保護(hù)作用［14］。因此，杯狀細(xì)胞分泌產(chǎn)物在腸道感染的固有免疫方面起著重要的作用。但是，腸道慢性炎性反應(yīng)會(huì)加速杯狀細(xì)胞的耗損，從而使MUC的合成和分泌減少，如溶組織內(nèi)阿米巴通過(guò)與MUC結(jié)合來(lái)穿過(guò)黏液層，侵入并定植在腸道上皮細(xì)胞表面，導(dǎo)致腸道黏膜屏障破壞，引起腸道組織發(fā)生肉芽腫和纖維化［15］。

3.2 壞死性腸炎

壞死性腸炎（NEC）是一種多發(fā)生于早產(chǎn)兒的重癥腸道炎性疾病，其發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前認(rèn)為NEC的發(fā)生可能與腸道MUC2的變化有關(guān)。Martin等［16］研究發(fā)現(xiàn)，NEC患者回腸產(chǎn) MUC2的杯狀細(xì)胞數(shù)量明顯減少，而膽汁酸含量卻顯著增加；MUC2基因突變的小鼠更容易發(fā)生NEC；膽汁酸則可以抑制初生大鼠腸道中杯狀細(xì)胞的數(shù)量，主要依據(jù)包括：（1）給予初生大鼠服用消膽胺（一種可以結(jié)合膽汁酸，阻止其吸收并促進(jìn)膽汁酸排泄的陰離子交換樹脂），其杯狀細(xì)胞的數(shù)量較未給藥組明顯增加；（2）在體外實(shí)驗(yàn)中，將暴露于熊去氧膽酸的回腸與對(duì)照組比較，杯狀細(xì)胞數(shù)量明顯減少，而此現(xiàn)象僅限于出生后5 d的大鼠體外回腸；（3）將經(jīng)過(guò)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑SC-435處理過(guò)的新生大鼠和膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因敲除大鼠與野生大鼠比較，前兩者的腸道上皮細(xì)胞中膽汁酸含量減少，NEC的嚴(yán)重程度下降，而經(jīng)過(guò)誘發(fā)NEC處理后，杯狀細(xì)胞的數(shù)量沒有明顯變化。這些研究結(jié)果表明，膽汁酸及其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在減少未成熟回腸MUC2陽(yáng)性杯狀細(xì)胞的過(guò)程中起到重要的作用，從而揭示了膽汁酸、MUC2和NEC三者之間的相互關(guān)系。

研究表明，Toll樣受體4（TLR4）也參與了NEC的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，其機(jī)制主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）TLR4的缺失可抑制Notch信號(hào)通路并減少自身膽汁酸的含量，從而增加初生小鼠杯狀細(xì)胞的數(shù)量，增加MUC2分泌；而TLR4的激活可減少杯狀細(xì)胞數(shù)量，損傷腸道黏液層，促進(jìn)NEC的發(fā)生；（2）腸道上皮細(xì)胞表面TLR4的激活可減少內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）的合成，而eNOS是生成調(diào)節(jié)腸道微循環(huán)灌注的一氧化氮的重要催化劑，因此激活的TLR4通過(guò)減少eNOS的合成來(lái)減少腸道微循環(huán)灌注，從而導(dǎo)致NEC的發(fā)生［17-18］。因此，可通過(guò)抑制TLR4活性和Notch信號(hào)通路等策略治療相關(guān)腸道疾病。

3.2 炎癥性腸病

炎癥性腸?。↖BD）是一組病因不明的慢性腸道炎性疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D）。近年來(lái)研究表明，杯狀細(xì)胞功能異常在IBD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。

Van der Sluis等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，MUC2-／-小鼠腸道共生菌直接與結(jié)腸表面上皮細(xì)胞接觸，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠自發(fā)地發(fā)展為結(jié)腸炎，對(duì)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎也較野生型小鼠敏感。Larsson等［20］研究發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)性UC患者腸道MUC2 O-型糖基化發(fā)生改變。從病理角度看，UC病變局限于黏膜層，在較大程度上損傷了杯狀細(xì)胞，從而導(dǎo)致細(xì)菌透過(guò)黏液層侵蝕上皮細(xì)胞［21］；而CD增殖性病變主要發(fā)生在黏膜下層，對(duì)杯狀細(xì)胞的損傷相對(duì)較小，甚至可以激活轉(zhuǎn)錄因子Hath1和KLF4，促進(jìn)杯狀細(xì)胞分化，增加MUC分泌。因此，MUC的改變可誘發(fā)IBD，更為重要的是，IBD炎性反應(yīng)的產(chǎn)生也可影響杯狀細(xì)胞分化和黏蛋白表達(dá)，兩者相互作用導(dǎo)致疾病的發(fā)生和發(fā)展。

ITF在腸道炎性疾病時(shí)可見表達(dá)異常，在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中，在急性炎性反應(yīng)和再生階段，杯狀細(xì)胞持續(xù)表達(dá)ITF mRNA及ITF，且表達(dá)延伸到了隱窩底部［22］。此外，體外實(shí)驗(yàn)證明，RELMβ可通過(guò)激活白細(xì)胞來(lái)增強(qiáng)炎性反應(yīng)，Wen等［23］采用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)，在IBD患者腸道活檢時(shí)發(fā)現(xiàn)有大量RELMβ表達(dá)，但實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，ITF和RELMβ都參與了IBD的發(fā)生發(fā)展，其具體作用機(jī)制需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.4 黏液腺癌

腸道黏液腺癌是腺癌的一種組織學(xué)形態(tài)，＞50%的腫瘤組織由黏液構(gòu)成時(shí)即可診斷為黏液腺癌。越來(lái)越多的證據(jù)表明，MUC與腸道黏液腺癌有著密不可分的關(guān)系，在腫瘤的發(fā)生過(guò)程中，MUC可以影響腫瘤細(xì)胞的黏附力、免疫識(shí)別、轉(zhuǎn)移和預(yù)后。

在結(jié)直腸腫瘤中，黏液腺癌預(yù)后較差，易發(fā)生轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，這可能與黏液物質(zhì)對(duì)周圍組織的機(jī)械壓力使得腫瘤細(xì)胞更易向周圍侵犯有關(guān)［24］；此外，MUC2分子表面的Sialyl-Lewsx和Sialyl-Lewsa是黏附分子選擇素的配體，故可參與細(xì)胞與血管內(nèi)皮的黏附，參與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程。研究表明，黏液腺癌組織中膜型MUC1、MUC2和MUC5AC陽(yáng)性表達(dá)與腫瘤大小及分化程度無(wú)關(guān)，而與漿膜浸潤(rùn)、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及臨床分期明顯相關(guān)，隨著浸潤(rùn)越深、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及臨床分期越高，MUC1表達(dá)下降，MUC2和MUC5AC則表達(dá)上升，提示三者的變化趨勢(shì)可預(yù)示結(jié)直腸黏液腺癌細(xì)胞的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移潛能，并且以腸道杯狀細(xì)胞為基礎(chǔ)的MUC有可能成為防治黏液腺癌的分子和免疫新靶點(diǎn)［25-26］。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著對(duì)杯狀細(xì)胞研究的深入，其與腸道疾病的相關(guān)性也越來(lái)越受到關(guān)注。杯狀細(xì)胞的數(shù)量及其分泌產(chǎn)物的成分變化可作為相關(guān)腸道疾病的重要指標(biāo)。然而，其調(diào)控和作用機(jī)制較為復(fù)雜，需要開展更深入的研究以闡明其與腸道疾病的關(guān)系。

1 Becker S，Oelschlaeger TA，Wullaert A，et al.Bacteria regulate intestinal epithelial cell differentiation factors both in vitro and in vivo.PLoS One，2013，8：e55620.

2 Heuberger J，Kosel F，Qi J，et al.Shp2／MAPK signaling controls goblet／paneth cell fate decisions in the intestine.Proc Natl Acad Sci U S A，2014，111：3472-3477.

3 Reynolds A，Wharton N，Parris A，et al.Canonical Wnt signals combined with suppressed TGF-β／BMP pathways promote renewal of the native human colonic epithelium.Gut，2014，63：610-621.

4 Cheled-Shoval SL，Gamage NS，Amit-Romach E，et al.Differences in intestinal mucin dynamics between germ-free and conventionally reared chickens after mannan-oligosaccharide supplementation.Poult Sci，2014，93：636-644.

5 Caballero-Franco C，Keller K，De Simone C，et al.The VSL＃3 probiotic formula induces mucin gene expression and secretion in colonic epithelial cells.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2007，292：G315-G322.

6 Dharmani P，Strauss J，Ambrose C，et al.Fusobacterium nucleatum infection of colonic cells stimulates MUC2 mucin and tumor necrosis factor alpha.Infect Immun，2011，79：2597-2607.

7 Sperandio B，F(xiàn)ischer N，Joncquel CM，et al.Virulent Shigella flexneri affects secretion，expression，and glycosylation of gelforming mucins in mucus-producing cells.Infect Immun，2013，81：3632-3643.

8 Lee HY，Crawley S，Hokari R，et al.Bile acid regulates MUC2 transcription in colon cancer cells via positive EGFR／PKC／Ras／ERK／CREB，PI3K／Akt／IkappaB／NF-kappaB and p38／MSK1／CREB pathways and negative JNK／c-Jun／AP-1 pathway.Int J Oncol，2010，36：941-953.

9 Sun Y，Zhu Y，Wang L，et al.Recombinant adenovirusmediated intestinal trefoil factor gene therapy for burn-induced intestinal mucosal injury.PLoS One，2013，8：e62429.

10 Zheng Q，Gao J，Li H，et al.Trefoil factor 3 peptide regulates migration via a Twist-dependent pathway in gastric cell.Biochem Biophys Res Commun，2013，438：6-12.

11 Huang YG，Li YF，Wang LP，et al.Aberrant expression of trefoil factor 3 is associated with colorectal carcinoma metastasis.J Cancer Res Ther，2013，9：376-380.

12 Mcvay LD，Keilbaugh SA，Wong TM，et al.Absence of bacterially induced RELMbeta reduces injury in the dextran sodium sulfate model of colitis.J Clin Invest，2006，116：2914-2923.

13 Nair MG，Guild KJ，Du Y，et al.Goblet cell-derived resistinlike molecule beta augments CD4＋T cell production of IFN-gamma and infection-induced intestinal inflammation.J Immunol，2008，181：4709-4715.

14 Hasnain SZ，Wang H，Ghia JE，et al.Mucin gene deficiency in mice impairs host resistance to an enteric parasitic infection.Gastroenterology，2010，138：1763-1771.

15 Lidell ME，Moncada DM，Chadee K，et al.Entamoeba histolytica cysteine proteases cleave the MUC2 mucin in its C-terminal domain and dissolve the protective colonic mucus gel.Proc Natl Acad Sci U S A，2006，103：9298-9303.

16 Martin NA，Mount PS，Estrada TE，et al.Active transport of bile acids decreases mucin 2 in neonatal ileum：implications for development of necrotizing enterocolitis.PLoS One，2011，6：e27191.

17 Sodhi CP，Neal MD，Siggers R，et al.Intestinal epithelial Tolllike receptor 4 regulates goblet cell development and is required for necrotizing entercolitis in mice.Gastroenterology，2012，143：708-718.

18 Yazji I，Sodhi CP，Lee EK，et al.Endothelial TLR4 activation impairs intestinal microcirculatory perfusion in necrotizing enterocolitis via eNOS-NO-nitrite signaling.Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110：9451-9456.

19 Van der Sluis M，De Koning BA，De Bruijn AC，et al.Muc2-deficient mice spontaneously develop colitis，indicating that MUC2is critical for colonic protection.Gastroenterology，2006，131：117-129.

20 Larsson JM，Karlsson H，Crespo JG，et al.Altered O-glycosylation profile of MUC2 mucin occurs in active ulcerative colitis and is associated with increased inflammation.Inflamm Bowel Dis，2011，17：2299-2307.

21 Johansson ME，Gustafsson JK，Holmen-Larsson J，et al.Bacteria penetrate the normally impenetrable inner colon mucus layer in both murine colitis models and patients with ulcerative colitis.Gut，2014，63：281-291.

22 Renes IB，Verburg M，Van Nispen DJ，et al.Distinct epithelial responses in experimental colitis：implications for ion uptake and mucosal protection.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2002，283：G169-G179.

23 Wen S，F(xiàn)elley CP，Kessler V，et al.Comment on"Resistin-like molecule beta （RELMbeta／FIZZ2）is highly expressed in the ileum of SAMP1／YitFc mice and is associated with initiation of ileitis".J Immunol，2008，180：2009-2010.

24 Molavi D，Argani P.Distinguishing benign dissecting mucin（stromal mucin pools）from invasive mucinous carcinoma.Adv Anat Pathol，2008，15：1-17.

25 Debunne H，Ceelen W.Mucinous differentiation in colorectal cancer：molecular，histological and clinical aspects.Acta Chir Belg，2013，113：385-390.

26 Imai Y，Yamagishi H，F(xiàn)ukuda K，et al.Differential mucin phenotypes and their significance in a variation of colorectal carcinoma.Gastroenterology，2013，19：3957-3968.