組織蛋白酶S在腸易激綜合征中作用的研究進展*

王爽爽 陳超英 呂 賓 張 璐

浙江中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院消化內科(310006)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一類以反復發(fā)作的腹痛、腹瀉、排便習慣改變、糞便性狀異常為特征的功能性腸道疾病，在臨床上較為常見。我國IBS的總體發(fā)病率約為6.5%，以女性患者居多［1］。IBS的發(fā)病機制目前尚未完全明確，可能與胃腸動力異常、內臟高敏感、腸道炎癥、免疫功能改變、腦-腸軸功能紊亂等因素有關［2］。已有研究［3］發(fā)現IBS大鼠腸道黏膜中組織蛋白酶S(cathepsin S，CTSS)表達明顯上調，提示其可能參與IBS發(fā)生。本文就CTSS在IBS中作用的研究進展作一綜述。

一、CTSS概述

1.CTSS的分布：組織蛋白酶是廣泛存在于各種細胞溶酶體內的一類蛋白水解酶，可參與多種蛋白質降解，調控各種病理生理過程。根據其活性部位氨基酸的不同，組織蛋白酶可分為絲氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶，其中半胱氨酸組織蛋白酶主要包括組織蛋白酶B、S、X等11種類型［4］。CTSS蛋白于1975年首次從牛淋巴結和脾臟中被分離出來。人CTSS于1992年被發(fā)現，其cDNA堿基序列與牛CTSS基因高度相似。CTSS在脾臟和專職抗原呈遞細胞(APC)中高表達，如樹突細胞(DC)、B淋巴細胞、巨噬細胞等［5］。

2.CTSS的結構和生物學特性：CTSS是木瓜蛋白酶超家族的一種半胱氨酸蛋白酶，具有高效的肽鏈內切酶活性。CTSS具有廣泛的pH活性譜，可在中性和酸性條件下穩(wěn)定存在，并具有較高活性，參與多種病理生理過程，發(fā)揮重要的生物學功能［6］。CTSS有3個活性殘基，分別為Cys25(L結構域)、His159和Asn175(R結構域)，其中Cys25-S負離子具有很強的親核能力，可進攻其底物肽，并通過脫酰基作用使底物肽含羰基基團解離，發(fā)揮水解蛋白質的作用［7］。

二、CTSS與腸道炎癥免疫紊亂

1.CTSS可降解主要組織相容性復合物(MHC)恒定鏈(Ii鏈)：在中、酸性環(huán)境下，CTSS可被激活，降解Ii鏈，形成MHC-Ⅱ類分子相關的恒定鏈多肽(CLIP)。隨后在HLA-DM分子介導下與抗原肽結合槽解離，形成穩(wěn)定的抗原肽-MHC-Ⅱ類分子復合物，轉運至細胞膜表面，由CD4+T細胞識別，進而將外源性抗原呈遞至 CD4+T細胞［8］。Riese等［9］發(fā)現CTSS的Ii鏈降解作用在MHC-Ⅱ類分子呈遞抗原過程中是必需的。CTSS-/-小鼠Ii鏈水解被抑制，導致Ii鏈積聚以及MHC-Ⅱ類分子肽結合能力減弱，從而影響免疫系統(tǒng)功能。缺乏CTSS的小鼠雖能維持基本生理活動，但其APC細胞的抗原呈遞能力降低，進而導致免疫功能缺陷。Nakagawa等［10］發(fā)現CTSS-/-小鼠表型雖正常，但誘導敏感性降低，無法利用其構建自身免疫性重癥肌無力和膠原誘導性關節(jié)炎模型。Riese等［11］證實選擇性不可逆CTSS抑制劑LHVS可引起Ii鏈分解產物堆積，從而抑制抗原肽-MHC-Ⅱ類分子復合物形成，影響抗原呈遞。Saegusa等［12］發(fā)現CTSS在Ii鏈體外降解過程中發(fā)揮重要作用，其可調節(jié)體內MHC-Ⅱ類分子功能及其介導的自身免疫應答。綜上所述，CTSS可通過降解Ii鏈，影響細胞抗原呈遞，有望成為自身免疫性疾病治療的新靶點。

2.CTSS參與抗原加工：作為最主要的內吞蛋白酶，CTSS在外源性抗原肽加工過程中起有重要作用。外源性抗原由APC識別、攝取，并在溶酶體和內體中被組織蛋白酶水解為多肽。CTSS可裂解抗原肽鍵，產生可與MHC-Ⅱ類分子復合物結合的抗原肽。研究發(fā)現CTSS-/-小鼠或Ii鏈缺失小鼠CD4+T細胞數量較野生型小鼠下降了約3倍;Ii鏈缺失的CTSS-/-小鼠CD4+T細胞數量較野生型小鼠下降了70%［13］。Plüger等［14］證實 CTSS 不僅在 Ii鏈降解中起有重要作用，還可特異性水解外源性抗原，產生特定抗原表位。Stoeckle等［15］證實CTSS可破壞胸腺DC中的髓磷脂堿性蛋白(MBP)和胰島素原表位，導致T細胞表位減少以及自身反應性T細胞逃逸。

CTSS是抗原肽-MHC-Ⅱ類分子復合物形成過程中的關鍵因子，可發(fā)揮重要的免疫調節(jié)作用，并參與自身免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展。正常人腸道中存在免疫屏障，可阻止致病菌及其代謝產物進入機體，而IBS患者腸道可出現明顯免疫紊亂，表現為腸道低度炎癥。IBS患者腸黏膜免疫細胞(如腸嗜鉻細胞、巨噬細胞、淋巴細胞、DC、肥大細胞等)明顯增多［16-17］，進而分泌炎癥細胞因子和神經遞質，如白細胞介素(IL)-6、IL-10、IL-12、干擾素(IFN)-γ、腫瘤壞死因子(TNF)-α、5-羥色胺、組胺等［18］，破壞腸黏膜屏障，引起腸道感覺和運動功能異常。研究發(fā)現結腸炎小鼠巨噬細胞CTSS可通過誘導蛋白酶激活受體2(PAR-2)活化，引起腸道感覺功能異常，并可增加腸黏膜通透性，破壞腸黏膜屏障，導致腸道炎癥持續(xù)加重［19-20］。Kitamura等［21］發(fā)現 IL-6可增強 DC 中的CTSS活性，抑制CD4+T細胞介導的免疫應答。王然等［22］證實IFN-γ可刺激肥大細胞釋放CTSS。Fiebiger等［23］發(fā)現TNF-α和IL-1β可增強 DC中的CTSS活性，促進抗原肽-MHC-Ⅱ類分子復合物形成。綜上所述，CTSS可通過促進黏膜炎癥反應和免疫應答，參與IBS發(fā)病。

三、CTSS與內臟高敏感

CTSS可參與IBS患者內臟高敏感發(fā)生。Barclay等［24］發(fā)現周圍神經損傷大鼠背根神經節(jié)巨噬細胞中的CTSS水平顯著升高，且其表達程度從損傷后第3～14天逐漸增加;活性CTSS可誘導大鼠產生機械性痛覺過敏，而無活性CTSS對大鼠痛覺無明顯影響;LHVS可改善神經損傷大鼠的痛覺過敏癥狀，而去除巨噬細胞可阻斷其療效，表明巨噬細胞釋放的內源性CTSS有助于神經性痛覺過敏維持。Clark等［25］發(fā)現關節(jié)炎模型大鼠脊髓小膠質細胞中的CTSS表達增加，且CTSS抑制劑可有效緩解其機械性痛覺過敏。內臟高敏感可能是IBS患者反復腹痛的重要原因，而CTSS在神經性疼痛中的重要作用為IBS患者腹痛癥狀緩解以及胃腸道功能恢復提供了新思路。

四、CTSS與腸道菌群失調

腸道菌群失調可引起腸黏膜功能紊亂，進而誘發(fā)IBS。Steimle等［26］發(fā)現共生菌可通過誘導活性氧(ROS)產生來調節(jié)CTSS水平和活性，從而維持腸道內穩(wěn)態(tài);共生菌與腸上皮細胞作用后，可誘導DC成熟，增加ROS活性，促進胱抑素(CysC)表達，從而減弱CTSS的Ii鏈降解作用，抑制CD4+T細胞活化，表明CTSS可參與腸道菌群失調誘導的IBS發(fā)病。

五、CTSS在IBS治療中的作用

CTSS可通過降解MHC Ii鏈、促進抗原加工、誘導內臟高敏感、參與腸道菌群失調等途徑參與胃腸道功能調節(jié)以及IBS發(fā)病，有望成為IBS治療的新靶點。CTSS可特異性阻斷MHC-Ⅱ類分子介導的自身免疫應答，對IBS的療效優(yōu)于非特異性免疫抑制劑，可作為自身免疫性疾病患者的免疫功能調節(jié)靶點［27］。近年利用組織蛋白酶抑制劑治療自身免疫性疾病的研究已取得較多進展。Rupanagudi等［28］證實 CTSS抑制劑RO5461111對狼瘡性腎炎等自身免疫性疾病有效。目前多數CTSS抑制劑的研究仍處于臨床前研究階段。CTSS與其他組織蛋白酶存在較高同源性，CTSS抑制劑亦可能對其他組織蛋白酶產生抑制作用，因此CTSS抑制劑的開發(fā)仍面臨巨大挑戰(zhàn)［29］。此外，Steimle等［30］提出一種經濟、方便、快速、重復性好的CTSS活性檢測方法，為研究CTSS對IBS的療效提供了可行性。

六、結語

綜上所述，CTSS在抗原加工呈遞、神經性痛覺過敏以及腸道菌群失調中發(fā)揮重要作用，然而目前關于CTSS在IBS中作用的研究較少，其參與IBS發(fā)病的機制仍需更多研究加以證實。隨著對CTSS在IBS發(fā)生、發(fā)展中作用研究的進一步深入，其有望成為IBS治療的新靶點。

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