腸-肝軸在炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制中的作用

施瑩瑩 陳穎偉,2*

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院消化內(nèi)科1(200092) 上海市小兒消化與營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)，是一種病因和發(fā)病機(jī)制未明的慢性復(fù)發(fā)性腸道炎性疾病，肝膽系統(tǒng)癥狀是其最常見的腸外表現(xiàn)。近期報(bào)告指出，1.4%～7.5%的IBD患者伴發(fā)原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis, PSC)，而70%～80%的PSC患者在病程中出現(xiàn)IBD，提示IBD與肝腸病變可能存在相互關(guān)聯(lián)的發(fā)病機(jī)制[1]。腸道與肝臟在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系、相互影響，稱之為“腸-肝軸”。近年研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸腸肝循環(huán)異常、腸道細(xì)菌和內(nèi)毒素移位以及淋巴細(xì)胞歸巢紊亂可能通過腸-肝軸參與IBD的發(fā)病。本文就腸-肝軸在IBD發(fā)病機(jī)制中的作用作一綜述。

一、腸-肝軸概述

腸道和肝臟具有相同的胚胎學(xué)起源，在整個(gè)生命過程中，肝臟分別通過門靜脈系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)與腸道維持著直接的輸入和輸出關(guān)系[2]。而腸道淋巴細(xì)胞起源于發(fā)育中的肝臟，這為腸肝間淋巴細(xì)胞歸巢和再循環(huán)提供了解剖學(xué)的理論基礎(chǔ)。75%～80%的肝臟血供來源于腸道，正常情況下，細(xì)菌及其產(chǎn)物和各類抗原等腸源性物質(zhì)僅少量穿過腸黏膜屏障經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟，激活肝臟的固有免疫系統(tǒng)和少量適應(yīng)性免疫細(xì)胞，維持免疫耐受并抵抗感染。此外，肝臟通過膽管分泌膽汁至腸道，調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和腸道微生物組成。

1998年，Marshall[3]正式提出了“腸-肝軸”的概念，認(rèn)為機(jī)體在受到強(qiáng)烈打擊后，正常腸道屏障功能受損并伴隨腸道免疫系統(tǒng)的主要抗炎作用缺失，導(dǎo)致腸道細(xì)菌移位和大量內(nèi)毒素吸收進(jìn)入門靜脈血流和體循環(huán)，激活Kupffer細(xì)胞，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子釋放，從而引發(fā)不可控的系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，正反饋加重腸黏膜損傷甚至影響遠(yuǎn)隔器官。隨著“腸-肝軸”學(xué)說逐漸被廣泛認(rèn)可，腸肝相互作用已成為消化系統(tǒng)疾病發(fā)病機(jī)制和治療應(yīng)用中的研究熱點(diǎn)。

二、膽汁酸與IBD

1. 膽汁酸的腸肝循環(huán)：膽汁酸是膽固醇代謝的終產(chǎn)物，是機(jī)體腸-肝軸的重要成分。機(jī)體的膽汁酸庫共約3～5 g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足機(jī)體的需求，故借助有效的腸肝循環(huán)機(jī)制使有限的膽汁酸能反復(fù)利用。約95%排入腸道的膽汁酸可在腸道被重吸收，其余5%則是每天隨糞便排出的最少損失量。結(jié)合型膽汁酸在回腸末端通過主動轉(zhuǎn)運(yùn)被有效地重吸收，少量未結(jié)合型膽汁酸在小腸和結(jié)直腸中通過被動擴(kuò)散被重吸收。肝細(xì)胞則通過與門靜脈血流直接接觸的基底側(cè)膜攝取循環(huán)膽汁酸。大部分循環(huán)膽汁酸通過環(huán)氧化物酶介導(dǎo)的Na+依賴性主動轉(zhuǎn)運(yùn)被肝細(xì)胞重吸收，僅約25%通過Na+非依賴性機(jī)制被重吸收。在肝臟內(nèi)，未結(jié)合型膽汁酸與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合成為結(jié)合型膽汁酸，并與重吸收、新合成的結(jié)合型膽汁酸再次隨膽汁進(jìn)入腸道。上述膽汁酸在腸道和肝臟之間循環(huán)流動的過程即為膽汁酸的腸肝循環(huán)[4]。

2. 膽汁酸受體介導(dǎo)的肝腸免疫失調(diào)：除促進(jìn)脂肪乳化、腸道吸收脂肪和脂溶性維生素的功能外，膽汁酸還能作為一種信號分子，通過與特殊的細(xì)胞受體結(jié)合，調(diào)節(jié)肝腸免疫應(yīng)答[4]。G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5(G protein-coupled bile acid receptor 5, TGR5)和法尼酯衍生物X受體(farnesoid X receptor, FXR)是多種膽汁酸受體中尤為重要的兩種受體。TGR5在整個(gè)腸道中的表達(dá)水平較高，尤以回結(jié)腸為甚；而在肝臟中的表達(dá)水平較低，主要集中表達(dá)于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、膽囊上皮細(xì)胞和Kupffer細(xì)胞[5-6]。激活TGR5能通過抑制核因子(NF)-κB，減少Kupffer細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素(IL)-1α、IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α[6]。Ichikawa等[7]的研究顯示，膽汁酸通過激活TGR5-cAMP通路，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向分泌低水平IL-12的樹突細(xì)胞分化，提示TGR5可能在CD中發(fā)揮保護(hù)作用。Cipriani等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，TGR5選擇性激動劑能維持腸上皮屏障的完整性，減輕腸道異常免疫反應(yīng)。與TGR5不同，F(xiàn)XR在腸道和肝臟中的表達(dá)水平均較高。Gadaleta等[9]的研究表明，激活FXR對實(shí)驗(yàn)動物的腸道炎癥具有保護(hù)作用，并可改善結(jié)腸炎癥狀，抑制腸道通透性增高，減少杯狀細(xì)胞消亡；此外，激活FXR可抑制IBD患者黏膜固有層細(xì)胞分泌干擾素(IFN)-γ、IL-17、TNF-α等炎性細(xì)胞因子。Zhou等[10]在葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium, DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α, PPARα)-UDP-葡糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucuronosyltransferase, UTG)軸發(fā)生活化，可抑制下游FXR及其相關(guān)反饋通路，上調(diào)膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)，改變膽汁酸穩(wěn)態(tài)，最終加劇結(jié)腸炎的發(fā)展。Nijmeijer等[11]對緩解期IBD患者腸黏膜標(biāo)本進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，與UC組和健康組相比，CD患者回腸FXR激活減少，此變化繼發(fā)于膽汁酸的腸肝循環(huán)改變和炎癥信號的轉(zhuǎn)錄抑制。由此可見，膽汁酸的腸肝循環(huán)異常可導(dǎo)致FXR和TGR5受抑或過度活化，從而影響IBD中腸肝病變進(jìn)程，但具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步探討。

三、腸道細(xì)菌、內(nèi)毒素與IBD

1. 腸道細(xì)菌移位與內(nèi)毒素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：腸上皮細(xì)胞是機(jī)體一道重要的天然屏障，能阻止包括細(xì)菌和內(nèi)毒素在內(nèi)的多種有害物質(zhì)穿過腸黏膜進(jìn)入血液[12]。當(dāng)腸黏膜屏障受損時(shí)，腸道上皮的通透性增加，為腸道菌群及其產(chǎn)物移位進(jìn)入肝臟提供了合適的門戶。內(nèi)毒素是位于革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁上的一種復(fù)雜成分，也稱為脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)。LPS的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)組成脂質(zhì)A、核心寡糖和O-特異性多糖易被宿主的防御系統(tǒng)所識別，如被LPS結(jié)合蛋白(LBP)、CD14、Toll樣受體4(TLR4)和髓樣分化蛋白MD2組成的核心受體復(fù)合物所識別，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)。TLR4屬于TLR家族，被外源性配體LPS激活后，可通過髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88, MyD88)依賴型或非依賴型方式啟動下游信號通路[13]。MyD88依賴型信號通路主要以IκB激酶途徑激活NF-κB和以絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途徑激活激活蛋白1(activator protein-1, AP-1)，進(jìn)而調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子和免疫功能相關(guān)基因的表達(dá)。MyD88非依賴型信號通路由Toll/白細(xì)胞介素1受體結(jié)構(gòu)域所介導(dǎo)，后者可活化干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factor-3, IRF-3)，誘導(dǎo)IFN-β表達(dá)。

2. 內(nèi)毒素通過腸-肝軸引發(fā)肝腸病變：在肝臟，肝細(xì)胞和多種非實(shí)質(zhì)細(xì)胞均表達(dá)TLR4，包括Kupffer細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞和肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞[13]。正常情況下，Kupffer細(xì)胞和肝細(xì)胞負(fù)責(zé)清除不斷通過門靜脈進(jìn)入肝內(nèi)的腸源性LPS，導(dǎo)致肝臟對LPS高度耐受，因此健康肝組織內(nèi)TLR4的表達(dá)水平極低[14]。一旦超過正常的免疫耐受閾值，肝內(nèi)TLR4表達(dá)上調(diào)，LPS立即激活多種細(xì)胞內(nèi)的TLR4信號通路，釋放一系列促炎細(xì)胞因子，引發(fā)炎癥反應(yīng)和組織損傷。早在1977年的個(gè)案報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在UC患者門靜脈和體循環(huán)中，經(jīng)LAL法檢測顯示內(nèi)毒素水平升高[15]。G?bele等[16]的研究在實(shí)驗(yàn)性非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)小鼠中發(fā)現(xiàn)，以DSS誘發(fā)腸道炎癥會促進(jìn)LPS移位、抑制腸道抗菌肽，導(dǎo)致肝臟炎癥增強(qiáng)、肝纖維化進(jìn)程加快以及促纖維化基因表達(dá)上調(diào)。Trivedi等[17]在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎小鼠中發(fā)現(xiàn)，閉合蛋白表達(dá)減少導(dǎo)致腸道通透性增加，引起多種結(jié)腸細(xì)菌和相關(guān)LPS移位至肝臟；肝內(nèi)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激增強(qiáng)，導(dǎo)致DNA損傷、脂肪肝、肝纖維化形成和肝功能異常，且肝臟損傷與結(jié)腸炎嚴(yán)重程度相關(guān)。肝內(nèi)出現(xiàn)的LPS一方面可增加肝臟和腸道中微血管的通透性，另一方面可反過來促進(jìn)腸道細(xì)菌移位，形成惡性循環(huán)[18]。由LPS誘導(dǎo)產(chǎn)生的肝源性炎性細(xì)胞因子，不但能使腸道上皮細(xì)胞緊密連接中斷，提高腸道滲透性；而且能下調(diào)肝細(xì)胞內(nèi)膽汁的生成，使膽汁酸分泌減少，加重腸道內(nèi)微生態(tài)紊亂[19]。膽汁酸具有抑菌的功能，可損傷細(xì)菌細(xì)胞膜或DNA、造成蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊或變性、引起氧化應(yīng)激等，影響腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)[20]。Devkota等[21]的研究表明，以富含飽和脂肪的飲食或添加了?；撬岬牡椭撅嬍筹曫B(yǎng)敲除IL-10基因的小鼠，均能引起牛磺酸結(jié)合型膽汁酸合成加強(qiáng)，促進(jìn)致病菌B.wadsworthia生長；而B.wadsworthia能有效利用有機(jī)硫，與腸道免疫反應(yīng)密切相關(guān)，促進(jìn)小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生。Duboc等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者中由腸道菌群失調(diào)引發(fā)的腸腔內(nèi)次級膽汁酸減少，會減弱后者對腸道上皮細(xì)胞的保護(hù)作用，增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞炎性反應(yīng)，可能使IBD惡化。上述研究提示，腸道細(xì)菌和內(nèi)毒素移位不但能引起肝臟損傷，而且能進(jìn)一步加重腸道病變，可能是IBD發(fā)病機(jī)制中的重要環(huán)節(jié)。

四、淋巴細(xì)胞歸巢與IBD

1. 淋巴細(xì)胞歸巢的機(jī)制：肝腸免疫以腸肝間淋巴細(xì)胞歸巢/再循環(huán)為基礎(chǔ)，近年已成為腸-肝軸研究的熱點(diǎn)。淋巴細(xì)胞歸巢指血液中淋巴細(xì)胞選擇性穿過高內(nèi)皮微靜脈(high endothelial venules, HEV)，趨向遷移并定居于外周免疫器官的特定區(qū)域或組織的過程。淋巴細(xì)胞表面不同的黏附分子(又稱歸巢受體)與特定組織表面的黏附分子(又稱地址素)相互作用，決定該細(xì)胞的去向。淋巴細(xì)胞接受抗原刺激后活化，分泌一系列炎性介質(zhì)，啟動炎癥反應(yīng)并募集更多效應(yīng)細(xì)胞，從而增強(qiáng)免疫應(yīng)答[23]。正常情況下，CC趨化因子配體25(CCL25)和黏膜地址素細(xì)胞黏附分子1(mucosal addressin cell adhesion molecule-1, MAdCAM-1)限制性表達(dá)于腸道，各自識別淋巴細(xì)胞表面的CC趨化因子受體9(CCR9)和整合素α4β7，募集CCR9+α4β7+T細(xì)胞至腸道黏膜；而血管黏附蛋白1(vascular adhesion protein-1, VAP-1)結(jié)構(gòu)性表達(dá)于肝臟血管和血竇內(nèi)皮細(xì)胞，招募表達(dá)相應(yīng)歸巢受體的淋巴細(xì)胞遷移至肝臟[23]。

2. 黏附分子表達(dá)異常導(dǎo)致腸肝間淋巴細(xì)胞歸巢紊亂：近年研究發(fā)現(xiàn)，腸肝間淋巴細(xì)胞歸巢紊亂可能參與IBD腸道炎癥和肝膽病變的發(fā)生。一方面，在IBD患者中原本特異性表達(dá)于腸道和肝臟的地址素出現(xiàn)交叉表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者的肝臟內(nèi)皮細(xì)胞表面CCL25和MAdCAM-1表達(dá)上調(diào)，募集存活期長的記憶T細(xì)胞至肝臟，進(jìn)而引起肝臟并發(fā)癥[24]。Salmi等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，雖然VAP-1在正常腸道中度表達(dá)，但在IBD患者中的表達(dá)明顯上調(diào)，表明淋巴細(xì)胞不僅能利用VAP-1進(jìn)入肝臟，也能利用VAP-1進(jìn)入炎性腸系膜血管。Trivedi等[26]的最新研究發(fā)現(xiàn)，VAP-1表達(dá)水平在IBD相關(guān)PSC患者肝組織中顯著上調(diào)，并進(jìn)一步指出，結(jié)腸上皮細(xì)胞和腸道菌群可產(chǎn)生半胱胺等物質(zhì)，激活VAP-1的潛在胺氧化酶活性，調(diào)節(jié)肝臟內(nèi)皮細(xì)胞表面MAdCAM-1的表達(dá)，促進(jìn)腸道趨向性α4β7+T細(xì)胞遷移至肝臟。另一方面，淋巴細(xì)胞表面歸巢受體的表達(dá)并非是一成不變的。有研究[27]指出，CD8+T細(xì)胞并不穩(wěn)定，當(dāng)其在不同的組織區(qū)域被再激活時(shí)，可重新編碼歸巢受體，從而改變效應(yīng)細(xì)胞的遷移途徑。T細(xì)胞表面歸巢受體的表達(dá)具有可塑性是由全反式維甲酸(all-trans retinoic acid, ATRA)調(diào)控所致，ATRA能提高T細(xì)胞表面CCR9和α4β7的表達(dá)[28]。以往認(rèn)為僅腸相關(guān)淋巴組織(GALT)中表達(dá)視黃醛脫氫酶基因的樹突細(xì)胞才能產(chǎn)生ATRA。然而近年研究發(fā)現(xiàn)，肝臟也具有產(chǎn)生ATRA并誘導(dǎo)循環(huán)淋巴細(xì)胞向腸道遷移的能力。Eksteen等[29]的研究指出，肝內(nèi)樹突細(xì)胞和星形細(xì)胞能生成少量ATRA，但無法維持淋巴細(xì)胞表面CCR9和α4β7的高表達(dá)狀態(tài)。Neumann等[30]的研究顯示，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)視黃醛脫氫酶基因，能激活CD4+T細(xì)胞并使之獲得穩(wěn)定的腸道趨向性。反之，腸道能否誘導(dǎo)循環(huán)淋巴細(xì)胞表達(dá)特殊的歸巢受體并獲得肝臟趨向性，尚待更多的研究探索。

五、結(jié)語與展望

IBD是一種多病因引起的異常免疫介導(dǎo)性疾病，可伴發(fā)肝膽系統(tǒng)病變。目前研究表明，膽汁酸減少、腸道細(xì)菌和內(nèi)毒素大量移位進(jìn)入肝臟以及淋巴細(xì)胞歸巢紊亂可通過腸-肝軸影響肝腸免疫，破壞兩者正常的免疫防御功能，誘發(fā)和加重炎癥反應(yīng)。這有助于為臨床診斷和治療IBD提供新方向，如膽汁酸減少能否作為IBD新的預(yù)測因子，針對歸巢受體和地址素的新型抗體和拮抗劑是否對IBD具治療價(jià)值等。此外，膽汁酸穩(wěn)態(tài)改變是IBD的直接病因還是腸道菌群失調(diào)引起的繼發(fā)性改變？肝源性致炎因子通過何種具體途徑加重腸黏膜屏障損傷？哪些信號分子介導(dǎo)腸肝表面黏附分子異常表達(dá)？改善肝臟功能是否對治療腸道病變有益等？這些問題尚需行進(jìn)一步的深入研究。