炎癥性腸病腸黏膜屏障功能受損機制與修復(fù)治療的研究進展

沈羽嘉 ，卞兆連，邵建國

(1 南京中醫(yī)藥大學(xué)，南京210023；2 南通市第三人民醫(yī)院)

炎癥性腸病(IBD)是一組不明原因的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病。IBD發(fā)病機制目前尚不明確，普遍認為與免疫異常、遺傳易感性、腸道菌群失調(diào)以及感染、環(huán)境、心理等因素相關(guān)。近年研究表明，IBD患者均存在腸黏膜屏障受損，這可能會引起細胞因子分泌異常、腸黏膜萎縮、通透性改變及腸道菌群移位，導(dǎo)致炎癥的反復(fù)發(fā)作及加重。腸黏膜屏障是由機械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障4個部分構(gòu)成，其中任何一個屏障的損傷都會導(dǎo)致腸黏膜屏障被破壞，致使其功能受損，誘發(fā)腸源性感染，導(dǎo)致IBD等疾病的發(fā)生。機械屏障即是腸黏膜上皮結(jié)構(gòu)，包括了腸上皮細胞(IECs)及腸上皮細胞間的連接等，具有吸收營養(yǎng)物質(zhì)并將有害物質(zhì)排除在屏障外的功能?；瘜W(xué)屏障是由杯狀細胞、潘氏細胞和腸上皮細胞分泌的黏液糖蛋白(MUC)、消化液以及腸腔內(nèi)益生菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)和菌膜等共同組成，具有潤滑腸道、溶菌、殺菌、隔離微生物、抑制微生物入侵等作用。免疫屏障既是捕獲和提呈抗原的場所，也是參與炎癥和免疫耐受的形成的部位，它由腸道淋巴組織和分泌型免疫球蛋白A(sIgA)組成。腸道中的微生物主要有共生菌(以厭氧菌為主)、條件致病菌和致病菌(以需氧或兼性厭氧菌為主)，其中約99%為專性厭氧菌，屬于腸道的優(yōu)勢菌群，這些腸道優(yōu)勢菌群在腸黏膜表面構(gòu)成一道抵御外源性抗原過度增殖和感染的屏障，即生物屏障。目前，臨床上治療IBD以免疫抑制劑或激素治療為主；近年來研究表明通過黏膜修復(fù)或可以誘導(dǎo)IBD患者持續(xù)的臨床緩解，減少住院和手術(shù)次數(shù)，改善患者的生存質(zhì)量?，F(xiàn)就IBD腸黏膜屏障功能受損機制及修復(fù)治療研究進展綜述如下。

1 IBD腸黏膜屏障功能的受損機制

1.1 腸黏膜屏障功能障礙與腸道免疫系統(tǒng)激活 近年研究顯示，IBD的發(fā)病有多種輔助性T淋巴細胞和調(diào)節(jié)性T淋巴細胞參與，例如Th1、Th2、Th17、nTreg、iTreg、Foxp3等，并有IL-1、IL-2、IL-6、IL-10、IL-23、IL-35、TNF、TGF-β、IFN-γ、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)等[1～5]細胞因子調(diào)控。IBD炎癥早期，當(dāng)機械屏障剛發(fā)生破壞時，腸腔中的抗原(以鳥分枝桿菌、彎曲桿菌、螺旋桿菌和黏附侵染性大腸桿菌等細菌為主[6])會發(fā)生移位，一方面誘導(dǎo)IECs凋亡；另一方面，與腸道黏膜固有層相接觸，刺激腸道黏膜固有層的免疫細胞 (如巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、肥大細胞等) 誘發(fā)強烈的免疫應(yīng)答，產(chǎn)生大量炎性因子，并且炎性因子間也存在相互誘導(dǎo)(如IL-34能通過ERK/MAPK信號通路促進TNF-α、IL-6、CCL20等)，引起黏膜炎癥反應(yīng)[7]。如果炎癥不能在短期內(nèi)被有效控制時，炎癥介質(zhì)過度釋放，炎癥反應(yīng)不斷積累，對IECs產(chǎn)生毒性作用并產(chǎn)生自身抗體引起自身免疫反應(yīng)，導(dǎo)致?lián)p傷的發(fā)展和黏膜滲透性的改變，進一步誘發(fā)炎癥[8, 9]，形成惡性循環(huán)，這也是IBD經(jīng)常反復(fù)發(fā)作的原因之一。

1.2 腸黏膜屏障功能障礙與腸黏膜通透性改變 腸黏膜屏障功能受損的主要病理表現(xiàn)為腸黏膜通透性的改變，IECs凋亡和細胞間緊密連接被破壞是主要的相關(guān)因素[10,11]。在IBD發(fā)病時，產(chǎn)生的炎性因子如TNF-α、INF-γ等能誘導(dǎo)IECs中凋亡相關(guān)蛋白如Caspase-1的表達，進而抑制抗凋亡蛋白如Bcl-2等的表達，誘導(dǎo)大量的IECs發(fā)生凋亡[12, 13]。一方面，因為與凋亡細胞相鄰的上皮細胞如果不能有效地封閉細胞凋亡后所留下的細胞間空隙，將導(dǎo)致腸黏膜通透性改變，破壞了細胞旁途徑；另一方面，由于細胞凋亡致使穿細胞途徑也受到影響。其他一些研究發(fā)現(xiàn)，另外的一些炎性因子如IL-1β能通過調(diào)節(jié)NF-κB通路抑制咬合蛋白表達以增加肌球輕鏈蛋白表達，或者IL-6和IL-17通過激活MEK/ERK信號通路以抑制閉合蛋白2表達等方式[14]，破壞緊密連接，改變腸黏膜的通透性。研究者在運用血管造影和共聚焦內(nèi)鏡對IBD患者腸道的觀察中發(fā)現(xiàn)，IBD患者較正常人群其腸黏膜微血管通透性會有所增加[15]。由此表明，IBD腸黏膜通透性改變不僅是因為腸上皮被破壞，還可能受到微血管通透性改變的影響。

2 IBD腸黏膜屏障的修復(fù)治療

2.1 修復(fù)腸黏膜機械屏障 腸黏膜屏障修復(fù)是以機械屏障修復(fù)為基礎(chǔ)的。在對腸黏膜機械屏障修復(fù)的進一步研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)急性腸黏膜損傷時，機體通過腸絨毛收縮、IECs移位、緊密連接和附著連接修復(fù)[16]以及抑制IECs凋亡等方式來減少損傷后裸露的基底膜面積，防止IECs連續(xù)性和通透性的異常改變。

腸上皮是由位于隱窩底部的干細胞維持，說明干細胞具有促進受損腸黏膜機械屏障再生修復(fù)的作用?；谶@一理論基礎(chǔ)，近年來應(yīng)用干細胞或者具有干細胞功能的細胞因子成為治療IBD的新思路。研究顯示，一種由IECs分泌譜系分化的主要轉(zhuǎn)錄因子ATOH1對腸上皮維持穩(wěn)態(tài)及修復(fù)都具有全面作用;通過觀察葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠發(fā)現(xiàn)，在受損黏膜恢復(fù)階段均能檢測到tdTomato+IECs的數(shù)量明顯增加、占據(jù)的黏膜面積顯著擴大，它從潰瘍邊緣隱窩延伸到覆蓋相鄰傷口的表面，通過形成傷口關(guān)聯(lián)積極促進受損腸上皮的修復(fù)；同時，在完全穩(wěn)態(tài)的條件下，ATOH1+IECs能形成保留有干細胞功能的衍生克隆帶，在早期階段促進腸黏膜機械屏障的修復(fù)[17]。此外，有研究者運用間充質(zhì)干細胞(MSCs)對大鼠采取自供體骨髓MSCs移植和可溶性干細胞因子給藥治療，發(fā)現(xiàn)兩者能協(xié)同促進腸黏膜組織中PCNA、Lgr5、Musashi-1和ephrin-B3的mRNA和蛋白表達升高，它們存在能分化為IECs或具有腸上皮表型細胞的潛能[18]。另有研究發(fā)現(xiàn)，黏膜注射MSCs以血管內(nèi)皮生長因子依賴的方式刺激血管再生，且能夠加速細胞增殖并降低局部缺血和再灌注后腸黏膜內(nèi)的炎癥反應(yīng)，能夠有效防止穿透性潰瘍的發(fā)展[19,20]。

2.2 修復(fù)腸黏膜化學(xué)屏障 腸黏膜化學(xué)屏障的研究較少，但也有著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，杯狀細胞凋亡是由錯誤折疊的MUC2所引發(fā)的活性氧水平升高所致。因此，在炎癥早期時，通過糾正MUC2折疊和減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以抑制活性氧能拯救杯狀細胞免于凋亡[21]，而杯狀細胞的增加，又能使黏蛋白分泌增加，保護腸黏膜化學(xué)屏障的完整性。

2.3 修復(fù)腸黏膜免疫屏障 目前，免疫相關(guān)療法是IBD治療中的熱門方向。臨床上的抗TNF治療的已知機制之一就是通過促進Th22細胞分化以上調(diào)IL-22生成，并促進腸上皮屏障修復(fù)[22]?，F(xiàn)階段研究者著手于細胞因子、免疫細胞和信號通路三方面以尋找新的抗炎途徑。

2.3.1 細胞因子相關(guān)方面 Koh 等[23]發(fā)現(xiàn)，核桃酚類提取物能顯著抑制COLO205細胞中IL-8和IL-1α表達，并減弱TNF-α誘導(dǎo)的IκB的磷酸化/降解和NF-κB DNA的結(jié)合活性。另有研究發(fā)現(xiàn)，6-芳?；胚?3,2-b)咔唑(FICZ)能夠抑制連接蛋白Claudin-2表達，以減少由 IL-6誘導(dǎo)的尾型同源框轉(zhuǎn)錄因子2和肝細胞核因子1α表達，阻止腸黏膜通透性的改變[24]。

2.3.2 免疫細胞相關(guān)方面 MSCs除了能修復(fù)腸黏膜機械屏障外，還可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。它作為免疫抑制治療的候選細胞，能通過在體外和體內(nèi)誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細胞發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用。實驗中與對照相比后發(fā)現(xiàn)，MSCs全身輸注能顯著改善三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的臨床和組織病理學(xué)嚴重性，并有黏膜和外周Foxp3表達的逆調(diào)節(jié)[19]。這表明MSCs可通過重新分布調(diào)節(jié)性T細胞到血液來改善或治療IBD。

2.3.3 信號通路相關(guān)方面 Byun等[25]發(fā)現(xiàn)，表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯能通過人類腸上皮細胞HT-29細胞表面表達67 kD的層粘連蛋白受體，顯著降低由脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的促炎介質(zhì)的產(chǎn)生以及MAPK和NF-κB信號通路的激活，同時顯著增加Tollip信號表達并負向調(diào)節(jié)Toll樣受體信號傳導(dǎo)，可對IECs中的炎癥產(chǎn)生抑制作用。

2.4 修復(fù)腸黏膜生物屏障 腸道共生菌是腸黏膜生物屏障的重要組成部分，而維持腸道微生態(tài)的平衡是治療IBD的重要輔助手段。因此，當(dāng)腸道益生菌數(shù)量顯著下降時，可通過補充益生菌或促進原有益生菌增殖的方法以修復(fù)腸黏膜生物屏障，恢復(fù)腸黏膜通透性及免疫自穩(wěn)狀態(tài)。

在對一種復(fù)合益生菌制劑(包含嗜酸乳桿菌、乳酸雙歧桿菌、植物乳桿菌和短雙歧桿菌)進行實驗后發(fā)現(xiàn)，益生菌可通過下調(diào)小鼠腹膜巨噬細胞產(chǎn)生的一氧化氮以及增強結(jié)腸黏液產(chǎn)生來治療葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[26]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，益生菌布拉酵母菌可以通過降低VEGFR-2磷酸化以及下游激酶PLCγ和ERK1/2的激活，調(diào)節(jié)血管生成、促進了固有層毛細血管網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到正常形態(tài)，以限制腸道炎癥并促進黏膜組織修復(fù)[27]。

目前，臨床上治療IBD以免疫抑制劑或激素治療為主，這些藥物使用規(guī)范較為嚴格，不規(guī)范的用法極易產(chǎn)生不良反應(yīng)及耐藥；對于嚴重的IBD患者，雖可采取外科治療手段，但也有出現(xiàn)吻合口難以愈合，需要反復(fù)手術(shù)，并有短腸綜合征、超短腸綜合征手術(shù)并發(fā)癥。我們希望能通過對腸黏膜屏障受損機制及腸黏膜屏障修復(fù)的探討，以尋求新藥研發(fā)的新思路。但目前對此類研究還存在著一些不足之處，一方面在于我們只能借助大量動物實驗得到一些啟發(fā)，但是少有切實有效的臨床研究來證明；另一方面，主要受限于定義不同、研究設(shè)計不同、內(nèi)窺鏡評估時間不同等，導(dǎo)致對腸黏膜修復(fù)的定義尚不十分明確，不同藥物的效應(yīng)規(guī)模也無法準(zhǔn)確估計。這都有待于制定一個標(biāo)準(zhǔn)的黏膜修復(fù)定義和進一步的研究?？偠灾?，我們希望這些研究結(jié)果能為今后研究改善腸黏膜屏障功能、減輕炎癥反應(yīng)、促進腸黏膜屏障修復(fù)提供新的方向和思路。