腸膠質(zhì)細(xì)胞與腸道微環(huán)境相互作用的研究進(jìn)展

董小君秦鐘

(1. 遵義醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校中醫(yī)系，貴州 遵義 563006； 2. 成都中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610075； 3. 貴州中醫(yī)藥大學(xué)，貴州 貴陽 550002)

腸膠質(zhì)細(xì)胞(EGCs)由于在調(diào)節(jié)腸道健康和慢性疾病上所起的不同的新發(fā)現(xiàn)的作用而受到越來越多的關(guān)注。大量臨床和實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持EGCs與腸屏障、神經(jīng)元、免疫細(xì)胞、腸道炎癥之間的相互關(guān)系，現(xiàn)將EGCs與腸道微環(huán)境相互作用的研究進(jìn)展綜述如下：

1 EGCs簡介

腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)是胃腸功能的主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由神經(jīng)元和EGCs組成。EGCs是ENS中最大的細(xì)胞群和關(guān)鍵分子，長期以來一直被認(rèn)為是通過支持神經(jīng)元來發(fā)揮其機(jī)械特性作用的。Dogiel在1899年首次觀察到腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[1]，在隨后的70年中，腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是施萬細(xì)胞。20世紀(jì)70年代早期，Gabella[2]確定腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞是一種獨(dú)特的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，與周圍神經(jīng)系統(tǒng)(PNS)中的其他神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞不同，具有獨(dú)立的特征。EGCs起源于神經(jīng)嵴祖細(xì)胞，胚胎腸道定植后，通過Hedgehog/Notch途徑成熟[3]。EGCs是一種小細(xì)胞，呈星形，長約10 nm，主要成分是膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)[4]。EGCs有多種亞型，一種包圍黏膜中的神經(jīng)突起，從而與上皮細(xì)胞建立密切聯(lián)系，而另一種則包裹在神經(jīng)節(jié)叢中的神經(jīng)細(xì)胞體周圍[5]。EGCs在黏膜下神經(jīng)叢和肌間神經(jīng)叢的數(shù)目分別為1.3～1.9和5.9～7.0[6]，緊緊包圍神經(jīng)細(xì)胞體，端足呈扁平狀，形成血液-腸屏障，保護(hù)腸神經(jīng)元[7]。EGCs生長發(fā)育后，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的星形膠質(zhì)細(xì)胞具有共同的形態(tài)特征和抗原標(biāo)記[8]。與其他外周膠質(zhì)細(xì)胞(如雪旺細(xì)胞)相比，EGCs的不同之處在于它們不形成基底層，沒有單個(gè)軸突，出現(xiàn)鞘神經(jīng)束[9]。EGCs標(biāo)記的免疫組化標(biāo)記有GFAP、S100β和Sox 8/9/10。在腸道中，GFAP被認(rèn)為是一種特定的成熟EGCs標(biāo)記[10]，它不能可靠地區(qū)分腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和外源性膠質(zhì)細(xì)胞，因?yàn)镚FAP也在非髓鞘性雪旺細(xì)胞中[11]。S100β是Ca2+結(jié)合蛋白儲(chǔ)存在細(xì)胞質(zhì)和/或細(xì)胞核的神經(jīng)和非神經(jīng)組織，發(fā)揮擴(kuò)散的神經(jīng)營養(yǎng)特性[12]。雖然在神經(jīng)組織中存在一些S100亞型，但EGCs僅表達(dá)S100β。Sox轉(zhuǎn)錄因子家族(Sox 8/9/10)是最新提出的EGCs鑒定標(biāo)記之一[13]。Sox8/9在神經(jīng)嵴細(xì)胞和未成熟膠質(zhì)細(xì)胞中均有表達(dá)，而Sox10在成熟ENS中僅限于EGCs[14]。因此，通過使用針對(duì)Sox8/9/10的抗體，可以標(biāo)記EGCs核，從而對(duì)EGCs密度進(jìn)行精確的定量分析。

2 EGCs調(diào)節(jié)腸屏障功能

IEB通常是指由腸上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cell，IEC)為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)成的消化系屏障，作為機(jī)體與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)及能量交換的最大的界面[15]。腸上皮細(xì)胞下方的是S100β和GFAP免疫反應(yīng)細(xì)胞群，稱為黏膜神經(jīng)膠質(zhì)。越來越多的研究表明，黏膜膠質(zhì)細(xì)胞分泌的因子對(duì)于上皮細(xì)胞的分化具有關(guān)鍵作用，可以調(diào)節(jié)腸屏障功能。到目前為止，研究表明S-亞硝基谷胱甘肽(GSNO)[16]、15-deoxy-前列腺素J2(15d-PGJ2)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β1)和表皮生長因子已經(jīng)出現(xiàn)作為影響腸上皮的黏膜-神經(jīng)膠質(zhì)衍生物質(zhì)。GSNO是體內(nèi)和體外上皮細(xì)胞屏障特性的有效誘導(dǎo)劑，導(dǎo)致F-肌動(dòng)蛋白和緊密連接相關(guān)蛋白的表達(dá)增加，并調(diào)節(jié)黏膜表面的上皮滲透能力。15d-PGJ2是一種對(duì)腸上皮細(xì)胞具有抗增殖和促分化作用的脂質(zhì)介質(zhì)。Costantini等[17]發(fā)現(xiàn)小鼠的回腸通透性(由燒傷引起)可以通過刺激回腸中表達(dá)GFAP的迷走神經(jīng)進(jìn)行預(yù)防，也可通過注射GSNO來模擬這種保護(hù)作用[16]，表明EGCs衍生物質(zhì)足以促進(jìn)屏障修復(fù)。EGCs功能也可能是上皮修復(fù)所必需的，因?yàn)樵谀c道炎癥模型中消融神經(jīng)膠質(zhì)時(shí)腸道愈合被延遲[18]。在小鼠嚴(yán)重?zé)齻c損傷模型中，刺激迷走神經(jīng)可激活EGCs，激活EGCs后可預(yù)防燒傷引起的腸通透性，減輕腸組織損傷[19]。克羅恩病患者非受累腸組織的檢查顯示，EGCs網(wǎng)絡(luò)被嚴(yán)重破壞，而EGCs網(wǎng)絡(luò)的減弱似乎對(duì)這些患者的炎癥信號(hào)反應(yīng)不佳[20]，更明確地支持EGCs在損傷后恢復(fù)上皮屏障功能中的作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在條件性基因敲除小鼠體內(nèi)缺少EGCs可引起IEB完整性破壞和血管紊亂，最終導(dǎo)致致命性、出血性空腸炎[21]。進(jìn)一步觀察表明，以化學(xué)或自身免疫T細(xì)胞為靶點(diǎn)的方法破壞EGC網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致上皮襯里塌陷，黏膜愈合明顯延遲[22]。 Landeghem等[18]研究顯示：在黏膜損傷中，使用葡聚糖硫酸鈉(DSS)和雙氯芬酸治療，腸道神經(jīng)膠質(zhì)的條件性消融使傷口惡化并延遲病變愈合。在體外，EGCs通過分泌前表皮生長因子(pro-EGF)和激活粘著斑激酶(FAK)信號(hào)傳導(dǎo)途徑來增強(qiáng)上皮恢復(fù)。因此，EGCs是支持保護(hù)屏障的IEB微環(huán)境的主要組成部分。

3 EGCs介導(dǎo)的神經(jīng)調(diào)節(jié)

EGCs可以通過多種方式調(diào)節(jié)腸神經(jīng)回路，包括有終止突觸中神經(jīng)遞質(zhì)的作用[23]，為神經(jīng)元提供神經(jīng)遞質(zhì)前體，并產(chǎn)生神經(jīng)活性物質(zhì)[24]。去除突觸釋放的神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)于維持正常的神經(jīng)活動(dòng)至關(guān)重要。在ENS中，EGCs是調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)可用性的關(guān)鍵因素，它們能夠通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白降解細(xì)胞外神經(jīng)遞質(zhì)和隔離神經(jīng)遞質(zhì)[25]。同樣，EGCs與調(diào)節(jié)P2受體配體可用性的嘌呤和神經(jīng)膠質(zhì)膜結(jié)合的外核苷酸水平密切相關(guān)[26]。EGCs通過與腸壁神經(jīng)元和其他細(xì)胞的雙向信號(hào)來積極參與腸道運(yùn)動(dòng)。神經(jīng)元釋放的ATP的神經(jīng)膠質(zhì)反應(yīng)是由外部核苷三磷酸二磷酸水解酶2(ENTPD2，也稱為NTPDase2)的ATP降解產(chǎn)生的ADP進(jìn)行介導(dǎo)[27]。另外對(duì)于嘌呤調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)表明腸神經(jīng)膠質(zhì)有助于神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(GABA)和神經(jīng)肽在腸神經(jīng)突觸中的清除[25]。EGCs也可能通過向神經(jīng)元提供神經(jīng)傳遞前體來維持神經(jīng)傳遞。EGCs表達(dá)谷氨酰胺合成酶和l-精氨酸表明這些細(xì)胞對(duì)于維持腸內(nèi)谷氨酸能和氮能信號(hào)傳導(dǎo)是具有重要意義。Gulbransen等[28]發(fā)現(xiàn)嘌呤三磷酸腺苷(ATP)與神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素和乙酰膽堿共同釋放，EGCs在體外表達(dá)嘌呤能受體并對(duì)ATP作出反應(yīng)，提示EGCs參與神經(jīng)信號(hào)的功能性胃腸反應(yīng)。

4 EGCs與免疫細(xì)胞的相互作用

EGCs被認(rèn)為是腸道中抵抗入侵微生物的免疫反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分。EGCs釋放和響應(yīng)多種細(xì)胞因子和趨化因子，表達(dá)MHCI、MHCII、TLRs、共刺激蛋白CD80和CD86，與淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞相互作用，促進(jìn)抗原遞呈作用[29]。近年來，各種微生物與EGCs、腸道環(huán)境相互作用的機(jī)制已被揭示：EGCs被外部刺激(如LPS)，激活的體外和體內(nèi)福氏志賀菌IECS模型提示EGCs和炎性因子對(duì)入侵病原體具有保護(hù)作用[30]，因此可能有助于調(diào)節(jié)宿主與細(xì)菌的相互作用。Kabouridis等[31]發(fā)現(xiàn)無菌小鼠黏膜EGCs的數(shù)量大大減少，恢復(fù)正常腸道微生物群顯示出差異性，并發(fā)現(xiàn)腸道微生物群是維持腸道中新的EGCs生成所必需的，強(qiáng)調(diào)了EGCs、細(xì)菌和微生物群之間的密切關(guān)系。又如抗原生動(dòng)物藥物戊脒可能通過靶向EGCs誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎，因?yàn)樗幬镏委熂冉档土薊GCs中GFAP的表達(dá)，又減少了S100β誘導(dǎo)的小鼠黏膜炎癥[32]。EGCs對(duì)細(xì)胞外環(huán)境中的細(xì)胞因子、細(xì)菌和神經(jīng)遞質(zhì)等免疫調(diào)節(jié)信號(hào)的反應(yīng)能力表明，膠質(zhì)細(xì)胞在ENS和免疫系統(tǒng)之間起著重要的調(diào)節(jié)作用。例如，EGCs受白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-4和腫瘤壞死因子(TNF)-α的影響[33]，這些細(xì)胞因子的結(jié)合可以誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化，類似于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞病，并導(dǎo)致炎癥和胃腸功能障礙[34]。同樣，脂多糖和其他細(xì)菌成分激活膠質(zhì)細(xì)胞Toll樣受體2和4，也驅(qū)動(dòng)了促炎通路，這些途徑對(duì)成功通過腸道上皮屏障的細(xì)菌的保護(hù)反應(yīng)非常重要。Rosenberge等[35]研究表明，脂多糖激活的EGCs在局部ENS環(huán)境中發(fā)揮重要作用，抑制膠質(zhì)細(xì)胞NF-κB通路能有效地減輕小鼠結(jié)腸炎癥和培養(yǎng)人體組織細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。Liddo等[36]研究表明，LPS和Wnt3a聯(lián)合作用可誘導(dǎo)大鼠腸道神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞混合培養(yǎng)物分泌抗炎因子，抑制NF-κB活性。體內(nèi)和體外研究表明，暴露于細(xì)菌或寄生蟲后，來自肌腸和黏膜下叢的EGCs也能表達(dá)主要的組織相容性復(fù)合體II分子[37]。此外，Chagas病所致巨結(jié)腸患者的腸膠質(zhì)細(xì)胞在其細(xì)胞表面表達(dá)分化的T細(xì)胞共刺激分子簇CD80和CD86[38]。以上研究表明，EGCs具有吞噬能力，并隨后向先天和適應(yīng)性免疫細(xì)胞呈現(xiàn)抗原，提示EGCs抗原呈遞可能在神經(jīng)免疫中發(fā)揮重要作用。

5 EGCs在腸道炎癥和損傷中的作用

EGCs以不同方式作用于體內(nèi)平衡和腸道保護(hù)，包括在炎癥過程中[39]。出血性空腸炎-回腸炎因EGCs基因消融導(dǎo)致大量出血，腸神經(jīng)叢被破壞，上皮層失去其完整性[40]。通過自身免疫機(jī)制破壞EGCs導(dǎo)致炎癥出現(xiàn)的小腸結(jié)腸炎[20]。此外，肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的喪失是壞死性小腸結(jié)腸炎(NEC)的特征，這是一種在早產(chǎn)兒中發(fā)生的疾病[41]?？肆_恩病患者的非發(fā)炎腸道中GFAP水平的降低可能與由持續(xù)炎癥引起的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞損傷有關(guān)。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞損傷導(dǎo)致膠質(zhì)細(xì)胞衍生的保護(hù)因子如GDNF減少，導(dǎo)致屏障功能改變，這可能參與克羅恩病的發(fā)病機(jī)制。Cirillo等[42]認(rèn)為腸道神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中Ca12/Zn12結(jié)合蛋白S100β的表達(dá)在炎癥過程的早期增加，以響應(yīng)由內(nèi)部屏障破壞引發(fā)的信號(hào)。它通過乳糜瀉和潰瘍性結(jié)腸炎(UC)患者的腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)活動(dòng)性炎癥的信號(hào)，例如腸黏膜中的一氧化氮(NO)產(chǎn)生[43]，NO是參與抗菌反應(yīng)的促炎分子。最近的研究表明，與星形膠質(zhì)細(xì)胞相似，人腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)Toll樣受體(TLR)，Turco等[44]用TLR和S100β途徑的特異性抑制劑對(duì)這些腸上皮細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理，消除了由致病菌感染引起的NO釋放。除誘導(dǎo)NO產(chǎn)生外，外源S100β還導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物增加，同時(shí)磷酸化-p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)水平升高，核因子-κB(NF-κB)活化。Bassotti等[45]對(duì)26例重度和難治性STC患者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，結(jié)腸全層標(biāo)本的組織病理學(xué)分析顯示了大量ENS異常，其特征是腸神經(jīng)元(包括肌間神經(jīng)叢和黏膜下叢)、ICCs和S100β標(biāo)記的EGCs的數(shù)量減少。關(guān)于UC的IBD患者，Cirillo等[42]發(fā)現(xiàn)EGCs直接參與慢性黏膜炎癥反應(yīng)。特別是在UC患者的直腸黏膜中，S100β的表達(dá)、免疫反應(yīng)和分泌增加，通過誘導(dǎo)型NO合成酶的特異性刺激，導(dǎo)致NO的生成增加。Kermarrec等[46]研究EGCs對(duì)胃腸道壁局部免疫穩(wěn)態(tài)有一定的促進(jìn)作用。它們也增加了EGCs在炎癥性腸疾病(如克羅恩病)中具有特殊免疫抑制特性的可能性。Stenkamp-Strahm C等[47]發(fā)現(xiàn)肥胖和T2D癥狀小鼠小腸黏膜EGCs損傷明顯，可能在與T2D相關(guān)的較大腸神經(jīng)病變中起一定作用。

EGCs由于其在調(diào)節(jié)腸道健康和慢性疾病中所起的不同的新作用而受到越來越多的關(guān)注。EGCs是維持腸壁完整性和穩(wěn)定性、保護(hù)腸神經(jīng)元、調(diào)控腸道免疫與控制腸道炎癥的關(guān)鍵角色。EGCs與腸神經(jīng)元發(fā)育相互依賴，在腸黏膜上皮屏障、血管再生及組織重塑等過程中相互協(xié)調(diào)，腸神經(jīng)元-EGCs環(huán)路支配著幾乎所有的腸道功能。EGCs在ENS損傷和神經(jīng)元存活中的特殊作用，將為炎癥性和功能性胃腸道疾病的發(fā)病機(jī)制、慢性代謝性疾病的控制和預(yù)防、免疫性疾病的治療提供重要的新依據(jù)。