潰瘍性結(jié)腸炎病因和發(fā)病機(jī)制的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展

甄建華,黃光瑞

甄建華,黃光瑞,北京中醫(yī)藥大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京市 100029

核心提要: 本文主要通過(guò)文獻(xiàn)查閱與總結(jié),認(rèn)為潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)的發(fā)生是以腸黏膜屏障損傷為核心,涉及“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜慢性炎癥過(guò)程,并提出“菌-腸-腦軸”或可成為闡釋UC發(fā)病機(jī)制的突破點(diǎn).

0 引言

潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)屬于炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)的范疇,是主要累及直腸、結(jié)腸黏膜和黏膜下層的慢性非特異性炎癥,臨床以腹痛、腹瀉、黏液膿血便等為主要表現(xiàn),以發(fā)作、緩解及復(fù)發(fā)交替為疾病特點(diǎn),好發(fā)于直腸和乙狀結(jié)腸,多見(jiàn)于20-40歲青壯年人群,是消化系統(tǒng)的常見(jiàn)病、多發(fā)病、疑難病. 目前有關(guān)UC的病因、發(fā)病機(jī)制尚不明確,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為其是在遺傳、環(huán)境、心理等多種因素的共同影響下,導(dǎo)致腸黏膜屏障損傷,神經(jīng)內(nèi)分泌功能失調(diào)和免疫失衡,從而引起腸黏膜局部潰瘍而發(fā)病.

1 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)UC病因的認(rèn)識(shí)

目前認(rèn)為UC的發(fā)生是多因素共同作用的結(jié)果,主要與遺傳易感性、環(huán)境因素及心理因素有關(guān),現(xiàn)分述如下.

1.1 遺傳易感性 UC的發(fā)病具有種族差異性和家族聚集性,多見(jiàn)于白種人,而黃種人和黑種人的發(fā)病率則相對(duì)較低,且不同人種的病變程度、患病部位及腸外表現(xiàn)亦有所差別. 據(jù)一項(xiàng)來(lái)自泰國(guó)某國(guó)際醫(yī)院的就診資料顯示,在2005至2010年間,白種人的UC發(fā)病率為2.82‰,黑種人的UC發(fā)病率僅為0.92‰,且前者中有11.90%的患者表現(xiàn)為重度UC,45.35%為全結(jié)腸炎,9.30%伴發(fā)腸外癥狀,而后者中則幾乎全部為輕中度UC,但有60%的患者為全結(jié)腸炎,40%伴發(fā)腸外癥狀[1]. 另有文獻(xiàn)研究表明,UC患者中IBD家族史陽(yáng)性率高達(dá)12%[2]. 近年來(lái)的遺傳學(xué)研究顯示UC具有多基因聯(lián)合的復(fù)雜遺傳背景,基因的多態(tài)性和異質(zhì)性與其易感性密切相關(guān),如白介素(interleukin,IL)及其受體、人類白細(xì)胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)及其受體的基因多態(tài)性均在UC的發(fā)病密切相關(guān). 目前已有研究證據(jù)支持的與UC發(fā)病相關(guān)的基因包括HLADR2、HLA-DRB1、IL-6R、IL-10、IL-17、IL-23R、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、死亡受體4(death receptor 4,DR4)、維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)、溶質(zhì)相關(guān)載體26A3(solute-linked carrier family 26 member A3,SLC26A3)、巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶3(fucosyltransferase 3,FUT3)、亞甲基四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MTHFR)、甲硫氨酸合成酶(methionine synthetase,MS)、酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase non-receptor type 2,PTPN2)、PTPN-22、MT-ND4、MAGI3、PTEN、TJP1、GSTM1等[3-19].

1.2 環(huán)境因素 UC發(fā)病率的種族差異,除與遺傳易感性有關(guān)外,當(dāng)屬環(huán)境因素的影響最為明確,其中又以飲食結(jié)構(gòu)和吸煙狀態(tài)的作用最為突出. 如有研究表明,UC患者的高脂飲食率顯著高于健康對(duì)照組(49.73%與20.13%,P＜0.01)[20],且卡拉膠攝食量是UC復(fù)發(fā)的誘因[21],另外以反式脂肪、飽和脂肪為代表的促炎性飲食亦是UC發(fā)病的危險(xiǎn)因素[22,23]; 而吸煙對(duì)于UC發(fā)病率的影響則是與GSTP1基因的多態(tài)性相關(guān): 吸煙對(duì)UC發(fā)病的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在GSTP1(GG/AG)個(gè)體中,而在GSTP1(AA)個(gè)體中則表現(xiàn)得不甚明顯[24].

1.3 心理因素 目前尚無(wú)明確的證據(jù)證明精神心理因素是UC發(fā)病的直接原因,但不可否認(rèn)的是,精神心理狀態(tài)與UC的病情之間具有雙向作用[25]. 情緒緊張或低落抑郁均可加重UC患者的腸易激樣癥狀[26],而UC患者的消極應(yīng)對(duì)情緒和壓力感知水平也明顯高于健康對(duì)照者[27,28],并且也表現(xiàn)出更加明顯的不安全感和依賴感[29].

2 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)UC發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)

上已述及,UC的發(fā)病具有復(fù)雜的遺傳背景,在基因多態(tài)性和異質(zhì)性的基礎(chǔ)上,環(huán)境、心理等多種因素共同作用,導(dǎo)致腸黏膜局部屏障功能受損,上皮通透性改變,神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)紊亂,腸道菌群易位,其代謝產(chǎn)物侵入腸黏膜,甚至入血,激發(fā)或加重腸黏膜局部炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致潰瘍形成.

2.1 腸道局部免疫紊亂 UC患者結(jié)腸黏膜固有層內(nèi)可見(jiàn)大量炎性細(xì)胞浸潤(rùn),且在其發(fā)病過(guò)程中伴隨有多種IL、TNF等炎癥因子的表達(dá)異常,由此可見(jiàn),免疫失衡是UC發(fā)病的重要環(huán)節(jié).

2.1.1 免疫細(xì)胞: 作為機(jī)體免疫調(diào)節(jié)的核心環(huán)節(jié),T淋巴細(xì)胞據(jù)其功能的不同可分為輔助性T細(xì)胞(help T cell,Th)、抑制性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)和細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T cell,Tc),目前有關(guān)UC發(fā)病機(jī)制的研究中主要涉及前兩者,即Th細(xì)胞和Treg細(xì)胞. Th細(xì)胞通過(guò)分泌相關(guān)細(xì)胞因子,分別參與調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫(Th1)、體液免疫(Th2)及自身免疫(Th17),且各種細(xì)胞因子間保持動(dòng)態(tài)平衡. Treg細(xì)胞則具有抑制炎癥反應(yīng)、避免免疫過(guò)度損傷機(jī)體的作用. 在正常腸道黏膜中,T淋巴細(xì)胞各組分處于動(dòng)態(tài)平衡,從而保持腸道黏膜免疫反應(yīng)的穩(wěn)定性,若其中任何一種組分出現(xiàn)功能紊亂,表現(xiàn)為亢進(jìn)或低下,均可導(dǎo)致平衡狀態(tài)被打破從而引起炎癥的發(fā)生. 如有研究指出,UC患者腸黏膜炎癥組織中可檢測(cè)出Th17、Treg細(xì)胞的富集,且伴隨有Th1、Th2、Th17細(xì)胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(T-bet、GATA-3、RORγt)含量的增高,但外周血中Th17與Treg細(xì)胞含量的變化則不甚一致,表現(xiàn)為Th17細(xì)胞比例的上調(diào)和Treg細(xì)胞比例的下調(diào)[30-34].

樹(shù)突狀細(xì)胞(Dendritic cells,DC)是目前所知功能最強(qiáng)大的抗原遞呈細(xì)胞(antigen presenting cells,APC),通過(guò)高效攝取、加工處理和遞呈抗原,激活T細(xì)胞從而參與機(jī)體的免疫應(yīng)答,處于啟動(dòng)、調(diào)控、維持免疫的中心環(huán)節(jié). 據(jù)其來(lái)源可分為髓樣DC(myeloid Dendritic cells,mDC)和漿細(xì)胞樣DC(Plasmacytoid dendritic cells,pDC). 未成熟的DC通常分布于與外界接觸的皮膚黏膜部位,包括結(jié)腸黏膜上皮,當(dāng)其被外界抗原活化時(shí)即可遷移至腸黏膜淋巴組織中,通過(guò)多種共刺激因子、跨膜糖蛋白的表達(dá),如CD11c、CD80、CD83、CD86、CD200/CD200R1等,與其他免疫細(xì)胞相互作用,刺激細(xì)胞因子的分泌,從而導(dǎo)致炎癥的發(fā)生. 已有研究表明,UC患者外周血中mDC和pDC的含量均較健康對(duì)照者明顯減少,但其細(xì)胞表面的CD80、CD86、CD200表達(dá)率明顯上升[34-36]; 另有研究表明,UC患者腸黏膜局部的CD83mRNA含量明顯上升,表明活化的DC于腸黏膜內(nèi)聚集并啟動(dòng)免疫反應(yīng)[37,38].

2.1.2 細(xì)胞因子: 作為免疫反應(yīng)中的重要信號(hào)傳遞者,長(zhǎng)期而持久的細(xì)胞因子分泌失衡可使炎癥反應(yīng)呈現(xiàn)慢性化表現(xiàn). 目前已知與UC發(fā)病密切相關(guān)的細(xì)胞因子主要涉及IL、TNF、干擾素(interferon,IFN)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor,TGF),如已知UC模型大鼠結(jié)腸組織及血清中的促炎性因子IL-1、IL-1β、IL-6、IL-23、TNF-α及IFN-γ含量均顯著升高,而IL-4、IL-13、TGF-β1含量顯著降低[39-42],結(jié)腸組織中IL-8含量顯著升高[43,44],外周血清中IL-8、IL-17、IL-18含量顯著升高,而IL-10含量顯著降低[45-47]; UC患者中也表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)[48-52].

2.2 神經(jīng)內(nèi)分泌功能失調(diào) 神經(jīng)內(nèi)分泌功能主要由神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的神經(jīng)激素介導(dǎo)調(diào)控,是神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)之間協(xié)同作用、維持機(jī)體內(nèi)部穩(wěn)態(tài)的表現(xiàn),其既可以神經(jīng)遞質(zhì)的形式調(diào)節(jié)神經(jīng)反饋,又能發(fā)揮內(nèi)分泌激素的局部調(diào)節(jié)作用,同時(shí)還可結(jié)合免疫細(xì)胞上的相關(guān)受體參與免疫應(yīng)激,因此又稱為“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò). 目前UC相關(guān)發(fā)病機(jī)制研究中涉及的神經(jīng)內(nèi)分泌激素以腦腸軸相關(guān)多肽,即腦腸肽,為主要切入點(diǎn). 如已有研究表明,UC患者血清中的胃動(dòng)素(motilin,MTL)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)較之對(duì)照者顯著升高,而神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)則顯著降低,其結(jié)腸黏膜組織中的VIP mRNA含量卻顯著降低[53,54]. 腦腸肽分泌紊亂,一方面作用于腸神經(jīng)系統(tǒng),導(dǎo)致腸道平滑肌收縮、痙攣,腸黏膜缺血,另一方面以自分泌或旁分泌的形式作用于腸黏膜免疫系統(tǒng),促進(jìn)其對(duì)腸道菌群的免疫應(yīng)答,引起多種促炎性因子的釋放,從而導(dǎo)致局部炎癥的形成.

2.3 腸黏膜屏障損傷 腸黏膜屏障分為機(jī)械屏障、生物屏障、免疫屏障和化學(xué)屏障四部分,各屏障之間既相互獨(dú)立,又相互影響,形成了一個(gè)能夠共同抵抗外來(lái)致病物質(zhì)侵害的復(fù)雜防御體系.

2.3.1 機(jī)械屏障: 機(jī)械屏障是指完整的彼此緊密連接的腸黏膜上皮細(xì)胞及其分泌的黏液,其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為腸黏膜上皮細(xì)胞的完整性及其之間的緊密連接,可有效防止外源性物質(zhì)侵入組織深部,是腸黏膜屏障的重要組成部分. 腸黏膜上皮為單層柱狀上皮,其間分布有杯狀細(xì)胞,可分泌由水分、黏蛋白(mucin,MUC)、腸三葉因子(intestinal trefoil factor,ITF)等為主要成分的粘液[55],除潤(rùn)滑腸道之外,尚可避免腸道微生物與腸上皮直接接觸,減少機(jī)械性、化學(xué)性損傷的風(fēng)險(xiǎn); 腸黏膜上皮細(xì)胞間的緊密連接由咬合蛋白o(hù)ccludin、閉合蛋白claudin、連接黏附分子(junction adhesion molecule,JAMs)三種完整的跨膜蛋白和閉合小環(huán)蛋白(ZO-1、ZO-2、ZO-3)等外周胞漿蛋白組成,能有效阻止病原微生物通過(guò)上皮細(xì)胞,是固有免疫的主要組成部分. 既往研究提示,在UC的發(fā)病過(guò)程中,伴隨有腸黏膜上皮細(xì)胞損傷,杯狀細(xì)胞數(shù)量明顯減少,且伴有線粒體腫脹、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張等結(jié)構(gòu)破壞,黏蛋白合成量也明顯降低,同時(shí)伴有緊密連接蛋白o(hù)ccludin、claudin及ZO-1表達(dá)異常[56-61].

2.3.2 生物屏障: 腸道微生態(tài),即定植于腸道內(nèi)的正常細(xì)菌、病毒、真菌等微生物的總稱,總數(shù)可達(dá)1014,共同參與宿主的營(yíng)養(yǎng)代謝與免疫應(yīng)激,并具有生物屏障功能.其中以腸道菌群為當(dāng)前研究的熱點(diǎn). 一方面,腸道菌群可將飲食中的植物纖維分解為多種氨基酸、維生素及短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)等,除為宿主提供必需的營(yíng)養(yǎng)成分之外,以丁酸為代表的SCFAs亦是腸黏膜上皮細(xì)胞合成緊密連接蛋白的必要條件,且可通過(guò)腸黏膜上皮細(xì)胞表面蛋白受體參與炎癥反應(yīng); 另一方面,腸道菌群亦可分泌多種抗菌肽抑制外來(lái)致病菌的定植與生長(zhǎng); 此外,腸道菌群作為原駐優(yōu)勢(shì)微生物,占據(jù)了主要的生存、定植空間,在維持群落微生物穩(wěn)態(tài)的情況下,產(chǎn)生定植抗力以抵抗致病菌的侵襲. 已有研究證實(shí),UC患者伴有腸道菌群失調(diào),主要表現(xiàn)為菌群多樣性的減少及優(yōu)勢(shì)菌群豐度的變化,優(yōu)勢(shì)菌群涉及厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門及梭桿菌門[62-65],其中以Faecali bacterium為代表的丁酸產(chǎn)生菌豐度顯著下降,即可導(dǎo)致腸道機(jī)械屏障障礙、免疫失衡而引起UC發(fā)病.

圖1 潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病機(jī)制推測(cè)導(dǎo)圖.

2.3.3 免疫屏障: 腸黏膜免疫屏障由腸相關(guān)淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT)構(gòu)成,包含有黏膜相關(guān)淋巴樣組織及彌散免疫細(xì)胞,前者主要是指分布于消化道內(nèi)的集合淋巴小結(jié),即Peyer結(jié),及黏膜下淋巴組織,后者主要是指分布于黏膜固有層及上皮下的相對(duì)密集或散在的免疫細(xì)胞,以上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(intraepithelial lymphocytes,IELs)和固有層淋巴細(xì)胞(lamina propria lymphocytes,LPLs)為代表[66,67]. Peyer結(jié)內(nèi)包含B細(xì)胞及Th細(xì)胞,主要行使免疫誘導(dǎo)與活化作用; IELs主要為Tc細(xì)胞,具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性作用,并能分泌多種細(xì)胞因子,如IL、TNF-α、IFN-γ、TGF等,參與炎癥免疫; LPLs包括B細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等,主要功能為合成、分泌免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)和IgM,其中部分IgA以外分泌的形式與黏膜上皮細(xì)胞的分泌片(secretory component,SC)結(jié)合形成分泌型IgA(secretory immunoglobulin A,sIgA),與腸腔內(nèi)的病原微生物形成抗原抗體復(fù)合物,繼而發(fā)揮免疫效應(yīng),是腸黏膜局部免疫的重要組分[67,68]. 已有研究表明,較之健康對(duì)照者,UC患者腸黏膜固有層中的CD3+T細(xì)胞明顯增多,IELs增高雖無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但其主導(dǎo)分泌的IL-1β含量明顯升高[69,70]; 而在UC動(dòng)物模型中,IELs亞群比例發(fā)生改變,LPLs凋亡率降低,且結(jié)腸組織內(nèi)的sIgA含量明顯降低[71-74]. 由此可知,腸道免疫屏障受損是UC炎癥持續(xù)存在的關(guān)鍵.

2.3.4 化學(xué)屏障: 消化系統(tǒng)內(nèi)分泌的腸液、膽汁、胰液及各種消化酶等均匯聚于腸道內(nèi),共同構(gòu)成化學(xué)屏障,發(fā)揮一定的抗菌作用. 但由于取樣方法的限制及腸道環(huán)境的復(fù)雜性等因素,目前尚無(wú)相關(guān)研究涉及于此.

前已述及,腸黏膜屏障各部分之間存在相互聯(lián)系;如化學(xué)屏障構(gòu)成的酸堿平衡為保持機(jī)械屏障完整性的重要條件,也是免疫屏障中sIgA發(fā)揮效用的外環(huán)境,直接影響其生物活性; 生物屏障產(chǎn)生的SCFAs既參與了機(jī)械屏障中緊密連接蛋白的合成[61],亦是構(gòu)成化學(xué)屏障的組分,同時(shí)還可通過(guò)腸黏膜上皮細(xì)胞表面的蛋白受體參與炎癥調(diào)節(jié),此外,生物屏障中的微生物個(gè)體本身亦可作為免疫刺激源介導(dǎo)GALT內(nèi)的免疫應(yīng)答,參與免疫屏障功能的發(fā)揮,而化學(xué)屏障、機(jī)械屏障、免疫屏障也共同構(gòu)成了生物屏障的生存環(huán)境,對(duì)其群落結(jié)構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用. 由此可知,腸黏膜屏障是一個(gè)復(fù)雜的防御體系,而以腸道菌群為代表的生物屏障及免疫屏障處于其核心地位.

在上述UC相關(guān)病因、發(fā)病機(jī)制研究的基礎(chǔ)上,我們推測(cè): 在遺傳易感性的背景下,飲食、心理等因素或直接作用于腸道菌群,引起腸黏膜生物屏障損傷,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械屏障功能障礙,腸黏膜通透性增高,外源性致病菌或腸道正常菌群及其代謝產(chǎn)物侵入腸黏膜上皮,誘發(fā)免疫屏障紊亂而形成局部潰瘍; 或通過(guò)影響神經(jīng)內(nèi)分泌激素參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答,導(dǎo)致腸黏膜免疫屏障功能損傷,進(jìn)而引起腸道微環(huán)境的改變,影響腸道菌群在腸黏膜及腸腔內(nèi)的定植,誘發(fā)生物屏障障礙,加重免疫炎癥損傷,形成閉合環(huán)路反應(yīng)而促進(jìn)局部潰瘍的發(fā)生(圖1).由此可見(jiàn),UC的發(fā)生是以腸黏膜屏障損傷為中心,涉及“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜慢性炎癥過(guò)程; 但當(dāng)前研究多局限于單一視角、單一環(huán)節(jié)、單一靶點(diǎn),并未將腸黏膜屏障與“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò)作為統(tǒng)一整體進(jìn)行研究與闡述,從而導(dǎo)致研究結(jié)果的不全面性與偏頗性.

3 結(jié)論

前已述及,UC發(fā)病過(guò)程中伴隨著腦腸肽的分泌紊亂,并通過(guò)“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致局部潰瘍形成; 腸道菌群失調(diào)亦可通過(guò)對(duì)腸黏膜機(jī)械、免疫屏障的影響,誘發(fā)免疫失衡而形成局部潰瘍. 但近年來(lái)有研究提示,腸道菌群可通過(guò)分泌神經(jīng)遞質(zhì),如5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、γ-氨基丁酸(gamma aminobutyric acid,GABA)等,直接作用于腸神經(jīng)系統(tǒng),調(diào)控腦腸軸相關(guān)活動(dòng); 而腦腸軸分泌的多種肽類物質(zhì),如MTL、VIP等,亦可通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥因子的合成與分泌,影響腸腔內(nèi)環(huán)境,從而對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響[75]. 因此,“菌-腸-腦軸”(microbiome gut brain axis,MGBA)這一雙向調(diào)節(jié)概念應(yīng)運(yùn)而生,為腸黏膜屏障與“神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫”網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合性研究提供了一個(gè)可能的切入點(diǎn). 目前關(guān)于MGBA的研究多為理論探索,預(yù)期所涉疾病主要涵蓋消化系統(tǒng)疾病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)、帕金森病(parkinson's disease,PD)、抑郁癥等[76-78],但尚無(wú)臨床證據(jù)對(duì)其相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)闡釋. 既往研究中提示,UC患者的疾病活動(dòng)與情緒心理障礙之間具有雙向作用,焦慮情緒可將UC復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)提高6倍以上,UC患者的焦慮抑郁情緒也較之健康人明顯升高[25,27-29],因此,MGBA或可成為闡釋UC發(fā)病機(jī)制的突破口.