蛋白酶與自身消化在炎癥性腸病發(fā)生機制中的作用與啟示

吳慧敏，汪芳裕

0 引 言

炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）是病因尚未明確的腸道炎癥性疾?。?］，按照其臨床特點不同主要分型為潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC），克羅恩?。–rohn′s disease，CD）以及未定型［2］。消化性潰瘍（peptic ulcer diseases，PUD）即本文中的“上消化道潰瘍”，指Treitz韌帶以上的消化管受胃酸-胃蛋白酶的消化作用而形成的的慢性潰瘍，為消化系統常見病。從發(fā)生機制上來看，消化性潰瘍泛指機體自身被消化液所消化（自身消化）而造成的潰瘍，可發(fā)生在食管、胃及十二指腸，也可以發(fā)生于胃-空腸吻合口附近，以及含有胃黏膜壁細胞的Meckel憩室內。

新近研究顯示，食管異位胃黏膜不但可被幽門螺桿菌感染，也可發(fā)生潰瘍乃至穿孔；Barrett潰瘍也是在Barrett食管的基礎上，由于胃酸-胃蛋白酶的侵蝕作用所產生的組織缺損；全胃切除后的反流性食管炎則與膽汁和胰酶的侵蝕有關，是另一種意義上的“自身消化”，均可納入消化性潰瘍的廣義范疇。

已知IBD和PUD的共同特點包括癥狀相似且反復發(fā)作，以胃腸道炎癥及潰瘍性病變?yōu)橹饕獌如R與病理表現，均有并發(fā)出血、穿孔、梗阻或癌變的可能，提示其病因和發(fā)病機制亦當有共同之處。從病理組織學角度看，除食管黏膜面覆蓋的是鱗狀上皮外，消化道黏膜均為單層柱狀上皮。以上消化道病變?yōu)橹鞯腃D患者的臨床癥狀與PUD極其相似，治療上亦要抑制胃酸來幫助胃、十二脂腸CD潰瘍的愈合。本文試從消化酶與自身消化的角度將IBD與PUD兩者聯系起來，尋其共同點與不同點，從消化系統解剖結構與潰瘍病相關病理生理的整體高度，將IBD理解為一種特殊形式的“消化性潰瘍”，并提出消化道潰瘍性疾?。╱lcerative digestive diseases，UDDs）的新概念，從新的視角重新審視這些“已知”的疾病。

1 消化性蛋白酶的作用與“自身消化”

消化道中對自身組織有消化能力的成分主要是蛋白酶，在上消化道主要為胃蛋白酶原的激活物——胃蛋白酶；而在下消化道主要為胰蛋白酶原的激活物——胰蛋白酶。生理情況下，消化管道表面有完整的機械、化學、免疫和生物屏障保護之，使其免受酸堿和消化酶的損傷；一旦這些屏障被打破，消化道自身也不能幸免，即“自身消化”。

1.1 胃酸、胃蛋白酶與PUD消化道中的消化液對潤滑食物運輸通道、攪拌食糜、殺滅微生物等有重要作用，合適的pH為消化酶激活提供了適宜的工作環(huán)境。上消化道中，胃酸是pH為1.5～2的強酸、具有侵蝕性，但因有黏液-黏膜屏障的保護，胃酸不會直接刺激消化道而產生潰瘍；胃蛋白酶原主細胞合成，分泌到胃腔內經胃酸在pH 1.5～5.0時或已有活性的胃蛋白酶的自催化作用，變成胃蛋白酶，并將蛋白質分解成膘、胨及少量多肽。胃蛋白酶作用于底物的最適宜pH為2.0，pH＞6.0時則失去酶活性，到了中性或堿性環(huán)境中，胃蛋白酶可被降解。

PUD患者的胃酸基礎分泌量相較正常人未見增加，而血液及胃黏膜中的胃蛋白酶原含量高于正常對照，胃液中的胃蛋白酶含量亦顯著高于正常對照組［3-4］。胃蛋白酶抑制劑實驗表明，胃蛋白酶在PUD發(fā)生中有重要作用［5-6］。通過改變pH進而抑制胃蛋白酶活性的質子泵抑制劑（proton pump inhibitors，PPIs），已成為目前最為經濟、有效的PUD治療策略。

1.2 胰蛋白酶與IBD進入小腸后，腸道內pH呈堿性或者弱酸性，胃蛋白酶完全失活，此時起消化作用的是胰蛋白酶和其他消化酶。生理狀況下，胰蛋白酶的強消化作用是消化吸收所需要的，而小腸腸壁為了抵抗這種消化液對自身的侵蝕作用，其表層的黏液與黏膜必須快速更新，避免上皮層“自身消化”的發(fā)生，快速的蠕動推進可能是空腸常?！靶颐庥陔y”的原因。從小腸經過回盲部附近時，腸道細菌數量急劇增加，由于部分腸道細菌可產生天然的胰蛋白酶抑制劑，結腸中的胰蛋白酶經滅活后，活性明顯下降［7］。一旦這種消化與抵抗的平衡失控，則可能導致難以管控的炎癥和損傷。

在IBD患者及結腸炎大鼠模型的糞便中檢測到活性異常增高的胰蛋白酶［8］，提示IBD患者結腸中胰蛋白酶未得到有效滅活?？股貢е履c腔內細菌數量及菌群組成改變，使用抗生素后，腸內某些產蛋白酶抑制物的細菌大量減少，削弱了細菌對胰蛋白酶的滅活作用，導致糞便中胰蛋白酶的活性異常升高，可能在IBD的發(fā)生機制中起重要作用［9］。有報道顯示，胰蛋白酶抑制劑卡莫司他給對柳氮磺胺吡啶不耐受的2例UC患者使用后，可使患者維持緩解狀態(tài)［10］。

1.3 特殊部位的IBDCD可累及上消化道的食管、胃及十二指腸，即L4型CD，雖然發(fā)病率較低，但其組織學表現及治療策略與PUD的共性值得進一步思考。病理組織學上，典型CD可有上皮樣肉芽腫，但大多CD與PUD均表現為急慢性炎癥及表面部分壞死。一項針對138例L4型CD的上消化道分布部位的統計顯示，食管、胃近端、胃遠端、十二指腸球部及球部以下的發(fā)病率分別為6.5%、47.8%、24.6%、31.9%及18.1%，可見胃及十二指腸球部為L4型CD的主要發(fā)病部位，這與PUD的好發(fā)部位相似，且在隨訪過程中71.5%的病灶并不能自然好轉［11］。

對于輕度的L4型CD，僅用PPI治療即可顯著減輕患者的炎癥癥狀、促進潰瘍部位的愈合［12］，且在胃十二指腸CD患者中的癥狀緩解效果較食管CD明顯。其可能的解釋是，胃酸及胃蛋白酶在食管CD多因胃食管反流，而對炎癥部位有侵蝕；而在胃十二指腸CD，則直接與炎癥部位相接觸，加重損傷。中重度L4型CD除糖皮質激素、免疫抑制劑、生物制劑及營養(yǎng)支持治療外，加用PPIs可促進潰瘍部位的愈合［13］。

抑酸、抑胃蛋白酶活性的治療，雖然未能像治愈PUD一樣治愈CD，但不可否認的是其對促進上消化道CD潰瘍愈合的積極作用，間接證明了胃蛋白酶在上消化道CD潰瘍發(fā)生發(fā)展中起到損傷作用。

2“二次打擊”學說

UDDs的發(fā)生發(fā)展通常會經歷“二次打擊”：各種原因所導致的消化道黏液屏障破壞為第一次打擊，消化性蛋白酶直接損傷黏膜屏障為第二次打擊，從而造成炎癥、糜爛和潰瘍的形成，導致IBD的發(fā)生和發(fā)展，見圖1。其主要機制包括以下3個方面［14］。

圖1 消化道潰瘍性疾病過程中所經歷的“二次打擊”Figure 1 “Two Hits”to ulcerative digestive diseases

2.1 蛋白酶自身消化對腸道黏液屏障的損傷黏液屏障在胃內主要成分是MUC5，在腸道內主要是MUC2，這些黏多糖大分子在粘膜層表面形成致密網狀結構，是胃腸黏膜與腸腔內容物之間的重要緩沖帶［15］。蛋白酶可消化水解黏多糖大分子，破壞黏液層［16］，即消化道遭受的“一次打擊”，并為“二次打擊”創(chuàng)造了條件。研究表明，IBD患者中的黏液層較正常人的厚度及功能受損［17］。需要強調的是，“一次打擊”包括但不限于消化性蛋白酶所引起的黏液屏障損傷，還包括其他各種原因（包括微生物、食物、藥物及免疫因素等）導致的黏液的數量、結構、功能受損［18］。IBD患者腸道內具有黏液降解能力的細菌數量增加［19］，且患者糞便上清提取物可使黏液降解［20］。

2.2 直接消化損傷消化道機械屏障細胞表面的蛋白對細胞功能有重要的作用，細胞間緊密連接在蛋白酶處理后會消失。在消化道黏液屏障受損的情況下，胃腸上皮層將直面胰蛋白酶的攻擊，原本用來消化食物的消化酶即成為負擔，發(fā)生自身消化。胃蛋白酶、胰蛋白酶可直接消化腸上皮細胞蛋白質，破壞腸黏膜屏障，從而對組織細胞帶來損傷，即“二次打擊”，從而造成腸黏膜炎癥、糜爛和潰瘍的形成［18］。如黏膜屏障功能無法迅速恢復，其結果是腸道炎癥難以消退、潰瘍無法愈合，甚至加重形成惡性循環(huán)，這或許是IBD反復發(fā)作的重要機制之一。

2.3 蛋白酶與炎癥的惡性循環(huán)炎癥反應對胰蛋白酶的分泌有一定的刺激作用，而胰蛋白酶又可招募炎癥細胞、炎癥因子、損傷組織，直接或間接加劇損傷部位炎癥反應。

UC患者經外科手術切除病變結腸后，其血中胰蛋白酶原水平較未切除結腸的UC患者有顯著降低［21］，表明炎癥可以刺激胰蛋白酶的分泌。

在犬IBD模型中，其腸黏膜中蛋白酶激活受體-2表達量增高（protease-activated receptor-2，PAR-2），糞便中蛋白酶活性較正常組增高且與疾病活動性相關，離體培養(yǎng)十二指腸組織在胰蛋白酶或PAR-2處理后IL-1、IL-8等細胞因子表達增加，而這種現象可以被蛋白酶抑制劑所抑制，提示胰蛋白酶可以通過PAR-2介導炎癥因子的產生。胰蛋白酶可誘導肥大細胞激活，引起組胺及Th1/Th2型細胞因子釋放，擴張組織血管、增加血管通透性，進而參與IBD相關的Th1/Th2型炎癥反應［22-24］。

烏司他丁是臨床常用的胰蛋白酶抑制劑，在加入醋酸纖維素珠子的外周血（模擬IBD炎癥環(huán)境）中加入烏司他丁，可刺激粒細胞、單核細胞產生IL-10、M-CSF，進而抑制炎癥發(fā)展［25］。生長抑素是重要的抑制胰蛋白酶分泌的激素，對UC患者腸粘膜通透性有保護作用［26］，曾被報道成功用于激素依賴型重癥UC合并消化道大出血患者的救治［27］，同時可顯著減輕TNBS誘導的結腸炎的炎癥因子水平［28］。

3 借鑒PUD治療IBD

PUD的藥物治療主要是抑酸的同時抑制胃蛋白酶活性。介于本文的理論及胰蛋白酶在IBD潰瘍形成中的作用，針對胰蛋白活性或分泌功能的治療手段或能成為在IBD一線治療的基礎上促進IBD潰瘍愈合的方法。

PPIs通過上調胃內pH，可顯著抑制胃蛋白酶的活性；UC患者的腸道pH較健康人群高［29］，酸化腸道或可降低腸腔內胰蛋白酶活性。作為人體的天然“幫手”，腸道細菌代謝產物為腸道pH的調節(jié)做出了較大貢獻，同時分擔了滅活胰蛋白酶活性這一功能，因此，改變胰蛋白酶活性的途徑之一就是補充這類細菌，“酸化”腸道，抑制消化道胰蛋白酶活性，防止結腸內過強的蛋白酶活性造成持久的黏膜損傷。

直接抑制胰蛋白酶分泌及活性的藥物在IBD患者中的相關研究雖然目前較少，但從既往的個案報道及在炎性腸道狹窄患者中的臨床用藥經驗來看確實有一定成效［26-27，30］，或許能為IBD的綜合治療提供新的思路。

4 結 語

近年來，消化道內蛋白酶活性與IBD的關系已經逐步受到重視，本文對胃蛋白酶、胰蛋白酶在IBD中的可能作用進行了系統回顧，并與PUD相比較，提出蛋白酶及自身消化與IBD潰瘍的發(fā)生發(fā)展相關聯，希望給臨床及科研工作者帶來新的思路。

基于消化酶在消化道潰瘍發(fā)生與發(fā)展過程中的重要作用，似可將IBD與PUD統一納入UDDs的范疇。從某種意義上講，各種病因導致的消化道潰瘍性病變都是消化液直接侵蝕而產生的慢性反復發(fā)作的潰瘍性疾病。UDDs可發(fā)生于全消化道范圍，其中，上消化道主要與胃蛋白酶有關，而下消化道則主要與胰蛋白酶相關。

誠然，無論是PUD還是IBD，都應是多種病因所致的異質性疾病，不同亞型乃至不同個體之間的發(fā)病機制可能并不完全相同，只是臨床表現和病理組織學改變相似而已。由于共同的因素在起病和反復發(fā)作中起到關鍵作用，針對這些因素的治療才能獲得更好的療效。PPIs在PUD中獲得的巨大成功，給人類戰(zhàn)勝IBD這一頑疾以重要的啟示和極大的信心。進一步探究胰蛋白酶在IBD中的作用機制并開展胰蛋白酶抑制劑相關臨床研究，將有助于推進這一疾病的誘導緩解和維持治療的變革，并直接改善IBD的預后。