姜黃素對炎癥性腸病的作用研究進(jìn)展

劉雨，郝才帥，徐子媛，李校天

(河北工程大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，河北 邯鄲 056004)

0 引言

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一種慢性且危及生命的胃腸道炎性病癥，其特征是腸道炎癥的反復(fù)發(fā)作。姜黃素(curcumin)具有顯著的抗炎特性以及抗氧化、調(diào)脂、抗癌、抗衰老等廣泛作用，被認(rèn)為是極具希望成為治療IBD的新型藥物。對姜黃素的作用機(jī)制，基礎(chǔ)與臨床方面的實(shí)驗(yàn)已開展多年，本文將圍繞IBD的發(fā)病機(jī)制及姜黃素對IBD的治療作用的進(jìn)展作一綜述。

1 IBD的流行病學(xué)特征

克羅恩病(crohn’s disease, CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)已知作為炎癥性腸病，是慢性、復(fù)發(fā)性的胃腸道炎性病癥。IBD腸粘膜炎癥的特征是腹痛、腹瀉、血便、體重減輕以及中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的大量浸潤，這些細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子、蛋白水解酶和自由基，導(dǎo)致炎癥和潰瘍的產(chǎn)生[1]?？肆_恩病通常涉及回腸末端、盲腸、肛周和結(jié)腸，但它可以不連續(xù)的方式影響腸道的任何區(qū)域，而潰瘍性結(jié)腸炎往往涉及直腸，并且可以連續(xù)的方式影響結(jié)腸的一部分或整個(gè)結(jié)腸[2]?？肆_恩病在組織學(xué)上表現(xiàn)為粘膜下層增厚、透壁炎癥、裂開性潰瘍和肉芽腫，而潰瘍性結(jié)腸炎的炎癥僅限于粘膜和粘膜下層，常伴有隱窩炎和隱窩膿腫[3]。

盡管IBD可以從嬰兒期到八九十歲的任何年齡被診斷，但大多數(shù)的初次確診都是在青春期和成年早期。在歐洲，有250～300萬人患有IBD，美國患病人數(shù)則超過100萬[4]。二十世紀(jì)，IBD在西方發(fā)達(dá)國家的發(fā)病率持續(xù)上升，但在發(fā)展中國家相對較少。然而，在過去的幾十年里，亞洲、南美和中東的新興工業(yè)化國家相繼出現(xiàn)了IBD[5]，雖然發(fā)病率大大低于西方世界，但發(fā)病率的上升速度要高得多。

2 IBD的發(fā)病機(jī)制

IBD是遺傳易感性個(gè)體在暴露于環(huán)境觸發(fā)因素后對腸道微生物所產(chǎn)生的異常免疫反應(yīng)。遺傳因素在IBD的發(fā)病中得到了學(xué)界證實(shí)。全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)、下一代測序研究和其他分析已經(jīng)確定了超過240個(gè)不重疊的遺傳風(fēng)險(xiǎn)基因座，其中約30個(gè)基因座在克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎之間重合[6-8]。對在IBD中發(fā)現(xiàn)的基因和基因位點(diǎn)的分析表明，如下幾種途徑在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用，包括上皮屏障功能、先天粘膜防御、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞遷移、自噬、適應(yīng)性免疫和與細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關(guān)的代謝途徑[9-11]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2(nucleotide-binding oligomerization domain2,NOD2)是發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)與克羅恩病相關(guān)的基因，約有三分之一的克羅恩病患者發(fā)生該基因的突變。與NOD2基因1007fs突變相關(guān)的克羅恩病患者表現(xiàn)出更嚴(yán)重的疾病表型，而R702W和G908R突變則導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子水平增加[12]。大多數(shù)與患病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的基因座在IBD患者中是共有的，但是一些基因座在患病人群中表現(xiàn)出異質(zhì)性。例如，NOD2和IL23R變異在大多數(shù)歐洲患者中存在，但在東亞患者中不存在[13]。

IBD的核心發(fā)病機(jī)制是細(xì)菌移位、粘膜屏障功能障礙和腸道免疫穩(wěn)態(tài)喪失[14]。腸道細(xì)菌移位的增加與肥胖和克羅恩病都有獨(dú)立的聯(lián)系，這兩者都降低了細(xì)菌多樣性，并伴有菌群失調(diào)[15]。細(xì)菌移位與脂肪細(xì)胞和前脂肪細(xì)胞的活化有關(guān)，隨后發(fā)生促炎因子表達(dá)和免疫穩(wěn)態(tài)的變化。Harrison等[16]研究表明，腸內(nèi)分泌細(xì)胞通過分泌PYY、GLP-1和GLP-2等腸內(nèi)分泌激素在IBD的炎癥傳播中發(fā)揮重要作用。GLP-2是一種具有抗炎特性的上皮生長因子，可降低結(jié)腸炎模型動(dòng)物的腸道損傷程度。循環(huán)PYY水平與克羅恩病導(dǎo)致的惡心和厭食癥有關(guān)。Friedrich等[17]研究表明，腸內(nèi)分泌細(xì)胞可能是促炎因子白介素-17(interleukin-17, IL-17)的主要產(chǎn)生者和調(diào)節(jié)者。在P物質(zhì)、脂肪細(xì)胞和IL-17之間存在脂肪組織-結(jié)腸反饋回路，神經(jīng)元-內(nèi)分泌細(xì)胞和激素的變化可能參與并加強(qiáng)這種反饋機(jī)制，從而進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)。因此，通過旁分泌、腸內(nèi)分泌和微生物因素的結(jié)合，肥胖(尤其是內(nèi)臟肥胖)可能導(dǎo)致IBD炎癥(尤其是克羅恩病)的發(fā)展和持續(xù)。

與健康受試者相比，IBD患者的腸道菌群組成發(fā)生了改變[18,19]。在IBD患者中觀察到具有抗炎能力的細(xì)菌減少和具有促炎能力的細(xì)菌增加，最一致的變化是腸道菌群多樣性的減少和厚壁菌門豐度的降低[20]。腸道生態(tài)的失調(diào)導(dǎo)致宿主粘膜完整性和免疫穩(wěn)態(tài)遭到破壞，從而導(dǎo)致IBD的進(jìn)一步發(fā)生、發(fā)展。人類腸道有100萬億種不同的微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒和原生生物，它們構(gòu)成了微生物群落。擬桿菌門和厚壁菌門在健康成人的腸道菌群中占主導(dǎo)地位[20,21]。研究表明，細(xì)菌的數(shù)量和組成在胃腸道的不同部位有所不同，胃和小腸上部的細(xì)菌數(shù)量少、種類少，從空腸到結(jié)腸的細(xì)菌數(shù)量逐漸增多[22]。腸道菌群對宿主生理上的益處包括營養(yǎng)、免疫發(fā)育和宿主防御。腸道菌群為宿主提供能量和營養(yǎng)。厚壁菌門和擬桿菌門通過與用于寡糖發(fā)酵的菌種如雙歧桿菌作用，從難以消化的碳水化合物中生成短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)[23]。短鏈脂肪酸是結(jié)腸中的主要陰離子，主要是乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，可被結(jié)腸和全身利用[24]。在IBD中，短鏈脂肪酸的水平顯著降低，這可能是損害腸道和免疫穩(wěn)態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵因素。腸道菌群在宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育中起重要作用。腸道菌群可維持免疫系統(tǒng)的正常功能，使機(jī)體分泌足量的IgA。同時(shí)，可調(diào)節(jié)T細(xì)胞的再生和輔助性T細(xì)胞的分布，增強(qiáng)屏障功能[25]。腸道菌群有助于宿主抵御病原體。腸道菌群中一些共生細(xì)菌通過競爭營養(yǎng)物質(zhì)或促進(jìn)抑制因子的產(chǎn)生來直接抑制腸道病原體。多形擬桿菌是一種豐富的結(jié)腸厭氧菌，通過消耗腸球菌所需的碳水化合物，競爭性地從腸腔中排除病原體[26]。一些菌群還能通過分泌抗微生物因子，如細(xì)菌素、抗菌肽等來直接或間接的抵御病原體[25]。腸道菌群改變所造成的腸道生態(tài)失調(diào)對宿主粘膜屏障功能和免疫穩(wěn)態(tài)的影響體現(xiàn)在如下4個(gè)方面：(1)能粘附于腸上皮的病原菌的增加影響了腸道的滲透性，改變了腸道菌群的多樣性和組成，并通過調(diào)節(jié)炎癥基因的表達(dá)誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致腸道炎癥的產(chǎn)生[27]。(2)熒光原位雜交分析顯示IBD粘膜相關(guān)細(xì)菌的豐度增加，可能是由于粘液溶解細(xì)菌如乳球菌屬的數(shù)量增加，導(dǎo)致粘液降解，從而使細(xì)菌入侵。(3)受腸道菌群破壞影響所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物與IBD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。Takahashi等[28]研究表明，IBD患者體內(nèi)的短鏈脂肪酸濃度下降，這是由產(chǎn)丁酸鹽的細(xì)菌造成的，如梭狀芽孢桿菌第四、第十四、第十八群。SCFAs的減少影響Treg細(xì)胞的分化和擴(kuò)張以及上皮細(xì)胞的生長，這些細(xì)胞對維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定起重要作用。(4)硫酸鹽還原菌的數(shù)量，如脫硫弧菌，在IBD患者中更高，導(dǎo)致硫酸氫鹽的大量產(chǎn)生，最終破壞腸上皮細(xì)胞并誘導(dǎo)腸粘膜炎癥[25]。IBD的免疫失調(diào)以上皮損傷(異常粘液生成、修復(fù)缺陷)為特征。腸道菌群和大量T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等浸潤到固有層引起炎癥擴(kuò)展，活化的固有層細(xì)胞在局部組織中產(chǎn)生高水平的促炎因子，包括腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)、干擾素-γ(interferon-γ, IFN-γ)和IL23/Th17途徑的細(xì)胞因子[29]。

3 姜黃素對IBD的作用機(jī)制

IBD的治療重點(diǎn)是控制炎癥，從而改善癥狀。姜黃素被認(rèn)為是IBD的潛在治療藥物，因?yàn)樗哂酗@著的抗炎特性以及抗氧化、抗癌、保護(hù)神經(jīng)的作用。目前，用抗炎藥物或免疫抑制劑治療IBD，臨床效果并不理想，且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。姜黃素被認(rèn)為是安全、無毒的，可通過以下5種途徑來介導(dǎo)抗炎作用。

3.1 姜黃素抑制NF-κB炎癥通路的活性

NF-κB在炎性疾病中對炎性因子有重要的調(diào)節(jié)作用。NF-κB活化導(dǎo)致IBD的粘膜損傷，因此，姜黃素對NF-κB的抑制在減輕IBD的炎癥中至關(guān)重要。Toll樣受體4(tolllike receptor-4, TLR4)是天然免疫系統(tǒng)中的一種模式識(shí)別受體，在天然免疫和炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用[30]，髓系分化因子88(myeloid differentiation factor88, MyD88)是其下游配體。高脂飲食可增高腸道通透性，提高血清脂多糖水平。在TLR4-MyD88/NF-κB信號通路中，脂多糖可刺激TLR4與MyD88相互作用，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)炎癥反應(yīng)，激活NF-κB，最終促進(jìn)炎癥因子TNF-α、IL-1β的釋放[31]，TNF-α水平增高還可負(fù)反饋調(diào)節(jié)NF-κB的生成，從而產(chǎn)生一個(gè)炎癥反饋回路[32,33]。TLR4是姜黃素的分子靶標(biāo)，它可以通過抑制該受體的同二聚體化而抑制其表達(dá)。同時(shí)，姜黃素還可抑制MyD88，從而顯著抑制TLR4-MyD88/NF-κB炎癥通路的活化，降低IBD的腸道炎癥反應(yīng)。

3.2 姜黃素激活過氧化物酶體增殖物活化受體γ(peroxisome proliferator-activated receptors gamma, PPARγ)

PPARγ與促炎因子的產(chǎn)生和環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)以及細(xì)胞間粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, 1CAM-1)的轉(zhuǎn)錄活化相關(guān)[34]。慢性炎癥期間PPARγ的表達(dá)降低，其恢復(fù)可使組織炎癥顯著改善以及ICAM-1、COX-2和TNF-α向正常水平調(diào)節(jié)。Liu等[35]實(shí)驗(yàn)證明，姜黃素具有增強(qiáng)PPARγ的表達(dá)和活化的作用，并抑制COX-2、前列腺素J2和前列腺素E2的表達(dá)。此外，PPARγ具有調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞向IBD腸道炎癥病灶聚集的作用，并且能抑制NF-κB的活化。

3.3 姜黃素抑制NLRP3炎癥體的激活和IL-1β的產(chǎn)生

NLRP3屬于核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體家族，作為細(xì)胞內(nèi)病原體識(shí)別受體發(fā)揮作用[36]。受到刺激的NLRP3與凋亡相關(guān)顆粒樣蛋白(apoptosis associated speck-like protein,ASC)以及促半胱天冬酶-1相互作用，結(jié)合成大的胞質(zhì)復(fù)合物，即活性半胱天冬酶-1，隨后促進(jìn)高度促炎因子IL-1β的成熟和分泌，參與各種炎性疾病的發(fā)展，包括IBD[37]。IL-1β是IBD發(fā)生、發(fā)展中最重要的促炎因子之一，其產(chǎn)生依賴于炎癥體的激活，血漿中高水平的IL-1β與腸道炎癥和疾病活動(dòng)的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。Gong[38]等實(shí)驗(yàn)證明，姜黃素顯著抑制了脂多糖刺激的巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥體的激活，表現(xiàn)為IL-1β分泌減少、半胱天冬酶-1激活減少和ASC的減少。機(jī)制上，姜黃素阻止了葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的K+流出、細(xì)胞內(nèi)活性氧的形成和組織蛋白酶B的釋放，這是介導(dǎo)NLRP3炎癥體激活的主要三種細(xì)胞途徑。同時(shí)，姜黃素顯著降低了多種炎性細(xì)胞因子(包括成熟IL-1β、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白-1)的表達(dá)，降低了半胱天冬酶-1的活性以及組織病理學(xué)損傷。

3.4 姜黃素調(diào)節(jié)自噬

自噬是指細(xì)胞通過回收長期存活和受損的蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)溶酶體的降解過程，以此來維持正常的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。許多研究已經(jīng)證實(shí)，包括ATG16L1和IRGM在內(nèi)的幾種與自噬相關(guān)的遺傳變異與IBD患病風(fēng)險(xiǎn)增加密切相關(guān)[39,40]。此外，用于IBD治療的藥物可通過自噬調(diào)節(jié)而生效[41]。就自噬過程而言，beclin-1與磷酸肌醇3-激酶復(fù)合物共同參與了ATG蛋白在起始階段的聚集。然而，與beclin-1結(jié)合的bcl-2可以阻止自噬過程。在接下來的延伸階段，ATG5和LC-3II對自噬體的形成起重要作用。Yue等[42]實(shí)驗(yàn)中，葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠beclin-1、ATG5和LC-311水平明顯升高，而bcl-2水平降低，表明結(jié)腸炎作為一種有效的應(yīng)激引起自噬增強(qiáng)。而姜黃素的給藥下調(diào)了beclin-1、ATG5和LC-3II的水平，上調(diào)了bcl-2的水平，從而改善了結(jié)腸炎，表明自噬作用在一定程度上被姜黃素抑制。

3.5 姜黃素與許多細(xì)胞靶點(diǎn)相互作用[43]，對p38MAPK炎癥通路、環(huán)氧合酶-1(cyclooxygenase-1, COX-1)、COX-2、TNF-α、IFN-γ、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)具有抑制作用。炎癥刺激激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)中的一種，導(dǎo)致p44/42MAPK、JNK或p38MAPK的激活。愛潑斯坦等[44]研究表明，姜黃素能夠降低IBD患者腸道粘膜組織中p38MAPK的活化，并且增強(qiáng)IL-10、降低IL-1的表達(dá)，姜黃素很可能成為治療IBD的一種新型藥物。Chen等[45]實(shí)驗(yàn)表明，姜黃素能降低COX-2、前列腺素J2和前列腺素E3的表達(dá)，可能是由于COX-2激活所必需的核因子的受體下調(diào)。它還降低促炎因子的釋放，如IL-1β、IL-12、IFN-γ和TNF-α，并顯示伴隨炎癥因子的增加，抗炎因子如IL-4和IL-10的表達(dá)上調(diào)[46]。iNOS酶活性在IBD患者腸道組織中有較高的表達(dá)，可通過脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性和脫氧核糖核酸損傷等機(jī)制誘發(fā)細(xì)胞的損傷和壞死。de Lange[47]等研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可下調(diào)結(jié)腸粘膜中iNOS酶蛋白的表達(dá)，減少亞硝酸鹽的產(chǎn)生，從而降低IBD的嚴(yán)重程度。

目前，IBD的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)呈不斷上升趨勢，嚴(yán)重影響患者身心健康的同時(shí)，給家庭和社會(huì)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。IBD確切的病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚，目前尚無具有針對性的有效治療藥物。大量基礎(chǔ)與臨床方面的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明姜黃素具有顯著的抗炎作用，對IBD的相關(guān)癥狀具有治療效果，且具備安全、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，姜黃素有極大可能成為IBD的新型治療藥物。