內質網應激在炎癥性腸病免疫調節(jié)中的作用

胡 甜 申月明 曾 亞

炎癥性腸病(IBD)是一種慢性腸道炎性疾病，包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)，兩者均以緩解與復發(fā)交替的腸黏膜慢性炎性反應為特征，臨床上常表現為間歇性腹痛、發(fā)熱和腹瀉[1]。IBD的病因及發(fā)病機制目前尚不完全清楚，已知IBD的發(fā)病涉及多種因素，包括腸道微生物、免疫系統、遺傳及環(huán)境等因素。此外，近年來越來越多的研究者將內質網應激(ERS)、免疫與IBD的發(fā)病機制聯系起來[2-3]。有研究認為ERS是影響IBD易感性和腸道內穩(wěn)態(tài)的關鍵因素[4-5]。本文就ERS在IBD患者的免疫炎性反應中的作用作一綜述。

1 IBD與ERS

內質網(ER)是存在于真核細胞中的一種重要的細胞器，它參與了蛋白的生物合成和翻譯后的修飾過程，促進蛋白的折疊與運輸[6-7]。ER中的蛋白折疊過程對細胞內穩(wěn)態(tài)改變(如鈣離子平衡紊亂、氧化還原失衡、代謝障礙、炎性反應、ER相關的信使RNA(mRNA)翻譯增加和易發(fā)生錯誤折疊的蛋白產生增多等)，以及細胞外刺激均高度敏感[8]。任何因素引起的ER變化都可能會影響蛋白折疊，使未折疊的蛋白及錯誤折疊的蛋白發(fā)生累積，從而導致細胞內穩(wěn)態(tài)失衡，這一過程就稱為ERS[9]。

ERS可引起功能蛋白產生減少，甚至會使細胞發(fā)生凋亡。細胞通過激活未折疊蛋白反應(UPR)應對蛋白折疊時所發(fā)生的缺陷，該反應可上調分子伴侶[如葡萄糖調節(jié)蛋白78(GRP78)]的表達、促進ER相關的蛋白降解(ERAD)和自噬等，以增強ER的蛋白折疊和修飾能力，減弱相關mRNA的翻譯，減少未折疊蛋白的產生及處理錯誤折疊蛋白[8]。然而，持續(xù)或嚴重的ERS是無法糾正的，這種不受控制的ERS可通過UPR信號途徑促發(fā)炎性反應[10]。ER膜上啟動UPR信號途徑較常見的感受器包括肌醇需求酶1α(IRE1α)、蛋白激酶R樣內質網激酶(PERK)及激活轉錄因子6α(ATF6α)，它們分別介導IRE1α/XBP1、PERK/eIF2α/ATF4/CHOP和ATF6α信號轉導通路[9]。當ER處于穩(wěn)態(tài)時，ER的分子伴侶BiP/GRP78與啟動UPR的3種感受器腔域緊密結合，使其處于非活性狀態(tài)。而當ER發(fā)生應激時，這3種感受器因與GRP78解離而被激活，從而啟動UPR和下游級聯反應，這種適應性反應使細胞得以存活[7]。然而，即使UPR使蛋白折疊和修飾能力明顯增強，仍無法逆轉由長期慢性或嚴重的ERS所導致的ER損傷，這時細胞會啟動凋亡機制，使損傷細胞發(fā)生凋亡[3,11]。ERS與炎性反應似乎存在多層聯系，目前研究已證明蛋白折疊缺陷或UPR任一分支的缺陷均會引發(fā)炎性反應[12]。

腸上皮內穩(wěn)態(tài)是影響IBD發(fā)生與否的關鍵因素，它可保護腸道免受有害環(huán)境因素的影響，并在一定程度上調節(jié)IBD中潛在的炎性反應[13-14]。腸上皮穩(wěn)態(tài)失衡可引起異常的ERS，使腸道發(fā)生炎性反應。轉基因模型實驗提示了ERS在維持細胞內穩(wěn)態(tài)方面的不良作用。如白細胞介素-10(IL-10)/NADPH氧化酶1(NOX1)dKO小鼠模型實驗提示了腸上皮的異常ERS在結腸炎發(fā)展過程中的核心作用，并將ERS中缺陷的eIF2α通路定義為IBD的關鍵病理生理學靶標[15]。

2 IBD與免疫反應

腸道免疫系統是一個包含不同的淋巴細胞群、非淋巴細胞群及體液的復雜網絡。共生菌及病原體等腸腔內的抗原由專職抗原遞呈細胞和非專職抗原遞呈細胞攝取。非專職抗原遞呈細胞如腸上皮細胞(IEC)，它與初始T細胞(Th0)在無信號轉導的情況下相互作用，使黏膜T細胞處于無活性狀態(tài)，使黏膜B細胞分化為漿細胞，分泌IgA覆于腸黏膜表面起保護作用[16-17]。專職抗原遞呈細胞如樹突狀細胞(DC)，它可表達模式識別受體(PRR)和共刺激分子，一方面可調控適應性免疫反應，如通過Th0向效應性T細胞(Th1、Th2、Th17)和調節(jié)性T細胞(Tr、Th3)分化的平衡差異識別并清除病原體；另一方面可調控先天免疫反應，如激活自然殺傷細胞(NK細胞)以清除病原體[18]。此外，存在于各隔室中的粒細胞、肥大細胞、NKT細胞和巨噬細胞等次級效應細胞內的抑制機制也阻止了炎性細胞因子、化學誘導劑及組織損傷介質的釋放，這一系列的反應相互作用，共同維持著正常的腸道免疫平衡[18-19]。

IBD患者的先天和適應性免疫均因腸道免疫平衡被打破而受到了不同程度的干擾。腸道微生物抗原通過不同途徑使免疫細胞表達PRR或共刺激分子，觸發(fā)并維持炎性反應狀態(tài)，導致疾病發(fā)生[20-21]。髓樣DC將共生微生物錯誤識別為病原體，啟動了PRR、組織相容性和共刺激分子表達升高的程序；這伴隨著DC從耐受轉變?yōu)榧せ畹臓顟B(tài)，并促進Th0分化為效應性T細胞(Th1、Th2、Th17)和NKT細胞；而漿細胞樣DC對共生微生物裸露DNA的錯誤識別和(或)錯誤加工可能間接地促進了巨噬細胞的激活，從而引起免疫反應失衡[22]。此外，IEC可表達共刺激分子，這可能使其發(fā)揮免疫調節(jié)作用，并促進效應性T細胞反應。除了抗原遞呈細胞控制的免疫效應性細胞的激活外，T細胞、NKT細胞、粒細胞和巨噬細胞等也可在炎性反應狀態(tài)下分別表達各自的PRR，它們通過特定的途徑激活，直接或間接地分泌炎性細胞因子，活化的效應性T細胞分泌的前炎性細胞因子可刺激巨噬細胞分泌大量腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1和IL-6[23-24]。活動期IBD患者腸道中的效應性T細胞(Th1、Th2)比調節(jié)性T細胞(Th3、Tr)更具優(yōu)勢。在CD中，Th0優(yōu)先分化為Th1細胞分泌干擾素-γ(IFN-γ)和IL-12；而在UC中，Th0則優(yōu)先分化為Th2細胞分泌IL-5，同時NKT細胞分泌IL-13。此外，NK細胞也可以不經抗原遞呈細胞途徑而直接由IL-12激活發(fā)揮細胞毒性作用，導致腸道損傷[25]。由此可見，在腸道免疫失衡情況下，不同免疫細胞分泌各種細胞因子及趨化因子，它們可進一步吸引更多的炎性細胞在腸道聚集，形成惡性循環(huán)，使更多的毒性介質釋放，從而加重了腸道損傷。

3 ERS與免疫反應

目前越來越多的研究證實ERS與免疫系統之間有著密切的關系，如先天免疫細胞在炎性反應過程中產生的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)均可激活靶細胞的UPR。UPR較保守的信號通路IRE1/XBP1在發(fā)育、代謝、免疫、炎性反應和神經退行性變等一系列生物過程中發(fā)揮著重要作用[26]。有研究表明，ERS中的IRE1/XBP1信號通路包含協調代謝和免疫反應的關鍵節(jié)點，它們參與了先天免疫和宿主防御反應[27-30]。因此，這一信號通路可能在調節(jié)免疫反應中發(fā)揮了關鍵作用。Martinon等[27]的研究支持了這一觀點，并證明了IRE1/XBP1通路可介導巨噬細胞的炎性反應，其認為誘導機制為PRR中的Toll樣受體2(TLR2)和TLR4特異性激活IRE1α/XBP1通路，以誘導炎性反應基因的表達。他們進一步證明，從TLR到XBP1剪接這一過程的信號轉導可能涉及適配器蛋白TRAM和TRIF(僅針對TLR4)，以及TIRAP、MyD88和TRAF6(針對TLR2/4)，而似乎下游核因子-κB(NF-κB)、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)或JNK未參與。此外，該研究還顯示，TLR2/4介導的IRE1/XBP1通路的激活依賴于NOX2的活性，但目前具體機制仍不清楚。

UPR的CCAAT/CHOP通路也與免疫細胞有著十分密切的關系[31]。PERK的激活引起eIF2α磷酸化，促進ATF4的翻譯起始及ATF4下游靶標CHOP(GADD153)的表達，抑制大多數細胞蛋白的翻譯起始，而持續(xù)的PERK/CHOP信號轉導可導致細胞凋亡[9]。有研究證明，脂多糖(LPS)可刺激巨噬細胞觸發(fā)TLR4/MyD88通路，并通過PERK/CHOP通路引發(fā)ERS，從而促進炎性細胞因子的分泌[32]。這說明阻斷巨噬細胞的TLR信號轉導可能使CHOP的表達下調減輕ERS，從而抑制了細胞凋亡[33-34]。此外，B細胞的分化過程中，與XBP1表達上調促進了漿細胞的分化相反，CHOP低水平表達反而促進了原始B細胞的存活[35]。由此可以推測，ERS的發(fā)生和免疫細胞發(fā)揮作用可能為同一條炎性反應激活通路，而PRR(如TLR2/4等)可能參與了這一過程，目前該通路仍未完全明確。

4 ERS與免疫反應在IBD中的研究

ERS與免疫反應在IBD中有著密切的關系。免疫細胞內的UPR缺陷易引起炎性反應。主要組織相容性復合體Ⅰ類等位基因HLA-B27可導致脊椎關節(jié)炎，也可引起包括小腸在內的腸道炎性反應。HLA-B27重鏈在ER中發(fā)生錯誤折疊后可激活炎性細胞中的UPR和ERAD[36]。HLA-B27/人β2-微球蛋白轉基因大鼠發(fā)生自發(fā)性結腸炎，誘導CD11+抗原遞呈細胞和CD4+T細胞分別產生IL-23和IL-17[37]。在回腸CD的遺傳TNF△ARE小鼠模型(又稱ARE小鼠，可引起TNF過量產生，可在回腸末端自發(fā)地發(fā)展出CD樣的全層組織病變，也可使具有細胞毒性的CD8αβ+腸上皮內淋巴細胞浸潤)中，ER分子伴侶GRP78等誘導的ERS會增加回腸中上皮內CD8αβ+淋巴細胞的毒性[38]。這是首批研究ERS如何影響IBD動物模型的免疫細胞功能實驗。然而，由于這項研究使用的是全身缺失GRP78等位基因的小鼠，因此并不排除在IEC中發(fā)生ERS，引起上皮內CD8αβ+淋巴細胞的毒性增強的可能。

以往研究證明了XBP1能控制漿細胞的分化，其后逐漸發(fā)現IRE1α/XBP1通路參與的免疫細胞有很多，如T細胞、DC、巨噬細胞及腸道Paneth細胞[39-41]。IBD小鼠模型實驗已發(fā)現XBP1和IRE1α在CD8α+DC中發(fā)揮著獨立且重要的作用。所有脾臟DC，特別是CD8α+DC，可自發(fā)地持續(xù)性激活IRE1α/XBP1通路。缺失XBP1的CD8α+DC可出現ER腫脹和XBP1靶基因(包括Erdj5、Erp44、TPP1和Rpn1)表達降低[9]。XBP1在DC中結構性的剪接凸顯了UPR激活的重要性。此外，PRR如TLR和核苷酸結合寡聚化結構域(NOD)樣受體，在感應到致病性抗原后也可導致UPR活化和隨后的炎性反應[41]。有研究表明，在發(fā)生UPR的巨噬細胞中，IFN-β可因某些PRR激動劑[如TLR3、TLR4和黑色素瘤分化相關蛋白-5(MDA-5)]而表達上調[42]。TLR2和TLR4可特異性激活IRE1α產生XBP1，誘導巨噬細胞中炎性反應基因IL-6和TNF的轉錄，以促進促炎細胞因子的產生[26,43]。此外，在培養(yǎng)的巨噬細胞及結腸炎小鼠模型中提取的巨噬細胞中均發(fā)現了CHOP能促進由天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-11(Caspase-11)介導的IL-1β分泌，進一步表明了CHOP可加劇結腸炎的發(fā)展[44-45]。此外，有研究顯示CHOP可誘導DC分泌IL-23，這可能與腸黏膜中Th17的反應及IBD的發(fā)病密切相關[46]。因此，今后的實驗研究方向可基于CD和UC模型，通過使ERS相關的調節(jié)因子和效應因子的缺失或過表達來研究它們對腸道免疫反應的影響及機制。

5 結論與展望

ERS與免疫反應的共同作用不僅表現在與代謝、免疫、神經系統相關的疾病，它們在IBD中同樣起著重要作用。ERS在啟動腸道炎性反應中起著關鍵作用，UPR在啟動細胞的炎性反應中尤其重要。此外，輕度UPR也可能對免疫介導的疾病的發(fā)展產生實質性影響[47]。研究表明，UPR的3條信號通路中至少有IRE1/XBP1和PERK/eIF2α/ATF4/CHOP這兩條通路在先天免疫細胞與病原體相關的應激中占優(yōu)勢[33,48]。因此，在IBD中，推測ERS發(fā)生后可能通過某種或多種機制引起后續(xù)先天及適應性免疫反應的發(fā)生，但這種機制所涉及的細胞相關因子的激活、信號通路的轉導及相應免疫細胞的作用尚未完全明確，仍有待進一步研究，以期為IBD的治療提供新的思路和方法。