前列腺素E2 促進(jìn)損傷腸黏膜修復(fù)的研究進(jìn)展

樂夢真 范漢程 朱清仙 曾慧紅 邵立健

腸道黏膜上皮處于不斷的再生-凋亡循環(huán)，更新周期通常為3～5 d。腸隱窩底部的腸道干細(xì)胞（ISC）具有自我更新與多向分化為各種腸道上皮細(xì)胞（IEC）的潛能，當(dāng)腸黏膜上皮受到損傷時，這種潛能對于維持腸黏膜屏障完整性至關(guān)重要。另外，當(dāng)受炎癥和輻射等刺激時，ISC 及IEC 受到損傷，若存活的ISC 不足以補(bǔ)充缺失的IEC，腸黏膜屏障將會受損，從而導(dǎo)致各種消化道疾病。腸黏膜損傷情況下，體內(nèi)多種物質(zhì)參與促進(jìn)腸黏膜損傷的修復(fù)，如前列腺素E（PGE）、IL-6、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）、血管心外膜活性物質(zhì)（BVES）等。這些物質(zhì)促進(jìn)黏膜修復(fù)機(jī)制及激活的信號通路不盡相同，但作用的共同點都是通過促進(jìn)腸隱窩底部的ISC 增殖分化，從而促進(jìn)損傷腸黏膜的修復(fù)。但在此修復(fù)過程中，如果相關(guān)通路的某些關(guān)鍵基因發(fā)生突變，將導(dǎo)致ISC 惡性增殖乃至腸道腫瘤的發(fā)生。因此，ISC 的生長調(diào)控是近年來腸道疾病防治的研究熱點。隨著PGE對成體干細(xì)胞（包括ISC 等）作用的深入研究， PGE促進(jìn)損傷腸黏膜修復(fù)方面的研究也有了明顯的進(jìn)展，由于篇幅限制，本文主要就PGE在病理條件下對腸道黏膜損傷的修復(fù)作用及其對ISC 功能的影響做一綜述。

一、PGE2 的合成及其受體在腸道中的分布

PGE可由多種類型細(xì)胞經(jīng)一系列酶促反應(yīng)產(chǎn)生，細(xì)胞膜上的膜磷脂在磷脂酶A2（PLA2）的作用下釋放出花生四烯酸（AA）。在環(huán)氧合酶（COX）催化下，AA 被氧化生成前列腺素G（PGG）和前列腺素H（PGH）， PGH作為前列腺素合成的中間產(chǎn)物，在特定前列腺素E 合成酶（PGES） 作用下生成PGE（圖1）。

COX 作為PGE形成過程中的關(guān)鍵酶，有兩種同工酶：COX-1 和COX-2，但這兩種同工酶在腸道的表達(dá)及其作用有較大的差異。Xiao 等（2017年）在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，正常情況COX-1 在包括ISC 在內(nèi)的所有隱窩細(xì)胞中持續(xù)性表達(dá)，COX-1 介導(dǎo)的PGE在腸腔內(nèi)發(fā)揮保護(hù)腸黏膜屏障、維持腸上皮完整性的作用，使腸黏膜在日常生活中免受胃酸、藥物等刺激，保證腸黏膜上皮持續(xù)更新。傳統(tǒng)NSAID 如阿司匹林由于抑制COX-2 的同時也抑制了COX-1，使COX-1 對腸黏膜的保護(hù)作用受到破壞，從而增加了潰瘍等各種胃腸道不良反應(yīng)的發(fā)生風(fēng)險。COX-2 在正常腸道細(xì)胞內(nèi)表達(dá)很少，主要在炎癥和腫瘤等病理刺激下呈誘導(dǎo)性表達(dá)。COX-2 在炎癥和輻射中能促進(jìn)損傷腸黏膜的修復(fù)，而在腫瘤中則促進(jìn)其發(fā)生發(fā)展。以上研究結(jié)果表明在生理和病理條件下，表達(dá)COX-1 或COX-2 在腸黏膜損傷修復(fù)中起重要作用。

PGE在體內(nèi)發(fā)揮作用是通過與前列腺素E 受體（EP）結(jié)合實現(xiàn)。EP 受體屬G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），有EP1、EP2、EP3 和EP4 四種。EP1 和EP2 可以分別激活磷脂酶C（PLC）和環(huán)磷酸腺苷（cAMP），導(dǎo)致正信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活相關(guān)信號通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖；EP3 則負(fù)向調(diào)節(jié)cAMP 水平，起到相反的作用；而EP4 可以激活cAMP 和磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）兩條途徑，激活相關(guān)信號通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖 （圖1）。各類型EP 受體在腸道中的表達(dá)水平有所不同，正常情況下，小鼠結(jié)腸固有層細(xì)胞表達(dá)所有EP 受體，隱窩細(xì)胞只表達(dá)EP2和EP4，而小鼠小腸表達(dá)低水平EP 受體。近期筆者團(tuán)隊也證明了小鼠腸隱窩細(xì)胞表達(dá)EP2 和EP4，并證實了氟尿嘧啶作用下腸隱窩細(xì)胞內(nèi)的EP2 表達(dá)升高，但EP4 的表達(dá)未受影響。在炎癥等刺激下，小腸隱窩細(xì)胞可高表達(dá)EP2 和EP4，PGE與其結(jié)合可促進(jìn)隱窩細(xì)胞增殖并修復(fù)損傷的腸黏膜。但病理條件下，小腸隱窩細(xì)胞EP 受體表達(dá)的作用未知，ISC 是否表達(dá)EP 受體及其意義值得探討。

圖1 PGE2 的合成及胞內(nèi)相關(guān)信號通路

二、腸黏膜結(jié)構(gòu)及其形成的調(diào)節(jié)因素

正常腸黏膜由腸絨毛與腸隱窩構(gòu)成，腸隱窩底部的ISC 能夠自我更新與分化為多種成熟腸道細(xì)胞，構(gòu)成絨毛與隱窩結(jié)構(gòu)的細(xì)胞支架。在ISC 增殖分化過程中，ISC 先增殖產(chǎn)生各種早期祖細(xì)胞-短暫擴(kuò)增細(xì)胞（TA），緊接著TA 細(xì)胞快速分裂，并沿腸隱窩-絨毛軸縱向遷移與定向分化為各種成熟腸道細(xì)胞，吸收細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞向上遷移，構(gòu)成絨毛結(jié)構(gòu)，而潘氏細(xì)胞則向下遷移至隱窩底部，與ISC、TA 細(xì)胞共同構(gòu)成腸隱窩結(jié)構(gòu)（圖2）。哺乳動物腸隱窩內(nèi)有兩種不同類型的ISC，一類位于隱窩底部，其分布于潘氏細(xì)胞之間，更新迅速，能被富含亮氨酸重復(fù)單位的G蛋白偶聯(lián)受體5（Lgr5）、嗅素4（Olfm4）和無剛毛-盾片樣蛋白2（Ascl2）等標(biāo)記，主要受Wnt信號通路調(diào)節(jié)，對輻射刺激敏感，稱為活性干細(xì)胞（A-ISC）或隱窩底部柱狀細(xì)胞或Lgr5ISC（另有說法為Lgr5ISC 位于結(jié)腸隱窩底部，小腸隱窩+4 區(qū)）；另一類位于隱窩底部潘氏細(xì)胞上方的+4區(qū)，其更新緩慢，能夠被B 淋巴細(xì)胞特異的莫洛尼鼠白血病病毒插入位點-1（Bmi1）、多亮氨酸重復(fù)區(qū)免疫球蛋白樣蛋白1（Lrig1）、唯同源異型結(jié)構(gòu)域蛋白X（Hopx）和小鼠端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（mTert）等標(biāo)記，主要由骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）信號通路調(diào)節(jié)，Wnt 信號通路處于抑制狀態(tài)，有輻射抵抗作用，稱為靜止干細(xì)胞（Q-ISC） 或標(biāo)記滯留細(xì)胞。除以上標(biāo)記物外，近年來發(fā)現(xiàn)有A-ISC 與Q-ISC 共表達(dá)標(biāo)記物，如干細(xì)胞RNA 結(jié)合蛋白Musashi1 和Mex-3 同源蛋白A（Mex-3A）等。在生理情況或腸黏膜損傷較輕時，腸黏膜自我更新與修復(fù)主要由Lgr5ISC 介導(dǎo)，在腸黏膜受到嚴(yán)重?fù)p傷，存活的Lgr5ISC 不足以維持腸黏膜完整性時，一部分Q-ISC 可以轉(zhuǎn)化為Lgr5ISC，以促進(jìn)腸道細(xì)胞再生與損傷黏膜的修復(fù)。

圖2 ISC 在隱窩底部的分布及分化

生理情況下，腸黏膜上皮完整性主要由ISC維持，而ISC 的增殖分化受多種信號通路的精確調(diào)控，主要有Wnt/β-連環(huán)素（β-catenin）、BMP和Notch 等信號通路。其中，Wnt 信號通路是調(diào)控A-ISC 生長增殖的主要通路，而BMP、Notch通路主要調(diào)控TA 分化。Wnt 通路參與了多種腸道疾病的發(fā)生發(fā)展，且在腸黏膜損傷的修復(fù)中發(fā)揮主要作用，因此了解Wnt 通路調(diào)節(jié)機(jī)制對于研究損傷腸黏膜修復(fù)具有重要意義。隱窩周圍肌成纖維細(xì)胞分泌R-脊椎蛋白1（R-spondin1），隱窩底部潘氏細(xì)胞分泌Wnt3，這些蛋白與相應(yīng)受體結(jié)合后激活Wnt 信號通路，穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)β-catenin，β-catenin 通過激活T 淋巴細(xì)胞因子4（TCF4）促進(jìn)細(xì)胞增殖。腸隱窩內(nèi)一種軸蛋白Axin，可以結(jié)合β-catenin、糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）與結(jié)腸腺瘤息肉蛋白（APC）形成大分子復(fù)合物，通過影響β-catenin 水平對Wnt 通路進(jìn)行負(fù)性調(diào)節(jié)。GSK-3β 和APC 與Axin 結(jié)合后促進(jìn)β-catenin磷酸化，從復(fù)合物脫離并降解，GSK-3β 也可以磷酸化APC，暴露APC 上的β-catenin 結(jié)合位點，使APC 與β-catenin 親和力增加，更加有利于β-catenin 降解，以此負(fù)性調(diào)節(jié)Wnt 信號通路，抑制Wnt/β-catenin 促細(xì)胞增殖作用。正常情況下，Wnt/β-catenin 信號通路的正性與負(fù)性調(diào)控處于動態(tài)平衡，保證ISC 的生理性增殖，從而維持腸黏膜的正常結(jié)構(gòu)。如負(fù)性調(diào)控通路中某些基因突變或缺失，β-catenin 堆積，將導(dǎo)致Wnt 信號通路過度激活，使ISC 增長失控，形成腸道腫瘤。因此，調(diào)控Wnt 信號通路為研究腸黏膜損傷修復(fù)與腸道腫瘤靶向治療的關(guān)鍵點。

三、PGE2 促進(jìn)損傷腸黏膜修復(fù)及其機(jī)制

完整的腸黏膜屏障保證機(jī)體消化道功能處于正常狀態(tài)。在慢性炎癥、藥物、輻射以及微生物入侵等各種刺激下，腸黏膜遭到破壞，導(dǎo)致腸黏膜表面潰瘍形成等病理變化，腸黏膜屏障的保護(hù)功能受到削弱，使機(jī)體產(chǎn)生腹瀉和便血等消化道癥狀。因此，緩解此類臨床癥狀的關(guān)鍵在于促進(jìn)損傷腸黏膜的修復(fù)。

Hanson 等（1983 年）就證實了PGE可以促進(jìn)照射損傷后的腸上皮增殖，但由于當(dāng)時實驗條件限制，PGE促進(jìn)腸上皮增殖的具體機(jī)制并不清楚。近年來，隨著科技的進(jìn)步及實驗技術(shù)的提高，對PGE促進(jìn)損傷腸黏膜修復(fù)的研究有了很大進(jìn)展。由于炎癥性腸?。↖BD）與放射、化學(xué)治療導(dǎo)致的胃腸道綜合征（RIGS）在臨床中極為常見，因此在相關(guān)實驗中，以藥物誘導(dǎo)的腸道炎癥及放射治療誘導(dǎo)的腸黏膜損傷模型最為常見。

在既往研究中，Singer 等（1998 年）發(fā)現(xiàn)IBD患者腸組織內(nèi)COX-2 和PGE水平明顯升高，PGE作為一種炎癥介質(zhì)，參與IBD 炎癥反應(yīng)。因此臨床多采用NSAID 來抑制COX，減少PGE產(chǎn)生，緩解腸道炎癥。臨床中發(fā)現(xiàn)，長期使用NSAID 胃腸道會出現(xiàn)潰瘍和出血等不良反應(yīng)，導(dǎo)致IBD 遷延不愈甚至病情惡化。近些年，人們對NSAID 導(dǎo)致腸黏膜損傷的機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)NSAID 對腸黏膜的破壞與其抑制PGE產(chǎn)生有關(guān)。Lai 等（2015 年）在實驗中發(fā)現(xiàn)用瑞巴匹特和阿司匹林共同處理小鼠后，阿司匹林導(dǎo)致的小腸損傷明顯減輕，瑞巴匹特保護(hù)腸黏膜的這種作用與其誘導(dǎo)腸細(xì)胞內(nèi)COX-2 表達(dá)和PGE產(chǎn)生有關(guān)。有研究顯示PGE通過腸黏膜上皮的EP4 抑制上皮壞死性凋亡并誘導(dǎo)結(jié)腸炎的消退。另外，在其他方式導(dǎo)致的小鼠實驗性腸炎實驗中，Hang 等（2015 年）、Chen 等（2015 年）發(fā)現(xiàn)，抑制PGE降解酶減少PGE代謝或使用藥物促進(jìn)PGE產(chǎn)生后，腸道炎癥及黏膜損傷得到緩解；在穩(wěn)態(tài)條件下，PGE信號通路對ISC 增殖至關(guān)重要（如Lgr5干細(xì)胞），并誘導(dǎo)干細(xì)胞向腸細(xì)胞分化。以上研究均表明，PGE除作為炎癥因子參與腸道炎癥反應(yīng)外，還能夠促進(jìn)損傷的腸道黏膜修復(fù)，其可能機(jī)制為PGE與其EP 受體結(jié)合激活Wnt/β-catenin 信號通路，促進(jìn)腸隱窩內(nèi)TA 與ISC 增殖分化，從而減少上皮細(xì)胞凋亡，修復(fù)黏膜損傷。此機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，為IBD的治療提供了新的藥物研究方向。

放射治療對機(jī)體造成的損傷復(fù)雜多樣，其中輻射誘導(dǎo)的RIGS 是臨床放射治療最常見的不良反應(yīng)，由于放射治療對機(jī)體的損傷機(jī)制還不清楚，因此目前仍缺乏有效緩解RIGS 的藥物。近些年，電離輻射（IR）導(dǎo)致腸黏膜損傷的研究有了明顯進(jìn)展。目前的研究認(rèn)為，IR 導(dǎo)致ISC（尤其是Lgr5ISC）的凋亡是RIGS 的始發(fā)因素。筆者之前的研究表明外源性PGE促進(jìn)化學(xué)治療所致的腸損傷的恢復(fù)。這是通過16, 16-二甲基前列腺素E（dmPGE）治療促進(jìn)ISC 的增殖和分化實現(xiàn)的。Shao 等（2008 年）、Elizabeth 等（2012 年）以及Parthasarathy 等（2016 年）發(fā)現(xiàn)，照射會誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)PGE含量升高，而升高的PGE增加了隱窩內(nèi)增殖細(xì)胞數(shù)量與促進(jìn)了腸黏膜的修復(fù)；有研究報道外源性脂肪來源的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）對腸道的放射損傷也有治療作用，其通過激活 COX-2-PGE信號軸進(jìn)行修復(fù)。Chen 等（2015 年）發(fā)現(xiàn)，用PGE類似物dmPGE處理照射后的小鼠，發(fā)現(xiàn)腸隱窩內(nèi)增殖期細(xì)胞增多，照射誘導(dǎo)的腸道細(xì)胞凋亡緩解；用縮宮素處理照射小鼠后，小鼠存活率升高，腸道細(xì)胞凋亡率下降，且縮宮素的這種作用與其促進(jìn)COX-2 的表達(dá)與PGE生成有關(guān)。PGE可以通過激活Wnt/β-catenin 信號通路促進(jìn)損傷腸黏膜修復(fù)。Miyoshi 等（2017 年）在對結(jié)腸鏡檢導(dǎo)致小鼠腸黏膜損傷的模型中也得以驗證。以上研究提示，PGE可以緩解輻射導(dǎo)致的腸黏膜損傷，其機(jī)制與其促進(jìn)炎癥損傷腸黏膜修復(fù)機(jī)制相似，PGE通過與其EP 受體結(jié)合，激活Wnt/β-catenin 信號通路，使隱窩內(nèi)處于增殖期的TA 與ISC 增多，從而促進(jìn)上皮細(xì)胞更新，修復(fù)損傷黏膜。由于導(dǎo)致IRGS 的因素主要為IR 導(dǎo)致Lgr5ISC損傷與凋亡，那么PGE修復(fù)IRGS 的機(jī)制是否與Lgr5ISC 直接相關(guān)？通過查閱以上文獻(xiàn)采用的研究方法，筆者發(fā)現(xiàn)上述實驗是用5-溴脫氧尿嘧啶核苷（BrdU）或增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）標(biāo)記增殖細(xì)胞的方式判定PGE對增殖細(xì)胞的作用，以及提取腸組織或腸隱窩中的相關(guān)蛋白或RNA 來探究其作用機(jī)制，然而這種方法并不能直接證明PGE是通過作用于Lgr5ISC 而發(fā)揮腸黏膜損傷的修復(fù)作用。因此，ISC 是否表達(dá)EP 受體？ISC 表達(dá)哪類EP 受體？PGE是否直接結(jié)合ISC 表面EP 受體來促進(jìn)腸黏膜修復(fù)？這些問題值得深入探索。

四、PGE2/Wnt 通路和ISC 靶向治療現(xiàn)況與前景

PGE作為炎癥因子與促細(xì)胞增殖物質(zhì)，在腸黏膜損傷的修復(fù)中起著雙刃劍的作用。一方面，抑制PGE產(chǎn)生，有助于減輕炎癥，而過度或長期減少PGE產(chǎn)生，將削弱PGE促進(jìn)ISC 增殖的作用，影響腸黏膜更新，破壞腸黏膜完整性。另一方面，在克羅恩病患者來源的小腸中，TNF-α 導(dǎo)致 Lgr5干細(xì)胞功能障礙，外源性 PGE治療恢復(fù)了 Lgr5干細(xì)胞的功能，而PGE大量產(chǎn)生，將使Wnt 通路過度激活，導(dǎo)致ISC 增殖失控，如PGE/Wnt 通路中關(guān)鍵基因PlA2g2a（編碼PLA2）、APC（編碼APC）等發(fā)生突變，將促使ISC 轉(zhuǎn)化為腫瘤干細(xì)胞，導(dǎo)致腸道腫瘤的發(fā)生。且對于某些可以使體內(nèi)PGE升高的腫瘤，如宮頸癌的放射性治療中，過度使用PGE緩解RIGS，將降低該類腫瘤放射治療的敏感性，削弱放射治療療效。因此，探究PGE最佳給藥劑量、時間及Wnt 信號通路最佳激活程度，對于修復(fù)損傷腸黏膜及最大化減少其帶來的不良反應(yīng)尤為重要。

干細(xì)胞治療一直是近年來研究的熱點，MSC具有多向分化能力和免疫調(diào)節(jié)功能，對于治療IBD方面具有獨特的優(yōu)勢。隨著干細(xì)胞研究的興起，有研究用MSC 移植的方式來治療實驗性腸炎，并發(fā)現(xiàn)PGE/Wnt 通路在其中發(fā)揮了重要作用，MSC以自分泌的方式分泌PGE，通過激活Wnt 信號通路促進(jìn)自身增殖，以此促進(jìn)腸上皮更新。ISC 移植能否成為新的干細(xì)胞治療研究方向？Yui 等用腔內(nèi)移植方式將ISC 移植到小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)被移植的ISC 能夠很好地在腸上皮組織中增殖分化，參與構(gòu)建正常的隱窩結(jié)構(gòu)并覆蓋葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)腸炎中的潰瘍損傷面，ISC 移植治療中PGE/Wnt 通路是否在其中發(fā)揮重要作用，這為將來ISC 移植治療的深入研究提供了重要的思路。

雖然ISC 移植治療對于腸黏膜損傷具有直接修復(fù)作用，但也有文獻(xiàn)指出，MSC 移植用于治療RIGS 時，MSC 分泌的PGE可能會促進(jìn)原有腫瘤生長或降低腫瘤放射治療敏感性，因此，干細(xì)胞治療緩解RIGS 具有一定的局限性。對此，針對Wnt 信號通路的分子靶向治療已成為近年的研究熱點。Zhou 等發(fā)現(xiàn)，用Wnt 激動劑R-spondin 1 和其在Lgr5ISC 上的受體Slit2 蛋白共同處理照射損傷的小鼠后，輻射誘導(dǎo)的ISC 凋亡明顯減少，而且小鼠DSS 誘導(dǎo)的多發(fā)性腸腺瘤放射治療敏感性并未下降。Bhanja 等發(fā)現(xiàn)，一種分子制劑BCN057可以激活Wnt /β-catenin 信號通路，促進(jìn)Lgr5ISC再生，從而緩解RIGS，且人結(jié)腸癌組織與小鼠腹部皮下腫瘤放射治療敏感性并未受到影響。以上研究提示，通過激活Wnt 信號通路的相關(guān)治療，可以在不影響腫瘤放射化學(xué)治療敏感性的前提下，促進(jìn)ISC 增殖，緩解RIGS。但相關(guān)實驗仍停留在動物實驗或體外實驗階段，要使其投入臨床正式使用，還需要大量動物及臨床實驗對其可行性及可能帶來的不良反應(yīng)進(jìn)行探索。

干細(xì)胞治療作為新興研究方向，在腸道疾病的治療中有著非常重要的臨床意義，是未來腸道疾病防治研究的趨勢。但干細(xì)胞治療對相關(guān)實驗技術(shù)要求較高，ISC 體外培養(yǎng)方案還不十分完善，目前很多設(shè)想還停留在細(xì)胞或動物實驗階段，臨床可行性還不確定。而PGE是經(jīng)FDA 批準(zhǔn)可用于臨床的藥物，經(jīng)過長期臨床應(yīng)用，人們對PGE相關(guān)作用機(jī)制及不良反應(yīng)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識，因此，探究PGE在修復(fù)腸黏膜損傷中的最佳給藥劑量與時間有著更為實際的研究意義。

五、結(jié) 語

大量研究證明，PGE可以激活Wnt/β-catenin信號通路促進(jìn)TA/ISC 增殖，從而修復(fù)各種刺激造成的腸黏膜損傷，促進(jìn)腸黏膜屏障重建。因此，通過調(diào)節(jié)PGE水平及Wnt 活性，調(diào)控ISC 增殖分化，也許能預(yù)防和緩解甚至治療腸黏膜損傷相關(guān)疾病。但還有許多未知的科學(xué)問題值得深入研究，如ISC是否表達(dá)EP 受體？表達(dá)哪些EP 受體？PGE是否直接作用ISC 表面EP 受體？PGE長時程作用于ISC 的利弊？PGE長時程應(yīng)用和腸道腫瘤關(guān)系如何？PGE與ISC 表面EP 受體結(jié)合后除激活Wnt信號通路外，其他調(diào)節(jié)ISC 病理生理的信號通路（如Notch 和BMP 等）有何變化？這些問題的解決將為正確使用PGE提供依據(jù)，同時為聯(lián)合其他藥物改善腸黏膜損傷提供理論基礎(chǔ)。