膽紅素在炎性腸病中作用的研究進(jìn)展

師 麗，袁 浩，劉 敏，鄭 亞，王玉平，郭慶紅*

(1.蘭州大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院 消化科 甘肅省胃腸病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730030)

膽紅素是體內(nèi)重要的抗氧化劑之一，在生理濃度下發(fā)揮抗氧化作用，高于正常范圍時(shí)則會(huì)產(chǎn)生毒性作用，嚴(yán)重時(shí)對(duì)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)具有不可逆性損害。血清膽紅素水平是臨床診斷黃疸的重要依據(jù)，同時(shí)一定程度上反映肝臟功能。氧化應(yīng)激在炎性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)發(fā)病機(jī)制中具有重要意義，大多IBD患者表現(xiàn)出血漿抗氧化能力減低，而血清膽紅素是血漿抗氧化能力的主要承擔(dān)者，已證實(shí)IBD與血清膽紅素相關(guān)，膽紅素在IBD中發(fā)揮的不僅僅是抗氧化作用，深入闡明其他多方面的作用有助于進(jìn)一步理解IBD的發(fā)病機(jī)制。

1 膽紅素概述

正常成年人每天產(chǎn)生膽紅素約300 mg， 當(dāng)血清膽紅素水平超過(guò)一定水平，就會(huì)對(duì)人體造成危害。作為一種生理性抗氧化物質(zhì)， 膽紅素參與并維持氧化和抗氧化之間的平衡，約占總抗氧化能力的30%[1]。生理濃度的膽紅素一方面能有效清除氧自由基，防止低密度脂蛋白氧化和氧自由基的形成；另外一方面能抑制免疫反應(yīng)和炎性反應(yīng)，對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有保護(hù)作用。近些年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明膽紅素與心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病、消化系統(tǒng)疾病相關(guān)，并且參與疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。最新研究已指出膽紅素不再僅僅局限于毒性作用、抗氧化作用，其作為一種信號(hào)分子通過(guò)多個(gè)細(xì)胞信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)各個(gè)器官、系統(tǒng)、組織的保護(hù)作用，尤其是自身免疫性疾病和炎性疾病。

2 IBD與膽紅素

IBD是一種非特異性腸道炎性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)、克羅恩病(Crohn disease, CD)和病理不能確定為UC或CD的未定型結(jié)腸炎(inderterminatecolitis, IC)。其發(fā)病機(jī)制是由多種因素構(gòu)成，有遺傳易感性、腸道菌群、氧化應(yīng)激、腸道慢性損傷等相互作用。血清總膽紅素是生化檢測(cè)中常見的實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)，其水平是診斷肝膽疾病和溶血性疾病的重要依據(jù)。近些年發(fā)現(xiàn)IBD與血清膽紅素相關(guān)，其水平的高低可能與IBD患者的病情嚴(yán)重程度、疾病活動(dòng)性、發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，有可能成為新的IBD血清標(biāo)志物之一。

2.1 UC與膽紅素

UC以反復(fù)發(fā)作的腹瀉、黏液膿血便伴腹痛、里急后重以及不同程度的病變，病變主要累及黏膜及黏膜下層。大多數(shù)UC患者的血清膽紅素水平低于健康對(duì)照組，且與UC呈負(fù)相關(guān)[2-3]；可能為慢性腸道炎性反應(yīng)通過(guò)誘發(fā)氧化應(yīng)激，進(jìn)而膽紅素水平降低；低水平的膽紅素水平可能會(huì)降低UC患者清除活性氧的能力，從而導(dǎo)致腸損傷增加。根據(jù)Truelove和Witts標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重活動(dòng)期的UC患者的血清總膽紅素水平低于輕中度活動(dòng)期UC患者，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其與血紅蛋白、白蛋白水平呈正相關(guān)，與血沉、C-反應(yīng)蛋白呈負(fù)相關(guān)，表明血清總膽紅素(serum total bilirubin, sTB)水平降低水平可能是預(yù)測(cè)UC病情嚴(yán)重程度的實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)[4]。另外，在UC患者中發(fā)現(xiàn)血清間接膽紅素與黏膜緩解呈顯著正相關(guān)[5]；活動(dòng)期UC患者的總膽紅素水平明顯低于緩解期患者，并且sTB水平與病情嚴(yán)重程度、Mayo評(píng)分、炎性標(biāo)志物(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平呈負(fù)相關(guān)，提示sTB是一種重要的內(nèi)源性抗炎性物質(zhì)，sTB可能是通過(guò)抑制單核巨噬細(xì)胞分泌炎性因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)，從而抑制腸道的炎性反應(yīng)[6]。綜上，UC患者血清膽紅素水平降低，與疾病嚴(yán)重程度、活動(dòng)性相關(guān)，提示膽紅素水平可能是UC發(fā)生發(fā)展的保護(hù)因素。

2.2 CD和膽紅素

CD患者常見癥狀是腹瀉、腹痛、體質(zhì)量減輕，其病變范圍可累及全消化道。CD患者的抗氧化防御系統(tǒng)明顯受損，表現(xiàn)為血液循環(huán)和腸黏膜組織的抗氧化能力低下[7]。活動(dòng)期CD患者血漿中FRAP血漿鐵還原能力和GSH水平降低，血清中膽紅素和白蛋白的濃度顯著降低，通過(guò)上述血清、血漿抗氧化參數(shù)水平反映患者抗氧化能力減弱；同時(shí)說(shuō)明了膽紅素水平與CD活動(dòng)性、炎性指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)[8]。此外，CD患者的血清膽紅素與健康對(duì)照組相比低于正常范圍，并且低水平的血清膽紅素可能會(huì)增加CD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[9]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CD患者sTB水平降低，與CD的CDAI評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，即與疾病活動(dòng)性呈負(fù)相關(guān)。為進(jìn)一步驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)CD患者的血清sTB水平與C-反應(yīng)蛋白、紅細(xì)胞沉降率、糞便鈣衛(wèi)蛋白和血紅蛋白水平呈負(fù)相關(guān)，間接反映血清總膽紅素水平與疾病活動(dòng)性相關(guān)；其機(jī)制一方面可能與IBD患者活性氧生成增多有關(guān)，另一方面可能與炎性反應(yīng)有關(guān)；此外不排除血紅蛋白的間接影響。血紅素加氧酶(heme oxygenase，HMOX)和UGT1A1(UDP-glucuronosyl transferase)在體內(nèi)膽紅素平衡中起重要作用,間接影響膽紅素水平，對(duì)于CD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)后有一定意義。

2.2.1 膽紅素與UGT1A1：UGT1A1是人體內(nèi)唯一催化膽紅素代謝的酶，其基因多態(tài)性導(dǎo)致UGT1A1活性降低甚至完全缺如，影響血清膽紅素水平。Gilbert綜合征(Gilbert’s syndrome)的發(fā)生與膽紅素代謝過(guò)程密切相關(guān)。UGT1A1*28等位基因突變是導(dǎo)致Gilbert綜合征最主要的原因，純合突變的形式多見。既往研究示UGT1A1*28純合子可顯著降低CD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。約50%具有UGT1A1*28純合子的Gilbert綜合征的CD患者中，其發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)顯著降低，說(shuō)明血清膽紅素對(duì)于CD可能是一種保護(hù)因素，此外，通過(guò)建立高膽紅素血癥Gunn大鼠模型，誘導(dǎo)結(jié)腸炎之后顯著改善，進(jìn)一步支持膽紅素在CD發(fā)病機(jī)制中的保護(hù)作用[10]。UGT1A1多態(tài)性作為血清膽紅素水平的主要遺傳決定因素，目前臨床中CD合并Gilbert綜合征患者較少見，二者之間的關(guān)系還需要更多的臨床研究。

2.2.2 膽紅素與血紅素加氧酶：HMOX有兩種亞型(HMOX1，OMIM*141250和HMOX2，OMIM*141251)，二者介導(dǎo)膽紅素的穩(wěn)定性。HMOX1是熱休克蛋白家族(Hsp 32)的成分之一，經(jīng)各種氧化應(yīng)激刺激誘導(dǎo)生成；而HMOX2在各種組織和器官中表達(dá)，是不可誘導(dǎo)的同工酶。已有研究證明HMOX1基因變異引起HMOX1表達(dá)降低，與心血管疾病、腫瘤和炎性反應(yīng)發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。HMOX1基因具有抗炎特性，其表達(dá)降低，不利于腸道黏膜修復(fù)[11]。然而，HMOX1基因與IBD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)及有無(wú)引起血清膽紅素改變尚不清楚。HMOX1基因的表達(dá)產(chǎn)物對(duì)IBD具有保護(hù)意義。

2.2.3 膽紅素與其他因素：CD患者的低血清膽紅素水平可能受其他因素的影響比受UGT1A1基因啟動(dòng)子變異的影響更大。據(jù)報(bào)道，許多有氧化應(yīng)激參與的疾病患者血清膽紅素水平較低。因此，由于氧化應(yīng)激增加而消耗膽紅素似乎是這一觀察結(jié)果的最可能解釋。事實(shí)上，血清膽紅素水平與氧化蛋白產(chǎn)物水平呈負(fù)相關(guān)，而在CD患者表現(xiàn)為氧化蛋白產(chǎn)物水平升高。NADPH氧化酶是一種負(fù)責(zé)超氧化物生成的酶，與炎性腸病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，而膽紅素是NADPH氧化酶的有效抑制劑。NADPH氧化酶在CD患者的腸淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中過(guò)表達(dá)[12]，進(jìn)一步說(shuō)明膽紅素在CD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮的作用。CD屬于自身免疫性疾病，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)參與維持腸道穩(wěn)態(tài)，在CD的發(fā)病機(jī)制中起著重要的作用。由于膽紅素是細(xì)胞質(zhì)芳烴受體的有效配體，即為Tregs分化的重要調(diào)控者[13]。膽紅素直接影響Tregs分化[14]，具體機(jī)制尚不清楚，提示低水平膽紅素可能會(huì)影響IBD患者的自身免疫功能。

3 膽紅素的抗氧化作用

膽紅素作為重要的內(nèi)源性抗氧化劑之一，主要表現(xiàn)在清除自由基，并通過(guò)Toll樣受體4抑制iNOS表達(dá)上調(diào)和自由基產(chǎn)生[15]。此外，在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎小鼠模型中，血紅素氧合酶表達(dá)上調(diào)，其與過(guò)氧化物酶體結(jié)合，激活受體-α，進(jìn)而發(fā)揮抗氧化作用[16]。

4 膽紅素的抗感染和免疫調(diào)節(jié)作用

膽紅素水平與炎性標(biāo)志物表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。膽紅素可通過(guò)抑制炎性因子的活性，減少黏附分子的表達(dá)，進(jìn)而阻止白細(xì)胞聚集、黏附和滲出，從而發(fā)揮抗感染作用[13]。此外，在膽紅素的干預(yù)下，分泌IL-17的CD4+T細(xì)胞數(shù)量減少，IL-22、TNF-α、IL-6和IL-1水平均降低，而分泌IL-10的CD4+T細(xì)胞的比例增加，促進(jìn)了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的再生[14]，有助于自身免疫功能的恢復(fù)。通過(guò)建立由葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型，與對(duì)照組小鼠相比，經(jīng)IBIL處理后的DSS小鼠結(jié)腸組織表現(xiàn)為單核細(xì)胞、隱窩變性和實(shí)質(zhì)水腫減輕[16]。膽紅素的抗感染作用潛在機(jī)制有兩方面：其一為膽紅素抑制血管細(xì)胞粘附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM1)所介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞向結(jié)腸黏膜層浸潤(rùn)，進(jìn)而抑制炎性反應(yīng)；其二，膽紅素通過(guò)抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)表達(dá)，進(jìn)而減輕腸道炎性反應(yīng)[17]。上述進(jìn)一步支持了膽紅素在IBD中的保護(hù)作用，抗感染與免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)制的闡明為臨床治療提供了新靶點(diǎn)。

5 膽紅素的調(diào)節(jié)腸道菌群作用

腸道菌群在IBD的發(fā)病機(jī)制中有重要作用，并且二者相互影響。IBD患者血清膽紅素水平降低可能與腸道菌群失調(diào)相關(guān)。在IBD患者腸道中有大量的乳球菌屬，其可以產(chǎn)生β-葡萄糖醛酸酶，間接影響膽紅素代謝。UC小鼠模型予以UCB(unconjugated bilirubin)處理后腸道炎性反應(yīng)明顯減輕，UCB通過(guò)抑制TLR4/MyD88/TRAF6/NF-κB信號(hào)通路，減少炎性細(xì)胞因子的釋放，以抑制免疫炎性反應(yīng)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)予以UCB處理后的實(shí)驗(yàn)組小鼠糞便中厚壁菌門含量顯著降低，而擬桿菌門和放線菌門在菌群中占優(yōu)勢(shì)，提示UCB對(duì)腸道菌群分布及調(diào)節(jié)有一定作用[18]。膽紅素是膽汁的一種成分，可作為一種有效的抗菌劑，對(duì)腸道菌群種類及數(shù)量重新分布，利于穩(wěn)定腸道微生態(tài)[19]。腸道微生物可能參與膽紅素代謝，例如發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌的表達(dá)下調(diào)和血清膽紅素水平的升高相關(guān)[20]。這些說(shuō)明膽紅素代謝與腸道菌群相互影響，二者互為因果，對(duì)于IBD疾病進(jìn)展均有一定影響。

6 膽紅素的抑制消化蛋白酶作用

消化蛋白酶在腸屏障的破壞中有重要的作用，并且是IBD治療的重要靶點(diǎn)[21]。UCB能使消化蛋白酶活性失活，對(duì)結(jié)腸炎有一定的改善作用[22]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，結(jié)腸炎大鼠糞便中消化蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶的水平顯著增加，但經(jīng)間接膽紅素(indirect bilirubin，IBIL)處理后蛋白酶水平顯著降低。同時(shí)胰蛋白酶或糜蛋白酶水平與炎性標(biāo)記物(髓過(guò)氧化物酶、腫瘤壞死因子-α、IL-1)之間呈顯著正相關(guān)[23]，表明消化蛋白酶可能是重要靶點(diǎn)之一，降低消化蛋白酶水平可能是膽紅素抗炎作用的關(guān)鍵介質(zhì)和靶點(diǎn)。已有研究發(fā)現(xiàn)絲氨酸蛋白酶抑制劑對(duì)小鼠結(jié)腸炎的保護(hù)作用強(qiáng)于IL-10和TGF-β，蛋白酶抑制劑可能成為炎性腸病治療的一種選擇[21]。抑制消化蛋白酶是否可以作為IBD可供選擇的治療手段，是否可以改善炎性反應(yīng)嚴(yán)重程度及預(yù)后，其具體作用機(jī)制及臨床適用性還需要進(jìn)一步研究。

7 膽紅素的抗血小板聚集作用

膽紅素可以改變血小板表面受體如膠原、ADP受體，從而抑制血小板聚集，降低血栓發(fā)生的危險(xiǎn)[24]。UC患者易出現(xiàn)高凝狀態(tài)，可進(jìn)一步加重腸道損傷。膽紅素能夠發(fā)揮抗血小板聚集，改善腸道血供[25]，進(jìn)一步說(shuō)明膽紅素在IBD中的保護(hù)作用。

8 問(wèn)題與展望

IBD與膽紅素呈負(fù)相關(guān)，大量臨床試驗(yàn)研究已證實(shí)膽紅素是IBD的一種保護(hù)因素，其保護(hù)機(jī)制與其抗氧化作用、抗炎與免疫調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)腸道菌群、血管保護(hù)等作用相關(guān)。此外，血清膽紅素水平在一定程度上反映疾病活動(dòng)性與嚴(yán)重程度，有利于臨床診療中評(píng)估病情及預(yù)后。近些年來(lái)，針對(duì)血清膽紅素與IBD的研究較少，大多停留在回顧性臨床研究及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；血清學(xué)指標(biāo)相對(duì)于侵入性內(nèi)鏡檢查是一種簡(jiǎn)便、快速、創(chuàng)傷小的檢測(cè)指標(biāo)，可以預(yù)測(cè)疾病嚴(yán)重程度、活動(dòng)性，更好地指導(dǎo)臨床診治，進(jìn)一步深入研究血清膽紅素是否可以作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)，還需要更多前瞻性臨床試驗(yàn)驗(yàn)證。關(guān)于IBD患者血清膽紅素水平降低，是否需要臨床干預(yù)，抗氧化療法是否對(duì)IBD患者有益，目前尚無(wú)統(tǒng)一定論；有相關(guān)研究提出予以抗氧化療法的IBD患者預(yù)后可觀，但證據(jù)尚不足，還需要更大樣本量的研究證實(shí)。