【摘要】 炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease,IBD)主要包括克羅恩?。–rohn disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)兩種類型,是一種病因尚不明確的自身免疫疾病,主要特征是慢性腸道炎癥。腸道生理屏障完整性受損、化學屏障功能障礙及免疫屏障穩(wěn)態(tài)失衡是慢性腸道炎癥發(fā)生的病理學基礎。在先天性固有免疫中,補體系統(tǒng)扮演著關鍵的角色,它可以通過保護腸道的生物屏障的完整、化學屏障的功能和免疫屏障的平衡,從而保證腸道的健康狀態(tài)。目前已有較多研究探討了血清生物標志物在潰瘍性結(jié)腸炎活動度評估及優(yōu)化用藥中的臨床價值。本文圍繞補體系統(tǒng)在IBD發(fā)病中的影響及作用機制,對補體因子預測IBD活動度的潛在作用進行闡述。
【關鍵詞】 炎癥性腸病 補體系統(tǒng) 腸道屏障 補體因子
Advances in the Study of Related Complement Systems in Inflammatory Bowel Disease/Maidinuer Maimaiti, HUANG Xiaoling. //Medical Innovation of China, 2025, 22(04): -163
[Abstract] Inflammatory bowel disease (IBD), which mainly includes Crohn disease (CD) and ulcerative colitis (UC), is an autoimmune disease whose cause is not yet known. The main feature is chronic intestinal inflammation. Impairment of intestinal physiological barrier integrity, chemical barrier dysfunction and imbalanced immune barrier homeostasis are the pathological basis of chronic intestinal inflammation. In innate immunity, the complement system plays a key role in maintaining the health of the gut by protecting the integrity of the biological barrier, the function of the chemical barrier and the balance of the immune barrier. At present, many studies have explored the clinical value of serum biomarkers in evaluating activity and optimizing drug use in ulcerative colitis. In this paper, the potential role of complement factors in predicting IBD activity was discussed, focusing on the influence and mechanism of the complement system in the pathogenesis of IBD.
[Key words] Inflammatory bowel disease Complement system Intestinal barrier Complement factors
First-author's address: Graguate School of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, China
doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2025.04.037
炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease,IBD)是一種慢性腸道炎癥性疾病,具有反復發(fā)作的特點。主要分為潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)和克羅恩?。–rohn disease,CD)兩類。在全球范圍內(nèi),早期IBD發(fā)病人群主要在經(jīng)濟較為發(fā)達的西方國家。隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展,人們飲食結(jié)構發(fā)生轉(zhuǎn)變,炎癥性腸病的發(fā)病率逐年上升,成為一個全球性公共衛(wèi)生難題[1]。IBD的確切病因至今尚未完全明確,但普遍認為它是由多種因素共同作用的結(jié)果,包括遺傳因素、環(huán)境因素、免疫系統(tǒng)異常、腸道微生物群失衡及腸黏膜屏障功能障礙等[2-3]。先天性和適應性免疫系統(tǒng)是IBD發(fā)病機制的基礎。由于腸道環(huán)境的特殊性質(zhì),腸道經(jīng)過多層防御機制,以抵御細菌侵入。目前研究表明,腸道屏障功能的不平衡及微生態(tài)的紊亂會導致IBD的發(fā)生和進展[4-5]。在炎癥發(fā)生的機制中,抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)和黏蛋白(mucins,MUC)缺乏、腸上皮細胞(intestinal epithelial cells, IEC)中Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)和NOD樣受體(NOD-like receptors, NLRs)過度表達、固有淋巴細胞(innate lymphoid cells,ILCs)、自然殺傷(natural killer, NK)細胞和T淋巴細胞等免疫細胞的過度活化是重要因素。這種過度活化導致了多種免疫細胞的過度識別,進而引發(fā)炎癥反應的發(fā)生。因此,筆者認識到,免疫細胞的異常活化和過度識別是炎癥發(fā)生的根本原因,為進一步研究和治療炎癥性疾病提供了重要的指導意義[6]。其中,固有免疫與IBD的發(fā)生和發(fā)展密切相關。人體的先天免疫系統(tǒng)就像是對抗外敵的重要防線。它通過激活與模式識別受體(pattern recognition receptor,PRRs)相關的炎癥信號通路來引發(fā)炎癥反應,從而對抗病原體入侵。這種炎癥反應不僅能夠幫助加速治愈受損組織,還能夠激活其他防御機制,增強人體的抵抗力。因此,人體通過觸發(fā)炎癥反應來激活自身的防御機制,維護身體的健康狀態(tài)[7]。越來越多的研究表明,補體系統(tǒng)是固有免疫系統(tǒng)和獲得性免疫的一部分,對于維持腸道屏障的穩(wěn)定狀態(tài)至關重要,且補體功能異常與IBD的發(fā)生和發(fā)展有關。本文總結(jié)了近些年與IBD相關的補體系統(tǒng)研究,歸納補體系統(tǒng)在IBD中的作用,展望新的領域研究,這些領域可能是識別新的預測或預后生物標志物及發(fā)現(xiàn)治療新途徑的關鍵。
1 補體系統(tǒng)在IBD中的作用機制
在人體中補體系統(tǒng)激活會釋放出多肽,是炎癥和免疫應答的強效介質(zhì)。這些多肽片段即“過敏毒素”,結(jié)合至細胞上對應的受體后,可引發(fā)炎癥和血管舒張,進而激活更多種的炎癥細胞。最近的研究表明,補體系統(tǒng)參與T細胞功能的調(diào)節(jié)[8]。IEC對微生物相關分子模式(microbe-associated molecular patterns,MAMPs)的識別和適當?shù)拿庖邞饘τ诰S持腸道屏障功能具有重要意義。其中,補體系統(tǒng)是先天免疫系統(tǒng)的關鍵組成部分,它與TLRs等其他先天傳感器和效應系統(tǒng)協(xié)同工作,為宿主提供了一種快速、有效的機制以識別和響應微生物相關分子模式。腸細胞高度表達各種補體成分,這些成分被認為是正常IEC功能的關鍵。腸道補體系統(tǒng)的適當激活似乎在慢性腸道炎癥的消退中起著重要作用,而過度激活或失調(diào)可能會加重腸道炎癥[9]。
2 補體系統(tǒng)與腸屏障穩(wěn)態(tài)
補體系統(tǒng)的主要功能是檢測、調(diào)理和消除細菌及凋亡細胞或惡性細胞,因此補體系統(tǒng)對于有效清除入侵細菌和組織穩(wěn)態(tài)至關重要[10]。人體腸道上皮組織是身體內(nèi)部和外界進行物質(zhì)交流的關鍵區(qū)域,其覆蓋面積可高達400 m2。維持腸道屏障的完整性是高等生物生存的關鍵因素[11]。腸道屏障是生物體免疫系統(tǒng)與周圍微生物群之間相互作用的主要領域[9]。腸道的黏膜屏障是一道重要的防線,它阻止了病原體和有害物質(zhì)進入生物體。腸道屏障由多種不同的組成部分構成,包括IEC、細胞間緊密連接、菌膜、AMPs、MUC及其他抑菌物質(zhì)等。這些組成部分共同形成了腸道的物理、化學和免疫屏障,起著保護腸道免受外界侵害的重要作用[12-14]。通過各種屏障的緊密配合,腸道得以保持其正常的生理狀態(tài),從而維持人體的健康和平衡。IEC有兩個主要功能,一是提供物理、生化屏障,有效阻隔微生物、毒素、致病菌及過敏原的侵入;二是監(jiān)測環(huán)境和保護宿主免受微生物入侵和有害刺激,同時調(diào)節(jié)腸腔環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)、離子和水的運輸,避免炎癥反應對自身的危害,并將宿主組織與共生細菌隔離開來,使腸道保持穩(wěn)定[15]。分泌型IECs通過分泌MUC和AMPs來支持此功能,這使得IECs能夠局部調(diào)節(jié)腸道屏障處的免疫反應,促進腸道穩(wěn)態(tài)的維持[16]。新的研究表明,白細胞介素-22(interleukin-22,IL-22)已成為腸和其他黏膜穩(wěn)態(tài)的關鍵調(diào)節(jié)因子和宿主防御的介質(zhì),促進屏障修復和恢復體內(nèi)平衡[17]。
2.1 補體系統(tǒng)與生理屏障
腸道屏障中生理和化學屏障有重要的作用,能夠產(chǎn)生抗菌物質(zhì)來抑制病原體并防止細菌和內(nèi)毒素等有害物質(zhì)通過腸黏膜進入血液[18]。補體系統(tǒng)在維持腸道屏障的完整性和有效性中起到重要作用。補體被視為一種全身性血清效應系統(tǒng),肝臟產(chǎn)生大多數(shù)可溶性補體蛋白[19]。肝細胞是血液循環(huán)中合成補體的主要場所,而腸道中的補體也可源自肝細胞以外的組織,例如胰腺和IECs[20]。補體系統(tǒng)的主要成分C1q,在循環(huán)和細胞中起著重要作用,作為固有免疫系統(tǒng)的一部分,它通過PRR來激活補體的經(jīng)典途徑。C1q在腸道中具有集中的合成位點,主要位于回腸遠端和結(jié)腸,這也是微生物定植的關鍵地點[21]。腸道生理屏障系統(tǒng)的功能依賴于多種屏障成分之間的相互作用。這些屏障成分包括黏附性黏膜凝膠層、免疫球蛋白A(immunoglobulin A, IgA)、AMPs和細胞間緊密連接。特別是緊密連接(tight junction, TJ)蛋白在IEC中由不同的調(diào)節(jié)分子組成,確保細胞間的完整性和連接性結(jié)構。如果這些構造受到破壞,將會引發(fā)免疫細胞的強制激活和慢性炎癥的發(fā)生。因此,維持腸道生理屏障的完整性對于預防疾病和保持身體健康至關重要[22]。
2.2 補體系統(tǒng)與生化屏障
腸道黏膜生化屏障本質(zhì)是腸道常駐菌群與宿主之間的相互作用。這種相互作用可以是互利的,也可以在某些情況下導致不利影響,如腸道炎癥。腸道微生物定植對營養(yǎng)吸收、能量代謝、腸道免疫系統(tǒng)與外周免疫系統(tǒng)的適當“調(diào)節(jié)”至關重要。較薄的結(jié)腸黏膜會增加微生物與結(jié)腸細胞的接觸,從而導致炎癥反應和補體系統(tǒng)的激活。這種情況可能會引發(fā)一系列炎癥活動,進而對身體健康造成不利影響[23-26]。許多補體因子能夠發(fā)揮保護腸道生理、生化屏障的作用[27]。其中,CD46是一種補體調(diào)節(jié)劑,它可以直接與IEC中的細胞質(zhì)激酶SPAK和跨膜E-鈣MUC相互作用。這兩種蛋白在維持腸道上皮細胞的連接和屏障形成方面起著至關重要的作用,有助于促進細胞增殖、加速傷口修復,并刺激AMP和MUC的分泌[28]。此外,補體因子在保持腸道化學屏障的穩(wěn)定性方面發(fā)揮著關鍵作用。具體來說,補體C3和其水解產(chǎn)物C3a具有多種促炎作用,包括肥大細胞釋放組胺、平滑肌收縮、增加血管通透性,吸引化學物質(zhì)以抑制腸道內(nèi)革蘭陽性菌的生長,同時抑制革蘭陰性細菌和真菌的生長[29]。此外,補體與其他因子相互作用,增強腸上皮對細菌侵襲的抵抗力。目前補體對腸道生理、生化屏障的影響及機制在IBD發(fā)病中的作用還有待研究[30]。
2.3 補體系統(tǒng)與免疫屏障
免疫屏障是由腸黏膜淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue, GALT)及腸道內(nèi)分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A, SIgA)構成[30]。腸道黏膜是大量免疫細胞駐留的組織之一,因此腸道中局部生物合成的補體可能通過調(diào)節(jié)T細胞反應來促進腸黏膜的免疫和炎癥反應[8]。除此之外,IEC具有一定通透性,可以吸收食物中的營養(yǎng)成分。然而,這種通透性也可能為病原微生物進入黏膜固有層提供了一種途徑[6]。因此,IEC的獨特環(huán)境需要免疫屏障來防止由數(shù)萬億微生物和微生物代謝抗原介導的損傷。腸道免疫細胞和免疫分子是腸道免疫屏障的關鍵參與[14]。補體系統(tǒng)作為免疫分子的重要成員,具有多種機制,與腸道免疫屏障協(xié)同作用維持腸道免疫耐受[31]。
近期Sugihara等[8]發(fā)現(xiàn),血清補體C3和白細胞介素-17(interleukin-17,IL-17)mRNA表達在IBD患者發(fā)炎的黏膜中增強,IL-17誘導的IBD黏膜中補體C3分泌可能不僅是先天免疫反應局部增強的一部分,而且可能是連接先天性免疫反應(補體系統(tǒng)和上皮下肌成纖維細胞)和適應性免疫反應(IL-17和Th17細胞)的一部分。另外補體C3與C5激活抑制劑也在IBD小鼠實驗中展示了阻止中性粒細胞遷移及滲透至小鼠的結(jié)腸黏膜層的效果,同時也提升了對抗炎癥細胞的數(shù)目。因此有一些學者認為IBD的慢性炎癥形成可能是由于補體介導的腸道免疫屏障受損所導致的。Preisker等[32]研究發(fā)現(xiàn),活動期CD患者的回腸末端補體水平是正常人的6倍以上,即使是緩解期的CD患者也未達到正常水平。由此可知,在疾病活動期和緩解期具有高水平的補體因子能夠促進B細胞的過度激活,隨后引發(fā)持續(xù)的體液免疫反應,從而引起腸上皮層慢性炎癥的發(fā)生。補體系統(tǒng)可以通過抑制腸道免疫細胞過度激活,從而緩解IBD引起的黏膜損傷[30]。
3 IBD相關生物標志物的現(xiàn)狀
近幾年,已經(jīng)報道了多種生物標志物[33],生物標志物是在組織或體液(血液、糞便和尿液)中可量化的定義生物分子,代表潛在的生物學疾病過程。在IBD中,已經(jīng)廣泛研究了各種生物標志物的幾種結(jié)局,包括預測發(fā)??;建立診斷;評估疾病活動度;預測自然病程,包括結(jié)腸切除術的可能性;并評估結(jié)腸切除術后的結(jié)果[8]。疾病診斷前最一致的蛋白質(zhì)組學標志物是炎癥標志物[C反應蛋白(C reactive protein,CRP)、血清淀粉樣蛋
白P(serum amyloid P,SAP)、血清胰蛋白酶2(serine protease 2,PRSS2)]、參與細胞因子信號轉(zhuǎn)導的標志物、先天免疫和對細菌的反應(補體因子、腫瘤壞死因子受體亞基、脂多糖結(jié)合蛋白、蛋白酶-3和幾種白細胞介素)[34]。免疫系統(tǒng)受到潛在有害刺激的初始表現(xiàn)為炎癥反應,目前CRP、IL-6、糞便鈣衛(wèi)蛋白(fecal calprotectin,F(xiàn)C)在臨床實踐中被常規(guī)用作評估IBD炎癥反應的標志物[28]。但由于這些標志物在體內(nèi)其他炎癥反應也可表現(xiàn)為高水平狀態(tài),IBD疾病的應用中,特異性較差,預測價值不理想,在臨床實踐中,仍需要繼續(xù)尋找在UC患者血清中新發(fā)現(xiàn)更合適的生物標志物來輔助預測、評估IBD的嚴重程度[35]。
4 補體系統(tǒng)與IBD的相關進展
Ballard等[11]的研究表明,補體C3和免疫球蛋白 G(immunoglobulin G,IgG)等免疫球蛋白在疾病過程中的沉積程度與疾病的嚴重程度密切相關,而這種關聯(lián)在疾病的各個階段都保持穩(wěn)定。Potter等[36]研究發(fā)現(xiàn),IBD患者的血清、空腸和回腸組織中補體C1q、C3和C4的水平較高,IBD患者炎癥部位的上皮層中大量沉積的C3是導致腸道生理屏障損傷的重要原因。此外,2017年Sünderhauf等[10]在研究中發(fā)現(xiàn),一種新的TLR4-C3軸可以控制慢性結(jié)腸炎期間的腸道免疫反應;2018年Sina等[9]研究發(fā)現(xiàn)腸道補體系統(tǒng)激活和調(diào)節(jié)的不平衡會阻礙有效的腸道屏障功能,從而導致在IBD患者中觀察到的嚴重腸道炎癥;2021年日本Okada等[37]做了一項關于血清補體C3和α2-巨球蛋白(α2-macroglobulin,α2-MG)與炎癥性腸病患者相關的研究,其中提及C3和α2-MG是IBD的潛在有用生物標志物,尤其與UC的嚴重程度可能相關,并且這兩種蛋白質(zhì)優(yōu)于IBD的其他生物標志物。此文章僅證實了C3和α2-MG與IBD有相關性,但并未進行補體因子與炎癥性腸病嚴重程度及活動度的相關性研究。Chase等[38]的一項回顧性研究表明,在5年隨訪期間低水平的IgG4患者接受維多單抗(P=0.04)、硫唑嘌呤(P=0.04)和潑尼松(P=0.03)治療的患者較多。
目前,針對IBD的生物學活性標志物得到了廣泛關注和深入探究,這使得我們對該疾病有了更加全面的認識。正確認識生物學活性標志物的作用,對于IBD的診斷和炎癥程度的評估具有重要的意義。近年來的國內(nèi)外文獻中,研究主要集中在各種炎性生物標志物與IBD活動度的相關性,目前有少量研究提及補體因子C3和α2-MG與IBD有相關性,但并未進行補體因子與炎癥性腸病嚴重程度及活動度的相關性研究,因此補體因子在診斷炎癥性腸病嚴重程度及活動度中的應用價值有待進一步研究。
5 結(jié)語與展望
綜上所述,作為反復發(fā)作的慢性腸道疾病,IBD目前已經(jīng)成為全球性的健康難題。盡管IBD的病因尚未明確,但有研究顯示,遺傳、環(huán)境、微生物群和免疫反應等因素可能在其中發(fā)揮作用。補體系統(tǒng)的功能是多方面的,主要包括監(jiān)測、識別病原體,調(diào)節(jié)免疫及清除凋亡細胞或惡性細胞等,因此補體系統(tǒng)對于有效清除入侵細菌和自我危險至關重要。在IBD的患者和動物模型中,過度激活的補體系統(tǒng)被看作是導致自身免疫反應和腸道組織損傷的關鍵因素。因此,不受控制和持續(xù)的補體激活會引起嚴重的炎癥過程并導致組織損傷。同時補體系統(tǒng)有助于刺激吞噬細胞,激活抗體的產(chǎn)生及通過多種觸發(fā)因素分泌某些細胞因子,而這些因子是經(jīng)典、替代和凝集素途徑中補體激活的重要因素,故而補體因子可能在調(diào)節(jié)包括IBD在內(nèi)的自體免疫性疾病中起到關鍵性作用。由此可見,血清補體因子可能與IBD的疾病活動度相關,或是血清補體因子可以用于IBD的輔助診斷、疾病炎癥活動度的評估,為炎癥性腸病活動度相關新型生物標志物的臨床應用提供新的診療方向。
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(收稿日期:2024-11-15) (本文編輯:馬嬌)