腸神經膠質細胞與潰瘍性結腸炎的關系研究進展

吳志平(綜述)，張德奎(審校)

(蘭州大學第二醫院消化科，蘭州 730000)

腸神經膠質細胞與潰瘍性結腸炎的關系研究進展

吳志平△(綜述)，張德奎※(審校)

(蘭州大學第二醫院消化科，蘭州 730000)

摘要：腸神經膠質細胞(EGC)是腸神經系統的組成部分。EGC表現為一種“星形”外觀的小細胞，包裹腸神經元胞體及神經束。EGC對腸神經元具有營養和保護作用。潰瘍性結腸炎(UC)是主要侵及結腸黏膜的慢性非特異性炎性疾病，病因尚未闡明。EGC除了營養和保護腸神經元外，還具有調節腸道黏膜屏障完整性的作用，并且通過釋放和影響細胞因子參與UC的炎癥過程。但EGC和UC的關系尚未完全闡明。

關鍵詞：潰瘍性結腸炎；腸神經膠質細胞；腸神經系統

腸神經膠質細胞(enteric glial cells,EGCs)是腸神經系統(enteric nervous system,ENS)的重要組成。EGC對腸神經元具有營養和保護的作用，并參與其神經活性的集成和調節。研究表明，EGC是ENS在炎癥反應和免疫應答時的一種活性元素，可作為抗原呈遞細胞或通過細胞因子及細胞因子受體的表達與黏膜免疫發生交互作用[1]。EGC還具有調節組織完整性的能力，EGC網絡的破壞可增強黏膜滲透性，從而加劇黏膜炎癥。潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)是影響結腸黏膜和黏膜下層的慢性非特異性炎性疾病，該病發病機制尚不明確。研究表明，自身免疫介導的組織損傷是UC發病的重要因素之一[2]。現就EGC在UC中的作用研究進展予以綜述。

1ENS

ENS是胃腸道神經元的集合，具有控制多個胃腸功能的獨特能力，例如控制外分泌和內分泌的分泌物、腸道蠕動、血流量和免疫/炎癥過程，獨立于中樞神經系統[1]，因而又被稱為“腸大腦”。在ENS，神經細胞體和神經束形成小神經節，這些小神經節在腸道壁形成腸肌叢和黏膜下叢[3]。這兩個神經叢包含不同功能的神經元(約1億)和4～10倍的EGC[4]。ENS的神經元和EGC是神經嵴來源的干細胞，由胚胎發育分化而來[5]。近期研究發現，在ENS的早期發育及腸神經網絡形成過程中，絡絲及其受體的表達發揮著重要作用[6]。

2EGC

從形態上看，EGC是一種表現為“星形”外觀的小細胞，胞內含有由膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)組成的10納米細絲陣列[7]。這些細胞包裹腸神經元細胞體、軸突束和腸血管。自1899年Dogiel首次描述以來，EGC已經被認為是ENS最豐富的細胞類型，它在腸道形成EGC網絡[8]。目前，S100B蛋白和GFAP，連同最近鑒定的標記(如SOX8/9/10)，通常用來識別人體腸道的EGC[9-11]。在功能上，EGC一直以來被視為腸神經元的機械支撐，它釋放了廣泛的承擔外周神經元發育、存活和分化的因子[12]，表達主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ類分子，而MHC Ⅱ的表達卻稀少檢測到[13]。近年來，這種限制性的看法變得更加清晰，EGC通過谷胱甘肽(S-亞硝基谷胱甘肽)的釋放及人連蛋白1和閉合蛋白的表達調控腸上皮屏障功能，參與了腸道內環境穩定的維持(例如腸上皮滲透性的調節)[14]。另一方面，EGC可由炎性損害的方式激活，通過抗原呈遞和促進促炎細胞因子在腸道環境的釋放直接促進炎癥狀態，從而成為介導免疫應答的始動因素之一[15-16]。

2.1GFAP成熟的EGC中含有豐富的GFAP[17]。 在動物中，EGC可分為兩類，即GFAP陽性組和GFAP陰性組，兩者的比率受促炎細胞因子含量的控制[18]。GFAP的表達是通過細胞分化、炎癥和損傷調節的，表達此微絲的水平與EGC的功能狀態相匹配[17]。腸道炎癥或炎性疾病時，可觀察到GFAP表達的增加，例如UC時，觀察到GFAP表達上調[19]。

2.2S100B蛋白S100B是S100蛋白家族的一種易擴散性蛋白質，是β亞基的同型二聚體，具有調節神經元形態、生長和凋亡的作用[20]。在人體腸道的S100蛋白家族中，只有S100B蛋白是專門由EGC表達的[9]，而其他成員(如S100A8、S100A9和S100A12)在受炎癥性腸病影響患者的吞噬細胞和腸上皮細胞中也可表達[21]。研究表明，S100B蛋白的異常表達與腸道炎癥的程度相關[9]。搜索特定S100B信號受體證明，在微摩爾濃度下，這種蛋白可能積聚在靶細胞(如免疫細胞)的晚期糖基化終產物受體[22]。這種相互作用會導致信號級聯的活化，結果是不同的促炎性細胞因子和誘導型一氧化氮合酶蛋白的轉錄。S100B能進入細胞外空間，尤其是腸道的免疫炎癥反應部位，因此被認為是一種可擴散的促炎細胞因子[10]。近期研究表明，UC患者血清S100B水平顯著降低，這對UC發病機制的理解和UC的早期診斷均有很大的意義[11]。

3UC

UC是一種主要累及結腸黏膜的慢性非特異性炎性疾病，是最常見的炎癥性腸病之一，發病機制尚未完全闡明。目前認為，UC的發病與遺傳、感染、免疫、精神等因素有關，其發展和轉歸也與體內諸多細胞因子及黏附分子的變化息息相關。

3.1UC與腸黏膜屏障腸黏膜屏障主要由共生細菌、分泌黏液層、上皮細胞層及部分免疫細胞構成，對維持腸道內環境的穩定具有重要作用。研究顯示，UC發生時，結腸的黏液層明顯變薄甚至完全剝離，使得被破壞的黏液層直接接觸腸道微生物，從而導致過度的免疫反應，引發炎癥[23]。腸道菌群的改變及腸上皮細胞的變化均有可能導致上述腸屏障結構的破壞，從而導致炎癥的發生。另外，腸黏膜屏障功能的內在改變也可能逆轉機體對腸道正常菌群及其產物的免疫耐受，成為誘發腸道炎癥的原因之一[24]。

3.2UC與機體免疫免疫因素是UC發生的重要因素。UC患者中常可監測到以抗結腸上皮細胞抗體為主的自身抗體[25]，因而UC被認為是一種自身免疫性疾病。在細胞層面，T細胞反應亢進引起腸道黏膜免疫系統對腸道共生菌的高反應性是UC發生的一個重要因素。在細胞因子層面，促炎因子與抑炎因子平衡失調是導致UC發生的重要因素。UC發生時，巨噬細胞游走抑制因子上調，促進巨噬細胞聚集，導致腸道黏膜的損傷，加之腫瘤壞死因子α、白細胞介素(interleukin，IL)6、IL-1分泌增加，共同促進了炎癥的發生[26]。此外，免疫球蛋白超家族、整合素、CD44等黏附分子及Toll樣受體也參與了UC的發生與發展。

4EGC參與腸道內環境穩態的調節

EGC具有腸道調節作用。體內研究發現，通過使用化學方法進行神經膠質網絡的選擇性消融，可導致一個與黏膜屏障完整性的改變相關聯的腸道炎癥[16]。進一步研究表明，EGC通過釋放一些因子(如轉化生長因子β、S-亞硝基谷胱甘肽和膠質源性神經營養因子)[27]，直接影響腸上皮屏障的完整性[28]，從而證實了EGC在腸道內環境穩定的調節中發揮了至關重要的作用。另外，類似于血腦屏障中膠質細胞和腦血管內皮細胞的相互作用，EGC的可溶性介質可能誘發和保持獨特的腸道血管內皮細胞表型，從而促進腸道血管屏障功能的發揮[29]。鑒于EGC的調節腸屏障功能的作用，它也被認為參與腸道損傷[30]及炎癥性腸病[15]。從EGC調節腸屏障功能的角度來看，它也是一個抑制炎癥發生的因素。

5EGC與UC

5.1EGC與腸道黏膜免疫在體內，EGC組成性表達MHCⅠ類分子，并可被自身反應性MHCⅠ限制性的CD8+T細胞直接靶定[31]。免疫組織化學研究還顯示，炎癥性腸病患者的黏膜和黏膜下層的神經纖維及EGC細胞膜MHCⅡ類分子表達增加[32]。這種增加和異常表達關聯于上皮細胞MHCⅡ類分子表達的增加。EGC增強的MHCⅡ類分子表達與局部細胞炎性浸潤強度相關，尤其是T淋巴細胞的浸潤增加[9]。克羅恩病變的電子顯微鏡分析顯示，浸潤性T細胞可與表達MHCⅡ類分子的EGC發生緊密接觸[13]。這些研究結果證實，EGC可作為抗原呈遞細胞，參與腸道黏膜免疫。除了作為抗原呈遞細胞的作用，EGC還可通過產生和響應細胞因子參與腸道黏膜免疫，例如，EGC表達P物質，這對免疫細胞有多種效果，包括肥大細胞脫顆粒的誘導、引發巨噬細胞的促炎活性及促進淋巴細胞的運輸和增殖[33]。

5.2EGC與腸道炎癥目前，EGC與腸道炎癥發生、發展的直接關系尚未闡明。但已有研究表明，ECG在多個方面都表現出與腸道炎癥的相關性[34]。研究表明，在人類壞死性腸炎和實驗壞死性小腸結腸炎動物模型中，均存在ENS的顯著損傷；主要表現為肌間神經叢結構和功能的顯著損傷，結構的改變主要是腸神經元形態與神經元間接觸的改變，功能的改變主要表現為免疫組織化學顯示的GFAP表達量的變化；接受神經干細胞移植的該疾病動物幼崽ENS和腸道完整性顯著改善，因而神經干細胞移植可能代表一種未來治療壞死性腸炎患者的方法[35]。

5.2.1UC時EGC數量的改變對ENS相關腸道炎性疾病患者的研究發現，EGC存在反應性增生，如UC患者的炎性腸組織中GFAP陽性的EGC數量明顯增加，這些增加的EGC同時分泌大量膠質源性神經營養因子[28]。這些EGC在腸道炎癥時發生了數量的改變，說明它與腸道炎癥存在相關性。

5.2.2EGC產生細胞因子和細胞因子受體對UC患者和對照受試者進行的研究表明，在UC患者的直腸黏膜有S100B免疫反應性增加，S100B的信使RNA、蛋白質的表達和分泌也顯著增加[36]。此向上調節與一氧化氮通過誘導型一氧化氮合酶蛋白特異性誘導的產生提高相關，因為越來越多的證據表明，UC的特征在于通過促炎因子響應于誘導型一氧化氮合酶的誘導產生異常的黏膜一氧化氮[37]。所以，在人體腸道，EGC通過S100B蛋白特異性調節一氧化氮產生的能力在包括UC在內的腸道炎癥中發揮著舉足輕重的作用。除了S100B蛋白外，GFAP和膠質源性神經營養因子在UC患者也表現為上調[38]，且分別具有修復EGC和腸道神經元的作用[28]。另外，IL-1β和IL-10在人工培養的EGC株增殖的作用也已被研究；IL-1β誘導EGC增殖抑制，而IL-10的效果取決于劑量，低劑量抑制EGC增殖，而高劑量促進EGC增殖[33]。這些結果表明，在EGC存在功能性IL受體，響應細胞因子，從而參與炎癥過程。

5.2.3EGC通過調節腸神經細胞的功能而改變腸道炎癥過程EGC與腸神經元之間存在復雜的相互作用[39]，主要表現為兩者的協同功能和EGC對腸神經元的調節作用[40]。研究表明，EGC可通過直接調節基板供應促進腸神經元存活[41]。EGC也參與調節腸神經周的動態平衡，例如，EGC是ENS中表達谷氨酰胺合成酶的唯一細胞類型，它可能參與谷氨酸和γ-氨基丁酸的解毒[42]。EGC的選擇性消融與肌間神經元的中度變性有關，但不是在含有P物質的神經元；在EGC破壞的轉基因小鼠模型中發現腸道神經元表型和腸功能的改變[43]。另外，腸道神經元也被證明表達神經營養因子受體[44]，而EGC的變化可能導致改變神經營養因子的合成。綜上所述，EGC可促進腸神經元的存活并調節腸神經元的功能，進而影響腸神經元分泌神經介質而間接改變炎癥過程。

6EGC與腸道腫瘤

結腸腫瘤是部分UC的最終轉歸，EGC與結腸腫瘤的關系研究日益深入。研究發現，EGC具有抗結腸腫瘤增生的作用，該作用主要通過分泌轉化生長因子β1信使RNA并表達轉化生長因子β1蛋白實現的[45]。研究表明，外源應用轉化生長因子β1和EGC共培養均能抑制結腸腺癌細胞增生，而在共培養系統中應用抗體中和轉化生長因子β1可改變EGC的上述效應[46]。目前尚缺乏EGC與腸道腫瘤轉移關系的研究，EGC對腫瘤發生、發展的深層影響機制仍有待進一步闡明。

7小結

通過對大量實驗動物模型和炎癥性腸病患者進行調查研究，越來越多的證據表明EGC在腸道炎癥中發揮著至關重要的作用。但仍有一些問題(如EGC的改變和腸道炎癥發生的先后順序、在炎癥過程中EGC何時發揮促炎作用、何時發揮抑炎作用、EGC參與腸道黏膜免疫的完整機制等)未闡明，有待進一步研究。而這些問題的解決將有助于更好地了解UC的發病機制及預測UC的病情轉歸，從而為UC的治療提供新的思路和方法。

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Research Progress in the Relationship between Enteric Glial Cells and Ulcerative ColitisWUZhi-ping,ZHANGDe-kui．(DepartmentofGastroenterology，theSecondHospitalofLanzhouUniversity，Lanzhou730000，China)

Abstract:Enteric glial cells (EGC),a group of small cells with a star-like appearance,are the largest a component of enteric nervous system.Enveloping enteric neuronal cell bodies and axon bundles,they have the property of nutrition and protection to enteric neurons.Ulcerative colitis(UC) is chronic non-specific inflammatory diseases that mainly invades the colonic mucosa with elusive etiology.In addition to nutrition and protection to enteric neurons,EGC has the role of regulating the integrity of the intestinal mucosa,and participates in the inflammatory process of UC through releasing and regulating the cytokines.But the direct relationship between EGC and UC has not yet been fully elucidated.

Key words:Ulcerative colitis； Enteric glial cells； Enteric nervous system

收稿日期：2015-02-13修回日期：2015-04-25編輯：鄭雪

基金項目：國家自然科學基金(81272661)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.24.003

中圖分類號：R574.62

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)24-4423-04