潘氏細胞與潰瘍性結腸炎關系的研究進展

秦 謙，陳東風，魏艷玲

第三軍醫大學大坪醫院野戰外科究所消化內科，重慶 400042

潘氏細胞與潰瘍性結腸炎關系的研究進展

秦 謙，陳東風，魏艷玲

第三軍醫大學大坪醫院野戰外科究所消化內科，重慶 400042

潘氏細胞(Paneth cells，PCs)是小腸腺的特征性細胞，可分泌防御素等多種抗菌物質，抑制腸道細菌過度繁殖，在維持腸道內穩態、參與固有免疫方面發揮重要作用。研究發現潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)與PCs之間存在一定聯系，UC患者結腸黏膜存在不同程度的PCs化生(Paneth cell metaplasia, PCM)，提示PCs在UC的發生、發展過程中可能發揮重要作用。本文就PCs與UC關系的研究進展作一概述，為PCs與UC發病機制的深入研究提供思路。

潘氏細胞；潰瘍性結腸炎

1872年德國解剖學家Schwalbe首先在小腸隱窩底部觀察到一種錐體形細胞[1]，隨后1888年奧地利醫師Joseph Paneth進一步對這種細胞進行了詳細觀察和描述，該細胞從此被命名為潘氏細胞[2]。潘氏細胞(Paneth cells，PCs)是小腸腺的特征性細胞，和隱窩干細胞間隔排列于腺底部，遍布于整個小腸，細胞呈錐體形，頂部胞質充滿粗大嗜酸性的分泌顆粒，通過釋放防御素、磷脂酶、溶菌酶等抗菌物質[3]抑制腸道致病微生物的繁殖，參與腸道免疫。自從發現第1例炎癥性腸病(IBD)患者存在潘氏細胞化生(PCM)以來，有關潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)與PCs相關研究一直在進行，PCs在UC發病中的作用也引起人們的關注，本文就此作一概述。

1 PCs的發生

PCs起源于腸隱窩干細胞，其發生比其他類型的小腸上皮細胞要晚。人與鼠PCs的發生在時間上差異較大。在第20周、21周、24周以及5.2個月胎兒的小腸上皮中已可觀察到PCs。小鼠PCs最初見于生后第7天，至斷乳期(12～20 d)開始出現分泌功能。在斷乳期以前，PCs的數量增長緩慢，至生后第10天，平均每個腸隱窩僅有0.38個PCs。Bry等[4]發現，小鼠在胚胎第15天，腸黏膜開始由假復層上皮轉化為單層上皮時，絨毛間區已有部分細胞表達隱窩素，但腸隱窩底部出現磷脂酶A2(phospho1ipase A2，sPLA2)，與溶菌酶陽性染色的時間分別為生后第7天、第10天，而凝集素Ulex europaeus agglutinin 1(UEA-1)和Maackia amurensis agglutinin(MAA)作為PCs發育成熟的標志則要到生后第21天才能檢出。大鼠PCs的發生與小鼠相似：生后第2天，含PCs的腸隱窩不足2%；生后第6～8天，多數腸隱窩只有1個PCs。至生后第21天，即斷乳期結束時，PCs的數量與生后第28天已無顯著差異，基本達到成年水平。

2 PCs的抗菌功能

PCs嗜酸性顆粒的主要成分為防御素、溶菌酶、SPLA2、血管生成因子和Reg3-γ，其中以防御素最為豐富，占80%[5]。PCs可直接感受腸腔細菌，通過激活MyD88依賴的Toll-like receptors(TLR)，誘導表達大量抗菌因子。PCs分泌的防御素主要為α-防御素(HD-5和HD-6)，HD-5以前體形式儲存在PCs分泌顆粒內，釋放后經胰蛋白酶剪切成為成熟防御素[6-7]。同其他防御素一樣，HD-5主要通過以下兩種機制發揮抗菌作用，HD-5在高濃度狀態下，通過靜電力和疏水作用與細菌的細胞膜相互作用，導致細胞膜的破裂。在低濃度狀態下，HD-5能使參與細菌胞壁生物合成的脂質調節分子失活從而限制細菌的生長。HD-6是由32個氨基酸組成的多肽，以往研究認為，與其他防御素相比HD-6在體外幾乎沒有抗菌性[8]，然而Wehkamp 等[9]研究發現，在體內和體外HD-6能隨機與細菌表面膜蛋白的結合，然后聚合為四聚體甚至多聚體，進而形成包裹纏繞細菌的納米網格，阻止細菌穿過腸黏膜膜屏障。在HD-6四聚體形成的過程中其27位的組氨酸發揮了關鍵作用，將組氨酸用色氨酸替換后HD6便失去了這種自我聚合的特性[10]。Hooper等[11]研究發現血管生成素4(Angiogenin-4，Ang4)是小鼠PCs分泌的另外一種抗菌肽，在腸道固有免疫中發揮重要作用。腸道主要的共生菌多形擬桿菌(bacteroides thetaiotaomicron)能夠誘導其表達，而其他抗菌肽如防御素不被細菌調控。另外PCs分泌的sPLA2也具有抗細菌、病毒和真菌的作用[12]。重建無菌小鼠腸道菌群后小腸和結腸部位腸上皮細胞、PCs和杯狀細胞表達的蛋白Reg3γ(胰島再生源蛋白3γ)表達增高[13]。進一步研究發現Reg3γ能夠通過限制微生物在腸上皮定植抑制固有免疫反應的激活，Reg3γ基因敲除小鼠腸黏膜革蘭陽性菌增多[14]，提示PCs除抗微生物作用外在調節固有免疫方面也發揮重要作用。

3 PCs組成腸干細胞微環境(niche)

腸黏膜上皮是哺乳動物機體代謝最活躍的場所，研究顯示人類每天約產生5.6×109個腸上皮細胞以維持上皮的動態平衡[15]，腸上皮進行一次完全更新僅需4～5 d[16]。腸上皮細胞的持續更新與腸道隱窩內干細胞增殖分化密不可分。而PCs在維持腸隱窩干細胞生長發育方面發揮關鍵作用。一方面PCs分泌的抗菌物質能夠維持腸隱窩無菌環境，為干細胞增殖分化提供良好的環境。另一方面，PCs能表達表皮生長因子(EGF)、 轉化生長因子-α(TGF-α)、Wnt3 和Notch信號通路配體-DLL4維持腸干細胞的生長發育，將PCs與分離出的干細胞共同培養能夠促進干細胞的譜系分化[17]。最新研究[18]發現在小腸干細胞和小腸穩態調節過程中，Notch和Wnt信號通路還扮演了重要調控作用，阻斷Notch信號會引起小腸干細胞分化失衡，并且在這一過程中伴隨對Wnt信號途徑的抑制解除。在小鼠的小腸中，Notch和Wnt信號對于小腸干細胞維持以及腸道負責消化液分泌的細胞和負責營養吸收的細胞之間的分化平衡都是非常必要的。研究人員發現,當Notch信號受到抑制，小腸干細胞傾向于向分泌細胞方向分化，而影響營養吸收細胞的分化過程。利用具有功能阻斷特性的抗體特異性阻斷Notch受體，發現阻斷Notch信號會解除對Wnt信號途徑的抑制作用，干擾小腸干細胞的正常功能，導致促分泌功能相關基因的錯誤表達。

4 UC中PCs的化生

1937年Hertzog[19]首次在1例UC患者的結腸中發現了PCs，隨后1961年Paterson等[20]描述了UC患者結腸PCM，比較10例UC患者與10例因其他疾病手術切除的結腸中PCs比例發現，UC患者結腸隱窩含有超過1個以上PCs占19.6%，最高達30%。而在靠近急性炎癥的區域和形成膿腫的隱窩中未發現PCs。Lewin[21]研究了44例UC患者發現41例(93%)患者在結腸或直腸中出現PCM。Haapam?ki等[22]發現在UC患者結腸化生的PCs存在PLA2-Ⅱ mRNA和PLA2-Ⅱ蛋白表達，炎癥較重者化生的PCs數量更多，PLA2-Ⅱ的合成似乎與炎癥的嚴重程度密切相關。Tanaka等[23]通過比較866例人群(包括181例UC、159例CD和448例非IBD患者及78例對照)結直腸PCM發現，在非IBD組和對照組結腸遠端很少出現PCs(<2%)，而升結腸和盲腸比較常見(最高達48.7%)，與非IBD患者和對照組相比，IBD患者遠端結腸發生PCM的比例明顯增高，UC與CD的化生無明顯差異，PCM與疾病狀態(活動期、緩解期和靜止期)也無明顯相關性。在UC直腸炎和左半結腸炎非炎癥區極少見PCM。進一步回歸分析發現，PCM與隱窩扭曲和單核細胞浸潤呈正相關，而與隱窩萎縮、黏液素缺乏無明顯相關性，提示腸黏膜的增生與修復可能是引起PCM最重要的因素。Simmonds等[24]觀察到在UC的發病早期結腸遠端就有PCM，觀察了13例UC兒童患者，其中11例在遠端結腸發現PCM。

5 PCs在UC病理過程中可能的作用機制

以往認為UC中PCM是腸上皮慢性損傷、黏膜愈合與修復的標志。然而本研究認為PCs在結腸遠端的出現有著十分重要的意義和背景。人體胃腸道各個部位定植的細菌數量和種類差異很大，其中胃內的細菌數量最少(0～103)，主要為需氧菌，回腸較多(103～107)，以厭氧菌為主，結腸最多(1011～1012)，98%由厭氧菌構成,菌種多達300余種，大便干重近1/3由細菌組成[25]。另外，同一段腸道，不同種類細菌的空間分布也不同。人體消化道構成了菌群生長的外環境，不同節段的消化道細胞構成、功能、pH等條件均不同，這些不同導致定植于此部位的菌群結構與其他部位有差異，不同菌群結構改變會對腸道產生一定的影響。如幽門螺桿菌(H.pylori)感染可引起慢性胃炎，慢性胃炎患者有不同程度的PCM，提示消化道細菌可能通過某種機制改變消化道上皮的細胞構成與結構。UC患者腸道菌群與健康人相比有很大差異[26]，盡管目前沒有直接證據表明腸道菌群能通過明確的機制誘導干細胞向PCs分化，我們認為腸道菌群的改變可能引起了PCM。UC輕度的PCM對于維持腸隱窩干細胞的生長發育環境起積極作用，促進腸黏膜的損傷修復。然而，由于PCs本身也是由隱窩干細胞分化而來，過度的PCM必然會引起隱窩干細胞的過度消耗，從而限制干細胞向其他類型的細胞分化，延緩黏膜修復過程，而其他類型的腸上皮細胞對于維持腸黏膜屏障和正常功能十分重要。除了在小腸部位Notch和Wnt信號參與維持小腸干細胞分化平衡[18]，結腸部位化生的PCs也可能通過Notch和Wnt信號分子調節結腸干細胞的分化，而在正常的腸道這種調節作用不存在，提示PCs可能通過這些信號分子間接參與UC的病理過程。另有研究發現與正常小腸PCs相比，UC患者化生的PCs表達neutrophilic alkaline phosphatas(NALPs)，NALP1、7、8和11增加，提示PCs可能通過NALPs參與IBD的病理過程[27]。

6 PCM對UC治療的作用

UC患者可表現出不同程度的結腸PCM，而化生的PCs與正常小腸PCs的形態和分泌功能沒有明顯不同[23]，提示化生PCs的出現更像是機體的適應性變化。目前在UC常規治療方法上并未認真考慮PCs的功能，對PCM的認識還不夠深，就目前研究來看，UC的PCM可能與腸道微生態改變、腸干細胞分化平衡等多種因素密切相關。盡管現在普遍認為糞菌移植對UC的治療效果尚有爭議，我們認為可以通過改變腸道菌群來調節腸道細胞構成。通過調節PCs作用于腸干細胞的信號分子可能會誘導干細胞向“健康”的方向分化，這些為UC的治療提供了新的靶點和思路，可能具有廣闊的前景。

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(責任編輯：李 健)

Advances in the correlation between Paneth cells and ulcerative colitis

QIN Qian， CHEN Dongfeng， WEI Yanling

Department of Gastroenterology， Daping Hospital， Research Institute of Surgery， the Third Military Medical University， Chongqing 400042， China

Paneth cells (PCs) are normally present in the mucosa of the small intestine, responsible for secreting various of antimicrobial to inhibit overgrowth of intestinal bacterial. They play a key role in the homeostasis of gut microbial and innate immunity. Many studies have investigated the correlations between ulcerative colitis(UC)and PCs. Paneth cell metaplasia (PCM) has been described in UC. This suggests that PCs play a crucial role in the development and progress of UC. In the following, the correlation between PCs and UC was reviewed to hopefully provide ideas for the further research of PCs and UC.

Paneth cells; Ulcerative colitis

“標準化糞菌移植”治療炎癥性腸病(IBD)有效性及安全性的隨機對照臨床研究；第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所臨床科研基金(2014YLC05)

秦謙，碩士研究生，研究方向：炎癥性腸病發病機制。E-mail： suoliren@126.com

魏艷玲，醫學博士，講師，研究方向：炎癥性腸病發病機制，糞菌移植相關臨床、科研工作。E-mail： lingzi016@126.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.03.002

R574.62

A

1006-5709(2016)03-0245-03

2015-12-10