腸黏膜屏障損傷在潰瘍性結腸炎的作用研究進展

倪杰明　綜述,劉維新　審校

腸黏膜機械屏障由黏液層和上皮層共同構成；黏膜上皮細胞所分泌的多種物質，如溶菌酶和防御素等構成了黏膜的化學屏障；腸黏膜所定植的共生菌群形成的微生物屏障共同構成了腸黏膜抵抗外來抗原的第一道防線[1]。腸相關淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT)在腸黏膜內參與抗原識別、免疫發生及誘導免疫耐受，維持腸道穩態和腸道炎癥性疾病的發生[2]。潰瘍性結腸炎是一類以瘢痕、潰瘍為特征的炎癥性腸病，腸黏膜完整性受損、通透性增強，腸道內菌群失調、T細胞過度活化，Th1、Th17細胞失衡及炎性介質大量產生、Treg細胞的功能缺陷等均為致病因素[3]。自噬是一項進化保守的生命活動，是細胞內自我降解的過程，與泛素—蛋白酶體途徑共同構成人體蛋白降解系統，參與腸道穩態平衡，自噬也參與免疫系統的調節和完善，自噬的調節失控也同樣與潰瘍性結腸炎的發生相關[4]。因此，治療潰瘍性結腸炎關鍵在于修復損傷的腸黏膜、下調過度活化的免疫系統。通過對腸黏膜屏障損傷的作用機制及其在潰瘍性結腸炎發生角色的分析，為進一步改善臨床治療效果提供了依據。

1　腸黏膜屏障功能特點及GALT的構成

腸道上皮細胞以緊密連接的方式排列，包括杯狀細胞、潘氏細胞等；杯狀細胞分泌的黏液形成黏液層，黏膜的上皮層和黏液層共同構成了腸黏膜機械屏障。表皮層的炎性癥狀可能是潰瘍性結腸炎下腸道黏膜部繼發改變的預兆[5]。磷脂酶D2(PLD2)通過磷酸化occludin并引發c-Src依賴的蛋白酶體途徑降解緊密連接，破壞黏膜完整性[6]。實驗[7]表明，使用磷脂酰膽堿(phosphocholine)可恢復腸黏膜上皮細胞緊密連接,修復缺損以阻滯內容物滲出和病原微生物侵襲，達到治療潰瘍性結腸炎的目的。同時黏膜上皮細胞所分泌的多種免疫分子，如Paneth細胞分泌的防御素、溶菌酶、凝集素以及上皮細胞分泌的SIgA等構成了黏膜的化學屏障[8]。腸黏膜所定植的共生菌群由于能同外來病原微生物競爭營養和空間，并產生抑制性物質如大腸菌素以及啟動交叉反應以抑制具有共同抗原的病原微生物，而形成微生物屏障。物理、化學、微生物防線共同構成抵抗外來抗原的第一道防線。

GALT在腸黏膜免疫屏障發揮了重要作用。GALT由位于腸黏膜的孤立淋巴濾泡、 Peyer’s patch和上皮間淋巴細胞等構成，是腸黏膜內抗原識別、誘導免疫耐受及免疫反應啟動的場所，在維持腸道內穩態和炎癥性腸道疾病的發生起重要作用。其中，微褶皺細胞(M細胞)存在于派爾淋巴結的濾泡相關上皮(FAE)，具有轉吞作用并呈遞抗原的上皮細胞，基底面毗鄰樹突狀細胞、B細胞等，抗原經囊泡轉運至淋巴結，從而誘導黏膜免疫和耐受[9]。與其它腸黏膜細胞相比，M細胞組織學上無微絨毛，常與病原微生物等外來抗原接觸，并吸附、定植于M細胞，從而感染上皮層以及固有層[10]。病原微生物表面抗原(PAMP)被巨噬細胞、樹突狀細胞的Toll 樣受體(toll like receptor，TLR)和經細胞內的Notch樣受體(NLR)所識別；進而磷酸化IκB等促炎癥因子，從而啟動包含NF-κB在內的炎癥途徑，轉入核內啟動炎性介質的基因表達，如IL-1、IL-6和IFN共同參與局部組織的炎性反應；同時，使用β-glucan可以阻斷介導炎癥的MAPK通道和JNK、ERK 及 p38的磷酸化[11]。研究[7]顯示，使用JNK抑制劑和反義寡鏈RNA可限制炎癥發生。另外，基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)可以降解基質蛋白和細胞外基質，參與炎癥、腫瘤等發生，同樣在潰瘍性結腸炎中表達水平上調，其中MMP-2、MMP-7和MMP-9可作為潰瘍性結腸炎的治療靶點[12]。

生理情況下在食物等外來抗原以及腸道共生菌的刺激，固有層呈現記憶T細胞以及一部分分化為IgA+型的B細胞，并在腸黏膜處釋放SIgA,起到中和病原微生物毒素以及免疫防御作用[13]。上皮間淋巴細胞(IEL)有 a、b分型，多數呈CD8+T表達，一方面可識別MHC-Ⅰ，通過分泌穿孔素、顆粒酶或者表達TNF樣分子如FasL來殺滅感染的上皮細胞；另一方面可通過表達CD103和CD122并與腸上皮細胞的E-cadherin結合并引發CTL效應使腸黏膜受損[14]； 同時炎性細胞Th17被誘導更多表達CD4+αEβ7+整合素分型，并分泌IFN，導致腸上皮細胞E-cadherin 水平下調，表征黏膜完整性受損[15-16]。此外，細胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule，ICAM-1)聚集于上皮細胞頂端和中性粒細胞邊集游出相關，同時ICAM-1和巨噬細胞的多態性與炎癥性腸病相關,使用α4β7/MAdCAM-1 阻斷劑被認為是富有成效的炎癥性腸病治療方案[17]。

2　潰瘍性結腸炎及其發生機制

潰瘍性結腸炎屬于炎癥性腸病，主要表現為瘢痕、潰瘍、炎癥等病理特征，發生機制與腸黏膜屏障內環境穩態失衡密切相關。腸道內菌群失調，這可能與遺傳因素、食物、病原微生物感染、服用抗生素過多等有關，導致腸黏膜屏障功能失調和完整性受損。正常情況下由于樹突狀細胞、巨噬細胞、Treg等免疫負調節作用，腸黏膜免疫系統呈現低水平狀態；隨著外來抗原刺激，炎性介質大量產生，Th1、Th2、Th17等細胞分化，參與局部炎癥反應，免疫低應答被打破。抗原的TLR識別,樹突狀細胞呈遞誘導防御素生成并誘導黏膜細胞分化為杯狀細胞和TLR4以及 TRAF-6和下游MyD66、MyD88的表達，導致炎性因子IL-1、TNF、NF-κB增多，黏膜液化、片段化，加之炎性反應使黏膜破壞更為嚴重、通透性顯著增強；通過使用雷公藤多苷(Tripterygium wilfordii polycoride，TWP)或阿伐他汀(atorvastatin)可以阻斷該途徑并取得臨床效果[18-19]。Th1/Th17細胞是免疫反應的重要組成部分，但由于Th1/Th17細胞過度活化、比例失衡，導致正常組織損傷和潰瘍性結腸炎發生，有研究[20]指出，CD14+CD163low細胞和CD14+CD163high細胞是一類樹突狀細胞，生理狀態下誘導Th17細胞活化信號，其功能在潰瘍性結腸炎中失調。同時， CD103+CD11b+和CD103-CD11b+樹突狀細胞在誘導IL-17,促進Th1、Th17細胞增殖而導致病理狀態的T細胞大規模攻擊具有相同抗原的共生菌群和黏膜[21]。研究[7, 22]表明，進行抗 TNF-α和抗α4β7整合素治療有助于抑制白細胞游集，限制炎癥，恢復正常黏膜。另外，Treg細胞作為誘導免疫負調節的細胞在潰瘍性結腸炎中存在功能失衡,CD4+CD45RA-FoxP3low細胞增多可以導致結腸固有層上Treg細胞和效應T細胞如 Th17細胞比例失調[23]。正常情況下，Treg細胞歸巢于腸黏膜淋巴組織，分泌IL-10，并與樹突狀細胞等，抑制T細胞活化。IL-10 與 MAPK/ p38 途徑協同改善因TNF-α造成的黏膜損傷，并增進橋粒的韌性[24]。在潰瘍性結腸炎中，IL-10和CD5+Breg水平大為下降[25]。其中，黏膜的恢復是潰瘍性結腸炎預后和判斷其是否復發的重要指標，糞便鈣衛蛋白(fecal calprotectin)可作為該檢查的指示物[26]。

自噬是一項進化保守的生命活動，是細胞內自我降解的過程，與泛素—蛋白酶體途徑共同構成人體蛋白降解系統，在體內一般以低水平存在，實現蛋白質精細而復雜的調節；自噬也參與免疫系統的調節和完善。自噬是一種應激反應，與固有性免疫、適應性免疫、抗病毒和腫瘤等相關，在維持腸黏膜屏障穩態方面發揮重要作用。一方面，有研究[27]指出，炎癥性腸病基因座位中包含相關自噬基因，對自噬蛋白Atg7實施基因敲除的實驗顯示炎性介質如凝集素等水平下降，說明自噬對維持黏膜完整性和對抗潰瘍性結腸炎發揮重要作用；另一方面，免疫調節的重要因子TNF-α可以部分上調claudi-2 的水平，使上皮處緊密連接受損，引發炎癥性腸病，這可能是由于自噬降解被抑制所致[28]。自噬的調節失控被認為是許多慢性炎癥的致病因素，炎癥性腸病如潰瘍性結腸炎等多為潘氏細胞內多肽、巨噬細胞細胞因子分泌、內質網應激性反應的綜合作用。Atg16、LRRK2以及IRGM等有關自噬的基因被指出與炎癥性腸病有關并誘導潘氏細胞功能失調[29]。miRNA 在自噬調節中起關鍵性作用，自噬基因 Atg7、Beclin-1、LC3-II在外周血和小腸檢查都可以清晰地對炎癥性腸病進行分級和控制[30]。

3　展望

黏膜機械屏障、化學屏障、腸黏膜共生菌群共同構成了腸黏膜的防線；GALT及腸黏膜免疫系統識別抗原、參與免疫反應及誘導耐受。自噬是一項進化保守的生命活動，參與腸道穩態平衡和蛋白降解以及免疫系統的調節和完善。潰瘍性結腸炎是一類炎癥性腸病，腸道內菌群失調、T細胞過度活化、Treg細胞的功能缺陷，以及自噬的調節失控是潰瘍性結腸炎的致病因素。根據以上分析，治療潰瘍性結腸炎就目前來說關鍵在于恢復損傷的腸黏膜，可以通過采取以自噬或抑制炎癥發生的關鍵途徑和分子為有效針對性的靶點來達到修復損傷、下調過度活化的免疫系統的目的。通過對潰瘍性結腸炎發生機制及其致病因素的分析，為更好的改進治療方案提供了依據，可以預見的是更多有關腸黏膜屏障在潰瘍性結腸炎發生的作用機制研究會進一步應用于臨床治療。

參考文獻