炎癥性腸病合并肝膽胰疾病的分子機制

高 翔，劉占舉

上海市第十人民醫院 消化內科，上海 200072

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一種病因和發病機制尚未完全清楚的慢性、非特異性腸道炎癥性疾病，包括克羅恩病(Crohn’s disease, CD)和潰瘍性結腸炎(ulcerative disease, UC)。既往研究[1]表明，IBD在發達國家的發病率較高，歐洲目前約有200萬患病人群；而最新的流行病學資料[2]顯示，近年來在南美、非洲、亞洲、東歐等發展中國家，IBD的發病率也呈逐年增高的趨勢。IBD在特定人群中的高發病率表明在其發生發展過程中基因易感性的重要作用，而其在發展中國家逐年增高的發病率則表明環境因素在其發生發展過程中也扮演重要的角色。目前的主流觀點認為，在具有基因易感性的個體中，在多種環境因素的綜合作用下，機體的免疫穩態失衡并與腸道菌群相互作用能夠導致腸道慢性非特異性炎癥的發生。研究[3]表明，輔助性T淋巴細胞(Th)1在CD患者慢性結腸炎的發生過程中扮演著重要的作用，而Th2則更與UC的發病過程相關。Th17的激活及Th17/Treg的失衡也是IBD患者慢性結腸炎發生過程中的重要環節。目前已知，TNFα在IBD的發生發展過程中扮演著重要的角色，而抗-TNFα的治療在IBD患者的臨床治療方式中也顯得極為重要。與傳統的治療方式相比，抗-TNFα治療在臨床的誘導緩解及維持治療方面有著更好的效果，然而仍有近1/3的患者對抗-TNFα治療呈低反應性，這表明仍有其他未知的免疫學機制影響著IBD的發生。

近年來，越來越多的證據表明，IBD是一種系統性疾病，常伴有多個器官受累的腸外表現，包括皮膚、關節、眼、肝臟、肺等，其中累及肝膽胰系統的并發癥最為常見，與IBD患者的臨床綜合治療及其預后也有重要的相關性，主要包括原發性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis, PSC)、自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis, AIH)、原發性膽汁性膽管炎(primary biliary cholangitis, PBC)、IgG4相關性硬化性膽管炎(IgG4-related sclerosing cholangitis, IgG4-SC)、小膽管PSC、膽石癥、急性胰腺炎(acute pancreatitis, AP)、慢性胰腺炎(chronic pancreatitis, CP)、自身免疫性胰腺炎(autoimmune pancreatitis, AIP)、非特異性胰酶升高等。近年來多項研究發現IBD及其腸外表現具有相似的基因易感性，且在諸如TNF表達水平上調、異常淋巴細胞歸巢、交叉反應性抗原表達等免疫學發病機制方面也具有共通性。因此，本文將就IBD相關肝膽胰并發癥的分子機制研究進展展開綜述。

1 原發性硬化性膽管炎(PSC)

PSC是一種免疫介導的，以炎癥、纖維化及肝內和(或)肝外膽管破壞導致膽汁淤積、膽管狹窄和肝纖維化為特征的慢性膽汁淤積性疾病[4]。根據目前的流行病學數據，PSC是公認的IBD最常見的肝膽系并發癥，好發于30～50歲，特別是有IBD易患因素的患者，男女比例為2∶1[5]，在北歐人群中62%～83%的PSC患者合并有IBD發生，而在其他地區，這一比例則降至21%[6]。PSC的臨床表現缺乏特異性，可表現為乏力、皮膚瘙癢、右上腹痛、體質量減輕、黃疸和肝脾腫大等，實驗室檢查指標異常可表現為血清堿性磷酸酶水平升高、轉氨酶輕度升高等，有時可檢測出多種自身抗體。PSC的病程與IBD無明顯相關性，但IBD伴發PSC的患者發生結腸癌的風險較高[7]。

1.1 遺傳因素 目前對PSC的發病機制仍然知之甚少，普遍認為PSC是一種在遺傳因素、免疫異常、細菌和病毒感染等多因素共同作用下所發生的疾病。一項全基因組關聯性研究(GWAS)分析[7]顯示，PSC與主要組織相容性復合物編碼的人類白細胞抗原(human leucocyte antigen, HLA)存在密切的相關性。有研究[8]表明，1p36(MMEL1/TNFRSF14)、2q13(BCL2L11)、2q37(GPR35)、3p21(MST1)、10p15(IL2RA)、18q21(TCF4)、HLA-B8、HLA-DRB1*0301、HLA-DRB3*0101、HLA-DRB1*0401等基因與PSC的發生和發展密切相關，考慮為PSC的易感基因。目前已有數十種PSC發病相關的基因位點被報道，但是如何解釋這些基因位點在PSC發生發展過程中所起到的生物學作用仍是復雜的，還需要進行進一步的研究。

1.2 免疫因素 PSC經常伴發多種自身免疫性疾病，如免疫性血小板減少性紫癜、干燥綜合征、乳糜瀉、甲狀腺炎、抗磷脂抗體綜合征、系統性硬化癥、紅斑狼瘡、類風濕性關節炎等，這一現象提示PSC的發病可能與機體的免疫系統功能異常有關[9]。肝臟的炎癥會改變細胞因子和黏附分子的表達，進而導致淋巴細胞向肝臟的異常募集[10]。而淋巴細胞的遷移則會導致細胞介導的膽管破壞和進一步的信號傳遞，從而導致進一步的損傷。PSC患者發病過程中會高表達多種黏附分子，如血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)和黏膜地址素細胞黏附分子-1(mucosal addressin cell adhesion molecule-1)等。CCL25或CCL28的高表達在一定程度上能夠激活α4β7及α4β1整合素，從而增加淋巴細胞與VCAM-1及MAdCAM-1的結合，以及增加淋巴細胞的異常募集。在IBD患者中，腸道內血管黏附蛋白-1的高表達也可以促進MAdCAM-1在肝臟的表達，從而導致效應淋巴細胞的異常募集。在PSC發病過程中，膽汁的成分或其毒性的改變以及膽汁淤積的形成等，都會導致膽管細胞周圍毒性環境的形成[10]。研究[11]表明，膽汁酸可以作為信號分子通過多種不同的受體發揮作用，而腸肝循環的改變、腸道微生物環境的失衡、免疫系統的改變以及膽汁成分的改變等都可以影響其信號的傳遞。一項研究[12]表明，當末端回腸對膽汁酸的再攝取受到阻礙，血清和肝臟中膽汁酸的濃度降低時，肝臟的組織學會發生有益的改變。另一項研究[13]則表明腸瘺的發生會導致肝臟和膽管炎癥的發生；IBD發生時，腸壁的通透性增加，腸瘺的發生率增加，免疫系統及膽道系統對于細菌和其他病原體的暴露率增加，從而肝臟、膽道炎癥發生的風險也會增加。此外，IBD發生時多種自身抗體可以與膽道上皮細胞結合，導致轉錄因子ERK1/2介導的固有免疫反應的激活及Toll樣受體(TLR)的上調，從而介導多種炎癥因子的產生；自身抗體還可以介導IL-6及黏附分子如CD44的表達從而促進淋巴細胞的增殖、抗體的產生以及細胞的黏附。有研究表明PSC患者外周血中免疫Treg的數量減少，功能受損；PSC動物模型顯示，相比于脾臟Treg，肝臟中其Foxp3表達明顯下降且功能受損，提示Treg可能參與了PSC的發生。

1.3 環境因素 有觀點認為，IBD患者腸上皮細胞功能破壞，黏膜屏障功能受損，黏膜通透性增高，腸道來源的細菌和其他病原體異位，并且內毒素、毒性膽酸等產物產生增多，通過門靜脈系統進入肝內，Kupffer細胞等被激活從而產生大量的促炎性細胞因子，如TNFα等，導致肝臟受損。因此，在基因易感性的個體中，腸道菌群穩態及其與肝臟生理健康之間的關系就顯得極為重要。菌群及其分子構成與肝實質之間存在著復雜而持續的相互作用，能夠影響肝臟的生理功能，參與到了多種肝膽疾病的發病過程之中[14]。飲食異常或感染都可能導致腸道菌群的失衡，從而改變腸道結構的完整性，進而導致腸道內和腸道外炎癥的發生。有研究[15]表明，IBD患者和PSC患者具有與健康對照者不同的相似的腸道微生物組成特征。無論是否并發有IBD，PSC患者腸道菌群豐度都有所降低，存在菌群失調的狀態，包括腸球菌屬、梭桿菌屬和乳酸菌屬在內的幾種菌種的豐度則有所上升[16]。有研究表明，人為介導的大鼠腸道菌群的擴增能夠導致大鼠肝臟發生類似于PSC的持續性炎癥；而使用肽聚糖降解酶進行治療后則可以改善肝臟炎癥狀態，表明腸道菌群在肝臟炎癥發生過程中確實起到了重要的作用。近年來一些研究認為FUT-2的基因多態性影響小腸和膽道中微生物群的組成，而FUT-2的功能紊亂則和PSC及IBD的發病相關。PSC患者膽管上皮細胞能夠表達更高水平的TLR、NOD、MyD88/IRAK復合體、TNFα、IFNγ和IL-8，而在細菌脂多糖的刺激下，膽道上皮細胞間緊密連接蛋白被破壞則會導致炎癥的發生；此外，內毒素還可通過TLR5或TLR7途徑來介導Th17產生IL-17。此外，近年來，也有不少觀點[17-18]認為膽道微生物的免疫耐受被破壞對于PSC的發生和發展起著至關重要的作用。導致PSC發生的環境因素大多未知，許多傳統的理論均認為飲食習慣有著重要的影響，一項病例對照研究[19-20]發現，吸煙和喝咖啡與PSC的發病風險降低有關，而飲酒則與PSC患者纖維化的發生無明顯的相關關系。

2 自身免疫性肝炎(AIH)

AIH是一種以T淋巴細胞介導的自身免疫反應為特征的慢性漸進性肝臟疾病，其特征為AST和ALT的升高，抗核抗體、抗平滑肌抗體等自身抗體和IgG水平的升高，組織學水平主要表現為大量淋巴細胞、單核巨噬細胞、漿細胞等浸潤并累及周圍肝實質形成界面性肝炎的特點[21]。AIH的發病較為普遍，可發生于任何年齡段的男性或女性，其發病高峰為親少年和中年人，特別是更年期婦女，男女患者的發病率約為1∶3.6[22-23]。我國一直被認為是低發病率的國家，但近年來越來越多的相關病例報道均提示我國AIH的發病率呈上升趨勢。AIH目前的發病機制尚不完全清楚，主流觀點認為具有AIH遺傳易感性的個體在接觸各種誘發因素如細菌、病毒等病原體或有害物質之后，產生由分子擬態機制觸發的機體對肝臟細胞的自身免疫反應，即對外部病原體的免疫反應專項機體內結構相似的自身蛋白，以自身蛋白為靶點的T淋巴細胞激活并擴增，導致自身免疫性肝損傷的發生和發展，從而導致肝臟炎癥的發生及進一步發展成為肝纖維化、肝硬化等。

2.1 遺傳因素 研究表明，不同地域、不同人種之間可能存在不同的基因易感性，而這其中主要HLA-II類基因被認為是AIH遺傳易感性中最主要的因素。來自荷蘭的GWAS研究[24-25]發現，在北美和歐洲的AIH患者人群中，DRB1*0301和DRB1*0401與1型AIH的發病密切相關，其中DRB1*0301與AIH的嚴重程度存在著強相關性；而在南美洲，DRB1*13和DRB1*03則更為普遍[26];在中國、日本等亞洲國家AIH的發病則可能與DRB1*0405存在著更強的相關性[27]。此外，非HLA基因也可能與AIH的發病相關，如CTLA-4基因、TNFα-308基因、FAS基因、SH2B3T基因及GATA-2基因等，均有研究證明可能與AIH的發病之間存在著一定的相關性，但其中具體機制仍需要進一步研究。

2.2 免疫因素 CD4+CD25+Treg和Th17共同維持著機體的免疫穩態，有研究[28-29]表明，AIH患者體內Treg的數量減少且其抑制T淋巴細胞增殖的能力下降，抑制T淋巴細胞產生炎癥因子的能力也有所下降。這些現象表明，AIH患者體內Treg的數量和免疫抑制功能方面都存在缺陷，而這可能是導致AIH發生的原因之一。在一項研究[30]中，研究者使用流式細胞儀技術檢測AIH患者外周血中Th1、Th17和Treg的數量，發現疾病活動狀態下的AIH患者外周血中Treg數量顯著減少，與前述結果一致，Th1、Th17數量及相應的細胞因子如IL-2、IFNγ、TNFα、IL-17及IL-22等水平則升高，且與Treg的數量呈負相關關系，提示Th1、Th17與Treg之間的免疫穩態的破壞可能參與了AIH的發病過程；而在經過治療之后，糾正了AIH患者體內Treg/Th17的失衡，患者的疾病狀態也會發生好轉[31]。研究[32]表明，AIH患者Treg中Galectin-9的表達水平和CD4+T細胞中T淋巴細胞免疫球蛋白黏液素3(T cell immunoglobulinmucin-3, TIM-3)的表達水平均低于正常人，提示Gal9-TIM-3信號通路可能參與了AIH的發生；其他，如CD39+Treg數量減少，Treg/Teff比例下降均可能參與了AIH的發病過程。近年來，大量研究[33-34]表明OX40/OX40L通路的激活可以抑制Treg功能，促進Th17的增殖分化以及相應細胞因子的產生，影響Th1/Th2之間的比例平衡，從而加重了多種炎癥性疾病的進展，然而目前仍缺乏其在AIH發病機制中的研究。

2.3 環境因素 近期有研究[35]表明，AIH患者與健康對照者相比，結合腸道上皮細胞的結構蛋白如小帶閉塞蛋白-1和閉塞蛋白減少，血漿脂多糖水平升高，腸厭氧菌減少，這些發現都支持了AIH與腸道微生物群穩態失調、腸黏膜屏障功能受損、通透性增加以及腸道菌群及其產物如細菌DNA、肽聚糖、鞭毛蛋白和熱休克蛋白等異位至肝臟中，激活免疫系統反應，打破機體免疫穩態，進一步誘發肝臟炎癥反應有關。腸道菌群通過腸內消化纖維發酵可產生丁酸，其可提供結腸細胞所需的60%～70%的能量，在維持腸道上皮黏膜屏障功能完整方面發揮著重要的作用[36];同時，丁酸可從腸道轉移至肝臟被干細胞直接代謝，從而影響肝臟的生理健康[37]。研究[38]表明，產丁酸菌的減少以及SCFA信號轉導與法尼酯衍生物X受體和WD攝入導致的肝炎失活有關；使用缺乏產丁酸菌的糞便進行糞菌移植會增加小鼠肝臟炎癥；而增加丁酸鹽的攝入則會消除由法尼酯衍生物X受體失活所相關的膽汁酸合成失調引起的肝臟炎癥。此外，病毒感染也可誘發AIH的發生，如嗜肝病毒(HAV、HBV、HCV等)、麻疹病毒，水痘-帶狀皰疹病毒、巨細胞病毒、EB病毒等[39]，但其中具體的免疫學機制仍有待進一步的研究。

3 原發性膽汁性膽管炎(PBC)

PBC原名原發性膽汁性肝硬化，是一種免疫介導的慢性進行性肝內膽汁淤積性疾病，其主要特征為血清中存在特異性抗線粒體抗體及肝內中小膽管膽汁淤積、進行性損傷，并逐漸發展為肝纖維化和肝硬化。目前PBC的發病機制尚不完全清楚，目前主流觀點認為該病的發生是在具有遺傳易感性的個體中，在一定的環境因素的作用下，誘發機體免疫系統失衡，導致免疫耐受喪失，從而引發機體針對自身肝內膽管上皮細胞的免疫反應，從而導致膽管上皮細胞破壞以及一系列的炎癥反應[40]。

3.1 遺傳因素 PBC的發病呈家族聚集性，患者一級親屬的發病率較普通人群高近100倍，其子女的發病率約為1.2%，女性的患病率明顯高于男性且同卵雙胞胎的患病呈高度一致性，共患病率高達77%，這些均提示PBC的發病具有高度的遺傳易感性[41]。全基因組關聯性分析和基因芯片分析發現HLA-Ⅱ類基因與PBC的發病具有強烈的相關性，特別是HLA-DRB1、HLA-DQA1、HLA-DQB1等，且具有種族差異[42]。研究[43]表明，單體型HLA-DQB1*0402-DRB1*0801、DQB1*0602-DQB1*0301、DRB1*0404-DQB1*0302是北歐PBC患者的易感基因；而在日本、中國等亞洲國家，單體型DRB1*0803-DRB1*0601、DRB1*0405-DQB1*0401可顯著增加PBC患者的遺傳易感性[44]。此外，研究[44]表明超過20種非HLA基因多態性位點與PBC患者的發病相關，如TNFSF15、IL-12、STAT4、CTLA4、ARID3A、STNGR1等基因，功能設計骨髓細胞分化、抗原遞呈、T淋巴細胞分化和B淋巴細胞功能等。也有研究[45]表明，女性PBC患者的淋巴細胞中往往出現X染色體的缺失，提示X染色單體的出現可能是女性PBC高發病率的原因。

3.2 免疫因素 免疫因素在PBC的發病過程起到了重要的作用。自身反應性CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞被認為是參與PBC發病的主要機制之一，PBC患者肝內單管周圍浸潤有大量致病性CD4+和CD8+T淋巴細胞，且也有動物實驗[46]證明上述兩種細胞為主要致病細胞，且CD8+T淋巴細胞為膽管破壞的效應細胞。研究[47]表明，從PBC患者外周血中分離得到的CD8+CD28-Treg細胞亞群的免疫抑制功能明顯減弱，且與Treg相關的基因如TGFβ和FOXP3的表達水平下降[48]；此外，PBC患者體內Treg對IL-12的敏感性增加，失去了免疫抑制表型和功能，并可向促炎功能的Th1型細胞分化[49]；而近年來一項臨床試驗[50]中發現口服低劑量萬古霉素可改善PBC患者的臨床癥狀，而萬古霉素正是通過影響TGFβ通路，促進Treg數量增加從而治療PBC。這些都說明Treg的功能缺陷對PBC發病起到了重要的作用。此外，近年來關于Th17和IL-17與PBC的研究表明兩者與PBC存在密切的相關性。PBC肝臟中IL-17的表達顯著性升高[51]，且有大量IL-17陽性的Th17浸潤，外周血中Th17數量較健康人群均明顯增高[52]；而GWAS研究[48]顯示PBC患者外周血Th17相關的基因如IL-1β、IL-6、IL-23、RORγt和IL-17A的表達水平顯著升高，且Th17與Treg比例失調。研究表明，在環境因素如病原體感染的作用下，TGFβ1的分泌減少，處于低水平表達狀態，Foxp3的功能及表達收到抑制，Treg分化受阻，RORγt活化水平升高，Th17分化發育活躍、數量增多，IL-17表達增多，促進炎癥反應的發生。其他的如TGF-β/Smad信號轉導通路、IL-27信號通路、TLR3信號轉導通路和CXCR3信號通路等都在PBC的發病過程中發揮了重要的作用。

3.3 環境因素 某些環境因素如病原微生物的感染、化學品接觸等，也可通過改變自身抗原和分子模擬等方式，打破機體免疫耐受性從而導致疾病的發生。既往關于PBC的動物模型研究[53]發現腸道菌群的改變可能通過T淋巴細胞來導致骨髓造血干細胞的異常，使脾和肝臟中出現造血干細胞，提示腸道菌群可能參與PBC的發病。早期PBC患者相較于健康人群來說，產酸桿菌、乳酸菌、埃氏擬桿菌和布氏瘤胃球菌等腸道益生菌數量減少，而γ-變形桿菌、腸桿菌科、副流感嗜血桿菌等條件致病菌數量增加，經過治療后腸道菌群的豐度和多樣性可得到一定程度的恢復[54]；終末期PBC患者的膽汁中以革蘭陽性球菌為主，且在接受肝移植治療后，膽汁可轉呈無菌狀態[55]。研究證實，在PBC的發病過程中，膽汁分泌障礙，膽汁酸作用削弱，引起腸道菌群失調；另一方面，腸道菌群失調，經腸-肝微生物軸導致肝臟持續炎癥反應。此外，空氣污染增加、吸煙、毒物化學品接觸等也與PBC發病在一定程度上相關。

4 IgG4相關性硬化性膽管炎(IgG4-SC)

IgG4-SC是一種免疫介導的纖維性炎癥性疾病，其特點主要為血清IgG4升高、病理切片可見大量淋巴細胞及IgG4陽性漿細胞浸潤、對糖皮質激素治療敏感。目前IgG4-SC的發病機制尚不完全清楚。多項研究[56-57]提示，IgG4-SC可能存在基因易感性，相較于健康人群而言，IgG4-SC患者的HLA-DRB1*0415、DQB1*0401、DRB1*0701、DQB1*0202均存在差異，然而上述研究樣本量相對較小，也未在多個地區進行驗證，所以仍需進一步試驗證明IgG4-SC與遺傳因素之間的關系。此外，IgG4-SC的發病與多種免疫因素相關。研究[58]發現，CD14+單核細胞中NOD2蛋白活化激活NF-κB途徑可誘導 B淋巴細胞產生大量IgG4；Th2可分泌IL-4和IL-5，促進自身增殖并招募Treg，后者可產生大量IL-10誘導IgG4的產生[59]；且IgG4-SC患者外周血中漿細胞來源的NF-κB受體激活蛋白配體能誘導髓源性抑制細胞的擴增和活化，從而促進T淋巴細胞向Th2型分化[60]。

5 小膽管PSC

小膽管PSC是一種與PSC具有相同的生化和組織學特征，但膽管造影正常的肝膽系統疾病。許多學者認為小膽管PSC是PSC的前期病變，有報道[61]稱12%～23%的小膽管PSC會發展成為PSC，且兩者的病因和發病機制也相似。經過長期研究調查，約有80%的小膽管PSC患者在診斷或后期隨訪中伴有IBD，其中合并UC者占78%，合并CD者占21%，合并腸纖維化者占1%[62]。小膽管PSC的臨床表現無特異，臨床進展較為緩慢，有研究[58]表明小膽管PSC發展為典型PSC的平均時間為7.4年；其實驗室檢查ALP可升高，經內鏡逆行胰膽管造影或磁共振胰膽管造影可為正常，在除外其他肝膽系統疾病后，需要肝活檢才能確診。

6 IBD相關胰腺損傷

IBD可合并多種胰腺疾病，包括AP、CP、AIP、胰腺外分泌功能不全、非特異性胰酶升高等。研究[63]表明，16%～31%的CD患者和3%～9%的UC患者血清中存在胰腺自身抗體。AP是IBD相關胰腺疾病中最常見的一種，既往研究[64]發現IBD患者合并AP的風險是健康人群的3.56倍。IBD患者易合并膽石癥，其中CD患者合并膽石癥的概率是健康人群的1.87倍，而UC患者是1.47倍，一項大樣本研究[65]發現IBD患者合并膽石癥并引起AP的幾率約為21%。IBD患者由于全身廣泛性炎癥反應使機體長期處于高凝狀態，導致胰腺缺血，可導致AP的發生；此外，IBD的治療藥物如5-氨基水楊酸、硫唑嘌呤、甲硝唑等都可導致AP的發生。AIP是一種慢性纖維性炎癥性疾病，發病率約占慢性胰腺炎的2%，好發于老年人，臨床表現缺乏特征性，可根據是否有血清IgG4的升高等特征分為1型和2型，在IBD患者中AIP的發生率高于一般人群，主要是2型，其與UC之間存在著很強的關聯性[66]。目前仍缺乏關于IBD合并AIP的分子機制研究，IBD患者隱窩上皮細胞和胰腺導管上皮細胞中同時存在IL-8的過表達，提示兩者之間可能存在著共同的免疫學機制[67]。

7 小結

IBD相關肝膽胰并發癥在臨床上較為常見，且對IBD患者的預后轉歸有重要影響；但由于其病因及發病機制未明，且臨床癥狀不典型，對其臨床上的診斷及綜合治療造成了一定的難度。因此，應重視IBD相關肝膽胰并發癥的分子機制研究，完善臨床相關的篩查工作，并且重視對IBD患者合并肝膽胰并發癥的防治。