Cbl-b及腸道菌群在慢性阻塞性肺疾病患者營養不良中的研究進展

李狄非 盧文菊 鄭則廣

廣州醫科大學附屬第一醫院廣州呼吸健康研究院 呼吸疾病國家重點實驗室 國家呼吸系統疾病臨床醫學研究中心510120

COPD是全球范圍內最常見的慢性氣道疾病,在我國的發病率更高并呈上升趨勢。COPD患者較健康人群更易出現營養不良的表現,且患者體質量指數與預后呈現負相關關系[1]。研究表明:COPD患者營養不良的發生率約為50%[2],出現COPD營養不良的患者常表現為體質量減輕及四肢肌肉萎縮[3]。同時,營養不良的患者會出現肺功能下降[4]、活動能力減低[5]、抑郁風險增加[6],危重者甚至出現肺惡病質[6]等情況,患者的生存質量和壽命受到嚴重影響；改善COPD營養不良有利于改善預后。為了幫助COPD患者提高營養狀況,需明確COPD患者營養不良的發生機制。本文擬總結COPD營養不良的發生機制,并主要從腸道菌群及特定的Cbl-b基因進行綜述,闡明它們對COPD營養不良的影響。

1 COPD營養不良的發生機制

目前已有許多研究探索COPD營養不良的機制。全身性炎癥[7]、內分泌激素如瘦素分泌增加、胰島素抵抗、厭食、消化吸收功能障礙、基礎代謝率高、肌肉功能障礙[8]、腸道菌群改變[9]、機體基因表達變化[10]等,都可能是影響COPD營養狀態的重要因素。

2 腸道菌群與COPD營養不良

2.1 腸道菌群 腸道菌群是胃腸道內微生物總和(包括細菌和各種微生物)。它包含數十萬億種微生物,包括至少1 000種已知細菌,其中絕大多數屬于厚壁菌門和擬桿菌門。胃腸道微生物組包含超過300萬個獨特基因,數量是人類基因的150倍,故腸道菌群也可被稱作人類的“第二個基因組”[11]。腸道菌群可以充當“看不見的器官”,作為新的藥物治療靶點已在動物、器官和細胞中進行了研究,并在藥物開發中表現出綜合性的優勢[12]。現在已經知道腸道菌群在多種疾病中發揮重要作用,腸道菌群失衡與炎癥性腸病、腸易激綜合征、脂肪肝、2型糖尿病、過度肥胖等疾病密切相關[13-17]。

2.2 腸道菌群與營養 腸道菌群與營養狀態密切相關。腸道菌群失調可以直接或間接地影響機體的營養狀態,引起體質量減低等一系列臨床改變。Guo等[18]科學家發現功能性便秘老年患者的腸道菌群組成與健康對照組顯著不同,健康對照組的腸道菌群的物種多樣性大于老年功能性便秘患者。在老年功能性便秘患者中,菌絲菌和變形桿菌的豐度顯著降低,而擬桿菌、普氏桿菌、乳球菌、瘤胃球菌和丁酸弧菌的豐度顯著增加。功能性便秘常常可以影響人體的體質量,由此可以看出老年功能性便秘患者的營養狀態可能與腸道菌群改變密切相關。Smith等[19]在2013年發表了一篇具有里程碑意義的研究文章,是關于雙胞胎的腸道菌群的研究,隨訪了馬拉維的雙胞胎的微生物群在3年間的變化情況。他們發現,雖然許多雙胞胎食用相同的食品,共同生活在一起,卻有不一樣的腸道菌群。雙胞胎中的其中一個表現出kwashiorkor病(蛋白質營養不良病),而另一個則是健康的。當研究員將蛋白質營養不良的雙胞胎的腸道菌群移植到小鼠體內并輔以特殊飲食,小鼠就表現出可由特殊營養物質短暫糾正的氨基酸、碳水化合物的吸收不良及體質量下降。Ridaura等[20]另外進行了結果相近的實驗,他們選擇了一對體質量相差較大的雙胞胎,將雙胞胎姐妹的腸道菌群分別移植在2組小鼠身上,喂同樣的食物(低脂肪、高膳食纖維)。結果顯示,移植了“體質量較高女孩的菌群”的小鼠體質量較重,而移植了“體質量較輕女孩的菌群”的小鼠體質量較輕。此實驗用雙胞胎來盡量排除了遺傳基因對體質量的影響,從而著重研究了腸道菌群在人體體質量差別中起到的重要作用。糞菌移植對機體營養起著重要作用,移植“體質量較高女孩的菌群”可以改善患者的營養不良狀況。這些研究都表明腸道菌群可以影響機體的營養狀態,腸道菌群與營養密切相關。

2.3 COPD存在腸道菌群失衡 關于慢性氣道炎癥性疾病的腸道菌群研究,現已有部分開展。Zheng等[9]通過長期煙霧暴露建立慢性支氣管炎大鼠模型發現,大鼠的腸道菌群組成中,總需氧菌、產氣莢膜梭菌、腸桿菌和腸球菌在第20天時就顯著增加。并且第70天腸道的乳酸桿菌和雙歧桿菌與第50天相比顯著減少。Arrieta等[21]發現具有罹患哮喘風險的嬰兒在生命的前100天內表現出短暫的腸道微生物失調。COPD患者也存在菌群的紊亂,已有許多科學家發現,COPD患者存在呼吸道菌群的紊亂。Sze等[22]發現健康人群及GOLD 4級患者存在10個操作分類單位的不同,并且與肺氣腫、氣道重塑以及CD4+T細胞浸潤組織有關的微生物多樣性下降有關。特定的操作分類單位也與中性粒細胞、嗜酸粒細胞和B細胞浸潤有關。吸煙也可以引起腸道菌群的改變。Charlson等[23]發現,人類上呼吸道的不同區域包含特征性的微生物群落,這些微生物群落在吸煙患者中表現出無序的規律,可能導致該人群中呼吸道并發癥的流行。Biedermann等[24]觀察到戒煙后機體微生物組成發生了變化,其中厚壁菌和放線菌的數量增加,擬桿菌和變形桿菌的比例降低。此外,戒煙后微生物多樣性增加。Sun等[25]調查了COPD急性加重期間腸道和肺部微生物的動態變化,發現COPD急性加重患者腸道微生物組的豐度和多樣性隨著疾病進展和治療變化巨大。

3 Cbl-b與COPD營養不良

3.1 Cbl-b Cbl-b是哺乳動物Cbl家族的成員,該家族由c-Cbl、Cbl-b和Cbl-3組成,其與泛素-蛋白酶體系統密切相關[26]。泛素-蛋白酶體系統受3種酶的調控:泛素激活酶、泛素結合酶和泛素連接酶。Cbl-b蛋白起著泛素連接酶的作用,它可以泛素化特定的目標蛋白,泛素標記的蛋白質會被蛋白酶體特異性降解[27]。Cbl-b已被證實與機體免疫密切相關,其在T細胞的激活、耐受及分化和B細胞的激活、耐受等均起著重要的作用。Cbl-b通過其靶蛋白的泛素化發揮其功能。這些靶蛋白包括p85、PI3K的調節亞基。p85的非降解泛素化阻止其募集至CD28,從而阻止了PI3K的激活,PI3K是由共刺激性CD28受體引發的重要信號傳導途徑。此外,Cbl-b還可通過誘導PLC-γ泛素化,通過減少PLC-γ的酪氨酸磷酸化調節從而干擾無反應細胞中的TCR信號傳導。T細胞耐受時泛素連接酶的另一個共有底物是蛋白激酶PKC-θ。缺乏PKC-θ的T細胞在刺激CD3和CD28時,在NFAT的激活、IL-2的產生以及增殖方面顯示出嚴重缺陷。盡管并非所有CD28衍生的信號都依賴于PKC-θ,但是小鼠模型顯示,缺少PKC-θ會誘導T細胞無反應性,其表型與CD28缺陷細胞相當[28]。目前,Cbl-b已被發現在許多疾病中發揮功能,敲除Cbl-b基因會引起自身免疫性反應,引發一些疾病,如乳腺癌[29]、骨質減少癥[30]、腦脊髓炎[31]、多發性硬化[32]、哮喘[33]。

3.2 Cbl-b與腸道菌群 目前對于Cbl-b與腸道菌群的研究未見報道。然而已有文章報道Cbl-b可從免疫的方向調節機體炎癥[34]。目前,也有研究探索Cbl-b與腸道內促炎菌群及抗炎菌群的關系,觀察敲除Cbl-b后腸道是否會出現促炎菌群及抗炎菌群的失衡,并探討其與引起腸道炎癥性的病理改變、機體消化吸收不良、營養障礙的相關性。

3.3 Cbl-b與營養 目前對于Cbl-b與營養學的研究并不多。Nikawa等[35]通過調查太空中的大鼠腓腸肌基因表達發現,暴露于太空中的大鼠,泛素依賴性蛋白水解途徑在肌肉萎縮中起重要作用。例如,航天飛行上調了泛素連接酶Cbl-b的表達。他們還使用過氧化氫處理骨骼肌細胞誘導了Cbl-b的表達。并認為這是由于線粒體產生的氧化應激源激活了暴露于失重狀態的骨骼肌中的泛素系統。Uchida等[36]通過在太空中的體外實驗得到結論,在微重力條件下,活性氧升高可能是骨骼肌細胞中的關鍵,其通過ERK-Egr信號通路激活Cbl-b表達來調節肌肉質量。這些研究表明Cbl-b與氧化應激及營養關系密切。而慢性缺氧是COPD患者疾病進展中的重要特點,機體對慢性缺氧的適應最終會加速肌肉蛋白的分解、肌肉功能障礙[37]。這表明Cbl-b在COPD營養不良中或許發揮重要的作用。

3.4 Cbl-b與呼吸系統疾病 目前對Cbl-b與呼吸系統疾病的研究較少,主要集中于呼吸道腫瘤方向。Zhang等[38]從非小細胞肺癌主要治療藥物埃克替尼藥物耐受性問題著手,發現埃克替尼可以通過抑制核轉錄因子κB升高Cbl-b的表達,而Cbl-b高表達有助于增強表皮生長因子受體突變非小細胞肺癌細胞對埃克替尼的敏感性。這項研究強調,Cbl-b的低表達可能是埃克替尼治療效果的主要障礙。Li等[39]發現Cbl-b在肺鱗癌和肺腺癌中的表達差異,在肺鱗癌及肺腺癌中Cbl-b的表達與患者存活率的相關性不同。敲低Cbl-b基因可以促進幾種肺腺癌細胞的遷移和侵襲,但抑制了某些肺鱗癌細胞的侵襲。Cbl-b基因與氣道炎癥也有文章報道。Oh等[40]發現Cbl-b缺乏癥可能導致小鼠氣道對卵清蛋白過敏原的耐受性下降,這可能是由于T效應細胞的激活增加所致,表明Cbl-b是在環境中暴露于氣敏原后維持肺穩態的關鍵因素。Bachmaier等[41]發現急性肺部炎癥Toll樣受體4的多菌血癥模型中,Cbl-b表達的缺失會加劇急性肺部炎癥并降低生存率。Cbl-b的缺失顯著增加敗血癥誘導的炎性細胞因子和趨化因子的釋放。在缺乏Cbl-b的情況下,中性粒細胞表面Toll樣受體4表達的下調受到破壞,由此可知Cbl-b調節敗血癥誘導的Toll樣受體4介導的急性炎癥反應。

4 展望

COPD營養不良的發生機制現在尚不明了,目前探討甚多。Cbl-b基因作為一種與炎癥密切相關的基因現已在許多疾病中開展研究,其與自身免疫有著非常緊密的聯系。現也有文獻報道其與骨骼肌萎縮有關,而COPD患者常出現慢性缺氧引起的骨骼肌適應性萎縮,表明Cbl-b或許與COPD營養不良密切相關。腸道菌群是人體的重要器官,其對人體的免疫、全身性炎癥、營養均具有重要作用。COPD作為一種慢性的全身性疾病,其營養的失衡可能涉及多個方面。從炎癥及免疫出發,或許是探究其營養不良發生機制的重要方向。因此,從Cbl-b基因與腸道菌群的角度研究COPD營養不良可能為進一步理解、治療COPD營養不良帶來新的希望。

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