中性粒細胞在潰瘍性結腸炎中的作用機制及靶向治療策略

顏湘冀　張玉潔　張明真

[專家介紹]張明真，研究員，博士生導師，西安交通大學醫學工程研究所副所長。主要從事結腸炎及結腸癌的精準診療研究。入選陜西省“青年杰出人才支持計劃”、西安交通大學“青年拔尖人才計劃”及西安交通大學醫學部“國家級后備人才支持計劃”。為美國胃腸病協會、中國生物材料學會、中國醫學工程學會會員。主持/參與國家自然科學基金、美國CCFA基金會基金、科技部國家重點研發計劃、陜西省自然科學基金等項目10余項，發表學術論文40余篇，論文引用1400余次，申請發明專利2項。

【摘要】?潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）是一種常見的自身免疫性疾病，中性粒細胞（PMN）在UC的發病機制中發揮著重要作用。PMN作為先天性免疫中的第一道防線，通過招募其他炎癥細胞吞噬、脫顆粒及氧化應激，有效地清除入侵病原體，但PMN不受控制的激活又使炎癥擴大。該文描述了PMN的機制和在UC發生發展進程中的雙向功能，并總結了以PMN為靶點治療UC的新策略，為UC的診斷、治療和預后提供了新思路。

【關鍵詞】?中性粒細胞;潰瘍性結腸炎;作用機制;靶向治療

中圖分類號：R574.62???文獻標志碼：A???DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.02.002

【Abstract】 ? Ulcerative colitis （UC） is a common autoimmune disease， and neutrophil （PMN） plays an important role in the pathogenesis of UC. PMN， as the first line of defense in innate immunity， effectively clears invading pathogens by recruiting other inflammatory cells for phagocytosis， degranulation， and oxidative stress， but uncontrolled activation of PMN can expand inflammation. This paper describes the mechanism of PMN and its two-way function in the development of UC， and summarizes new strategies for the treatment of UC with PMN as the target.

【Key words】?PMN; UC; mechanism of action; targeted therapy

潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）是炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）的兩種主要亞型之一。UC的發病機制目前尚不清楚，但腸道免疫異常、腸道屏障功能破壞、腸道菌群失調和遺傳學都是重要的影響因素[1]。UC的病變主要位于結腸和直腸，并局限于黏膜和黏膜下層，是一種慢性非特異性炎癥。炎癥是免疫系統被激活，防止人體受到細菌或病毒等外來物質入侵的過程。在這過程中，白細胞被激活，直接遷移到病原體入侵的部位，然后將其進行隔離。中性粒細胞（PMN）是人體先天免疫中的第一道防線，是數量最多的白細胞（40%～75%）。PMN可以通過引發炎癥從而對感染或組織損傷的病理生理變化做出反應。在炎癥環境中，PMN募集其他炎癥細胞，通過氧化應激、形成細胞外誘捕網及脫顆粒作用清除入侵病原體，促進炎癥消退[2]。相反，除了抗炎作用外，PMN不斷被激活和過度浸潤會破壞組織結構，使炎癥放大。本文描述了PMN的機制和在UC發生發展進程中的雙向功能，并總結了以PMN為靶點治療UC的新策略。

1?PMN參與UC發病及炎癥過程

UC病理診斷的主要組織學依據是腸黏膜慢性炎癥引起的形態學改變。典型組織學表現為杯狀細胞減少、上皮損傷和隱窩膿腫。炎性細胞大量浸潤于UC患者腸黏膜的固有層中，包括PMN、巨噬細胞、淋巴細胞等均參與UC的發病及炎癥過程[3]。其中，骨髓造血干細胞來源的PMN在骨髓中分化發育成熟后轉移到血液和組織中。成年人血液中的PMN是白細胞中數量最多的，占總數的40%～75%。在UC中，當細胞穿過隱窩腔產生隱窩膿腫時，會有大量PMN浸潤，隨后產生活性氧（ROS），釋放絲氨酸蛋白酶、基質金屬蛋白酶（MMP）和髓過氧化物酶（MPO）[4]。因此，明確UC的發病及炎癥過程的變化具有重要意義。

研究表明，促炎和抗炎細胞因子之間的不平衡產生是UC發病過程中的主要變化[5]。促炎細胞因子由腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素（interleukin，IL）等組成。IL-1、IL-2、IL-8和TNF是介導UC發病的細胞因子，且對PMN等炎性細胞有趨化作用。在這些因子的趨化作用下，PMN不斷向結腸病變黏膜遷移，從而引起一系列腸道病變。同時IL-8能活化PMN并通過呼吸爆發機制生成大量毒性產物，加重炎癥反應，最終導致UC發病[6]。所以說，PMN的活化以及不斷浸潤是UC活動期的突出特點。

2?PMN在UC中是把雙刃劍

2.1?PMN有助于炎癥緩解?在急性感染中，PMN作為先天性免疫最重要的組成部分，通過招募其余炎癥細胞吞噬、脫顆粒作用，形成NET及氧化應激有效地清除入侵病原體;通過相關炎癥調節通路等級聯反應，調節炎癥狀態，維持人體穩態。

當微生物入侵時，PMN會迅速募集吞噬微生物，吞噬體形成后PMN激活，發生脫顆粒，成熟顆粒被釋放出來，清除微生物。PMN在成熟的過程會生成三種顆粒物質。初級顆粒組成了MPO、PMN彈性蛋白酶和溶酶體，次級顆粒組成了乳鐵蛋白和MMP-8等，第三種顆粒包括MMP-9。顆粒物質在恰當的時間產生在恰當的部位，便會發揮有利的作用，相反則有害[7]。隨著UC發生發展過程中PMN的不斷活化，PMN將誘捕網釋放到細胞外環境中，入侵的微生物被PMN外誘捕網吞噬，并被ROS、活性氮、抗菌肽和蛋白酶進一步殺死。ROS是有氧代謝的副產物，當PMN被激活時大量分泌ROS。IBD患者結腸黏膜中ROS的產生增強[8]。IBD的特點是ROS和抗氧化劑產生不平衡，從而影響腸道內穩態。調節ROS產生水平的機制發生功能障礙，也可導致結腸組織的持續炎癥。在IBD急性炎癥反應中，ROS通過對蛋白質、脂類及DNA修飾，進而殺死細菌，促進炎性因子到達炎癥部位。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶產生的ROS對PMN凋亡和組織穩態的恢復也起重要作用。因此，PMN衍生的相關炎癥反應因子對于維持腸道內穩態可能是不可缺少的。

此外，PMN還分泌大量細胞因子和趨化因子，使PMN自身趨化被抑制，促進PMN及其他炎性細胞被清除，從而緩解炎癥，在維持組織生理穩態及組織生理結構再生過程中起到關鍵作用。PMN表達的一個重要的“eat me”信號是膜聯蛋白A1 （AnxA1）。AnxA1由凋亡的PMN表達，促進PMN進一步凋亡，誘導巨噬細胞吞噬，并抑制PMN黏附和跨內皮遷移，有助于炎癥的解決。在炎癥發生時，PMN先釋放促炎脂質介質，再產生促炎癥消退脂質介質，如脂氧素、消退素和保護素[9]。促炎癥消退脂質介質是炎癥的“剎車信號”，能夠促進清除PMN，誘導巨噬細胞吞噬微生物及凋亡的細胞，通過調節人體固有免疫系統來激活機體保護機制。其中脂氧素通過調節白介素等趨化因子和細胞因子來抑制PMN募集及跨膜轉運。消退素E1可以減少PMN跨上皮遷移，保護素D1可以促進凋亡PMN的吞噬[10]。它們還介導凋亡PMN上趨化因子受體-5受體的上調，抑制促炎趨化因子，清除炎癥部位的PMN，有助于炎癥的解決和組織修復。

2.2?PMN過度浸潤可使炎癥加劇?盡管PMN是維持組織內穩態所必需的，但是它們的活性需要嚴格調控，以限制對組織的附帶損害，避免向慢性疾病發展[11～12]。在UC中可觀察到PMN凋亡能力降低，壽命異常延長，并導致疾病嚴重程度增加。另外，PMN失去控制的激活和在炎癥部位的過度募集會使組織結構被破壞和癥狀遷延不愈[13]，如慢性炎癥中，ROS通過正反饋使炎性因子在炎癥部位誘導ROS產生過量，進一步加重腸道組織損傷[7]。由于IBD患者腸道組織內長期不平衡的抗氧化與氧化應激機制，產生的ROS與腫瘤相關基因和轉錄因子相互作用，從而引發基因的錯配及甲基化，誘發IBD相關性腸癌[14]。MMP是一組可分解胞外基質（ECM）的蛋白酶，在炎癥相關組織損傷和生理結構修復中發揮重要作用，可通過ECM分泌促炎細胞因子及趨化因子使炎癥擴大。MMP-8的趨化活性和趨化動力使成纖維細胞增生，細胞膜的通透性被改變，上皮細胞被破壞，促進更多的PMN浸潤使炎癥加劇。MMP-9是血管生成和組織再生所必需的，但也會造成嚴重的結構損傷，并在炎癥后期吸引PMN不斷浸潤。防御素是PMN釋放的所有顆粒物質中最豐富、細胞毒性最強的，并且與ROS協同毒性更大[15]。綜上所述，PMN對炎癥反應具有雙向作用。

3?靶向PMN的UC治療策略

PMN是UC發病過程中的關鍵因素，PMN靶向干預方法如調控PMN的治療策略、抗體治療、PMN清除等已證實可用于UC治療，也為UC的臨床治療提供了新靶點和新策略。3.1?PMN調控治療UC的策略?丹參酮IIA是從中藥丹參中提取的主要脂溶性有效成分，具有廣泛的生物學活性，例如抗炎、抗氧化、清除自由基等作用[16～17]。丹參酮IIA在心腦血管疾病治療中已取得一定成效，但其在結腸炎癥病理環境下是否能夠緩解炎癥及其病理生理機制尚不明確。ROBERSTON等人[18]首次發現，丹參酮IIA能在不影響正常PMN生理功能前提下，直接調控PMN在炎癥部位的活性及功能，比清除PMN的消炎效果更佳。周艷等人[19]鑒于在UC發病過程中PMN募集、活化所起的重要作用，提出丹參酮IIA的抗炎能力可能是通過調控PMN的活性而發揮的。這是由于在給予丹參酮IIA干預后，PMN在小鼠結腸黏膜活化和浸潤程度明顯下降，同時伴隨炎癥因子水平的同步降低。此外，利物浦大學和AKL研發有限公司（AKLRD）研發出一種新藥物APPA，強調APPA對人體免疫反應的潛在益處，通過靶向PMN能夠有選擇地控制人體的免疫反應[20]。APPA有可能抑制導致風濕性疾病的嚴重炎癥，但不會影響PMN的關鍵抗菌作用。

3.2?TNF-α抗體治療UC的策略?UC的免疫反應及病理過程中有多種炎性細胞及炎癥介質的參與，導致了組織結構發生病變。炎性細胞及其釋放的炎癥介質的持續激活是炎癥遷延不愈的主要原因，細胞凋亡是炎癥病灶中PMN清除的主要機制，在炎癥病灶中PMN發生凋亡后被巨噬細胞識別、吞噬而清除[21～22]。針對PMN在IBD患者外周血和結腸組織中的凋亡研究表明，IBD患者中PMN受到抑制。在另一體外實驗中證實除了氧自由基可以誘導凋亡外，IL-2、IL-6、IL-1β、TNF和G-CSF等對健康人外周血中的PMN凋亡亦有抑制作用[23]。TNF-α有加速PMN凋亡的作用，可能是由于細胞膜上的兩種TNF受體參與了誘導凋亡和抑制凋亡。隨后的研究中亦證實，UC患者的外周血、結腸黏膜組織以及幼童患者糞便中TNF-α的含量增加明顯[24]。TNF-α可以促進黏附因子表達，增加炎性細胞浸潤，同時如IL-1、IL-6和其他趨化因子的產生也可由TNF-α誘導單核細胞活化進而分泌，最終誘導白細胞遷移，使得癥狀加重?？筎NF-α抗體進入體后，可以迅速與循環中的TNF-α結合，從而誘導炎性細胞凋亡，發揮其中斷炎癥通路的作用，促進黏附分子下調[25]。目前有3種TNF-α抗體已獲美國食品及藥物管理局（FDA）批準可用于IBD治療，英利西單抗就是一種用于治療UC的抗體。除此之外，劉時光等人[26]發現5-氨基水楊酸可以加速誘導患者PMN的凋亡，是除抑制環氧化物酶和脂質過氧化物酶的合成、減輕氧自由基對組織損傷等抗炎機制外的又一抗炎機制。因此，選擇性地減少腸上皮細胞凋亡造成組織損傷的同時，針對性地誘導UC中炎性細胞的凋亡，將成為新的緩解炎癥、治療UC的新方法。

3.3?白細胞分離法治療UC的策略?白細胞吸附療法是一種通過過濾和選擇性吸附的方法，選擇性地清除血液中的PMN、單核細胞和淋巴細胞，這種療法增加了促炎細胞的清除效率，減輕了炎性細胞和炎癥因子對組織的侵襲。選擇性白細胞吸附療法最先在日本及歐美國家用于嘗試治療IBD，目前已投入臨床使用[27]。用于治療UC主要有兩種裝置：濾過型白細胞分離裝置，是一種非選擇性吸附，以PMN和淋巴細胞為主。白細胞吸附分離裝置，選擇性高，以吸附PMN和單核巨噬細胞為主[28～29]。由于白細胞分離療法對難治性UC效果佳，并發癥少，因此可作為傳統治療方法失敗后的治療選擇，而且提高了臨床緩解率，減少了激素的使用，促進了黏膜病變部位愈合，其療效及安全性也被廣泛認同。

4?總結與展望

近年來，越來越多研究表明PMN在UC發生發展過程中是把“雙刃劍”，使得在PMN相關的生理機制研究中可能會獲得不同的結果。也許這種“雙重性”可以通過疾病中特殊中性粒細胞群來解釋。事實上，和其他免疫細胞一樣，PMN是由促炎和抗炎組成的異質細胞群。而如何觀測、控制并利用這兩種細胞群，使其在UC的治療中發揮重要作用還有待進一步研究。隨著病理生理學的發展，更多的PMN生物標志物和靶點被發現，這種通過調控PMN來治療UC的策略有望為UC的診斷、治療和預后評估提供重要的技術手段。

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（收稿日期：2020-12-08?修回日期：2020-12-27）

（編輯：潘明志）