肥大細胞及杯狀細胞在腸易激綜合征發病機制中的作用

趙勛念 綜述楊杰 審校

貴州醫科大學附屬醫院消化內科，貴州貴陽550000

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一種以腹痛伴排便習慣改變為特征而無器質性病變的常見功能性腸病。其診斷標準包括病程6個月以上且近3個月平均每周至少1 d出現腹痛，癥狀與排便相關。IBS分為4種亞型，即腹瀉型(IBS with predominant diarrhea，IBS-D)、便秘型(IBS with predominant constipation，IBS-C)、混 合 型(IBS with mixed bowel habits，IBS-M)和未分類型(unclassified IBS，IBS-U)[1-2]。IBS的全球患病率約為11.2%[3]。IBS以對癥治療為主，包括解痙劑、導瀉劑、胃腸動力調節劑、微生態制劑和抗焦慮抑郁藥等[4]。盡管治療藥物眾多，但仍存在停藥后癥狀易反復、遠期療效不佳等問題，加重病患家庭及社會負擔，因此闡明IBS發病機制并借此開發新療法尤為重要。近年來研究揭示腸-腦軸功能紊亂、內臟超敏反應及腸屏障功能受損是IBS的重要發病機制[5-6]。且有研究進一步發現肥大細胞及杯狀細胞深度參與IBS患者腸-腦軸紊亂、內臟超敏反應以及腸黏膜屏障受損。因此，本文就肥大細胞及杯狀細胞在IBS發病機制中的作用做一綜述，希望為IBS的治療提供新思路。

1 腸-腦軸

腸神經系統是胃腸道的固有神經系統，與中樞神經系統有許多共同之處[7]。其廣泛而復雜，具有獨特的內在通路，能夠獨立于中樞神經系統協調胃腸道功能[8]。同時也向大腦發送信息，與中樞神經系統相互作用維持腸道功能與生物體的整體平衡，這一雙向通路即為“腸-腦軸”。在此通路中，微生物群也可參與其中并發揮關鍵作用，稱為“腸菌群-腦軸”。來自微生物的信號通過多種信號通路傳入途徑傳輸到大腦，主要通過腸神經系統的迷走神經與中樞神經系統相聯系[9]。IBS患者存在腸微生物群多樣性的減少。在IBS-D患者中發現梭菌和擬桿菌總數顯著增加，而雙歧桿菌顯著減少[10]。且在感染性腸易激綜合征患者中發現并存有小腸細菌過度生長，而使用益生菌調節腸道后IBS患者癥狀可得到不同程度改善[11]。以上證據提示，IBS實際上是一種微生物群和腸-腦軸紊亂的結果。

2 肥大細胞活化與腸道神經興奮可以相互轉化

胃腸道擁有大腦以外最大的神經網絡和最廣泛的免疫系統，而肥大細胞是廣泛分布于胃腸道的免疫細胞，這為神經元和肥大細胞之間的相互作用提供了機會[12]。腸神經元與肥大細胞密切相關[13]，約70%的腸黏膜肥大細胞通過突觸樣連接(距離為20～200 nm)與神經直接接觸，另外約有20%的神經與腸黏膜肥大細胞之間的距離在2 μm以內[14]。這種解剖上的聯系使得肥大細胞與神經元之間相互影響，以維持黏膜穩定性，并對損傷及時做出反應[15]。肥大細胞與神經元之間相互作用，可分為兩種途徑：其一，神經元受各種機械及生化刺激釋放大量神經肽，例如P物質(substance P，SP)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)和降鈣素基因相關肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)等調節肥大細胞的激活；其二，肥大細胞激活并釋放生物活性物質(如組胺、血清素和酶)和新合成的活性物質(如細胞因子、生長因子和脂質代謝產物)作用于神經末梢上相關受體，產生一系列神經元反應，并與內臟痛密切相關[16]。大量研究證實，IBS患者腸黏膜肥大細胞數量及活化增加[17]。激活的肥大細胞將腸道內環境改變的信號上傳至神經系統，而神經系統也可經外界刺激而激活肥大細胞，并通過一系列神經元反應導致內臟超敏及動力異常。

3 內臟超敏反應與IBS

內臟超敏反應是IBS患者的主要特征，其特征在于對疼痛刺激閾值的降低[18]。DING等[19]發現肥大細胞活化脫顆粒過程中類胰蛋白酶、組胺和5-羥色氨(5-hydroxytryptamine，5-HT)的釋放可能是穴位循環系統、神經系統和免疫系統之間相互影響的基礎，調節肥大細胞可改善內臟超敏。肥大細胞活化后分泌的類胰蛋白酶、組胺和5-HT與周圍疼痛的發生有關，并可通過多種機制調節疼痛的產生。最關鍵的是，肥大細胞在穴位敏化中起觸發作用。YANG等[20]通過研究Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)和肥大細胞在電針改善內臟超敏反應中的作用，證實電針可能是通過降低肥大細胞釋放的促炎細胞因子水平而改善結腸致敏模型的內臟超敏。

4 肥大細胞主要炎癥介質與IBS

4.1 類胰蛋白酶類胰蛋白酶是肥大細胞活化后釋放的重要介質之一，其通過激活蛋白酶激活受體2(protease activated receptor-2，PAR-2)來觸發促炎途徑并影響神經元信號傳導。蛋白酶激活受體(protease activated receptor，PAR)是與G蛋白相偶聯、有7個跨膜單位的受體家族，包括PAR-1、PAR-2、PAR-3和PAR-4四種亞型，其中遍布于胃腸道上皮細胞表面的是PAR-2[21]。類胰蛋白酶激活的PAR-2陽性神經元釋放一系列神經肽，如CGRP、SP和VIP等以觸發腸道分泌、調節胃腸道蠕動、參與結腸炎性反應、內臟超敏反應和細胞旁高通透性[22]。LIANG等[23]對38例受試者進行結腸鏡活檢，發現與健康對照組相比，IBS患者腸黏膜類胰蛋白酶mRNA和蛋白及PAR-2 mRNA表達增加，但未發現PAR-2的蛋白表達水平差異。此外，研究還發現神經肽在IBS亞型之間存在差異，比如IBS-D中檢測到CGRP、SP、VIP的上調，而IBS-C中未檢測到。因此推測PAR-2可能在IBS亞型之間執行不同的功能，從而導致不同的臨床癥狀。肥大細胞、類胰蛋白酶、VIP和SP的表達與腹痛有關，其中肥大細胞數量與腹脹之間存在相關性。綜上，肥大細胞釋放類胰蛋白酶可激活PAR-2但不促進其表達，激活的PAR-2調節神經肽的分泌，導致與IBS相關的癥狀。進一步研究肥大細胞與PAR-2之間的信號傳導及PAR-2的激活機制，可能有助于制定針對IBS的新療法。

4.2 組胺組胺是過敏反應的主要介質，來源于肥大細胞和嗜堿性粒細胞[24]，這些細胞將組胺與其他胺、蛋白酶、蛋白聚糖、某些細胞因子、趨化因子和血管生成因子一起儲存在細胞質顆粒中，在被多種刺激觸發后迅速釋放上述介質。肥大細胞和嗜堿性粒細胞活化后釋放組胺被認為是引起過敏反應的中心事件。組胺受體可分為四個G蛋白偶聯受體(H1R、H2R、H3R和H4R)[24]。其中，H1R在內皮細胞和支氣管平滑肌細胞上表達[25]，主要介導過敏性疾病，且在多種免疫細胞上也有不同程度的表達，因此在炎癥反應和免疫調節中起重要作用。提取IBS患者腸道活檢標本進行研究發現，IBS患者對辣椒素受體(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)敏感，該作用是通過組胺及其代謝產物咪唑乙醛激活H1R介導的，并且可能導致部分患者的內臟痛覺增強[26]。IBS患者中應用TRPV1激動劑辣椒素，IBS患者的直腸疼痛反應增加，而使用H1R的拮抗劑如依巴斯汀后，IBS患者的內臟超敏反應減輕，腹痛癥狀隨之緩解[26-27]。綜上，肥大細胞活化釋放組胺，組胺通過H1R介導的TRPV1致敏作用與IBS的內臟超敏反應有關。

4.3 5 -羥色氨(5-HT)5-HT是一種免疫調節因子和神經遞質，主要分布于胃腸道，可由胃腸道肥大細胞分泌[28]。5-HT受體分為7個家族，包括兩大類：配體門控離子通道受體和G蛋白偶聯受體。5-HT與5-HT受體結合以調節腸道復雜的功能，并參與IBS發病機制，如內臟超敏反應和腸蠕動異常[29]。其中，5-HT主要是通過與5-羥色氨3受體(5-Hydroxytryptamine 3-Receptor，5-HT 3R)結合發揮作用。腸肥大細胞在受到腸道刺激后釋放5-HT增加，進而導致外源性初級傳入神經元末梢的5-HT和5-HT 3R的結合增加，從而使內臟傳入神經和腸神經系統處于超敏狀態，導致腹瀉、腹痛等不適癥狀[30]。MARTIN等[29]的研究發現IBS-D患者腸道黏膜組織中5-HT和5-HT 3R的表達水平均顯著高于健康受試者，而使用5-HT3受體拮抗劑可以有效治療IBS-D。

5 腸道屏障受損與IBS

腸道屏障是將腸腔與腸道內部環境分隔開來的物理屏障，屏障完整性的喪失將導致IBS的黏膜免疫激活和腸道功能障礙[31]。腸道屏障的完整性由免疫(上皮細胞和免疫細胞)以及非免疫成分(腸道動力、黏液層和水分泌)平衡，其中上皮細胞主要包括吸收性腸細胞、杯狀細胞、腸內分泌細胞和潘氏細胞[32]。而免疫細胞包括天然免疫細胞、獲得性免疫細胞、漿細胞、肥大細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞。以上細胞處于穩定狀態，并相互作用以維持針對腸道抗原的平衡免疫反應，從而維持腸道內環境的穩定。上述任一成分異常都將引起平衡失調，導致腸屏障受損而引起IBS癥狀[31]。

5.1肥大細胞與腸道屏障受損IBS是腸-腦軸功能紊亂的結果，具體機制不明。其中較被大眾接受的一個假設是腸上皮屏障的免疫監視被破壞，腦接受各種錯誤信息而做出錯誤判斷，進而給出錯誤的調節導致了腸道分泌、運動和吸收功能障礙，從而導致IBS癥狀的發生[31，33]。近年來的研究發現IBS的腸黏膜存在低度炎癥、免疫激活和屏障功能受損，這是IBS內臟高敏感和腸功能障礙的起源以及嚴重程度的主要事件[34]。炎癥浸潤主要是指肥大細胞數量增加。肥大細胞激活后釋放炎癥介質，如前列腺素、白三烯、血小板激活因子、細胞因子和特異性蛋白酶(類胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶A)[35]，其中類胰蛋白酶可以激活腸上皮細胞上的PAR-2，引起緊密連接蛋白的調節和腸上皮通透性的增加，導致腸上皮屏障功能受損[36]。

5.2 杯狀細胞與腸道屏障受損杯狀細胞是形成腸黏膜屏障的主要防線[37]。杯狀細胞合成并分泌黏蛋白，對腸黏膜屏障的形成至關重要[38]。黏蛋白是一種高度糖基化的大分子糖蛋白，富含絲氨酸和蘇氨酸的蛋白質骨架結構，與許多親水性的寡糖側鏈相連，從而形成凝膠狀結構[39]。目前已發現20種不同的黏蛋白，根據被發現的順序命名為MUC1-MUC20。其中，MUC2是腸道杯狀細胞合成和分泌的主要黏蛋白。腸杯狀細胞及黏蛋白的主要功能是形成黏液層，黏液層是天然的一線宿主防御屏障，在建立腸道共生微生物區及保護腸道免受病原微生物侵襲中起著關鍵作用，腸黏膜屏障的缺陷將導致腸道炎癥和損傷[32]。研究發現IBS大鼠結腸上皮細胞中杯狀細胞數量明顯減少，杯狀細胞合成分泌的黏蛋白含量減少。CHEN等[40]在戊己丸改善炎癥后腸易激綜合征大鼠腹瀉和結腸動力障礙的研究中證明，戊己丸通過上調緊密連接蛋白的分布，下調MLCK在結腸上皮細胞的表達，促進結腸黏膜杯狀細胞的增殖，增加黏蛋白的釋放，從而調節腸道共生微生物區和穩定腸黏膜屏障，最終緩解IBS癥狀。

5.3 肥大細胞與杯狀細胞肥大細胞和杯狀細胞均參與機體過敏反應。在支氣管哮喘模型中，肥大細胞定位于黏膜下腺，釋放多種介質和細胞因子，包括組胺、白三烯和前列腺素等，從而促進黏膜下增生性細胞和上皮杯狀細胞的高分泌[41]。其中組胺、白三烯和前列腺素直接刺激杯狀細胞，改變杯狀細胞的增殖、凋亡和分泌[42]。同樣在胃腸道黏膜中，杯狀細胞的黏液分泌也與肥大細胞活化密切相關。腸道中的肥大細胞與腸神經密切相關，肥大細胞釋放介質調節腸神經反射，從而調節杯狀細胞的功能。乙酰膽堿和組胺是黏膜下神經叢中重要的神經遞質，由肥大細胞釋放，參與介導腸道杯狀細胞黏液分泌[43]。有研究證實，用稀土處理大鼠后顆粒示蹤發現大鼠腸道肥大細胞聚集和活化增加，杯狀細胞數量增加，黏液含量也增加，而使用酮替芬(肥大細胞膜穩定劑)可部分抑制這一作用[44]。這些發現提示肥大細胞通過介質作用于杯狀細胞，增加腸道黏液分泌以緩解便秘或引起腹瀉。

6 結語

目前肥大細胞在IBS發病機制中的作用已被逐步認識，但對杯狀細胞在IBS中的作用認識尚淺。肥大細胞與腸神經系統相互作用，參與調節腸-腦軸。肥大細胞活化釋放各種炎性介質，如類胰蛋白酶、組胺和5-HT等，傳遞內臟高敏感信號，改變腸屏障功能，導致IBS相關臨床癥狀。杯狀細胞也在肥大細胞調節下參與腸屏障受損，但與IBS的關系仍需進一步探索。綜上所述，肥大細胞及杯狀細胞均與IBS的發病有著密切關系，未來可從肥大細胞及杯狀細胞入手進一步研究出新的藥物及治療措施，從而為臨床治療帶來更多治療手段。