膽紅素在炎性腸病中作用的研究進展

師 麗，袁 浩，劉 敏，鄭 亞，王玉平，郭慶紅*

(1.蘭州大學 第一臨床醫學院，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州大學第一醫院 消化科 甘肅省胃腸病重點實驗室， 甘肅 蘭州 730030)

膽紅素是體內重要的抗氧化劑之一，在生理濃度下發揮抗氧化作用，高于正常范圍時則會產生毒性作用，嚴重時對大腦和神經系統具有不可逆性損害。血清膽紅素水平是臨床診斷黃疸的重要依據，同時一定程度上反映肝臟功能。氧化應激在炎性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)發病機制中具有重要意義，大多IBD患者表現出血漿抗氧化能力減低，而血清膽紅素是血漿抗氧化能力的主要承擔者，已證實IBD與血清膽紅素相關，膽紅素在IBD中發揮的不僅僅是抗氧化作用，深入闡明其他多方面的作用有助于進一步理解IBD的發病機制。

1 膽紅素概述

正常成年人每天產生膽紅素約300 mg， 當血清膽紅素水平超過一定水平，就會對人體造成危害。作為一種生理性抗氧化物質， 膽紅素參與并維持氧化和抗氧化之間的平衡，約占總抗氧化能力的30%[1]。生理濃度的膽紅素一方面能有效清除氧自由基，防止低密度脂蛋白氧化和氧自由基的形成；另外一方面能抑制免疫反應和炎性反應，對血管內皮細胞具有保護作用。近些年來，越來越多的研究表明膽紅素與心血管疾病、呼吸系統疾病、自身免疫性疾病、消化系統疾病相關，并且參與疾病的發生發展過程。最新研究已指出膽紅素不再僅僅局限于毒性作用、抗氧化作用，其作為一種信號分子通過多個細胞信號通路發揮對各個器官、系統、組織的保護作用，尤其是自身免疫性疾病和炎性疾病。

2 IBD與膽紅素

IBD是一種非特異性腸道炎性疾病，包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis,UC)、克羅恩病(Crohn disease, CD)和病理不能確定為UC或CD的未定型結腸炎(inderterminatecolitis, IC)。其發病機制是由多種因素構成，有遺傳易感性、腸道菌群、氧化應激、腸道慢性損傷等相互作用。血清總膽紅素是生化檢測中常見的實驗室指標，其水平是診斷肝膽疾病和溶血性疾病的重要依據。近些年發現IBD與血清膽紅素相關，其水平的高低可能與IBD患者的病情嚴重程度、疾病活動性、發病風險相關，有可能成為新的IBD血清標志物之一。

2.1 UC與膽紅素

UC以反復發作的腹瀉、黏液膿血便伴腹痛、里急后重以及不同程度的病變，病變主要累及黏膜及黏膜下層。大多數UC患者的血清膽紅素水平低于健康對照組，且與UC呈負相關[2-3]；可能為慢性腸道炎性反應通過誘發氧化應激，進而膽紅素水平降低；低水平的膽紅素水平可能會降低UC患者清除活性氧的能力，從而導致腸損傷增加。根據Truelove和Witts標準，嚴重活動期的UC患者的血清總膽紅素水平低于輕中度活動期UC患者，同時發現其與血紅蛋白、白蛋白水平呈正相關，與血沉、C-反應蛋白呈負相關，表明血清總膽紅素(serum total bilirubin, sTB)水平降低水平可能是預測UC病情嚴重程度的實驗室指標[4]。另外，在UC患者中發現血清間接膽紅素與黏膜緩解呈顯著正相關[5]；活動期UC患者的總膽紅素水平明顯低于緩解期患者，并且sTB水平與病情嚴重程度、Mayo評分、炎性標志物(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平呈負相關，提示sTB是一種重要的內源性抗炎性物質，sTB可能是通過抑制單核巨噬細胞分泌炎性因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)，從而抑制腸道的炎性反應[6]。綜上，UC患者血清膽紅素水平降低，與疾病嚴重程度、活動性相關，提示膽紅素水平可能是UC發生發展的保護因素。

2.2 CD和膽紅素

CD患者常見癥狀是腹瀉、腹痛、體質量減輕，其病變范圍可累及全消化道。CD患者的抗氧化防御系統明顯受損，表現為血液循環和腸黏膜組織的抗氧化能力低下[7]?；顒悠贑D患者血漿中FRAP血漿鐵還原能力和GSH水平降低，血清中膽紅素和白蛋白的濃度顯著降低，通過上述血清、血漿抗氧化參數水平反映患者抗氧化能力減弱；同時說明了膽紅素水平與CD活動性、炎性指標呈負相關[8]。此外，CD患者的血清膽紅素與健康對照組相比低于正常范圍，并且低水平的血清膽紅素可能會增加CD的發病風險[9]。進一步研究發現CD患者sTB水平降低，與CD的CDAI評分呈負相關，即與疾病活動性呈負相關。為進一步驗證，發現CD患者的血清sTB水平與C-反應蛋白、紅細胞沉降率、糞便鈣衛蛋白和血紅蛋白水平呈負相關，間接反映血清總膽紅素水平與疾病活動性相關；其機制一方面可能與IBD患者活性氧生成增多有關，另一方面可能與炎性反應有關；此外不排除血紅蛋白的間接影響。血紅素加氧酶(heme oxygenase，HMOX)和UGT1A1(UDP-glucuronosyl transferase)在體內膽紅素平衡中起重要作用,間接影響膽紅素水平，對于CD發病風險及預后有一定意義。

2.2.1 膽紅素與UGT1A1：UGT1A1是人體內唯一催化膽紅素代謝的酶，其基因多態性導致UGT1A1活性降低甚至完全缺如，影響血清膽紅素水平。Gilbert綜合征(Gilbert’s syndrome)的發生與膽紅素代謝過程密切相關。UGT1A1*28等位基因突變是導致Gilbert綜合征最主要的原因，純合突變的形式多見。既往研究示UGT1A1*28純合子可顯著降低CD的發病風險。約50%具有UGT1A1*28純合子的Gilbert綜合征的CD患者中，其發病風險顯著降低，說明血清膽紅素對于CD可能是一種保護因素，此外，通過建立高膽紅素血癥Gunn大鼠模型，誘導結腸炎之后顯著改善，進一步支持膽紅素在CD發病機制中的保護作用[10]。UGT1A1多態性作為血清膽紅素水平的主要遺傳決定因素，目前臨床中CD合并Gilbert綜合征患者較少見，二者之間的關系還需要更多的臨床研究。

2.2.2 膽紅素與血紅素加氧酶：HMOX有兩種亞型(HMOX1，OMIM*141250和HMOX2，OMIM*141251)，二者介導膽紅素的穩定性。HMOX1是熱休克蛋白家族(Hsp 32)的成分之一，經各種氧化應激刺激誘導生成；而HMOX2在各種組織和器官中表達，是不可誘導的同工酶。已有研究證明HMOX1基因變異引起HMOX1表達降低，與心血管疾病、腫瘤和炎性反應發病風險相關。HMOX1基因具有抗炎特性，其表達降低，不利于腸道黏膜修復[11]。然而，HMOX1基因與IBD發病風險及有無引起血清膽紅素改變尚不清楚。HMOX1基因的表達產物對IBD具有保護意義。

2.2.3 膽紅素與其他因素：CD患者的低血清膽紅素水平可能受其他因素的影響比受UGT1A1基因啟動子變異的影響更大。據報道，許多有氧化應激參與的疾病患者血清膽紅素水平較低。因此，由于氧化應激增加而消耗膽紅素似乎是這一觀察結果的最可能解釋。事實上，血清膽紅素水平與氧化蛋白產物水平呈負相關，而在CD患者表現為氧化蛋白產物水平升高。NADPH氧化酶是一種負責超氧化物生成的酶，與炎性腸病的發病機制有關，而膽紅素是NADPH氧化酶的有效抑制劑。NADPH氧化酶在CD患者的腸淋巴細胞和巨噬細胞中過表達[12]，進一步說明膽紅素在CD發病機制中發揮的作用。CD屬于自身免疫性疾病，調節性T細胞(Tregs)參與維持腸道穩態，在CD的發病機制中起著重要的作用。由于膽紅素是細胞質芳烴受體的有效配體，即為Tregs分化的重要調控者[13]。膽紅素直接影響Tregs分化[14]，具體機制尚不清楚，提示低水平膽紅素可能會影響IBD患者的自身免疫功能。

3 膽紅素的抗氧化作用

膽紅素作為重要的內源性抗氧化劑之一，主要表現在清除自由基，并通過Toll樣受體4抑制iNOS表達上調和自由基產生[15]。此外，在實驗性結腸炎小鼠模型中，血紅素氧合酶表達上調，其與過氧化物酶體結合，激活受體-α，進而發揮抗氧化作用[16]。

4 膽紅素的抗感染和免疫調節作用

膽紅素水平與炎性標志物表達呈負相關。膽紅素可通過抑制炎性因子的活性，減少黏附分子的表達，進而阻止白細胞聚集、黏附和滲出，從而發揮抗感染作用[13]。此外，在膽紅素的干預下，分泌IL-17的CD4+T細胞數量減少，IL-22、TNF-α、IL-6和IL-1水平均降低，而分泌IL-10的CD4+T細胞的比例增加，促進了調節性T細胞的再生[14]，有助于自身免疫功能的恢復。通過建立由葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的結腸炎小鼠模型，與對照組小鼠相比，經IBIL處理后的DSS小鼠結腸組織表現為單核細胞、隱窩變性和實質水腫減輕[16]。膽紅素的抗感染作用潛在機制有兩方面：其一為膽紅素抑制血管細胞粘附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM1)所介導的嗜酸性粒細胞向結腸黏膜層浸潤，進而抑制炎性反應；其二，膽紅素通過抑制誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)表達，進而減輕腸道炎性反應[17]。上述進一步支持了膽紅素在IBD中的保護作用，抗感染與免疫調節作用機制的闡明為臨床治療提供了新靶點。

5 膽紅素的調節腸道菌群作用

腸道菌群在IBD的發病機制中有重要作用，并且二者相互影響。IBD患者血清膽紅素水平降低可能與腸道菌群失調相關。在IBD患者腸道中有大量的乳球菌屬，其可以產生β-葡萄糖醛酸酶，間接影響膽紅素代謝。UC小鼠模型予以UCB(unconjugated bilirubin)處理后腸道炎性反應明顯減輕，UCB通過抑制TLR4/MyD88/TRAF6/NF-κB信號通路，減少炎性細胞因子的釋放，以抑制免疫炎性反應；進一步研究發現予以UCB處理后的實驗組小鼠糞便中厚壁菌門含量顯著降低，而擬桿菌門和放線菌門在菌群中占優勢，提示UCB對腸道菌群分布及調節有一定作用[18]。膽紅素是膽汁的一種成分，可作為一種有效的抗菌劑，對腸道菌群種類及數量重新分布，利于穩定腸道微生態[19]。腸道微生物可能參與膽紅素代謝，例如發現雙歧桿菌的表達下調和血清膽紅素水平的升高相關[20]。這些說明膽紅素代謝與腸道菌群相互影響，二者互為因果，對于IBD疾病進展均有一定影響。

6 膽紅素的抑制消化蛋白酶作用

消化蛋白酶在腸屏障的破壞中有重要的作用，并且是IBD治療的重要靶點[21]。UCB能使消化蛋白酶活性失活，對結腸炎有一定的改善作用[22]。在動物實驗中，結腸炎大鼠糞便中消化蛋白酶如胰蛋白酶、糜蛋白酶的水平顯著增加，但經間接膽紅素(indirect bilirubin，IBIL)處理后蛋白酶水平顯著降低。同時胰蛋白酶或糜蛋白酶水平與炎性標記物(髓過氧化物酶、腫瘤壞死因子-α、IL-1)之間呈顯著正相關[23]，表明消化蛋白酶可能是重要靶點之一，降低消化蛋白酶水平可能是膽紅素抗炎作用的關鍵介質和靶點。已有研究發現絲氨酸蛋白酶抑制劑對小鼠結腸炎的保護作用強于IL-10和TGF-β，蛋白酶抑制劑可能成為炎性腸病治療的一種選擇[21]。抑制消化蛋白酶是否可以作為IBD可供選擇的治療手段，是否可以改善炎性反應嚴重程度及預后，其具體作用機制及臨床適用性還需要進一步研究。

7 膽紅素的抗血小板聚集作用

膽紅素可以改變血小板表面受體如膠原、ADP受體，從而抑制血小板聚集，降低血栓發生的危險[24]。UC患者易出現高凝狀態，可進一步加重腸道損傷。膽紅素能夠發揮抗血小板聚集，改善腸道血供[25]，進一步說明膽紅素在IBD中的保護作用。

8 問題與展望

IBD與膽紅素呈負相關，大量臨床試驗研究已證實膽紅素是IBD的一種保護因素，其保護機制與其抗氧化作用、抗炎與免疫調節、調節腸道菌群、血管保護等作用相關。此外，血清膽紅素水平在一定程度上反映疾病活動性與嚴重程度，有利于臨床診療中評估病情及預后。近些年來，針對血清膽紅素與IBD的研究較少，大多停留在回顧性臨床研究及動物實驗；血清學指標相對于侵入性內鏡檢查是一種簡便、快速、創傷小的檢測指標，可以預測疾病嚴重程度、活動性，更好地指導臨床診治，進一步深入研究血清膽紅素是否可以作為監測指標，還需要更多前瞻性臨床試驗驗證。關于IBD患者血清膽紅素水平降低，是否需要臨床干預，抗氧化療法是否對IBD患者有益，目前尚無統一定論；有相關研究提出予以抗氧化療法的IBD患者預后可觀，但證據尚不足，還需要更大樣本量的研究證實。