針刺調控內質網應激治療炎癥性腸病研究進展

薛雁文,尹曉慧,楊 萍,胥文娟

(甘肅省中醫院,甘肅 蘭州 730050)

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease,IBD)是慢性、復發性胃腸道炎癥性疾病,嚴重影響生活質量,可增加罹患腸癌的風險[1]。據報道,IBD發病率在世界范圍內正在不斷增加。IBD通常包括克羅恩病(Crohn’s disease,CD)和潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis,UC),其發病機制尚不清楚,目前認為是遺傳、環境因素、異常免疫反應和腸道菌群破壞的綜合作用[2]。IBD發病機制多涉及腸道失調和自身免疫反應,而慢性內質網壓力和未折疊蛋白反應(Unfolded protein response,UPR)信號的異常是多種消化系統疾病的關鍵因素,包括IBD和部分癌癥等[3]。因此,調控內質網應激以防治消化系統疾病是目前研究的新方向。現代醫學治療IBD主要針對病因進行治療,常以免疫調節劑、抗腫瘤壞死因子α劑、抗白細胞介素劑、干擾素等藥物為主,療效欠佳,復發率較高[4]。因此亟須尋找新型的替代療法,針刺療法作為一種有效可行的治療手段,逐漸應用于臨床。大量研究表明,針刺可能通過調控內質網應激能力調節IBD免疫反應、腸上皮細胞功能及腸黏膜屏障以發揮生物效應。因此,本文綜述了針刺調控內質網應激以治療IBD作用機制,以期為IBD的臨床診療及基礎研究提供新思路和新方法。

1 內質網應激概述

內質網是一種膜質細胞內的細胞器,約占所有細胞內膜結構的50%,是一個復雜而封閉的細胞內管狀內膜系統交織的三維網絡結構[5]。核糖體位于細胞質表面,將蛋白質直接翻譯到內質網腔內。因此,內質網參與了大約1/3細胞蛋白質的產生和折疊,此外,脂類和膽固醇直接在內質網的細胞質側合成。內質網的主要功能是運輸新合成的蛋白質和脂類,識別信號肽和修飾糖基化[6]。通常情況下,錯誤折疊的蛋白質會被誘導到專門的通路,并被轉運到細胞質中,隨后被蛋白酶體泛素化和降解。然而,這種內質網相關蛋白降解途徑具有局限性,葡萄糖饑餓等事件會導致末端錯誤折疊蛋白的積累,這些蛋白質超過閾值,從而激活特定的內質網應激信號通路,介導這一調控的信號通路稱為UPR,是維持內質網穩態所必需的[7]。當細胞受到Ca2+代謝失衡、毒素刺激、持續氧化應激刺激等各種強刺激因素時,細胞內穩態就會被打破,內質網蛋白質折疊能力不能滿足細胞需求,會啟動內質網應激,觸發UPR,UPR可以恢復內質網穩態,也可以激活促凋亡通路[8]。內質網應激和普遍可逆反應與機體炎癥有關[9]。內質網應激和炎癥信號通路在大多生物過程中共享廣泛的調控因子和效應因子。盡管這兩種信號通路所造成的病因不盡相同,但均可以在許多細胞和組織中形成惡性循環,加劇細胞功能障礙,導致細胞凋亡。

2 內質網應激在IBD中的作用

2.1 調節免疫反應 內質網對病原體的有效反應取決于免疫系統優化生成大量效應分子的能力,包括配體、受體、細胞因子和趨化因子[10]。這一過程受復雜的代謝、轉錄和翻譯程序的調控,這些程序可受各種細胞外因素和環境條件的影響。雖然內質網通常被認為是跨膜和分泌蛋白合成和折疊的場所,但其也可作為細胞樞紐,能夠感知和整合多種條件和信號,從而決定細胞的功能和命運。UPR可以在不同的免疫群體中發揮獨特的作用[11]。

內質網應激和UPR激活與多種免疫系統疾病的發病密切相關[12]。正常的UPR反應對分泌細胞如產生免疫球蛋白的漿細胞的發育、存活和功能,樹突狀細胞和巨噬細胞的存活和功能,以及正常上皮功能的維持都很重要,異常或不充分的UPR反應通過在免疫細胞和非免疫細胞中產生干擾,促進免疫疾病的發展[13]。而且內質網應激有助于炎癥過程的持續,UPR可激活炎癥反應所需的多種炎癥信號通路,包括IκB激酶(IKK)/核因子-κB(NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)/AP1。IRE1α激活JNK/AP1通路觸發炎癥基因上調。因此,IBD發生發展過程中的免疫反應被認為是導致IBD的基本病理機制之一,且內質網應激與免疫反應的信號傳導存在串擾,這可能是內質網應激和免疫互動的基礎。

2.2 腸上皮細胞凋亡 細胞凋亡是一種程序性細胞死亡,其特征是細胞變圓、核碎裂和質膜起泡[14]。它在腸上皮細胞中自發發生,作為沿著隱窩-絨毛軸的遷移和分化的末期,以維持正常的腸道形態和功能,包括上皮細胞增殖和凋亡之間的腸道內穩態平衡[15]。腸上皮細胞的持續更新對于維持組織內穩態至關重要,過度的腸上皮細胞死亡破壞了腸道屏障的完整性,并允許腔內抗原侵入固有層,從而導致固有層的慢性炎癥狀態[16]。啟動包括半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-8在內的Caspases級聯,形成死亡誘導信號復合體。最后,激活Caspase-8可以直接激活Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7等下游Caspase,也可以裂解pro-Bid形成BH3交叉域死亡受體激動劑,轉位到線粒體,誘導細胞色素c與激活因子1(Apaf-1)共同激活Caspase-3和Caspase-9,從而導致細胞凋亡[17]。盡管Caspase介導的腸上皮細胞凋亡對腸上皮細胞的周轉和胃腸道形態至關重要,但越來越多的證據表明內質網應激誘發的Caspase級聯反應介導的腸上皮細胞凋亡在慢性胃腸道疾病中起關鍵致病作用。

重度的內質網應激促使UPR的發生,不能夠代償細胞受損,機體進一步啟動凋亡信號,促進腸上皮細胞凋亡[18]。其途徑主要為以下三種:①內質網應激可通過轉錄激活CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白(CHOP)、Caspase-12和JNK信號通路誘導細胞凋亡。在內質網應激條件下,CHOP表達顯著增加,通過Caspase-12直接激活效應因子Caspase-3和Caspase-9導致細胞凋亡[19]。②肌醇的跨膜激酶/核酸內切酶1α(IRE1α)與TNF受體相關因子2(TRAF2)和凋亡信號調節激酶1(ASK1)結合形成復合物,也稱為絲裂原激活蛋白激酶5(MAP3K5),進而激活JNK,最終通過激活JNK途徑導致凋亡[20]。③內質網應激可以誘導內質網釋放Ca2+,導致細胞質Ca2+水平升高,進而激活固有的線粒體凋亡途徑并誘導凋亡[21]。上述UPR的三種信號轉導途徑激活了NF-κB,NF-κB是一種參與炎癥的轉錄因子,涉及腫瘤壞死因子-α的產生,加速應激誘導的細胞死亡。

2.3 黏膜上皮屏障受損 腸黏膜上皮屏障功能缺陷是IBD的特征性變化。大量證據已經證實,IBD的潛在病因為腸黏膜上皮屏障的破壞,從而引起腸黏膜通透性增加以及腸道慢性炎癥。腸上皮屏障在維持腸道免疫穩態中起著核心作用。屏障的完整性取決于不同的上皮成分,包括先天免疫反應、腸通透性、緊密連接、上皮細胞完整性和黏液產生,這些成分的異常可能與IBD的發病有關[22]。迄今為止,已有多項研究表明,針刺療法可以調節多種炎癥動物模型和IBD患者的腸黏膜上皮屏障功能。同時,內質網應激介導的UPR的激活在維持腸黏膜穩態中起著核心作用。緊密連接蛋白和黏蛋白在維持腸黏膜屏障功能過程中扮演核心角色。緊密連接既是免疫調節的效應因子,也是免疫調節的靶點,由大量的整體膜蛋白和相關的細胞質蛋白組成,主要包括閉塞蛋白、閉塞帶蛋白、三胞蛋白、扣蛋白和連接黏附分子,緊密連接是高度靈活的結構,可以動態重新排列[23]。這種重塑過程涉及兩方面,包括蛋白質在緊密連接內的遷移和通過囊泡運輸的插入或移除。以上細胞內信號蛋白與緊密連接蛋白的信息交流,激活了大量的細胞過程,共同維持屏障的完整性。

黏蛋白(MUC)通常被認為是黏膜屏障的被動介質,這僅僅是其在調節上皮屏障功能中的部分作用。研究發現,由于屏障功能失調誘發的胃腸道疾病中常涉及黏液蛋白異常表達,如IBD和結直腸癌,結腸中分泌的黏液層主要由MUC2表達和少量MUC5b表達組成,能夠阻止細菌滲透到底層上皮,在抑制炎癥反應中是必不可少的[24]。MUC糖基化受損或杯狀細胞功能缺陷可加重結腸炎的嚴重程度,并激活結腸炎相關癌癥的發展跨膜MUC過表達,不適當的激活跨膜MUC可以通過調節連接蛋白功能和隨后的信號通路,影響細胞的侵襲性、遷移、增殖和存活,增加腸屏障通透性,從而影響屏障的完整性。

因此,異常內質網應激引起的緊密連接蛋白和MUC加工和合成過程受到干擾,是導致腸黏膜通透性增加,屏障功能受損的核心,同時,也是IBD最基本的病理機制。

3 針刺通過調控內質網應激改善IBD

3.1 潰瘍性結腸炎 UC是結腸黏膜的一種慢性特發性炎癥性疾病,其特征是黏膜炎癥,從遠端開始,可延伸到近端累及整個結腸[25]。其臨床表現為腹瀉、尿頻、腹痛和不同程度的全身癥狀,持續4～6周以上,病變可累及直腸、乙狀結腸及全結腸;病因包括環境、免疫系統、腸道微生物群和疾病遺傳易感性之間的相互作用。蒙特利爾分類法根據UC患者的最大病變程度將其分為E1或直腸炎(疾病僅限于直腸),E2或左側病變(脾屈曲遠端),E3或廣泛性結腸炎(疾病延伸至脾彎近端)。UC結直腸異常增生或癌癥的主要危險因素包括疾病持續時間、活動性內窺鏡或組織學炎癥、出現狹窄或炎癥后息肉、結直腸癌家族史以及相關的原發性硬化性膽管炎。

多項研究表明,中藥復方及單味藥提取物可以通過干預PERK-eIF2α、TRE1α-JNK、NF-κB和炎癥相關信號途徑以抑制UC模型重度內質網應激[26-27]。中醫理論認為,UC的發生多因臟腑氣機失調,脾胃中焦清濁之氣不分,混雜于腸腑,邪氣久羈,毒邪竄擾而成,因此,健脾祛濕、清熱解毒為其基本治法。針刺特定穴位與中藥治療具有相似效果,均可以調理臟腑氣機升降,祛除濕熱毒邪。針刺治療UC以健脾溫中、化濕行氣穴位為主,常用穴位為天樞、上巨虛、足三里穴。

既往研究認為,針刺治療UC的作用機制與結腸黏膜炎癥風暴、免疫應答異常及腸道菌群紊亂有關。李晗等[28]通過針刺雙側天樞穴干預UC大鼠模型1周后,發現針刺組p53、PUMA和Caspase-3的表達較模型組顯著降低,可能是針刺干預炎癥的作用機制。陳明森[29]研究發現,針刺天樞和足三里穴可以調控FOXP3/DAF通路以調節Treg/Th17免疫平衡。吳陽陽等[30]通過2,4,6-三硝基苯磺酸結腸灌注法建立UC模型,將UC大鼠分為空白組、模型組、手針組和電針組四組,利用Western blot法檢測內質網應激相關蛋白的表達,發現內質網應激關鍵蛋白GRP78和p-PERK、p-eIF2α的表達顯著增加,通過針刺的干預可以逆轉該現象。此外,針刺還能調節Th1/Th17免疫平衡,減少炎癥因子的表達,協同治療UC。

3.2 克羅恩病 CD是一種以透壁肉芽腫性炎癥、黏膜免疫細胞激活、免疫反應異常和細胞因子失衡為特征的慢性多因子IBD,是一種進行性疾病。CD由遺傳易感性、環境危險因素、菌群失調和黏膜免疫系統受損等復雜的相互作用引起,導致先天和適應性免疫反應失調。近年來CD在世界范圍內發病率不斷上升,其典型的臨床癥狀是腹痛、慢性腹瀉、體重減輕和疲勞,好發于回腸末端和結腸。大多數CD患者表現為炎癥表型,炎癥呈節段性、不對稱和透壁性,但隨著時間的推移,半數患者會出現狹窄、瘺管或膿腫等并發癥,通常需要手術治療。目前CD治療以預防并發癥和阻止疾病進展為目標。針刺在CD中的作用機制尚不明確,內質網應激作為CD的病理誘發因素,現已引起廣泛關注。

李凌倩等[31]研究發現,克羅恩病模型中存在內質網應激,通過免疫組化法檢測,發現內質網應激相關因子GRP78和P47 PHOX表達顯著增加,表明克羅恩病發生過程中內質網應激參與調節,但其與上皮細胞凋亡及蛋白合成加工異常并未闡釋。龍艷[32]通過誘導HCT116結腸癌上皮細胞株內發現,內質網應激可以激活p38 MAPK通路的信號轉導介導炎癥反應的發生,這為內質網應激與炎癥相關性的研究提供了思路。李小珍[33]研究發現,內質網應激通過影響MUC的合成參與CD的病變過程,在炎癥狀態下,內質網應激相關蛋白表達顯著降低,表明內質網應激功能低下是引起結腸黏膜屏障蛋白異常的誘因。曹攀[34]發現,激活內質網應激通路可以明顯損傷腸黏膜屏障功能,引發CD,因此,維持內質網應激穩態是治療CD的核心。研究發現,針刺具有正向調節內質網應激的作用[35-36]。芮靖琳等[37]研究證實,針刺可以調節內質網應激特異性因子GRP78的表達,且可以介導內質網應激經典通路PERK-CHOP、IRE1/JNK等通路的信號傳導。目前,針刺調節內質網應激治療CD的研究較少,但內質網應激在CD發生中的作用顯然是至關重要的,而針刺調節內質網應激及針刺治療CD的作用已逐漸被證實。

4 小 結

本文立足于內質網應激理論,以IBD為研究對象,通過對國內外文獻的梳理發現,內質網應激在IBD的發病機制中起關鍵作用,內質網應激相關通路不僅能夠調節免疫應答、炎癥介質及上皮細胞凋亡,還能夠影響腸黏膜屏障功能維持關鍵蛋白(MUC和緊密連接蛋白)的表達。內質網應激的相關研究對IBD的治療至關重要。目前,針刺調節內質網應激治療IBD的研究較少,但多項研究證實,針刺特定穴位可以調節內質網應激相關因子的表達,以修復腸黏膜屏障功能、調節免疫應答和緩解上皮細胞凋亡,為IBD的臨床治療提供新思路和新視點。