小腸潘氏細(xì)胞的功能特性及與畜禽腸道疾病的關(guān)系研究

薛才斌，謝 偉，胡利琴，彭艷憐，周可磊，王 鋼，沈雪梅*

（1.四川省樂山市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 樂山 614000；2.四川省夾江縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 夾江 614100；3.四川省涼山州動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，四川 西昌 615000；4.樂山師范學(xué)院，川南地方品種雞產(chǎn)業(yè)化四川省高等學(xué)校工程研究中心，四川 樂山 614000）

潘氏細(xì)胞（Paneth cell）最早由Schwalbe 在1872年發(fā)現(xiàn)，是組成腸道上皮的重要細(xì)胞類型之一，隨著一些抗菌肽和模式識別受體的發(fā)現(xiàn)，潘氏細(xì)胞的免疫功能越來越受到廣泛關(guān)注［1］。現(xiàn)有的研究表明，潘氏細(xì)胞不僅直接參與清除病原體，還參與調(diào)節(jié)正常腸道共生微生物群［2］。本文就小腸潘氏細(xì)胞的分泌功能及其在維持腸道穩(wěn)態(tài)中的作用進(jìn)行綜述，旨在為畜禽健康養(yǎng)殖提供新思路。

1 潘氏細(xì)胞概述

各種畜禽腸道結(jié)構(gòu)基本相似，腸黏膜上皮向腸腔突起形成腸絨毛，上皮向固有層凹陷形成腸隱窩（又名小腸腺）。其中，腸絨毛主要包含吸收細(xì)胞和杯狀細(xì)胞，分別行使消化吸收和黏液分泌的功能，而干細(xì)胞和潘氏細(xì)胞位于腸隱窩基底部［3］。腸道長時(shí)間暴露于食糜、消化液、共生微生物群和毒素等復(fù)雜環(huán)境中，需要腸上皮形成強(qiáng)大的物理和免疫屏障，以抵御腸腔內(nèi)物質(zhì)對機(jī)體的感染和毒害作用。潘氏細(xì)胞具有調(diào)節(jié)腸道菌群，保護(hù)干細(xì)胞微環(huán)境穩(wěn)態(tài)，維持腸上皮免疫機(jī)能等功能［4］。

潘氏細(xì)胞是高度特化的分泌型上皮細(xì)胞，主要特征是細(xì)胞內(nèi)廣泛存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和頂部粗大的嗜酸性分泌顆粒。這種分泌型結(jié)構(gòu)保證了潘氏細(xì)胞具有強(qiáng)大的分泌功能，能夠分泌α-防御素和溶菌酶等一系列天然抗菌肽類。這些嗜酸性分泌顆粒可被伊紅或Lendrum氏熒光桃紅-酒石黃染成紅色。在光鏡下，可見染色后的潘氏細(xì)胞與干細(xì)胞相間排布于隱窩基底部，每個(gè)腸隱窩基底部可見3～6 個(gè)潘氏細(xì)胞。在電鏡下，潘氏細(xì)胞呈頂部尖、基部寬的錐體形，細(xì)胞頂部散布存在大量分泌顆粒，細(xì)胞核位于細(xì)胞底部，核周圍有豐富的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體［5］。

2 潘氏細(xì)胞的功能

2.1 殺菌功能 潘氏細(xì)胞的分泌顆粒中含有大量生物活性分子，包括α-防御素、溶菌酶、ⅡA型分泌型磷脂酶A2（ⅡAsPLA2）、血管生成素、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等［6］。α-防御素由潘氏細(xì)胞合成后，暫時(shí)儲存于分泌顆粒內(nèi)，在受到腸腔內(nèi)信號刺激時(shí)通過脫顆粒方式持續(xù)分泌入腸腔［7］。α-防御素的抑菌作用具有選擇性，對腸道中的致病菌殺滅能力較強(qiáng)，而對共生菌影響較小，在調(diào)節(jié)體內(nèi)腸道微生物群的組成和體內(nèi)平衡中發(fā)揮著重要作用［8］。

α-防御素是針對革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌、某些真菌、螺旋體、原生動(dòng)物和包膜病毒的殺菌劑。防御素可以通過螯合脂質(zhì)分子和抑制細(xì)菌細(xì)胞壁生物合成來殺死細(xì)菌，還可以通過肽誘導(dǎo)鉀離子從細(xì)菌細(xì)胞中流出來促進(jìn)膜破裂和細(xì)菌死亡［9］。已有的研究指出不同動(dòng)物中α-防御素略有不同。恒河猴的腸道中發(fā)現(xiàn)有6 種α-防御素，分別為RED-1～RED-6。小鼠小腸中的α-防御素又稱為隱窩素（Cryptdins），目前發(fā)現(xiàn)小鼠隱窩素種類多達(dá)19種，其中Cryptdin-1～-6的含量最高，Cryptdin-3 和-4 的含量最少［10］。現(xiàn)有研究指出，這些動(dòng)物中分泌量較大的防御素種類具有較強(qiáng)的殺菌功能，而那些較少的防御素種類可能在腸腔內(nèi)作為信號分子調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)或?qū)Σ《尽⒄婢劝l(fā)揮抑制作用。

2.2 免疫調(diào)節(jié)活性 潘氏細(xì)胞是腸道非特異性免疫的重要組成單元，在機(jī)體天然免疫中具有重要作用。小腸隱窩基底部分布有腸道干細(xì)胞，潘氏細(xì)胞分泌的抗菌物質(zhì)可以在隱窩基底部維持較高的抑菌濃度，從而保障干細(xì)胞免受腸腔中入侵微生物的影響。最新研究指出，潘氏細(xì)胞分泌的表皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子α和Wnt3信號因子可以顯著維持腸道干細(xì)胞的生態(tài)位，保證腸細(xì)胞的譜系起源。在生態(tài)位中，潘氏細(xì)胞產(chǎn)生生長因子和Wnt 信號分子，導(dǎo)致Wnt 信號被遞送到腸干細(xì)胞并誘導(dǎo)特定上皮細(xì)胞譜系的分化［11］。因此，潘氏細(xì)胞在先天性腸道免疫和小腸上皮細(xì)胞的再生和分化中都起作用。

成熟的潘氏細(xì)胞可由NOD2 和TLR9 受體介導(dǎo)，接收隱窩腔中膽堿能和細(xì)菌因子信號。信號通過MyD88蛋白傳遞，直接傳感和分泌抗菌分泌物，以限制微生物粘附和侵襲。除細(xì)菌衍生物外，潘氏細(xì)胞還可以接收自身細(xì)胞因子的刺激。例如淋巴細(xì)胞衍生的白細(xì)胞介素可以觸發(fā)潘氏細(xì)胞分泌抗菌肽及血管生成素4［12］。單核細(xì)胞也可以通過Wnt 因子誘導(dǎo)潘氏細(xì)胞防御素的分泌，干擾素信號也可通過潘氏細(xì)胞影響微生物生態(tài)學(xué)。潘氏細(xì)胞還是白介素IL-17 以及腫瘤壞死因子TNF 的主要來源，TNF 進(jìn)一步影響下游的炎癥反應(yīng)［13］。研究表明，小鼠小腸潘氏細(xì)胞的Cryptdins-7～Cryptdins-19 的合成量很少，且不具有殺菌活性，但是這些隱窩素可以在腸腔內(nèi)發(fā)揮信號分子的功能招募樹突細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，使這些免疫細(xì)胞向炎癥區(qū)域聚集，產(chǎn)生初級免疫反應(yīng)。

3 潘氏細(xì)胞與畜禽腸道疾病的關(guān)系

3.1 潘氏細(xì)胞與炎癥性腸病 隨著微生物宏基因組測序技術(shù)的發(fā)展，確定與腸道微生物群失調(diào)相關(guān)的疾病數(shù)量不斷增加，包括II 型糖尿病，代謝綜合征、動(dòng)脈粥樣硬化、非酒精性脂肪性肝炎、自閉癥、肝硬化、肝癌、炎癥性腸病（IBD）等。其中，IBD 是一類累及腸道的慢性非特異性炎癥疾病的統(tǒng)稱，主要臨床癥狀表現(xiàn)為腹痛、嘔吐、腹瀉、血便或全身敗血性癥狀。目前的研究普遍認(rèn)為IBD 與三個(gè)因素有關(guān)：潘氏細(xì)胞的α-防御素、腸道微生物群和飲食因素。潘氏細(xì)胞α-防御素與炎癥性腸病相關(guān)的證據(jù)之一是IBD常伴隨潘氏細(xì)胞功能異常，IBD 患者經(jīng)常因細(xì)菌過度生長或生態(tài)失調(diào)而發(fā)生腸道局部感染或全身感染［14］。

回腸克羅恩病（CD）是炎癥性腸病中的重要疾病，影響整個(gè)消化道尤其是小腸內(nèi)平衡狀態(tài)，并引起透壁性腸炎、縱向潰瘍和腸狹窄。目前CD 發(fā)病機(jī)制尚不明確，但已經(jīng)揭示出許多克羅恩病的易感基因，如自噬相關(guān)基因和ER 應(yīng)激反應(yīng)因子，均在潘氏細(xì)胞中表達(dá)。例如CD 的標(biāo)志易感基因NOD2的遺傳缺陷會(huì)顯著影響潘氏細(xì)胞的功能，并促進(jìn)IBD發(fā)生［15］。在自噬基因Atg16L1遺傳缺陷的小鼠中，潘氏細(xì)胞表現(xiàn)出形態(tài)學(xué)異常并且存在分泌缺陷［16］。潘氏細(xì)胞在畜禽炎癥性腸病中的研究報(bào)道較少，但我們可以從人類及模式實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究結(jié)果中洞悉潘氏細(xì)胞及其抗菌肽對IBD 的重要作用，為生產(chǎn)實(shí)踐中畜禽腸道疾病的預(yù)防提供新思路。

3.2 潘氏細(xì)胞與消化道功能障礙 研究表明，腸腔內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)及微生物區(qū)系對飼料轉(zhuǎn)化率具有重要影響，微生物區(qū)系的組成及種類配比的變化會(huì)對畜禽飼料轉(zhuǎn)化率帶來不同的影響效果，而腸道微生物區(qū)系的組成與種類配比受到腸道潘氏細(xì)胞的調(diào)節(jié)［17］。潘氏細(xì)胞分泌的抗菌肽類不僅直接參與清除病原體，還參與建立正常腸道微生物共生區(qū)系，維持腸道穩(wěn)態(tài)。研究表明，在小鼠移植物抗宿主病模型中，潘氏細(xì)胞減少，導(dǎo)致α-防御素的表達(dá)和分泌明顯減少，腸道微生物群的多樣性喪失，大腸桿菌發(fā)生壓倒性的擴(kuò)張，小鼠死于大腸桿菌敗血癥［18］。此外，在人類腸道微生物區(qū)系的研究中發(fā)現(xiàn)，與健康受試者相比，肥胖受試者的防御素水平降低［19］。最新的研究中，潘氏細(xì)胞溶菌酶缺陷以及過表達(dá)等小鼠模型，也揭示了潘氏細(xì)胞溶菌酶作為腸腔內(nèi)溶菌酶的主要來源，通過調(diào)節(jié)腸道菌群尤其是嗜黏液菌種組成進(jìn)而調(diào)控腸道黏膜炎癥免疫。從這些研究進(jìn)展中，我們可以看出潘氏細(xì)胞在維持腸道正常微生物區(qū)系的穩(wěn)態(tài)中具有重要作用，潘氏細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致的α-防御素分泌異常或三級結(jié)構(gòu)的破壞，均會(huì)引起腸道微生態(tài)失調(diào)，進(jìn)而影響腸道消化吸收功能。

4 結(jié)論與展望

畜禽腸道是機(jī)體消化吸收的主要場所，也是重要的免疫屏障，多種外源或內(nèi)源的因素均會(huì)損害腸道正常微生物區(qū)系和滲透功能，嚴(yán)重的誘發(fā)腸道炎癥，最終影響畜禽生長性能。潘氏細(xì)胞是腸道天然屏障的重要組成部分，可以分泌一系列抗菌物質(zhì)。這些抗菌肽具有廣譜高效的抗菌活性，能夠調(diào)節(jié)腸道共生微生物區(qū)系，維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。近年來，關(guān)于潘氏細(xì)胞在人類腸道疾病中的研究不斷增多，潘氏細(xì)胞的生物學(xué)、抗菌肽的功能、腸黏膜免疫和宿主-微生物互作等方面的研究為人類戰(zhàn)勝多種疾病提供了新思路。基于這些研究理論，未來我們可以圍繞潘氏細(xì)胞的功能進(jìn)行新型抗病畜禽的選種選育，也可以針對潘氏細(xì)胞防御素進(jìn)行畜禽抗生素替代品的開發(fā)研究。