糖萼損傷對炎癥性腸病的診斷和監測價值

摘要：炎癥性腸病（IBD）目前無法治愈，只能通過藥物、手術等手段緩解癥狀，延緩和減少復發，因此對疾病活動度的監測至關重要。糖萼是覆蓋于血管內皮細胞管腔側的多糖蛋白復合物，對于維持腸道黏膜屏障具有支持作用，而炎癥會導致其結構受損。該文介紹了目前臨床上IBD在實驗室檢測中的無創性生物標志物，并分析了血清糖萼損傷標志物多配體蛋白聚糖1、硫酸乙酰肝素、透明質酸對IBD的診斷和監測價值。

關鍵詞：炎性腸疾病；腸黏膜；多配體蛋白聚糖1；硫酸乙酰肝素；透明質酸；糖萼損傷

中圖分類號：R446.1，R574.6 文獻標志碼：A DOI：10.11958/20231646

Advances in the diagnostic and monitoring value of glycocalyx injury in

inflammatory bowel disease

ZHANG Ledan1， JIN Mingxing2， LIU Yandi2△

1 School of Medicine， Nankai University， Tianjin 300071， China; 2 Department of Gastroenterology，

Tianjin Union Medical Center

△Corresponding Author E-mail： liuyandi66@163.com

Abstract： Inflammatory bowel disease （IBD） is no cure at present， and only drugs and surgery can relieve symptoms， delay and reduce recurrence. Therefore， it is very important to monitor the disease activity." Glycocalyx， a polyglycoprotein complex covering luminal side of vascular endothelial cells， is supportive in maintaining the intestinal mucosal barrier， and inflammation leads to its structural damage. This review introduces currently available non-invasive biomarkers of clinical importance for IBD in laboratory testing， and analyzes the value of serum glycocalyx injury markers （syndecan-1， HS and HA） in the diagnosis or monitoring of IBD.

Key words： inflammatory bowel diseases; intestinal mucosa; syndecan-1; heparitin sulfate; hyaluronic acid; glycocalyx damage

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一組以胃腸道反復慢性炎癥反應為主要表現的自身免疫性疾病。在發達國家，IBD患病率超過0.3%，一些新興工業化國家的IBD患病率亦持續上升［1］。IBD的癥狀大多為非特異性，而診斷又缺乏金標準，且尚無治愈的方法，因此對疾病活動度的監測至關重要［2］。因內鏡檢查具有有創性，無法作為常規的監測手段［3］。目前尚缺乏高特異性的生物標志物作為其診斷和監測工具。腸道黏膜是位于消化道內的一層薄膜，是防止有害微生物、毒素和抗原進入血液的屏障，糖萼在維持這一功能中起到重要支持作用［4］。糖萼是覆蓋于血管內皮細胞管腔側的多糖蛋白復合物，其在調節血管通透性、炎癥以及剪應力的機械傳導等生理功能中起重要作用［5］。血清多配體蛋白聚糖1（Syndecan-1）、硫酸乙酰肝素（heparin sulfate，HS）、透明質酸（hyaluronic acid，HA）可作為內皮糖萼損傷的標志物［6］。研究表明，腸道黏膜免疫失衡與IBD發生發展有關［7］，且IBD患者伴有明顯的腸道炎癥、組織水腫、充血及腸黏膜創面潰瘍，由此可推測IBD的發生發展與糖萼損傷有關。本文對IBD常見的生物標志物及IBD患者血清糖萼損傷標志物對IBD的診斷和監測價值進行綜述。

1 IBD常見的生物標志物

IBD目前在臨床上使用的診斷和監測指標主要包括C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）、紅細胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）和糞便鈣衛蛋白（fecal calprotectin，FC），敏感度和特異度均有限。CRP是一種五聚體蛋白，由肝細胞應對各種急慢性炎癥時產生，其水平在機體發生炎癥時升高，廣泛用于IBD篩查和疾病活動度的評估，也可通過重復測量來評估治療效果，尤其是在克羅恩病中［8］。CRP對炎癥敏感，半衰期較短，但不具有特異性，其表達受多種因素影響［9］。

ESR即紅細胞在1 h內通過血漿遷移的速率，可快速粗略地評估一般急性炎癥。與CRP不同，ESR的峰值速度下調較慢［8］，且ESR值在潰瘍性結腸炎和克羅恩病中相差不大。ESR是診斷和監測IBD的生物標志物之一，其較CRP持續時間更長，但敏感度和特異度均較低［10-11］。

FC是一種鈣結合蛋白，其水平升高與腸道炎癥有關，與IBD的疾病活動度呈正相關［12］，可區分IBD與腸易激綜合征，評估疾病活動及對治療的反應，并預測疾病復發［13］，因此FC在IBD的診斷和監測中具有重要作用。FC的敏感度和陰性預測值高，且穩定性較好，但特異度較低［14］。

2 血管內皮糖萼

2.1 糖萼的結構及功能 糖萼主要由糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs）和蛋白聚糖（proteoglycans，PGs）組成。其中GAGs主要包括HS、HA和硫酸軟骨素（chondroitin sulfate，CS）［15］；PGs主要包括Syndecans、磷脂酰肌醇蛋白聚糖（glypican）等［16］。糖萼作為血管內皮屏障，除了調節血管通透性，還參與生長因子和趨化因子等的信號傳導、抗炎、抗血栓形成以及剪應力的機械傳導［15］。有研究表明，炎癥反應時內皮糖萼結構受損，促炎因子主要是通過刺激內皮細胞產生金屬蛋白酶及透明質酸，并刺激肥大細胞分泌肝素酶，從而導致糖萼的損傷［17］。

2.2 糖萼損傷標志物 糖萼結構具有易損性，在急性損傷、炎癥等病理條件下會導致其結構受損，通常表現為糖萼層變薄，組分破壞、脫落［18］。目前臨床上常用血清中的糖萼損傷脫落物進行定量分析，從而進行糖萼厚度與損傷程度的無創可視化研究［19］。糖萼的降解通常伴隨著一種或多種糖萼成分（Syndecan-1、HS和HA）脫落至血液中，其脫落代表著內皮糖萼的健康狀況［20］。

3 糖萼損傷在IBD中的診斷和監測價值

3.1 腸道黏膜屏障 腸道是一個動態而復雜的生態系統，腸道黏膜屏障在維持其穩定方面發揮了重要作用。腸道黏膜屏障由物理屏障、化學屏障、免疫屏障和微生物屏障組成，腸道物理屏障是腸道黏膜屏障的重要組成部分［21］，是維持化學屏障、免疫屏障和其他屏障功能的結構基礎，其中最重要的是黏液層和糖萼［22］。黏蛋白（Mucins，MUC）根據結構和功能特征可大致分為分泌型和跨膜型，其中分泌型黏蛋白包括MUC2、MUC5AC和MUC6等，是黏液層的主要成分；跨膜型黏蛋白包括MUC1、MUC3、MUC4、MUC13和MUC17等，其延伸結構域形成致密的腸細胞糖萼［7］，可以阻擋細菌等病原體的入侵。

正常情況下，腸道內微生物的數量和種類處于動態平衡中，這對維持和調節腸黏膜屏障的功能至關重要［23］。一方面，腸道微生物通過釋放抗菌物質或提高對有害及致病菌定植的抵抗力來防止病原體入侵；另一方面，腸道微生物可以限制腸道免疫系統的過度反應，從而維持免疫耐受性和穩態。

3.2 從腸道黏膜屏障功能不全探討糖萼損傷與IBD的關系 腸道黏膜屏障的完整性和功能對維持免疫穩態至關重要。一旦腸道黏膜屏障受損，外界抗原就會通過受損的腸道黏膜侵入體內，誘發和加重全身炎癥反應，導致自身免疫耐受破壞和免疫穩態失衡，加劇IBD等自身免疫性疾病的進展［24］。因此，腸道黏膜屏障功能障礙是導致IBD發展的重要因素。一方面，糖萼對維持腸道黏膜物理屏障具有重要作用，當有細菌入侵或機械應激等刺激時，會引起腸道糖萼層受損，從而導致腸道通透性增加［25］，各種毒素、炎性介質和抗原產物等會侵入腸壁深層，從而異常激活多種炎癥和免疫細胞，產生大量促炎因子，這些異常因子亦會加劇腸道糖萼層的破壞［21］，導致屏障功能喪失，并啟動黏膜維持所涉及的信號通路［26］，進一步導致IBD的急性發作。另一方面，細菌性脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與慢性腸道炎癥有關，LPS是革蘭陰性菌外膜的組成部分。有研究表明，LPS會損傷糖萼結構［27］。產生LPS的細菌是健康腸道微生物的正常組成部分。當腸道微生物屏障失衡時，LPS會損害腸道上皮細胞，從而引起腸道慢性炎癥，其特征是腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和誘導型一氧化氮合酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）炎癥途徑的激活以及氧化應激的加重［28］。而IBD患者的腸道通透性和血清LPS水平升高，可能會激活TNF-α炎癥途徑，導致糖萼脫落，從而破壞糖萼的完整性［29］。MUC17是糖萼中的主要膜黏蛋白之一，在小鼠斷奶期間白細胞介素（interleukin，IL）-22可特異性上調MUC17表達，MUC17通過抑制革蘭陰性菌產生LPS，降低革蘭陽性菌的脂磷壁酸水平，從而阻止細菌進入腸細胞。當腸道微生物屏障免疫異常時，細菌會導致膜黏蛋白合成減少，從而降低糖萼的屏障作用，進一步導致IBD的發生［30］。

3.3 從炎癥角度探討糖萼損傷與IBD的關系 IBD的特點是IL和TNF-α等炎性細胞因子的過度表達及腸道的高氧化應激狀態，糖萼層的損傷是炎癥發展的初始階段［31］。糖萼在炎癥性疾病（如IBD等）作用下的損傷機制也逐漸明確。

IBD患者TNF-α、干擾素-γ（interferon-γ，IFN?γ）和IL-17A等促炎細胞因子表達上調。TNF-α的激活可通過多種機制對糖萼的完整性產生負面影響。一方面，TNF-α的激活可誘導活性氧和氮物種（reactive oxygen species/reactive nitrogen species，ROS/RNS）的產生，而某些ROS/RNS會間接激活基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的活性［16］。MMPs是一類鋅依賴性內肽酶，具有多種亞型，可降解細胞外基質中的膠原蛋白、彈性蛋白以及糖萼中的多配體蛋白聚糖等成分，IBD患者體內MMPs表達上調，可裂解糖萼的核心蛋白，導致糖萼損傷［32］。另一方面，TNF-α會激活核轉錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）代謝通路，導致肥大細胞活化，促使肥大細胞脫顆粒，進一步釋放細胞因子、組胺、硫酸乙酰肝素酶等降解糖萼組分，導致糖萼降解［33］。

氧化應激常發生于IBD等各類疾病，目前氧化應激導致糖萼損傷的具體分子生物學機制尚未明確。有研究指出，機體氧化應激過程中產生的ROS、RNS等自由基通過獲得具有催化活性的過渡金屬與糖萼相結合，產生高活性的羥基自由基，從而激活巨噬細胞，導致糖萼結構的損傷［34］。

綜上，IBD患者炎性因子水平升高，同時伴有高氧化應激狀態，而這些因素均可造成糖萼結構損傷。糖萼結構的損傷又導致組織通透性升高和趨化因子聚集，進一步加劇炎癥反應，形成惡性循環［35］。

3.4 糖萼裂解標志物作為診斷工具 由于IBD會導致糖萼層損傷，因此建立血液循環中糖萼裂解物與IBD病情發展之間的關系，可能為其在IBD活動性及病情發展評估提供依據［36］。生理條件下，循環血中含有一定量的糖萼損傷標志物，發生炎癥時其水平明顯升高［37］。

糖萼中的GAGs在免疫和炎癥過程中發揮重要作用，尤其是HA。HA參與IBD的進展可能與下列因素有關：一方面，HA可以結合凝血因子，增加血小板聚集，促進和支持IBD期間的炎癥反應；另一方面，HA還可與胰蛋白酶α抑制劑形成復合物，與白細胞高度黏附，進一步加劇炎癥［38］。有研究表明，HA可以參與誘導白細胞浸潤腸道并激活免疫應答，從而促進IBD進展［39］。

Syndecan-1在血管內皮和循環細胞中表達上調，也可在未成熟的B細胞中表達，并受IL-6和LPS的調節。Syndecan-1與糖萼分解和內皮破壞有關，且syndecan-1作為包括促炎細胞因子和生長因子在內的多種細胞外配體的共受體，在炎癥過程中發揮重要作用。Syndecan-1的胞外部分在炎癥反應和病原體感染時會從細胞表面被釋放出來，因此血液中syndecan-1可作為評估IBD進展的潛在標志物之一［39］。有研究以內鏡下Mayo評分對潰瘍性結腸炎（UC）進行分組，發現與非活動性UC組（內鏡下Mayo評分lt;2分）相比，活動性UC組（內鏡下Mayo評分≥2分）患者血清中syndecan-1水平顯著升高，提示syndecan-1水平與活動性UC可能相關，且克羅恩病和急性腸炎憩室等其他炎癥性腸病患者血清中syndecan-1水平亦升高；ROC曲線分析結果顯示，當syndecan-1截斷值為37.1 μg/L時，其診斷UC的敏感度為78%，特異度為77%，因此血清中糖萼損傷標志物在診斷和監測IBD中具有潛在價值［40］。

綜上所述，糖萼對維持腸道黏膜屏障完整性具有重要作用，糖萼損傷會導致黏膜屏障受損，進而促進IBD的發生。糖萼可作為IBD診斷和監測的潛在生物標志物，但其診斷價值尚需進一步驗證。

參考文獻

［1］ COLLABORATORS G I B D. The global，regional， and national burden of inflammatory bowel disease in 195 countries and territories，1990-2017：a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017［J］. Lancet Gastroenterol Hepatol，2020，5（1）：17-30. doi：10.1016/S2468-1253（19）30333-4.

［2］ BRUSCOLI S，FEBO M，RICCARDI C，et al. Glucocorticoid therapy in inflammatory bowel disease：mechanisms and clinical practice［J］. Front Immunol，2021，12：691480. doi：10.3389/fimmu.2021.691480.

［3］ CORNISH J S，WIRTHGEN E，DABRITZ J. Biomarkers predictive of response to thiopurine therapy in inflammatory bowel disease［J］. Front Med（Lausanne），2020，7：8. doi：10.3389/fmed.2020.00008.

［4］ SCHOULTZ I，KEITA A V. The intestinal barrier and current techniques for the assessment of gut permeability［J］. Cells，2020，9（8）：1909. doi：10.3390/cells9081909.

［5］ QU J，CHENG Y，WU W，et al. Glycocalyx impairment in vascular disease：focus on inflammation［J］. Front Cell Dev Biol，2021，9：730621. doi：10.3389/fcell.2021.730621.

［6］ XIE Z，BORSET M，SVEEN K，et al. Markers of endothelial glycocalyx dysfunction in Clarkson disease［J］. J Transl Med，2022，20（1）：380. doi：10.1186/s12967-022-03587-1.

［7］ GRONDIN J A，KWON Y H，FAR P M，et al. Mucins in intestinal mucosal defense and inflammation：learning from clinical and experimental studies［J］. Front Immunol，2020，11：2054. doi：10.3389/fimmu.2020.02054.

［8］ ISKANDAR H N，CIORBA M A. Biomarkers in inflammatory bowel disease：current practices and recent advances［J］. Transl Res，2012，159（4）：313-325. doi：10.1016/j.trsl.2012.01.001.

［9］ CHEN Y H，WANG L，FENG S Y，et al. The relationship between C-reactive protein/albumin ratio and disease activity in patients with inflammatory bowel disease［J］. Gastroenterol Res Pract，2020，2020：3467419. doi：10.1155/2020/3467419.

［10］ LIU D，SAIKAM V，SKRADA K A，et al. Inflammatory bowel disease biomarkers［J］. Med Res Rev，2022，42（5）：1856-1887. doi：10.1002/med.21893.

［11］ GUO X，HUANG C，XU J，et al. Gut microbiota is a potential biomarker in inflammatory bowel disease［J］. Front Nutr，2021，8：818902. doi：10.3389/fnut.2021.818902.

［12］ AITTAN E，GRALNEK I M，BERNS M S. The new proactive approach and precision medicine in Crohn's disease［J］. Biomedicines，2020，8（7）：193. doi：10.3390/biomedicines 8070193.

［13］ MURRAY J，KOK K B，AYLING R M. Fecal calprotectin in gastrointestinal disease［J］. Clin Chem，2023，69（7）：699-710. doi：10.1093/clinchem/hvad051.

［14］ FREEMAN K，WILLIS B H，FRASER H，et al. Faecal calprotectin to detect inflammatory bowel disease：a systematic review and exploratory meta-analysis of test accuracy［J］. BMJ Open，2019，9（3）：e27428. doi：10.1136/bmjopen-2018-027428.

［15］ HU Z，CANO I，D’AMORE P A. Update on the role of the endothelial glycocalyx in angiogenesis and vascular inflammation［J］. Front Cell Dev Biol，2021，9：734276. doi：10.3389/fcell.2021.734276.

［16］ FRANCEKOVI? P，GLIEMANN L. Endothelial glycocalyx preservation-impact of nutrition and lifestyle［J］. Nutrients，2023，15（11）：2573. doi：10.3390/nu15112573.

［17］ YANG J，LEBLANC M E，CANO I，et al. ADAM10 and ADAM17 proteases mediate proinflammatory cytokine-induced and constitutive cleavage of endomucin from the endothelial surface［J］. J Biol Chem，2020，295（19）：6641-6651. doi：10.1074/jbc.RA119.011192.

［18］ PUCHWEIN-SCHWEPCKE A，GENZEL-BOROVICZENY O，NUSSBAUM C. The endothelial glycocalyx：physiology and pathology in neonates，infants and children［J］. Front Cell Dev Biol，2021，9：733557. doi：10.3389/fcell.2021.733557.

［19］ DOGNE S，FLAMION B. Endothelial glycocalyx impairment in disease：focus on hyaluronan shedding［J］. Am J Pathol，2020，190（4）：768-780. doi：10.1016/j.ajpath.2019.11.016.

［20］ YANY Y，SCHMIDT E P. The endothelial glycocalyx：an important regulator of the pulmonary vascular barrier［J］. Tissue Barriers，2013，1（1）：e23494. doi：10.4161/tisb.23494.

［21］ AN J，LIU Y，WANG Y，et al. The role of intestinal mucosal barrier in autoimmune disease：a potential target［J］. Front Immunol，2022，13：871713. doi：10.3389/fimmu.2022.871713.

［22］ SCHNEIDER H，PELASEYED T，SEVNSSON F，et al. Study of mucin turnover in the small intestine by in vivo labeling［J］. Sci Rep，2018，8（1）：5760. doi：10.1038/s41598-018-24148-x.

［23］ MARTENS E C，NEUMANN M，DESAI M S. Interactions of commensal and pathogenic microorganisms with the intestinal mucosal barrier［J］. Nat Rev Microbiol，2018，16（8）：457-470. doi：10.1038/s41579-018-0036-x.

［24］ PARAY B A，ALBESHR M F，JAN A T，et al. Leaky gut and autoimmunity：an intricate balance in individuals health and the diseased state［J］. Int J Mol Sci，2020，21（24）：9770. doi：10.3390/ijms21249770.

［25］ SEGRIST E，CHERRY S. Using diverse model systems to define intestinal epithelial defenses to enteric viral infections［J］. Cell Host Microbe，2020，27（3）：329-344. doi：10.1016/j.chom.2020.02.003.

［26］ HANSSON G C. Mucins and the microbiome［J］. Annu Rev Biochem，2020，89：769-793. doi：10.1146/annurev-biochem-011520-105053.

［27］ LI H，HAO Y，YANG L L，et al. MCTR1 alleviates lipopolysaccharide-induced acute lung injury by protecting lung endothelial glycocalyx［J］. J Cell Physiol，2020，235（10）：7283-7294. doi：10.1002/jcp.29628.

［28］ HU C，LIAO S，LV L，et al. Intestinal immune imbalance is an alarm in the development of IBD［J］. Mediators Inflamm，2023，2023：1073984. doi：10.1155/2023/1073984.

［29］ MAGRO D O，KOTZE P G，MARTINEZ C A R，et al. Changes in serum levels of lipopolysaccharides and CD26 in patients with Crohn's disease［J］. Intest Res，2017，15（3）：352-357. doi：10.5217/ir.2017.15.3.352.

［30］ LAYUNTA E，JAVERFELT S，DOLAN B，et al. IL-22 promotes the formation of a MUC17 glycocalyx barrier in the postnatal small intestine during weaning［J］. Cell Rep，2021，34（7）：108757. doi：10.1016/j.celrep.2021.108757.

［31］ VILLALBA N，BABY S，YUAN S Y. The endothelial glycocalyx as a double-edged sword in microvascular homeostasis and pathogenesis［J］. Front Cell Dev Biol，2021，9：711003. doi：10.3389/fcell.2021.711003.

［32］ NIGHOT M，GANAPATHY A S，SAHA K，et al. Matrix metalloproteinase MMP-12 promotes macrophage transmigration across intestinal epithelial tight junctions and increases severity of experimental colitis［J］. J Crohns Colitis，2021，15（10）：1751-1765. doi：10.1093/ecco-jcc/jjab064.

［33］ LIN J C，WU J Q，WANG F，et al. QingBai decoction regulates intestinal permeability of dextran sulphate sodium-induced colitis through the modulation of notch and NF-κB signalling［J］. Cell Prolif，2019，52（2）：e12547. doi：10.1111/cpr.12547.

［34］ WU D，ZHOU J，CREYER M N，et al. Phenolic-enabled nanotechnology：versatile particle engineering for biomedicine［J］. Chem Soc Rev，2021，50（7）：4432-4483. doi：10.1039/d0cs00908c.

［35］ POLEDNICZEK M，NEUMAYER C，KOPP C W，et al. Micro- and macrovascular effects of inflammation in peripheral artery disease-pathophysiology and translational therapeutic approaches［J］. Biomedicines，2023，11（8）：2284. doi：10.3390/biomedicines11082284.

［36］ MILUSEV A，DESPONT A，SHAW J，et al. Inflammatory stimuli induce shedding of heparan sulfate from arterial but not venous porcine endothelial cells leading to differential proinflammatory and procoagulant responses［J］. Sci Rep，2023，13（1）：4483. doi：10.1038/s41598-023-31396-z.

［37］ TAGHAVI S，ABDULAH S，SHAHEEN F，et al. Glycocalyx degradation and the endotheliopathy of viral infection［J］. PLoS One，2022，17（10）：e0276232. doi：10.1371/journal.pone.0276232.

［38］ DERKACZ A，OLCZYK P，OLCZYK K，et al. The role of extracellular matrix components in inflammatory bowel diseases［J］. J Clin Med，2021，10（5）：1122. doi：10.3390/jcm10051122.

［39］ DERKACZ A，OLCZYK P，JURA-POLTORAK A，et al. The diagnostic usefulness of circulating profile of extracellular matrix" components：sulfated glycosaminoglycans（sGAG），hyaluronan（HA） and extracellular part of Syndecan-1（sCD138） in patients with Crohn's disease and ulcerative colitis［J］. J Clin Med，2021，10（5）：1122. doi：10.3390/jcm10051122.

［40］ FLOER M，CLAUSEN M，MEISTER T，et al. Soluble syndecan-1 as marker of intestinal inflammation：a preliminary study and evaluation of a new panel of biomarkers for non-invasive prediction of active ulcerative colitis［J］. Adv Clin Exp Med，2021，30（7）：655-660. doi：10.17219/acem/139040.

（2023-11-14收稿 2024-02-28修回）

（本文編輯 陳麗潔）