TNF-α在炎癥性腸病發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制

陳明琪 崔 云 陳曉宇

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市消化疾病研究所(200001)

炎癥性腸病(IBD)是由自身免疫紊亂所導(dǎo)致的一種慢性、復(fù)發(fā)性腸道炎癥，主要包括克羅恩病(CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(UC)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，亞洲IBD的發(fā)病率逐年增加，導(dǎo)致社會(huì)、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)日益加重[1]。目前TNF-α單抗在IBD的臨床實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用和認(rèn)可。TNF-α單抗不僅可降低IBD患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，而且有利于改善CD所導(dǎo)致的狹窄、穿孔等并發(fā)癥[2-3]。本文就TNF-α在IBD發(fā)生、發(fā)展中的作用作一綜述。

一、TNF-α概述

TNF和TNF受體超家族包含19種配體和29種受體，在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、生長、凋亡、炎癥因子、趨化因子的生成等方面起有重要作用[4]。TNF-α又分為分泌型和跨膜型，其中跨膜型是分泌型的前體，表達(dá)于激活的單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等，經(jīng)一系列金屬蛋白酶的處理后，由跨膜型轉(zhuǎn)變?yōu)榉置谛筒⑿惺股锕δ躘5]。TNF不僅可由活化的單核巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞、T細(xì)胞等免疫細(xì)胞分泌，而且可由各種非免疫細(xì)胞如內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等分泌[6]。

二、TNF-α在IBD發(fā)生、發(fā)展中的機(jī)制

1.在腸道局部的作用機(jī)制：TNF-α可在病變部位聚集。有研究發(fā)現(xiàn)UC患者TNF-α mRNA水平明顯升高，尤其是中重度疾病患者，同時(shí)CD和UC病變固有層淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中TNF-α染色增加[7]。

①TNF-α參與腸道局部損傷和炎癥反應(yīng)：有研究[8]發(fā)現(xiàn)IBD患者病變黏膜組織中分泌炎癥介質(zhì)的中性粒細(xì)胞數(shù)量增加，TNF-α抗體片段可明顯減少中性粒細(xì)胞的遷移及其產(chǎn)生的以TNF-α為主的促炎介質(zhì)。TNF-α主要與TNFR1結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)，TNFR1細(xì)胞外部分富含同型半胱氨酸結(jié)構(gòu)域，通過NF-κB途徑下游引起瀑布反應(yīng)?；罨腡NFR1胞內(nèi)部分形成TNFR1相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(TRADD)，促進(jìn)受體相互作用蛋白激酶1(RIPK1)產(chǎn)生，RIPK1在被泛素化后產(chǎn)生活性，為TAK1/TAB2/3復(fù)合體和NEMO/IKKα/β復(fù)合體提供重要的結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)NF-κB可被這兩個(gè)復(fù)合體轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，進(jìn)而激活NF-κB轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，影響基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)控下游的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡[9-10]。NF-κB經(jīng)典途徑與急性炎癥反應(yīng)有關(guān)，可促進(jìn)COX-2、IL-1β、IL-6等炎癥因子的分泌。另一方面，跨膜型TNF-α可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)STAT1與TNFR1結(jié)合，活化DNA水解酶從而誘導(dǎo)細(xì)胞DNA降解，促進(jìn)細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)瀑布的發(fā)生，從而引起急性炎癥反應(yīng)以及組織損傷[5]。由此可見，TNF-α參與腸道黏膜炎性反應(yīng)并在促進(jìn)腸道黏膜上皮細(xì)胞壞死脫落中起有重要作用。

②TNF-α增加局部腸黏膜的通透性：細(xì)胞間緊密連接主要通過3個(gè)部分組成，包括頂端的緊密連接(TJs)、下面的黏附連接(AJs)以及兩者之間的細(xì)胞橋粒，任意部分缺失或結(jié)構(gòu)異常均可能造成細(xì)胞間緊密連接的缺陷，從而增加上皮細(xì)胞通透性。研究表明TNF-α在體內(nèi)外均可降低TJs蛋白表達(dá)，促進(jìn)TJs分解，進(jìn)而影響細(xì)胞間緊密連接的穩(wěn)定[11]。有研究[12]證實(shí)TNF-α可明顯提高腸上皮細(xì)胞內(nèi)肌球蛋白輕鏈(MLC)的磷酸化水平，促進(jìn)F-actin重組，而F-actin是AJs/TJs與細(xì)胞骨架之間重要的連接，其結(jié)構(gòu)變化會(huì)影響AJs/TJs之間連接的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞通透性增高。

③TNF-α可促進(jìn)局部小血栓的形成：TNF-α對凝血系統(tǒng)的影響一方面通過活化NF-κB途徑來促進(jìn)因子Ⅷ、尿激酶型纖溶酶原激活物、纖溶酶原激活物抑制物等凝血因子產(chǎn)生[13]。另一方面，TNF-α可降低血栓調(diào)節(jié)蛋白和內(nèi)皮蛋白C受體mRNA和蛋白表達(dá)，從而抑制纖溶系統(tǒng)活性[14]。此外，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TNF-α可促進(jìn)血小板的聚集和活化，局部微小血栓的形成可造成低氧和損傷[15]。

④TNF-α促進(jìn)局部小血管的收縮：TNF-α可通過多種氧化還原途徑促進(jìn)微血管內(nèi)皮細(xì)胞以及血管周圍巨噬細(xì)胞分泌內(nèi)皮素1(ET-1)[16-17]。TNF-α首先激活小分子GTP酶，然后激活下游MAPKKK、MAPKK、MAPK，進(jìn)而激活p38α/MAPK14，促進(jìn)ET-1相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[18]。無論是在IBD患者或小鼠結(jié)腸炎模型中，腸道局部ET濃度均高于正常值，可加重IBD局部小血管炎情況，導(dǎo)致持續(xù)的小血管收縮和腸道缺血[19]。

⑤TNF-α促進(jìn)局部纖維化進(jìn)展以及過度修復(fù)：腸道不可逆性纖維化和狹窄是IBD進(jìn)展過程中常見的并發(fā)癥。TNF-α通常在單核細(xì)胞株的細(xì)胞內(nèi)合成，成熟后插入細(xì)胞脂質(zhì)膜成為跨膜TNF-α，繼而由金屬蛋白酶水解后轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訲NF-α(sTNF-α)，由細(xì)胞釋放后與TNFR1或TNFR2結(jié)合，發(fā)揮炎癥因子的功能。Szondy等[20]的研究發(fā)現(xiàn)跨膜TNF-α可作為胞膜受體，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號途徑，促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌TGF-β。TGF-β在誘導(dǎo)纖維化進(jìn)程中起有重要作用，可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞活動(dòng)和細(xì)胞外基質(zhì)的沉積，同時(shí)還可誘導(dǎo)軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(COMP)表達(dá)[21]。COMP不但可直接促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積，還可影響間質(zhì)細(xì)胞的功能，促進(jìn)增殖并分泌膠原纖維，進(jìn)一步促進(jìn)纖維化的形成[22]。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)在纖維化病變腸段的黏膜下層和肌層存在大量COMP和膠原沉積[23]。另一方面跨膜TNF-α又可以作為信號分子，充分激活TNFR2，誘導(dǎo)細(xì)胞存活途徑，有助于細(xì)胞增殖[24]。局部過度修復(fù)亦與TNF-α有關(guān)。TNF-α可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)以及內(nèi)皮黏附分子VCAM1的形成。VCAM1促進(jìn)血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的黏附和募集，從而促進(jìn)新生血管形成，VEGF在組織生長發(fā)育、損傷修復(fù)過程中可誘導(dǎo)血管形成，高濃度VEGF可能會(huì)導(dǎo)致微血管網(wǎng)和畸形血管團(tuán)的形成[25]。

⑥TNF-α影響腸黏膜上皮的分泌功能：腹瀉是IBD常見的標(biāo)志性癥狀，Na+的吸收功能受到破壞是導(dǎo)致腹瀉最主要的機(jī)制，IBD患者腸上皮的離子交換泵如Na+-H+交換體(NHE)、鈉離子電通道和Na+-K+-ATP酶的功能和表達(dá)均受到影響[26]。NHE對維持細(xì)胞內(nèi)外的離子平衡起有重要作用，其中NHE2、NHE3、NHE8分布于上皮細(xì)胞腸腔側(cè)膜，NHE1分布于基底膜。TNF-α可抑制NHE2表達(dá)并大幅降低其活性[27]。NHE3基因敲除的小鼠即使暴露于低劑量DSS也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重結(jié)腸炎導(dǎo)致的腹瀉、低血容量性休克等癥狀，甚至自發(fā)性結(jié)腸炎伴腹瀉[28-29]。說明NHE3在腹瀉發(fā)生中起有重要作用。人活檢標(biāo)本和DSS致結(jié)腸炎小鼠模型中均可見NHE3蛋白表達(dá)下調(diào)[30]。有研究[31]證實(shí)TNF-α通過蛋白激酶A(PKA)介導(dǎo)Sp1和Sp3磷酸化來抑制NHE3啟動(dòng)子活性，從而降低C2BBe1細(xì)胞中NHE3的轉(zhuǎn)錄。TNF-α可下調(diào)NHE8表達(dá)，NHE8缺失會(huì)減少腸上皮Paneth細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的數(shù)量，從而影響腸道黏液和碳酸氫鹽的分泌，導(dǎo)致腸道表面黏液保護(hù)層受損，損傷腸上皮細(xì)胞[32]。TNF-α還會(huì)通過各種細(xì)胞旁路和細(xì)胞內(nèi)途徑促進(jìn)上皮細(xì)胞分泌氯離子和水，從而引起腹瀉。活化T細(xì)胞分泌的TNF-α?xí)餘a+-K+-ATP酶活性降低，從而影響鈉離子依賴的葡萄糖和水分的吸收，引起細(xì)胞內(nèi)外電解質(zhì)平衡的紊亂[33]。由此可見，TNF-α引起的腸道上皮細(xì)胞分泌功能紊亂可導(dǎo)致IBD患者發(fā)生腹瀉癥狀。

2.TNF-α引起IBD腸外表現(xiàn)：一項(xiàng)對照研究[34]發(fā)現(xiàn)，約38.1%的IBD患者出現(xiàn)腸外癥狀，其中CD患者發(fā)生率為43%，UC為31%，且超過30%的患者有2種以上的腸外表現(xiàn)。IBD的腸外累及部位主要為骨骼、皮膚、眼部、膽管，目前較常見的理論為腸道菌群或其他分子形式的抗原與某些部位的組織存在類似抗原結(jié)構(gòu)，在TNF-α的促進(jìn)下引起交叉反應(yīng)[35-36]。超過40%的IBD患者會(huì)出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)相關(guān)的癥狀[34]。骨關(guān)節(jié)相關(guān)并發(fā)癥一方面是由于交叉免疫反應(yīng)所造成的損傷，另一方面破骨細(xì)胞的功能由高水平TNF-α激活，從而造成破骨細(xì)胞的過度活躍，引發(fā)相應(yīng)的溶骨性并發(fā)癥[37]。TNF還可抑制骨礦化基因的表達(dá)，從而影響成骨細(xì)胞的作用，造成骨密度降低[38]。與腸道炎癥活動(dòng)相關(guān)的常見IBD皮膚表現(xiàn)包括結(jié)節(jié)性紅斑、壞疽性膿皮病、急性發(fā)熱性嗜中性皮病、口腔黏膜潰瘍。Vavricka等[39]發(fā)現(xiàn)在結(jié)節(jié)性紅斑和壞疽性膿皮病的活檢標(biāo)本中，TNF-α誘導(dǎo)NF-κB途徑產(chǎn)生的產(chǎn)物表達(dá)相較于正常組織上調(diào)。眼睛是第三大容易受到自身免疫紊亂累及的IBD腸外表現(xiàn)，2%～5%的IBD患者伴有眼部表現(xiàn)，主要包括鞏膜外層炎和前葡萄膜炎。前葡萄膜炎相較鞏膜外層炎對視力的損傷更大[40]，且更容易發(fā)生于IBD腸道癥狀表現(xiàn)前[41]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)TNF-α可誘導(dǎo)ICAM-1在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的表達(dá)，導(dǎo)致眼部炎癥反應(yīng)[42]。

三、討論與展望

TNF-α在IBD的發(fā)病機(jī)制中起有極其重要的作用。一方面可通過諸多途徑激活腸道局部炎癥反應(yīng)，同時(shí)還可誘發(fā)炎癥瀑布引起的全身炎癥反應(yīng)，造成疾病進(jìn)展和相關(guān)并發(fā)癥；另一方面，還可通過促進(jìn)局部微血管內(nèi)血栓形成，加速腸道纖維化進(jìn)程以及影響腸上皮細(xì)胞分泌功能等方式進(jìn)一步對局部組織造成損傷。

盡管英夫利西單抗等TNF-α單抗可明顯改善IBD患者的生活質(zhì)量，但隨著其廣泛應(yīng)用，部分患者發(fā)生TNF-α單抗失效、嚴(yán)重感染等不良反應(yīng)。隨著對TNF-α作用機(jī)制更深入的研究，期待未來發(fā)現(xiàn)更精準(zhǔn)的靶點(diǎn)，既可抑制疾病本身過度的免疫反應(yīng)，同時(shí)又盡量避免治療所帶來的免疫抑制等風(fēng)險(xiǎn)。