抑瘤素M在炎癥性腸病中作用的研究進(jìn)展

陶美慧 張 穎 付 妤

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一組胃腸道非特異性慢性炎性疾病，包括克羅恩病(crohn′s disease, CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)，臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹瀉、腹痛、便血，并可能并發(fā)腸道狹窄、膿腫、瘺管、癌變等，影響患者的生活質(zhì)量。21世紀(jì)以來，包括中國在內(nèi)的新興工業(yè)化國家的IBD發(fā)生率不斷升高，有研究預(yù)計(jì)2025年中國的IBD患者將達(dá)到150萬例，給國家的衛(wèi)生保健系統(tǒng)帶來極大挑戰(zhàn)[1]。目前觀點(diǎn)認(rèn)為IBD發(fā)病關(guān)鍵可能是腸黏膜屏障破壞及免疫紊亂，然而具體發(fā)病機(jī)制尚不明確。抑瘤素M(oncostatin M, OSM)屬于白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)家族成員，具有多種生物學(xué)活性。近年來研究表明OSM可參與上皮屏障功能，促進(jìn)腸道炎性因子分泌和纖維化，并可以預(yù)測IBD患者對抗腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)治療的應(yīng)答，與IBD發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。本文將綜述OSM在IBD中的研究進(jìn)展，以期進(jìn)一步研究其在炎癥性腸病中的作用及具體機(jī)制。

一、抑瘤素及其受體

1986年Zarling等[2]從佛波醇12-肉豆蔻酸鹽13-乙酸酯活化的U-937淋巴瘤細(xì)胞上清液中分離純化得到OSM，并發(fā)現(xiàn)其可以抑制A375黑色素瘤和其他腫瘤細(xì)胞增殖。OSM屬于IL-6家族，該家族成員還包括IL-6、IL-27、IL-11、IL-31、心臟營養(yǎng)素-1(cardiotrophin 1, CT-1)、白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, LIF)、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)以及心肌營養(yǎng)蛋白樣細(xì)胞因子(cardiotrophin-like cytokine factor 1, CLCF1),其中OSM和LIF基因位點(diǎn)相鄰，在蛋白結(jié)構(gòu)、結(jié)合受體及生物學(xué)功能等方面具有相似性[3]。基因組DNA分析顯示，編碼人源OSM的基因位于22號染色體q12 區(qū)。人源OSM多肽經(jīng)蛋白酶裂解后，產(chǎn)生由196個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的成熟分子，其中包含5個(gè)半胱氨酸殘基，形成四螺旋束二級結(jié)構(gòu)，并且半胱氨酸殘基之間構(gòu)成兩個(gè)二硫鍵[4]。腸道組織中，OSM主要由包括CD4+T淋巴細(xì)胞和抗原遞呈細(xì)胞在內(nèi)的造血細(xì)胞表達(dá)[5]。

作為IL-6家族成員，OSM以低親和力結(jié)合家族共有受體亞基gp130的同時(shí)，必須與第二受體LIFRα或OSMRβ結(jié)合才能發(fā)揮生物學(xué)活性。其受體包括兩種類型：Ⅰ型受體為gp130/LIFRα復(fù)合物，可以結(jié)合OSM和LIF；Ⅱ型受體為gp130/OSMRβ復(fù)合物，是OSM特異性受體[3]。研究表明，在人類腸道黏膜組織中，OSMR主要表達(dá)于基質(zhì)細(xì)胞，而上皮細(xì)胞、造血細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)較少甚至無表達(dá)。IBD患者中OSMR增多主要是由于表達(dá)OSMR的腸道基質(zhì)細(xì)胞累積，而非單個(gè)基質(zhì)細(xì)胞上OSMR表達(dá)量增多[5]。

二、抑瘤素的作用機(jī)制及生物學(xué)功能

OSM通過OSMR活化細(xì)胞內(nèi)信號分子來發(fā)揮生物學(xué)功能。受體激活的第一步是OSM配體結(jié)合gp130受體亞基，使得gp130和OSMRβ受體亞基同源或異源二聚體化，進(jìn)而相互磷酸化，活化結(jié)合于受體胞質(zhì)區(qū)的Janus激酶，從而磷酸化酪氨酸殘基，最后選擇性激活下游多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,包括信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(signal transducers and activators of transcription, STAT)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)、磷脂酰肌醇-3-激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶(phosphatidyl-inositol 3-kinase/serine-threonine kinase, PI3K/AKT)等，啟動細(xì)胞內(nèi)的信號級聯(lián)反應(yīng)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，介導(dǎo)相應(yīng)效應(yīng)[3,4]。目前的研究表明，OSM是一種具有多效性的細(xì)胞因子，通過在不同的組織和細(xì)胞中激活相應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與免疫和炎性反應(yīng)、造血、骨代謝、纖維化以及細(xì)胞增殖分化等多種生物學(xué)功能。

有研究報(bào)道在細(xì)菌性肺炎中，OSM特異性作用于肺泡上皮細(xì)胞，激活轉(zhuǎn)錄因子STAT3，誘導(dǎo)趨化因子CXCL5產(chǎn)生，募集中性粒細(xì)胞，參與固有免疫反應(yīng)[6]。另有研究顯示在慢性自身免疫性蕁麻疹中，OSM-OSMR通過JAK/STAT通路介導(dǎo)自身免疫反應(yīng)，促進(jìn)IL-1、IL-6和IFN-γ等炎性因子產(chǎn)生[7]。此外，OSM可磷酸化MAPK信號通路，誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞分泌金屬蛋白酶組織抑制因子-1，促進(jìn)肝臟纖維化[8]。總之，OSM具有多種生物學(xué)活性，參與機(jī)體重要的生理過程及許多疾病的發(fā)生、發(fā)展。目前越來越多研究關(guān)注OSM在自身免疫性疾病和炎性疾病中的作用。

三、抑瘤素與炎癥性腸病

近年來研究顯示，OSM與IBD關(guān)系密切。Jostins等[9]通過全基因組關(guān)聯(lián)研究和Meta分析發(fā)現(xiàn)，22號染色體上OSM的單核苷酸多態(tài)性(rs2412970)與IBD易感性相關(guān)。OSM在急慢性結(jié)腸炎小鼠模型的炎性結(jié)腸組織中表達(dá)顯著增加，且在血清和糞便中也發(fā)現(xiàn)表達(dá)上調(diào)[10,11]。此外，在IBD患者的血清和炎性腸道黏膜中OSM蛋白表達(dá)顯著高于健康對照組[12]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，OSM在多個(gè)方面參與IBD的發(fā)生、發(fā)展，并且對選擇IBD的治療方案以及探究新的治療靶點(diǎn)有一定的啟示作用。

1.OSM與腸黏膜屏障：腸黏膜屏障功能破壞是IBD發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。腸黏膜屏障包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障及生物屏障，其中機(jī)械屏障由完整的腸上皮細(xì)胞和細(xì)胞間連接構(gòu)成，occludin、claudin-1、ZO-1、cadherin及連接黏附分子等緊密連接蛋白對維持屏障功能的完整性發(fā)揮重要作用。研究表明OSM對上皮屏障功能具有重要的調(diào)控作用。Pothoven 等[13]使用重組人OSM刺激呼吸道上皮細(xì)胞后，上皮跨膜電阻下降，異硫氰酸熒光素葡聚糖4(fluorescein isothiocyanate dextran 4, FITC-dextran)水平升高，緊密連接結(jié)構(gòu)破壞，并在體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)OSM水平與上皮滲漏標(biāo)志物α2-巨球蛋白的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，這些結(jié)果說明OSM可誘導(dǎo)上皮屏障功能障礙。另外，OSM可通過介導(dǎo)上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，使上皮細(xì)胞獲得某些間充質(zhì)細(xì)胞的特性，進(jìn)而上皮細(xì)胞極性、細(xì)胞間緊密連接和黏附連接喪失，導(dǎo)致上皮屏障功能受損[14]。

遺傳關(guān)聯(lián)研究指出，IBD易感基因OSMR與腸道上皮屏障功能和修復(fù)有關(guān)[15]。細(xì)胞和動物實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)OSM可以影響腸黏膜屏障功能。有研究顯示OSM以濃度依賴的方式下調(diào)Caco-2細(xì)胞緊密連接蛋白ZO-1、occludin和claudin-1的表達(dá)，誘導(dǎo)腸道屏障功能障礙[10]。除此之外，Li等[11]使用可以干預(yù)OSM途徑的小檗堿處理慢性結(jié)腸炎小鼠，結(jié)果顯示血清中FITC-dextran下降，ZO-1、E-cadherin和occludin等緊密連接蛋白升高，腸黏膜屏障功能改善。這些發(fā)現(xiàn)表明OSM通過破壞腸黏膜屏障，使腸道直接暴露于外界有害物質(zhì)和病原體，最終導(dǎo)致不受控制的腸道炎性反應(yīng)。但也有研究發(fā)現(xiàn)OSM通過STAT3依賴的途徑，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖，并抑制其凋亡，調(diào)節(jié)腸道屏障功能紊亂[16]。

2.OSM的促炎作用：IL-6可上調(diào)促炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生，并抑制T細(xì)胞凋亡，是介導(dǎo)慢性腸道炎癥的重要介質(zhì)之一。OSM屬于IL-6家族，該家族成員的受體大多含有亞基gp130糖蛋白，因此在生物學(xué)活性上有相似作用。研究證實(shí)在腸道基質(zhì)細(xì)胞中，OSM與OSMR結(jié)合后驅(qū)動下游通路，促進(jìn)IL-6、細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM 1)、趨化因子等多種促炎性分子產(chǎn)生，增加腸道炎癥活動度，并且OSM和OSMR的表達(dá)水平與IBD患者組織病理學(xué)嚴(yán)重程度密切相關(guān)[5]。此外，Vossenkamper等[12]使用抗OSM抗體處理IBD患者腸道外植體，發(fā)現(xiàn)IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎性細(xì)胞因子減少。盡管部分研究表明，OSM是具有雙向調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子，作用形式很大程度依賴于其細(xì)胞來源、靶細(xì)胞類型及周圍的免疫微環(huán)境。但目前在IBD中研究證據(jù)顯示OSM主要發(fā)揮促炎的作用，通過上調(diào)趨化因子、黏附分子及炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，促進(jìn)腸道炎癥，阻斷OSM對這一效應(yīng)有一定的抑制作用。

3.OSM與腸道纖維化：IBD患者腸道纖維化是長期炎性反應(yīng)和異常損傷修復(fù)導(dǎo)致過度細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)沉積的結(jié)果。OSM可以調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶與基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子的平衡，影響ECM沉積，并且可以誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，在多種器官中具有促纖維化的作用。研究顯示在特發(fā)性肺纖維化患者的肺泡灌洗液中，OSM蛋白水平顯著上調(diào)。研究者進(jìn)一步通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)鼻腔給予小鼠重組鼠OSM后，出現(xiàn)劑量依賴性的膠原沉積，提示OSM在肺纖維化形成過程中發(fā)揮重要作用[17]。另外，OSM可通過刺激肝巨噬細(xì)胞，上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β1和血小板衍生生長因子B，促進(jìn)肝星狀細(xì)胞Ⅰ型膠原分泌，參與肝臟纖維化形成[18]。

研究表明，OSM對腸道慢性炎癥纖維化也發(fā)揮重要作用。Haberman等[19]在兒童CD患者中發(fā)現(xiàn)，OSM炎癥基因與ECM/膠原炎癥基因標(biāo)志緊密相關(guān)，這與將來腸道狹窄的發(fā)生有關(guān)。研究證實(shí)OSMR主要表達(dá)于腸道基質(zhì)細(xì)胞，并且OSMR的表達(dá)與成纖維細(xì)胞產(chǎn)物Ⅰ型膠原α1鏈(collagen type 1 alpha 1 chain, COL1A1)、成纖維細(xì)胞激活蛋白-α(fibroblast activation protein-α, FAP)、平足蛋白(podoplanin, PDPN)及ICAM 1呈顯著正相關(guān),其中COL1A1是ECM的主要成分，F(xiàn)AP和PDPN表達(dá)于成纖維細(xì)胞表面，ICAM 1是伴腸道狹窄的CD患者成纖維細(xì)胞上表達(dá)增高的黏附因子，提示OSMR可能參與ECM沉積、成纖維細(xì)胞激活及聚集[5]。此外，Li等[11]提出小檗堿可能通過抑制OSM通路，減少膠原沉積，下調(diào)FAP、PDPN和α平滑肌肌動蛋白的表達(dá)，從而減輕葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的慢性結(jié)腸炎腸道纖維化。這些證據(jù)表明OSM可促進(jìn)IBD患者腸道纖維化，進(jìn)而引起腸腔狹窄、腸梗阻等并發(fā)癥，但是目前具體機(jī)制研究較少，進(jìn)一步研究OSM在IBD中的促纖維化作用，以期尋找治療腸道纖維化狹窄的新靶點(diǎn)。

4.抗TNF療效預(yù)測：目前，抗TNF是對IBD患者治療有效的一線生物制劑，但高達(dá)40%的患者對抗TNF治療耐藥，迫切需要可以預(yù)測抗TNF療效的生物學(xué)標(biāo)志物，以期在治療前識別療效不佳的患者，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療。West等[5]提出治療前腸道黏膜高水平的OSM與IBD患者對抗TNF治療應(yīng)答下降密切相關(guān)，OSM可作為抗TNF療效的預(yù)測標(biāo)志物，其預(yù)測患者對英夫利昔單抗不良初始應(yīng)答的ROC曲線下面積達(dá)0.99，敏感度和特異性分別為100%和91.7%。中國IBD患者，OSM和OSMR在炎癥和潰瘍部位的結(jié)腸組織中高表達(dá)，且其表達(dá)水平與抗TNF 治療耐藥有關(guān)[20]。然而腸道黏膜OSM水平檢測是侵入性的檢查，在臨床運(yùn)用上有所局限。另有研究發(fā)現(xiàn)血清OSM水平也能有效預(yù)測抗TNF療效[21,22]。Bertani等[21]通過對接受英夫利昔單抗單藥治療的CD患者進(jìn)行療效預(yù)測標(biāo)志物研究，發(fā)現(xiàn)第54周黏膜愈合患者的基線血清OSM基本為0，而黏膜不愈合患者的血清OSM水平較高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且當(dāng)基線血清OSM水平臨界點(diǎn)取14pg/ml時(shí)，預(yù)測黏膜愈合的ROC曲線下面積為0.91，敏感度和特異性分別為96%和89%，與腸道黏膜OSM水平預(yù)測效果相差不大。OSM除了可以預(yù)測抗TNF治療療效，對于IBD其他生物治療也有一定的預(yù)測價(jià)值。Zhou等[23]在TURANDOT臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)UC患者外周血和腸道炎性組織中OSM mRNA表達(dá)、以及血清中OSM濃度與抗MAdCAM-1單克隆抗體(PF-00547659)治療療效相關(guān)，提示OSM是預(yù)測PF-00547659臨床療效的生物學(xué)標(biāo)志物?？傊?，血清OSM是一種非侵入性、價(jià)廉、可靠的評價(jià)IBD生物治療療效的生物學(xué)標(biāo)志物。患者血清OSM水平有助于評估生物制劑的選擇及優(yōu)化，以利于實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療，提高治療效果和生活質(zhì)量，降低醫(yī)療保健負(fù)擔(dān)。

此外，OSM可能成為IBD治療新靶點(diǎn)。West等[5]使用Fc標(biāo)記的可溶性O(shè)SMR-gp130融合蛋白處理Hh+α-IL-10R模型小鼠，有效中和OSM，同時(shí)OSM相關(guān)的炎性因子減少，對抗TNF治療耐藥的小鼠結(jié)腸炎嚴(yán)重程度減輕。Bordon[24]提出對于抗TNF治療耐藥的IBD患者，靶向OSM-OSMR途徑可能是潛在有效的治療策略。Du等[25]探究OSM-OSMR相互作用位點(diǎn)和三維結(jié)構(gòu)以及OSM-OSMR藥物干預(yù)位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)包含兩個(gè)“熱點(diǎn)”殘基Phe160和Tyr214的3個(gè)藥物結(jié)合靶點(diǎn)，為設(shè)計(jì)阻斷OSM-OSMR相互作用的小分子抑制劑提供思路，以提供更安全有效的靶向治療。因此，OSM可能是IBD新的治療靶點(diǎn)，但是目前的證據(jù)較少，期待進(jìn)一步開展動物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)以證實(shí)其療效。

四、展 望

綜上所述，OSM作為IL-6家族中的一員，通過影響腸黏膜屏障功能，促進(jìn)炎性反應(yīng)和腸道纖維化，參與IBD腸道炎癥的發(fā)生、發(fā)展。此外，OSM可以作為預(yù)測IBD患者抗TNF治療療效的生物學(xué)標(biāo)志物，有利于實(shí)現(xiàn)患者的個(gè)體化治療。但目前有關(guān)OSM在IBD中作用的研究尚不足，OSM對腸道屏障的影響存在爭議，并且對其具體分子機(jī)制的研究不夠深入，有待于進(jìn)一步探討IBD中OSM的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及OSM與抗TNF治療相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)?？筄SM治療可能開拓新的生物制劑，為目前40%對抗TNF治療耐藥的患者提供新的選擇。