關(guān)于炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

侯曉婷,孟 歡,薛佳辰,張華敏,王旭德*,王科斯*

(1.大連大學(xué)醫(yī)學(xué)院慢性病研究中心,遼寧 大連 116622;2.大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院,遼寧 大連 116622;3.延邊大學(xué)藥學(xué)院,吉林 延吉 133002)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一種長(zhǎng)期反復(fù)發(fā)作的影響胃腸道各部位的炎癥性疾病,包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)兩種類(lèi)型。進(jìn)入21 世紀(jì)后,IBD 已經(jīng)成為一種全球性疾病,患病人數(shù)高達(dá)500 萬(wàn),在社會(huì)日益西方化的新興工業(yè)化國(guó)家發(fā)病率加快,負(fù)擔(dān)不斷提高[1-4]。

UC 和CD 在臨床表現(xiàn)、結(jié)腸鏡檢查和組織病理學(xué)特征上相似但有所區(qū)別。UC 是最主要的IBD 類(lèi)型,它從直腸持續(xù)向大腸近端延伸,病變常局限于黏膜上皮。CD 在胃腸道的任何部位均可發(fā)生,但多發(fā)于末端回腸和右半結(jié)腸。除這些報(bào)道的主要表現(xiàn)外,IBD 患者常因腸外并發(fā)癥而痛苦,這些并發(fā)癥可能涉及皮膚病(結(jié)節(jié)性紅斑和壞疽性膿皮病)、眼部疾病(結(jié)膜炎和葡萄膜炎)、風(fēng)濕病(強(qiáng)直性脊柱炎和周?chē)躁P(guān)節(jié)炎)、肝膽疾病(原發(fā)性硬化性膽管炎)、泌尿系統(tǒng)疾病(腎結(jié)石),以及肛周并發(fā)癥(膿腫、瘺管和狹窄)[5-7]。

目前IBD 病因尚不清楚,但一系列的研究表明,個(gè)體的遺傳因素和外部環(huán)境、腸黏膜屏障功能、氧化應(yīng)激、自噬功能異常和適應(yīng)性免疫反應(yīng)各方面都參與了IBD 的發(fā)病過(guò)程[8-11]。本文總結(jié)歸納了上述五個(gè)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,以明確了解IBD 的發(fā)病機(jī)制,為IBD 的治療提供更多思路。

1 遺傳和環(huán)境因素

迄今為止,在IBD 的遺傳框架研究方面已鑒定出163 個(gè)易感位點(diǎn),大多數(shù)位點(diǎn)都有患IBD 的風(fēng)險(xiǎn)。Cleynen 等[12]應(yīng)用蒙特利爾分類(lèi)系統(tǒng)對(duì)34 819 例患者進(jìn)行免疫芯片分型測(cè)試基因型表型關(guān)聯(lián),結(jié)果顯示代表IBD 所有已知危險(xiǎn)等位基因的遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分與疾病亞表型有很強(qiáng)的相關(guān)性。越來(lái)越多的研究報(bào)告IBD 相關(guān)的表觀遺傳學(xué)改變,以及基因表達(dá)和細(xì)胞功能的相關(guān)改變。其中DNA 甲基化在IBD患者的黏膜活檢和外周血單個(gè)核細(xì)胞中的變化已被證實(shí),與健康人相比,UC 患者的基因組甲基化程度相對(duì)較高[13-15]。

在工業(yè)化國(guó)家觀察發(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣污染與IBD的發(fā)病率存在正相關(guān)關(guān)系。居民長(zhǎng)期生活在高濃度二氧化氮和二氧化硫的環(huán)境中可增加患早發(fā)型IBD 的風(fēng)險(xiǎn)[16]。另外西方流行病學(xué)研究表示,吸煙能夠?qū)е禄糃D 的風(fēng)險(xiǎn)增加[2]。

此外,發(fā)展中國(guó)家人群中IBD 發(fā)病率的上升原因之一在于飲食習(xí)慣的“西方化”,即以碳水化合物和紅肉攝入量高、膳食纖維攝入量低為特征[17]。首先,西方飲食對(duì)腸道微生物群組成的影響與較低的微生物多樣性、較高的類(lèi)桿菌和腸桿菌科豐度以及較低的厚壁菌門(mén)水平有關(guān),而傳統(tǒng)的東方飲食則與短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)和較低的腸桿菌科豐度(志賀氏菌和大腸桿菌)有關(guān)。其次,高脂肪、高糖的西方飲食降低了黏液層厚度,增加了腸道通透性,使易感小鼠腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α 分泌增加[18-19]。西方飲食中omega-6 (n-6)/omega-3 (n-3)多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)之間的不平衡,可能會(huì)增加IBD 的風(fēng)險(xiǎn)[17]。在小鼠模型中,高脂肪飲食特別是飽和動(dòng)物脂肪會(huì)增加炎癥,補(bǔ)充omega-3長(zhǎng)鏈脂肪酸則可以預(yù)防腸道炎癥[16,20-22]。

2 腸黏膜屏障

腸黏膜屏障在保護(hù)生物體免受來(lái)自外部環(huán)境的病原體和有害物質(zhì)中發(fā)揮重要功能,由黏液和上皮層以及下面的固有層組成,包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障。免疫細(xì)胞、腸道微生物群和抗微生物肽在維持腸道屏障功能中具有至關(guān)重要的作用。

2.1 機(jī)械屏障

機(jī)械屏障包括腸上皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞緊密連接等。緊密連接(tight junction, TJ)在腸道屏障功能中起著重要的作用。腸上皮細(xì)胞中的TJ 蛋白由不同的連接分子組成,調(diào)節(jié)鄰近細(xì)胞中水、離子和大分子的細(xì)胞旁滲透性,而TJ 屏障的完整性缺失和結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致免疫細(xì)胞的強(qiáng)制激活和不同組織中的慢性炎癥,最近的研究表明腸道TJ 屏障可以作為一個(gè)潛在的目標(biāo)預(yù)防和減少不同的炎癥性疾病[23-24]。在自發(fā)性結(jié)腸炎的白介素(interleukin, IL)-10 基因敲除模型中,屏障通透性的增加先于疾病的發(fā)生,過(guò)度表達(dá)TJ 蛋白的小鼠模型導(dǎo)致屏障通透性增加[25]。其他整合性膜蛋白對(duì)泄漏途徑的調(diào)控和維持至關(guān)重要。例如, 閉鎖小帶蛋白( zonula occludens, ZO)-1 具有一個(gè)肌動(dòng)蛋白結(jié)合域,部分通過(guò)肌動(dòng)蛋白環(huán)調(diào)控泄漏途徑[26-27]。Ibrahim 等[28]發(fā)現(xiàn)磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase, PI3K)家族成員之一,PIK3R3 的表達(dá)水平隨著結(jié)腸炎的發(fā)生而增加。體外研究顯示,上調(diào)的PIK3R3 降低ZO-1 的表達(dá),而下調(diào)PIK3R3 能夠增加ZO-1 的表達(dá)。Sturgeon 等[29]報(bào)道了ZO-1 依賴(lài)性小腸屏障損傷是導(dǎo)致耐受破壞的早期步驟,隨后發(fā)展為慢性炎癥性疾病。

2.2 化學(xué)屏障

化學(xué)屏障由腸黏膜上皮分泌的黏液、消化液及腸腔內(nèi)正常寄生菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)構(gòu)成。黏液是由杯狀細(xì)胞產(chǎn)生和分泌的一種復(fù)雜的黏附液體,能夠保護(hù)上皮免受損傷并維持細(xì)胞水合作用。結(jié)腸隱窩是結(jié)腸中腸腺的結(jié)構(gòu),杯狀細(xì)胞位于結(jié)腸隱窩中。IBD 導(dǎo)致進(jìn)行性腸隱窩破壞,使杯狀細(xì)胞減少并破壞腸黏液層。在腸道中,黏液的主要成分黏蛋白(mucin, MUC)以MUC2、MUC3 為主[30-34]。在活動(dòng)期UC 期間結(jié)腸黏膜微生物的增加降低了負(fù)責(zé)產(chǎn)生MUC2 的杯狀細(xì)胞的分泌活性。除此之外,在UC中幾種不同的空間上不同的杯狀細(xì)胞表型發(fā)生了改變。MUC 翻譯后修飾異常,而MUC2 糖基化降低且結(jié)構(gòu)改變并降解,這對(duì)黏蛋白表達(dá)水平有影響,并導(dǎo)致UC 患者結(jié)腸黏膜變薄。較薄的結(jié)腸黏膜導(dǎo)致腔內(nèi)微生物成分與結(jié)腸上皮細(xì)胞的浸潤(rùn)和接觸增加,從而驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)[35-38]。

2.3 生物屏障

腸黏膜生物屏障的實(shí)質(zhì)是由腸道常駐菌群組成的一個(gè)相互依賴(lài)又相互作用的微生態(tài)系統(tǒng)。與健康人比較,IBD 患者腸道內(nèi)具有抗炎能力的細(xì)菌減少,而炎癥性細(xì)菌增多[39]。此外,對(duì)患者和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究表明腸道細(xì)菌會(huì)促進(jìn)與IBD 相關(guān)的慢性炎癥,其中雙歧桿菌與乳酸菌在維持腸道生物屏障功能中發(fā)揮著重要作用[40-42]。乳酸菌和雙歧桿菌屬能夠有效緩解IBD 的發(fā)生并降低疾病活動(dòng)指數(shù)[43]。含有雙歧桿菌的益生菌能夠促進(jìn)活動(dòng)期UC患者的病情緩解,而不含雙歧桿菌的益生菌則沒(méi)有有益效果。與健康人群相比,IBD 患者腸道內(nèi)的微生物多樣性較低且厚壁菌門(mén)豐度減少,雙歧桿菌水平降低[30,44-46]。共生細(xì)菌產(chǎn)生的SCFAs 可抑制組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDAC)活性,在IBD 動(dòng)物模型中均具有抗炎和維持上皮屏障功能的作用[47-49]。此外,微小核糖核酸(micro RNA,miRNA)也參與調(diào)節(jié)UC 的發(fā)病機(jī)制,包括調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞、腸上皮屏障和腸道菌群與宿主之間的動(dòng)態(tài)平衡。miR-18a*和miR-4802 可恢復(fù)具核梭桿菌對(duì)結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)化療誘導(dǎo)的凋亡基因表達(dá)、腫瘤凋亡和自噬體形成的抑制作用。Yu等[50]發(fā)現(xiàn)miR-18a*和miR-4802 通過(guò)阻斷具核梭桿菌誘導(dǎo)的自噬激活來(lái)調(diào)節(jié)具核梭桿菌介導(dǎo)的化療耐藥。具核梭桿菌通過(guò)激活Toll 樣受體(toll-like receptor, TLR ) 4/髓樣分化因子 ( myeloid differentiation factor 88, MyD88)通路抑制miR-18a*和miR-4802 的表達(dá),降低miR-18a*和miR-4802 對(duì)其靶基因自噬相關(guān)蛋白7 重組蛋白(recombinant autophagy related protein 7, ATG7)和UNC-51 樣激酶1(UNC-51 like kinase 1, ULK1)ULK1 的抑制作用,導(dǎo)致自噬通路的激活和CRC 化療反應(yīng)的改變。

2.4 免疫屏障

免疫屏障由腸黏膜淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue, GALT)和腸道內(nèi)分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A, SIgA)構(gòu)成。GALT是IBD 發(fā)生的關(guān)鍵部位,患者的炎癥結(jié)腸富含與組織的淋巴樣結(jié)構(gòu)相關(guān)的細(xì)胞和分子[51-55]。Perna等[56]研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺能夠增加SIgA 的產(chǎn)生,SIgA 可以促進(jìn)細(xì)菌在腸腔中的聚集,防止細(xì)菌在上皮表面的黏附從而避免細(xì)菌移位。當(dāng)SIgA 進(jìn)入腸道后能選擇性地包被革蘭氏陰性菌,形成抗原抗體復(fù)合物,阻礙細(xì)菌與上皮細(xì)胞受體相結(jié)合,同時(shí)刺激腸道黏液分泌并加速黏液層的流動(dòng),可有效阻止細(xì)菌對(duì)腸黏膜的黏附[56-57]。

單核吞噬細(xì)胞(巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞)存在于腸道相關(guān)淋巴組織和腸道固有層,具有多種功能,包括吞噬抗原樣本和清除致病物質(zhì),以及產(chǎn)生細(xì)胞因子和維持上皮屏障功能。多項(xiàng)研究表明,腸道巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子和其他可溶性因子有助于維持組織穩(wěn)態(tài),向受損的結(jié)腸上皮傳遞再生信號(hào),促進(jìn)腸道再生反應(yīng)[58-60]。IBD 患者炎癥部位有大量的樹(shù)突狀細(xì)胞,這些細(xì)胞激活CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞、自然殺傷(natural killer, NK)細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞,并抑制調(diào)節(jié)細(xì)胞的活化。樹(shù)突狀細(xì)胞在識(shí)別共生菌群后不會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng),而是通過(guò)主動(dòng)誘導(dǎo)耐受性細(xì)胞因子和誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(regulatory T cells, Tregs)分泌。因此,根據(jù)對(duì)抗原和細(xì)菌的識(shí)別,樹(shù)突狀細(xì)胞可以啟動(dòng)促炎反應(yīng)或者抗炎反應(yīng)[21,53,61]。巨噬細(xì)胞通過(guò)識(shí)別病原體、吞噬微生物和調(diào)節(jié)腸道炎癥來(lái)控制腸道內(nèi)環(huán)境平衡。機(jī)體發(fā)生IBD 時(shí),巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)腸黏膜屏障愈合,并協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)的發(fā)展。根據(jù)激活狀態(tài)的不同,巨噬細(xì)胞分為代表促炎狀態(tài)的經(jīng)典激活巨噬細(xì)胞(M1巨噬細(xì)胞)和代表抗炎狀態(tài)的交替激活巨噬細(xì)胞(M2 巨噬細(xì)胞)。M1 巨噬細(xì)胞的存在將局部巨噬細(xì)胞室的平衡轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺谞顟B(tài)。M1 巨噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞共同培養(yǎng)后,上皮屏障的完整性將受到負(fù)面影響,破壞TJ 蛋白并誘導(dǎo)上皮細(xì)胞凋亡,從而推動(dòng)IBD 的發(fā)展[62-65]。當(dāng)組織發(fā)生炎癥時(shí),體內(nèi)的各種細(xì)胞,如巨噬細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSC)在炎性細(xì)胞因子的刺激下可以分泌腫瘤壞死因子誘導(dǎo)蛋白(tumor necrosis factor stimulated gene, TSG)-6,而TSG-6 能夠通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子和誘導(dǎo)M2 巨噬細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)來(lái)減輕腸道炎癥[66-71]。

3 氧化應(yīng)激

哺乳動(dòng)物細(xì)胞生存所必需的氧代謝產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species, ROS),在生理?xiàng)l件下對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。然而,腸道炎癥通常伴隨ROS的過(guò)量產(chǎn)生。高水平的ROS 在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激,體內(nèi)氧化還原失衡,腸黏膜層損傷和上皮細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致腸道中的細(xì)菌入侵,并刺激免疫反應(yīng)和組織損傷[72-73]。

上皮細(xì)胞在宿主和各種生物之間的胃腸道內(nèi)形成細(xì)胞屏障,這對(duì)于維持黏膜穩(wěn)態(tài)是必不可少的。一旦腸道中產(chǎn)生過(guò)量的ROS,氧化應(yīng)激可以通過(guò)改變蛋白質(zhì)的功能、引起脂質(zhì)過(guò)氧化來(lái)加速細(xì)胞損傷。ROS 含量超過(guò)一定閾值可以破壞細(xì)胞骨架蛋白,導(dǎo)致TJ 和上皮細(xì)胞通透性的改變,最終導(dǎo)致屏障破壞。通過(guò)這種方式,氧化應(yīng)激使胃腸道發(fā)生炎癥反應(yīng),并引發(fā)IBD[74-76]。在小鼠結(jié)腸炎模型中,巨噬細(xì)胞或嗜中性粒細(xì)胞的缺失減少了ROS 和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并減輕了腸道炎癥損傷?；钴S的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞以及胃腸道中的腸黏膜上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cell, IEC)產(chǎn)生更多的ROS,這可以通過(guò)血液中氧化損傷的生物標(biāo)志物8- 羥基脫氧鳥(niǎo)苷(8-hydroxy-deoxyguanosine, 8-OHdG)的水平來(lái)推斷。黏膜中炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)進(jìn)一步損害胃腸道組織,形成惡性循環(huán)[77-80]。

氧化應(yīng)激可導(dǎo)致氧自由基代謝異常和細(xì)胞凋亡過(guò)度激活。此外,氧自由基會(huì)導(dǎo)致炎癥介質(zhì)(如細(xì)胞因子和趨化因子)的釋放增加,這不僅會(huì)損傷上皮細(xì)胞,還會(huì)加劇氧化應(yīng)激,導(dǎo)致腸道機(jī)械屏障的破壞。高水平的ROS 還會(huì)對(duì)脂質(zhì)造成直接損害引起脂質(zhì)過(guò)氧化,導(dǎo)致膜性能的損失。丙二醛(malondialdehyde, MDA)是脂質(zhì)過(guò)氧化的標(biāo)志[81]。Sengul Samanci 等[82]對(duì)IBD 患者眼部血管研究改變發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,CD 組的MDA 水平最高,其次是 UC 組。抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX) 和過(guò)氧化氫酶(catalase, CAT) 可以改善腸炎中的過(guò)氧化反應(yīng)[27,73]。臨床數(shù)據(jù)已經(jīng)證明IBD 患者三種SOD 亞型的不同黏膜表達(dá):SOD2 表達(dá)顯著上調(diào),而SOD1受影響較小,SOD3 表達(dá)降低。SOD 活性在UC 和CD 患者中也高于健康人群,當(dāng)患者處于緩解期時(shí),SOD 水平可以恢復(fù)正常。谷胱甘肽(glutathione,GSH)是一種可溶性抗氧化劑,高表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和線粒體中,能夠在腸黏膜中形成抗氧化屏障。GPX 可以維持GSH 水平,保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)氧化損傷。對(duì)DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠給予藥物治療后可有效恢復(fù)小鼠結(jié)腸GSH、GPX 的表達(dá),抑制促炎細(xì)胞因子的分泌并增強(qiáng)對(duì)結(jié)腸炎的抗氧化防御。此外,由IEC 分泌的GPX3 有助于提高腸黏膜中的細(xì)胞抗氧化活性。CD 患者的CAT 活性降低,在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中增強(qiáng)CAT 活性能夠降低結(jié)腸炎和結(jié)腸癌的發(fā)生率[83-84](圖1)。

圖1 過(guò)量ROS 加劇腸道炎癥Figure 1 Excessive ROS aggravates intestinal inflammation

4 自噬

自噬是真核生物進(jìn)化中的一個(gè)過(guò)程,細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)可以在溶酶體內(nèi)發(fā)生降解。自噬包括微自噬、分子伴侶介導(dǎo)的自噬和巨自噬三種類(lèi)型。巨自噬簡(jiǎn)稱(chēng)為自噬,在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、調(diào)節(jié)腸道微生物群與先天免疫和適應(yīng)性免疫之間的相互作用以及宿主防御腸道病原體方面起著關(guān)鍵作用。自噬功能障礙與包括IBD 在內(nèi)的幾種人類(lèi)疾病有關(guān)[85-90]。

在腸道上皮,自噬通過(guò)促進(jìn)溶酶體介導(dǎo)的人封閉蛋白2(claudin-2) 降解調(diào)節(jié)上皮屏障功能。Claudin-2 是腸上皮中一種重要的水合小陽(yáng)離子選擇性成孔緊密連接蛋白,失活后可減輕小鼠結(jié)腸炎癥狀,這表明claudin-2 是抗腸道炎癥的潛在靶點(diǎn)。功能失調(diào)性自噬可以導(dǎo)致claudin-2 水平升高,增加腸道通透性和宿主對(duì)管腔抗原的接觸,從而導(dǎo)致持續(xù)的炎癥反應(yīng)發(fā)生[91-92]。自噬能夠通過(guò)促進(jìn)線粒體穩(wěn)態(tài),抑制TNF 誘導(dǎo)的IEC 凋亡,維持腸黏膜屏障的完整性[93]。有大量文獻(xiàn)闡明了自噬缺陷與IBD 之間的牢固聯(lián)系。最常見(jiàn)的突變體自噬相關(guān)16 樣蛋白1 (autophagy related 16-like protein 1,ATG16L1)中的Thr 300-to-Ala(T300A)使該蛋白成為半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶(cystein-asparate protease, Caspase)-3 依賴(lài)裂解的靶點(diǎn),增加了CD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[94-96]。T300A 突變中低表達(dá)或敲除ATG16L1 能夠增強(qiáng)小鼠對(duì)共感染病毒的敏感性,同時(shí)增強(qiáng)小鼠對(duì)DSS 誘導(dǎo)的腸損傷的炎癥反應(yīng)。ATG蛋白能夠維持細(xì)胞器穩(wěn)態(tài),在小鼠和人體內(nèi)促進(jìn)腸道屏障對(duì)代謝和恢復(fù)免疫介導(dǎo)損傷的功能。潘氏細(xì)胞特異性缺失多個(gè)ATG 基因,與剪切型X-盒結(jié)合蛋白1(spliced X-box binding protein 1, Xbp1)一起缺失時(shí),會(huì)導(dǎo)致腸道炎癥[95]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激期間缺陷性自噬使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核心信號(hào) 1 (endoplasmic reticulum to nucleus signalling 1, ERN-1)聚集物清除障礙,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增加和小鼠自發(fā)性CD 樣回腸炎[97-99]。

在樹(shù)突狀細(xì)胞中,自噬降解細(xì)胞內(nèi)病原體,參與抗原向T 細(xì)胞提呈過(guò)程,誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫反應(yīng)發(fā)生。缺陷性自噬導(dǎo)致細(xì)菌清除和抗原提呈受損,從而損害T 細(xì)胞活化。T 細(xì)胞代謝通過(guò)多種機(jī)制對(duì)效應(yīng)細(xì)胞發(fā)揮強(qiáng)大的抑制作用,包括分泌抗炎細(xì)胞因子、溶解效應(yīng)細(xì)胞和促進(jìn)組織修復(fù)以防止腸道炎癥的發(fā)展[100]。自噬的改變會(huì)損害T 細(xì)胞的代謝轉(zhuǎn)變和增殖,導(dǎo)致CD4+和CD8+T 細(xì)胞數(shù)量減少,CD8+T細(xì)胞發(fā)育受損,Tregs 存活率下降,輔助性T 細(xì)胞(T helper cells, Th)2 和Th17 反應(yīng)增加[101-103]。

研究發(fā)現(xiàn)在IBD 中,線粒體自噬對(duì)腸道微環(huán)境具有抗炎作用。CD 相關(guān)的ATG16L1T300A 變異能夠?qū)е戮€粒體自噬缺陷、ROS 積累、增加IL-1β 的生成、促炎巨噬細(xì)胞的極化,從而減少細(xì)菌殺傷。自噬缺陷的巨噬細(xì)胞中細(xì)胞凋亡的易感性增加與細(xì)胞ROS 過(guò)度產(chǎn)生有關(guān)。在腸干細(xì)胞中,自噬能夠限制ROS 積累,抑制干細(xì)胞分化,促進(jìn)上皮細(xì)胞再生。缺陷性自噬能夠?qū)е翿OS 積累和上皮再生受損,自噬相關(guān)蛋白的丟失通常與功能失調(diào)的線粒體和ROS 的積累增加有關(guān),并導(dǎo)致細(xì)胞壞死。當(dāng)自噬功能失常時(shí),細(xì)胞的生物能量狀態(tài)達(dá)到絕對(duì)最小值,而膜通透性增加的線粒體不再被清除,迫使細(xì)胞發(fā)生凋亡[104]。對(duì)IBD 小鼠模型中巨噬細(xì)胞的評(píng)估發(fā)現(xiàn),由于IL-10 或IL-10 受體的基因缺失導(dǎo)致線粒體自噬減少,炎癥小體激活和腸道炎癥發(fā)生,加重ROS 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。除了IL-1β 分泌增加,潘氏細(xì)胞異常還與免疫相關(guān)GTPase 家族M 蛋白(immunity-related GTPase family M protein, IRGM)-1缺失的小鼠腸道細(xì)胞線粒體自噬缺陷有關(guān)。線粒體自噬是選擇性清除老化、受損、功能失調(diào)或其他不必要線粒體的機(jī)制。在IBD 發(fā)展過(guò)程中,線粒體自噬被激活并清除受損線粒體,從而更有效地減輕炎癥過(guò)程中氧化應(yīng)激反應(yīng)[105-108]。

5 適應(yīng)性免疫

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)包括T 淋巴細(xì)胞和B 淋巴細(xì)胞,并誘導(dǎo)對(duì)某些抗原的特異性記憶反應(yīng)。白細(xì)胞介素參與防御腸道感染,調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫,在淋巴組織的形成和體內(nèi)平衡以及組織再生中發(fā)揮重要作用。

5.1 T 細(xì)胞及其細(xì)胞因子

5.1.1 輔助性T 細(xì)胞

目前,Th17 被認(rèn)為是IBD 的主要致病因素。IBD 患者腸黏膜中存在大量Th17 細(xì)胞浸潤(rùn),炎癥組織中釋放IL-17 和Th17 相關(guān)細(xì)胞因子的細(xì)胞數(shù)量也較正常組織增加[105,109]。與Th17 細(xì)胞相比,Treg細(xì)胞不僅能抑制自身免疫性疾病的發(fā)生,還能控制腸道炎癥。UC 小鼠模型中小鼠外周血Treg 細(xì)胞降低,并通過(guò)增加IL-10 和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor, TGF)-β 的分泌,顯著改善小鼠腹瀉癥狀。Treg 細(xì)胞表達(dá)叉頭狀家族轉(zhuǎn)錄因子(forkhead box, Fox)p3 并產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子IL-10 和TGF-β,從而發(fā)揮抗炎作用[61,110]。Th17 細(xì)胞促進(jìn)腸道炎癥的發(fā)生,Treg 細(xì)胞抑制腸道炎癥。Th17/Treg 細(xì)胞失衡是影響IBD 發(fā)生發(fā)展的重要因素,這種平衡主要受到T 細(xì)胞受體信號(hào)、共刺激信號(hào)、細(xì)胞因子、膽汁酸代謝物、腸道微生物群等因素的影響[21,111]。

5.1.2 細(xì)胞因子

研究發(fā)現(xiàn)紊亂的細(xì)胞因子調(diào)節(jié)會(huì)破壞腸道穩(wěn)態(tài),而IBD 是細(xì)胞因子通路缺乏或激活增強(qiáng)的結(jié)果。在IBD 患者結(jié)腸黏膜中能夠檢測(cè)出高水平的IL-1β 和IL-18 活性[112-113]。IL-6 和TNF 也在炎癥反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。IL-6 是一種多效性細(xì)胞因子,能夠激活結(jié)腸上皮細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transduction and activator of transcription,STAT),并與其可溶性受體一起在IBD 發(fā)展過(guò)程中增加。TNF 能夠?qū)е翴L-1β、IL-6 和IL-23 的表達(dá)增加,加速I(mǎi)BD 病情惡化[55,114]。此外,IBD 患者中TNF 可溶性受體的血清濃度顯著增加[53]。與健康人群相比,IBD 患者血清中的IL-17 和IL-23 水平顯著升高,血清水平與疾病嚴(yán)重程度和持續(xù)時(shí)間相關(guān),可以用作反映IBD 活動(dòng)性的生物標(biāo)志物[115-118](表1)。

表1 IBD 主要細(xì)胞因子作用靶點(diǎn)Table 1 Main cytokine targets of IBD

5.2 B 細(xì)胞及調(diào)節(jié)性B 細(xì)胞

B 細(xì)胞是骨髓來(lái)源的多能干細(xì)胞,機(jī)體發(fā)出的外源信號(hào)刺激B 細(xì)胞后,可使其產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子或抗炎細(xì)胞因子,參與免疫調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng)。調(diào)節(jié)性B 細(xì)胞(regulatory B cells, Bregs)是一類(lèi)可以抑制免疫應(yīng)答并分泌IL-10 的B 細(xì)胞亞群,IL-10 的保護(hù)功能已經(jīng)在許多結(jié)腸炎模型中得到證實(shí),Breg 細(xì)胞可通過(guò)直接接觸和間接接觸來(lái)發(fā)揮其免疫效應(yīng)[124-126]。盡管T 細(xì)胞系統(tǒng)在有關(guān)IBD 發(fā)病機(jī)制和治療方法的研究中占主導(dǎo)地位,但新的數(shù)據(jù)表明B細(xì)胞譜系在IBD 中也發(fā)揮了作用。Breg 細(xì)胞通過(guò)分泌IL-10 促進(jìn)T 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為T(mén)reg 細(xì)胞,并促進(jìn)Foxp3 的表達(dá)。此外,B 細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生上皮細(xì)胞特異性自身抗體加重UC 病情。最近研究表明,DSS誘導(dǎo)結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸Breg 細(xì)胞持續(xù)減少,提示慢性腸道炎癥導(dǎo)致的黏膜B 細(xì)胞群體持續(xù)改變可能參與IBD 的發(fā)病[127-128]。在大腸桿菌刺激B 細(xì)胞后,多效調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IL-6 的分泌上調(diào),促進(jìn)Breg 細(xì)胞分化和IL-10 的產(chǎn)生[129]。UC 患者外周血和腸組織中Breg 細(xì)胞明顯降低,同時(shí)伴有較低的血清IL-10水平[128,130-131]。Breg 細(xì)胞和Treg 細(xì)胞在體內(nèi)的增加,建立了免疫同穩(wěn)狀態(tài)。綜合上述,這兩個(gè)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)細(xì)胞群體可能會(huì)形成強(qiáng)大的抗炎環(huán)境,能夠抑制各種自身免疫性疾病的炎癥[132]。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

炎癥性腸病是慢性復(fù)發(fā)性腸道炎癥,已經(jīng)成為一個(gè)世界性健康問(wèn)題。盡管IBD 的病因?qū)W仍不清楚,但它涉及遺傳、環(huán)境、微生物群與免疫反應(yīng)多因素的相互作用。目前常見(jiàn)臨床藥物有水楊酸類(lèi)、糖皮質(zhì)激素類(lèi)、免疫抑制劑類(lèi)等,但長(zhǎng)期或過(guò)劑量使用時(shí),引起的不良反應(yīng)較多,耗費(fèi)的時(shí)間與經(jīng)濟(jì)壓力也較大,許多患者不能維持治療。為了找到新的治療策略來(lái)改善患者的治療,理解IBD 的發(fā)病機(jī)制是至關(guān)重要的。遺傳學(xué)相關(guān)的基因位點(diǎn)的數(shù)量和多樣性的增加給研究IBD 如何影響易感個(gè)體的免疫和炎癥帶來(lái)了重大突破。腸黏膜屏障在維持腸道穩(wěn)態(tài)以及宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和激活中也起著重要作用。最新研究進(jìn)展揭示了腸黏膜屏障破壞和腸道菌群失調(diào),與IBD 的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。隨著研究的深入,自噬影響腸上皮細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和恢復(fù)的各種方式,自噬缺陷能夠通過(guò)破壞腸道穩(wěn)態(tài)、影響腸道菌群組成、損害細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌清除和增強(qiáng)腸道炎癥反應(yīng)等途徑對(duì)IBD 的病程產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。此外,氧化應(yīng)激被認(rèn)為是IBD 發(fā)生發(fā)展和嚴(yán)重程度的潛在致病和關(guān)鍵因素,活性氧生成增加和抗氧化活性降低進(jìn)一步促進(jìn)IBD 的發(fā)展。越來(lái)越多的研究使我們對(duì)IBD 發(fā)病機(jī)制的理解取得了前所未有的進(jìn)展,個(gè)體的遺傳因素和外部環(huán)境、腸黏膜屏障功能、氧化應(yīng)激、自噬功能異常和適應(yīng)性免疫反應(yīng)各方面都參與了IBD 的發(fā)病過(guò)程,然而,不同IBD 患者亞群的發(fā)病機(jī)制、疾病特征和腸道炎癥驅(qū)動(dòng)因素仍存在未知的問(wèn)題,有待進(jìn)一步探討。未來(lái)的研究希望能夠進(jìn)一步闡明和整合微生物組和環(huán)境對(duì)免疫反應(yīng)的影響,進(jìn)一步對(duì)基因組、環(huán)境因素、腸道菌群以及免疫反應(yīng)進(jìn)行綜合分析,通過(guò)高基因組方法、環(huán)境變化調(diào)查、腸道菌群的分子分析以及對(duì)先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)之間的相互作用的更全面理解,并且有必要進(jìn)一步了解腸道菌群如何調(diào)節(jié)先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的機(jī)制和途徑。