克罗恩病发病机制的研究进展

程滢瑞，吴 霜，杨柏霖

(1. 南京中医药大学，江苏 南京 210000；2. 江苏省中医院，江苏 南京 210000)

克罗恩病(CD)是炎症性肠病(IBD)的一种，其具体的病因与发病机制目前尚未明确。研究表明，环境因素、遗传因素、免疫因素与CD的发生密切相关[1]。其中免疫因素被认为是 CD发病机制中重要因素之一[2-4]。正常人肠道中有两道免疫屏障:黏膜上皮屏障和天然及适应性免疫。由于这两种免疫屏障功能的异常，易感宿主对肠道菌丛免疫应答失常，进而导致肠道炎症反应。天然免疫系统持续地监控肠道菌群并维持肠道内环境稳定。天然免疫反应是适应性免疫反应的先决条件，但在CD的发病机制中，后者占主导地位。适应性免疫由多种免疫细胞共同完成，包括B细胞，以Th1、Th2、Th17为主的效应性T细胞以及调节性T细胞(Treg)[1]。 其中IL-12/Th1/IFN-γ细胞因子轴和IL-23/Th/IL-17轴在CD发病机制中的作用得到广泛研究，但仍未有明确的结果，笔者就近年来讨论较多的CD发病途径做一综述。

1 IL-12/Th1/IFN-γ轴

Th17细胞未被认识之前的很多研究数据表明Th1细胞是介导CD的主要通路。到目前为止，很多自体免疫性疾病仍被认为是由于Th1细胞分泌过多IFN-γ所致。Th1细胞是在IL-12作用下由初始T细胞分化而来，主要分泌IFN-γ、TNF-α、IL-2等细胞因子，IFN-γ可反过来促进Th1细胞的进一步分泌。

IL-12是一种异源二聚体的细胞因子，主要由树突状细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞以及其他一些抗原提呈细胞(APC)产生。它能诱导早期辅助性T母细胞分化为Th1细胞，并促进Th1增殖，诱导NK细胞和T细胞产生细胞因子，主要是IFN-γ[5-6]。IFN-γ能促进肠细胞的凋亡。并通过活化巨噬细胞触发TNF-α的释放，TNF-α可诱导间质细胞分化为肌成纤维细胞，并促进它们产生基质金属蛋白酶(MMPs)——一种能使组织降解的酶，可通过消化基膜引起组织凋亡。

除IL-12外，IL-27也有诱导Th1细胞产生的作用。IL-27是IL-12 家族成员之一，与IL-12 具有相似的结构和生物学功能，参与多种免疫性疾病、感染性疾病、肿瘤等疾病的免疫调节过程[7]。与IL-12不同的是，IL-27在免疫反应过程中具有促炎和抗炎症反应的双重免疫调节作用。在T细胞增殖分化早期，IL-27通过STAT1、STAT3途径，协同IL-12促进初始CD4+T细胞分化为Th1细胞，并促进初始T细胞和NK细胞产生IFN-γ[8]。在一些感染发展过程中，IL-27还表现出免疫抑制的作用。在促进Th1型免疫反应的同时，IL-27亦可负反馈调控Th1型免疫反应，限制其反应的强度及持续时间，防止机体过度免疫反应引起的病理性损伤[9]。IL-27主要通过上调细胞因子信号传导抑制因子-3(SOCS-3)的表达，从而抑制炎症因子IL-2的分泌，继而抑制Th1细胞的过度反应从而达到抗炎作用[10]。

从活动期CD患者黏膜组织分离出的T细胞中发现与对照组相比，代表Th1细胞的IL-12Rβ2和Th1细胞因子IFN-γ表达增高[11-12]。在一部分CD患者中应用抗IFN-γ抗体治疗取得了临床疗效[13]，一系列的研究提示IL-12/Th1/IFN-γ细胞轴在CD发病过程中有重要作用。

2 IL-23/Th/IL-17

随着人们研究的深入，目前已发现IBD患者感染的胃肠道黏膜中有大量的Th17细胞浸润。一项最近的报道显示：IL-17和Th17的水平在CD和UC患者体内要比正常人和缺血性肠炎患者高，并且这些Th17细胞分别在UC的黏膜层和CD的黏膜下层大量存在[14]。阻滞Th17细胞因子的分泌在减轻人体各种自体免疫性疾病方面显示出满意效果[15]。越来越多的证据表明IL-23/Th17在CD的发病中起着更为重要的作用。

2.1Th17细胞分化 Th17细胞分化的初始阶段主要由IL-6和TGF-β调控。IL-6可由多种抗原提呈细胞(APCs)和T细胞分泌；可以激活STAT-3通路，引起Th17细胞因子、IL-23受体和RoRγt的表达增多。TGF-β上调转录因子FoxP3和RoRγt的表达，导致CD4+T细胞分化为Th17细胞或者Treg。而IL-6信号通路在阻断FoxP3介导的RoRγt抑制方面有重要作用，这最终会导致Th17细胞而不是Treg的形成[16]。另有研究认为TGF-β对Th17细胞分化的影响有浓度依赖性；在IL-6或IL-21存在的情况下，低浓度TGF-β诱导Th17细胞分化，而高浓度抑制Th17细胞分化并促进Treg分化[17]。

IL-23是Th17分化的必需因子，它并非作用于Th分化的起始阶段，但对Th17细胞的稳定和增生至关重要。IL-23具有前炎性递质反应活性，可趋化炎性递质反应细胞的集聚与迁移，与IL-23R结合后，激活STAT3、STAT2、JAK2等信号分子，刺激T细胞的增生，并诱导记忆性T细胞分化为Th17细胞，Th17细胞进而分泌IL-17等炎性递质，引发肠道的慢性炎性递质反应及其他自身免疫性疾病的发生[18]。

IL-23与IL-12具有共同的P40亚单位。2003年的一项研究显示，小鼠体内缺乏IL-23时对自体免疫性疾病有抵抗力，而缺乏IL-12但能完整表达IL-23时则患了严重的自体免疫性疾病[19]。这一结果提示：IL-23可能单独介导自体免疫而不是与IL-12一起。而Yen等[20]在IL-10/IL-23P19和在IL-10/IL-12 P35 缺陷鼠的实验中证明了促进慢性肠道炎症所不可缺少的细胞因子是IL-23而并非IL-12。Hue等[21]证明了IL-23 P19抗体可抑制螺杆菌感染的RAG敲除T细胞缺陷小鼠的慢性肠炎。在转移结肠炎模型中，缺乏IL-23 P19和IL-12/IL-23 P40的小鼠没有患结肠炎，而缺乏IL-12特殊亚单位P35的小鼠则患了结肠炎[22]。这就清楚地表明了IL-23/Th17在小鼠肠炎模型中比IL-12/Th1更为重要。

除IL-23外一些细胞因子被证实也可刺激Th17细胞的分化和功能，比如：TGF-β、IL-6、IL-21、IL-1β等[23]。

2.2Th17细胞因子与CD Th17细胞主要分泌IL-17A(也称作IL-17)、IL-17F、IL-21等细胞因子。IL-17家族除了IL-17A、IL-17F还包括IL-17B、IL-17C、IL-17D( IL-27)、IL-17E(IL-25)和IL-17F共6个成员，目前，其家族成员的配体(IL-17A～e)和5个受体(IL-17RA～IL-17RD和SEF)已经被证实[24]。Fujino等[25]发现，与正常和病情缓解的患者相比，在CD和UC患者有炎症反应的肠组织中，有持续增多的产IL-17的细胞，同样IL-17A和IL-17F的RNA转录产物也上调[25]。而IL-17A可通过诱导中性粒细胞在炎症部位的聚集而发挥致炎作用。IL-21是IL-2家族中的一员，主要由Th、NK细胞产生，不仅能促进B细胞发展为浆细胞，还可使细胞毒性T细胞、NK细胞扩增，促进Th17细胞分化[26-27]。对抗原提呈细胞如树突状细胞有抑制作用[28]。IL-21刺激Th17细胞分泌IL-21，促发自分泌循环从而放大Th17细胞的反应，并在Stat3和RORγt的参与下，增强Th17细胞表面IL-23R的表达，从而增强Th17细胞对IL-23的敏感性[29]。在CD患者炎症的肠道发现IL-21表达增多[30]。IL-21已被证明在药物诱导的肠炎模型中，比如右旋葡聚糖硫酸钠(DSS)和三硝基苯磺酸(TNBS)，通过诱导Th17细胞应答起致病作用[31]。IL-21通过刺激间质细胞产生组织降解基质金属蛋白酶(MMPs)和促进肠上皮细胞产生T细胞趋化因子CCL20引起肠道炎症的发生。另有研究显示Th17细胞因子(IL-21、IL-22)的分泌增多，可通过促进Th1反应使CD患者病情恶化[32-33]。

3 Th17细胞与Treg的平衡

研究证实Treg/Th17平衡在慢性炎症和自身免疫性疾病的发病中可能起着关键作用，两者在分化途径和功能上互相对抗，生理情况下保持平衡，维持机体的免疫功能处于稳定；病理情况下，初始T细胞的分化格局被打破，Th17分化增多，导致Treg/Th17平衡破坏，从而引发炎症[34]。

Treg细胞是一类功能独特的CD4+T细胞亚群，其主要的功能是调节有效控制病原体的T细胞反应和过度的T细胞反应之间的平衡。Treg细胞通过分泌IL-10和TGF-β1等细胞因子发挥免疫作用，IL-10抑制Th的增殖并减少炎性细胞因子的分泌，TGF-β1除具有类似IL-10的作用外，还可以抑制原始细胞向Th细胞分化[35]；同样Th17细胞可通过分泌IL-21来抑制Treg的增生[36]。

研究表明，TGF-β1是Treg和Th17细胞分化启动的必要条件，IL-6则是决定初始CD4+T细胞向Treg细胞还是Th17细胞方向分化的关键因子。TGF-β1是Th17分化所必需的细胞因子，同时也是Treg功能的重要调节因子，单独存在的TGF-β1诱导初始T细胞向Treg分化。在IL-6存在的情况下，IL-6和TGF-β1共同启动幼稚T淋巴细胞分化，再由IL-21和IL-23增强放大，促进其转化为Th17细胞。正常情况下，抗原提呈细胞缺少病原体的刺激，不产生IL-6，幼稚T细胞在TGF-β1作用下主要向Treg分化，防止自身免疫性疾病的发生。当病原体入侵时，抗原提呈细胞分泌IL-6，IL-6与TGF-β1共同作用，诱导幼稚T细胞向Th17细胞分化，并抑制TGF-β1对Treg的诱导效应，免疫应答增强，促进机体清除病原体。当效应性T细胞的炎性递质反应效应超过了调节性T细胞的耐受效应时，机体易诱发克罗恩病。Geremia等[37]研究显示IBD患者可能由于Treg/Th17失衡而失去肠道正常免疫耐受，促使天然免疫反应异常，导致免疫激活和促炎细胞因子产生，最终获得性免疫异常而使炎症放大和慢性化。IBD患者外周血和结肠黏膜中Treg数量明显减少，体内Treg和Foxp3的表达水平明显低于正常对照组，而且同一患者活动期低于缓解期[38]。

阻滞Treg细胞因子——IL-10，导致小鼠产生自发的结肠炎[20]，可能是由于抑制了Treg对Th17细胞的抑制作用。给予重症联合免疫缺陷(SCID)小鼠体内注射Treg细胞后发现，通过产生大量TGF-β1而降低了Th17细胞的反应，从而缓解了调控Treg/Th17之间的平衡，可能成为治疗IBD的新方法。

4 结 语

CD被世界卫生组织列为难治性疾病之一，目前尚缺乏安全有效的治疗措施，这与人们对其发病机制认识尚不明确密切相关。近年来随着人们对CD研究的逐渐深入，CD发病机制正逐渐被人们认识，也因此而产生了英夫利息单抗等生物制剂应用于临床，取得了显著的疗效，相信随着研究的深入，CD的发病机制终会逐渐被人们认识，从而为临床治疗本病提供基础。

[参考文献]

[1] Xavier RJ,Podolsky DK. Unravelling thepathogenesis of inflammatory bowel diseas[J]. Nature,2007,448(7152):427-434

[2] Iwakura Y,Ishigame H. The IL-23/IL-17 axis in inflammation[J]. J Clin Invest,2006,116:1218-1222

[3] Bamias G,Cominelli F. Immunopathogenesis of inflammatory bowel disease: current concepts[J]. Curr Opin Gastroenterol,2007,23:365-369

[4] Bettelli E,Carrier Y,Gao W,et al. Reciprocal developmental pathways for the generation of pathogenic effector TH17 and regulatory Tcells[J]. Nature,2006,411:235-238

[5] Trinchieri G. Interleukin 12 and the regulation of innate resistance and adaptive immunity[J]. Nat Rev Immunol,2003,3:133-146

[6] Mathur AN,Chang HC,Zisoulis DG,et al. T-bet is a Critical Determinant in the Instability of the IL-17-Secreting T-helper Phenotype[J]. Blood,2006,108:1596-1601

[7] Shimizu M，Shimamura M，Owaki T，et al. Antiangiogenic and antitumor activities of IL-27[J]. J Immunol，2006，176(12):7317-7324

[8] Takeda A，Hamano S，Yamanaka A，et al. Cutting edge: role of IL-27/WSX-1 signaling for induction of T-bet through activation of STAT1 during initial Th1 commitment[J]. J Immunol，2003，170(10):4886-4890

[9] Villarino AV，Stumhofer JS，Saris CJ，et al. IL-27 limits IL-2 production during Th1 differentiation[J]. J Immunol，2006，176(1):237-247

[10] Owaki T，Asakawa M，Fukai F，et al. IL-27 induces Th1 differentiation viap38MAPK / T-bet- and intercellular adhesion molecule-1/LFA-1/ERK1/2-dependent pathways[J]. J Immunol，2006，177(11):7579-7587

[11] Parronchi P,Romagnani P,Annunziato F,et al. Type 1 T-helper cell predominance and interleukin-12 expression in the gut of patients with Crohn’s disease[J]. Am J Pathol，1997，150:823-832

[12] Fuss IJ,Neurath M,Boirivant M,et al. Disparate CD4+ lamina propria (LP) lymphokine secretion profiles in inflammatory bowel disease. Crohn’s disease LP cells manifest increased secretion of IFN-gamma, whereas ulcerative colitis LP cells manifest increased secretion of IL-5[J]. J Immunol，1996，157:1261-1270

[13] Hommes DW,Mikhajlova TL,Stoinov S,et al. Fontolizumab, a humanised anti-interferon gamma antibody, demonstrates safety and clinical activity in patients with moderate to severe Crohn’s disease[J]. Gut，2006，55:1131-1137

[14] Round JL,Mazmanian SK. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease[J]. Nat Rev Immunol，2009，9(5)：313-323

[15] Kuhn R,Lohler J,Rennick D,et al. Interleukin-10-deficient mice develop chronic enterocolitis[J]. Cell，1993，75(2),263-274

[16] Chen Y,Haines CJ,Gutcher I，et al. FoxP3(+) regulatory T cells promote T helper 17 cell development in vivo through regulation of interleukin-2[J]. Immunity，2011，34(3)：409-421

[17] Manel N,Unutmaz D,Littman DR. The differentiation of human TH17 cells requires transforming growth factor-β and induction of the nuclear receptor RORγt[J]. Nature Immunology,2008,9(6):641

[18] en D,Cheung J,Scheerens H,et al. IL-23 is essential for cell-mediated colitis and promotes inflammation via IL-17 and IL-6[J]. J Clin Invest,2006,116(5):1310-1316

[19] 10 Cua DJ,Sherlock J,Chen Y，et al. Interleukin-23 rather than interleukin-12 is the critical cytokine for autoimmune in flammation of the brain[J]. Nature，2003，421(6924)：744-748

[20] Yen D，Cheung J，Scheerens H，et al. IL-23 is essential for T cell mediated colitis and promotes inflammation via IL-17 and IL-6[J]. J clin Invest，2006，116(5):1310-1316

[21] Hue S,Ahern P,Buonocore S,et al. Interleukin-23 drives innate and T cell-mediated intestinal inflammation[J]. J Exp Med，2006，203:2473-2483

[22] Kullberg MC,Jankovic D,Feng CG,et al. IL-23 plays a key role in Helicobacter hepaticus-induced T cell-dependent colitis[J]. J Exp Med，2006，203:2485-2494

[23] Chen Y,Haines CJ,Gutcher I，et al. FoxP3(+) regulatory T cells promoteT helper 17 cell development in vivothrough regulation of interleukin-2[J]. Immunity，2011，34(3)：409-421

[24] Hymowitz S，Filvaroff E，Yin J，et al. IL-17s adopt a cystine knot fold: structure and activity of a novel cytokine，IL-17F and implications for receptor binding[J]. EMBO J，2001，20(19):5332-5341

[25] Fujino S，Andoh A，Bamba S，et al. Increased expression of interleu-kin 17 in inflammatory bowel disease[J]. Gut，2003，52(2192):65-70

[26] Ettinger R,Sims GP,Fairhurst AM，et al. IL-21 induces differentiation of human naive and memory B cells into antibody-secreting plasma cells[J]. Immunol，2005，175(12)：7867-7879

[27] Geri G,Terrier B,Rosenzwajg M，et al. Critical role of IL-21 in modulating Th17 and regulatory T cells in Behcet disease[J]. Allergy Clin Immunol，2011，128(3)：655-664

[28] Liu Z,Yang L,Cui Y，et al. Il-21 enhances NK cell activation and cytolytic activity and induces Th17 cell differentiation in inflammatory bowel disease[J]. Inflamm Bowel Dis，2009，15(8)：1133-1144

[29] Ivan M，Francesco P，Giovanni M. Interleukin-23 and Th17 cells in the control of gut inflammation[J]. Mediat Inflamm，2009，27:297645

[30] Monteleone G,Monteleone I,Fina D，et al. Interleukin-21 enhances T-helper cell Type 1 signaling and interferon-g production in Crohn’s disease[J]. Gastroenterology，2005，128(3)：687-694

[31] Fina D,Sarra M,Fantini MC，et al. Regulation of gut inflammation and Th17 cell response by interleukin-21[J]. Gastroenterology，2008，134(4)：1038-1048

[32] Monteleone G,Monteleone I,Fina D，et al. Interleukin-21 enhances T-helper cell type 1 signaling and interferon-gamma production in Crohn’s disease[J]. Gastroenterology，2005，128(3)：687-694

[33] Brand S,Beigel F,Olszak T，et al. IL-22 is increased in active Crohn’s disease and promotes proinflammatory gene expression and intestinal epithelial cell migration. Am.J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol，2006，290(4)：G827-G838

[34] Chang SH,Reynolda JM,Pappu BP,et al. Interleukin-17C promotes Th17 cell response and autoimmune disease via interleukin-17 receptor E[J]. Immunity,2011，35(4):611-621

[35] Ganeshan K,Bryce PJ. Regulatory T cells enhance mast cell production of IL-6 via surface-bound TGF-β1[J]. J Immunol，2012，15(2):594-603

[36] Kaser A,Zeissig S,Blumberg RS. Inflammatory bowel disease[J]. Annu Rev Immunol，2010，28：573-621

[37] Geremia A,Jewell DP. The IL-23/IL-17 pathway in inflammatory bowel disease[J]. Expert Rev Gastroenterol Hepatol，2012，6(2):223-237

[38] Boden EK,Snapper SB. Regulatory T cells in inflammatory bowel disease[J]. Curr Opin Gastroenterol，2008，24(6):733-741