杯状细胞在肠道疾病发病中作用的研究进展

董文逍 曹海龙 王邦茂

肠道是人体内重要的消化吸收器官，表面覆盖着一层保护性黏液凝胶，与上皮细胞、微生态和机体免疫系统相互作用，共同维持肠道内环境的稳态。黏液凝胶的成分主要是杯状细胞的分泌产物，如黏蛋白（MUC）、肠三叶因子（ITF）和抵抗素样分子β（RELMβ）等。研究表明，肠道杯状细胞分化和分泌功能的改变可导致黏液凝胶的成分发生变化，在肠道疾病的发生发展过程中发挥着重要的作用。本文就杯状细胞在肠道疾病发病中作用的研究进展作一综述。

1 肠道杯状细胞的分化成熟

肠道上皮主要由吸收细胞、杯状细胞、潘氏细胞和内分泌细胞4种细胞组成，这些细胞不断更新，保证肠道上皮的完整性。杯状细胞是上皮中的黏液分泌细胞，具有明显的结构特点：核位于基底侧，有较大的核周区，内有粗面内质网、巨大的高尔基体和浓缩泡，顶部有明显的由MUC和其他糖蛋白组成的颗粒聚集物，周围包绕着富含角蛋白的膜。

肠道杯状细胞来源于腺管底部的多能干细胞，随着干细胞向绒毛或上皮表层迁移而不断分化，最后脱落到肠腔。肠道干细胞分化为杯状细胞的过程涉及多条信号通路和多种转录因子的相互作用，如 Wnt／β-连环蛋白、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）／Akt、转化生长因子-β（TGF-β）／成骨蛋白（BMP）和Notch信号通路及转录因子Hath1和Krüppel样因子4（KLF4）［1-3］。此外，研究发现乳酸杆菌和双歧杆菌等多种细菌可以增加杯状细胞数量和密度，其机制可能与 Hath1和 KLF4有关［1，4］。

2 杯状细胞的分泌功能及调控机制

2.1 MUC

MUC是杯状细胞的主要分泌产物，也是覆盖于肠道表面黏液层的主要组成部分，通过隔离肠道微生物与宿主上皮细胞、免疫细胞的接触，可有效阻止肠道的过度炎性反应，对维持黏膜稳态起着重要的作用。依据MUC的结构特性和合成途径分为膜结合型和分泌型，其中MUC2是最主要的分泌型MUC。

多种因素可刺激杯状细胞MUC的分泌，包括细菌、细菌产物和次级胆汁酸等。Caballero-Franco等［5］将VSL＃3益生菌（含有乳酸杆菌、双歧杆菌和链球菌的混合物）喂养Wistar大鼠，7 d后发现小鼠结肠分泌明显增加；Dharmani等［6］在体内外研究中发现，侵袭性较强的具核梭杆菌菌株能刺激MUC和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的分泌；此外，福氏志贺菌可影响到MUC的基因转录、蛋白糖基化反应及其分泌［7］。这些研究表明，多种细菌能够调节杯状细胞分泌MUC。Lee等［8］研究发现，次级胆汁酸可通过多条信号通路上调HM3肿瘤细胞中MUC2的表达，如激活表皮生长因子受体／蛋白激酶C／Ras／细胞外信号调节激酶／反应元件结合蛋白、PI3K／Akt／IκB和p38／丝裂原活化蛋白／环腺苷酸反应元件结合蛋白这3条信号通路可上调MUC2的表达，而激活c-jun氨基末端激酶／转录激活因子信号通路则起到相反的作用；因此，可激活或抑制相关信号分子从而调节肠道黏液含量，为治疗MUC相关肠道疾病提供新策略。此外，血管活性肠肽、前列腺素和脂多糖等均能诱导MUC2基因转录，增加MUC分泌。

2.2 ITF

ITF是杯状细胞的另一种重要的分泌物，主要作用包括：（1）ITF能够与MUC2结合，形成牢固的凝胶复合物，共同维持黏液屏障的完整性，阻止多种蛋白酶及机械应力等因素造成的肠黏膜损伤；ITF还能明显减轻多种损伤因子介导的肠黏膜损害，促进黏膜恢复，具有很强的细胞保护作用［9］。（2）ITF与其结合蛋白作用，诱导上皮细胞迁移和促进细胞增殖，从而促进黏膜修复［10］。因此，ITF在肠道的自我保护机制中占据重要的地位。此外，ITF的过量表达与结直肠癌相关，有可能成为新的结直肠癌诊断标志物［11］。

2.3 RELMβ

RELMβ是由杯状细胞分泌的一种富含半胱氨酸的蛋白质，其主要作用包括：（1）RELMβ参与肠道炎性疾病的调控，在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中，RELMβ基因缺失的小鼠结肠损伤的严重程度降低［12］。（2）RELMβ对肠道寄生虫感染起到保护性免疫作用，还能促进适应性CD4＋T细胞（Th1细胞）的免疫反应和肠道寄生虫感染的慢性炎性反应［13］。

3 杯状细胞分化成熟与肠道疾病

3.1 肠道感染性疾病

在多种肠道感染疾病中，均伴随着杯状细胞数目的增多和MUC的分泌。研究发现，MUC2基因缺失的小鼠与野生型小鼠相比，不易将线虫排出肠道，提示MUC在肠道寄生虫感染过程中起保护作用［14］。因此，杯状细胞分泌产物在肠道感染的固有免疫方面起着重要的作用。但是，肠道慢性炎性反应会加速杯状细胞的耗损，从而使MUC的合成和分泌减少，如溶组织内阿米巴通过与MUC结合来穿过黏液层，侵入并定植在肠道上皮细胞表面，导致肠道黏膜屏障破坏，引起肠道组织发生肉芽肿和纤维化［15］。

3.2 坏死性肠炎

坏死性肠炎（NEC）是一种多发生于早产儿的重症肠道炎性疾病，其发病机制尚未明确，目前认为NEC的发生可能与肠道MUC2的变化有关。Martin等［16］研究发现，NEC患者回肠产 MUC2的杯状细胞数量明显减少，而胆汁酸含量却显著增加；MUC2基因突变的小鼠更容易发生NEC；胆汁酸则可以抑制初生大鼠肠道中杯状细胞的数量，主要依据包括：（1）给予初生大鼠服用消胆胺（一种可以结合胆汁酸，阻止其吸收并促进胆汁酸排泄的阴离子交换树脂），其杯状细胞的数量较未给药组明显增加；（2）在体外实验中，将暴露于熊去氧胆酸的回肠与对照组比较，杯状细胞数量明显减少，而此现象仅限于出生后5 d的大鼠体外回肠；（3）将经过胆汁酸转运蛋白抑制剂SC-435处理过的新生大鼠和胆汁酸转运蛋白基因敲除大鼠与野生大鼠比较，前两者的肠道上皮细胞中胆汁酸含量减少，NEC的严重程度下降，而经过诱发NEC处理后，杯状细胞的数量没有明显变化。这些研究结果表明，胆汁酸及其转运蛋白在减少未成熟回肠MUC2阳性杯状细胞的过程中起到重要的作用，从而揭示了胆汁酸、MUC2和NEC三者之间的相互关系。

研究表明，Toll样受体4（TLR4）也参与了NEC的发生发展过程，其机制主要表现在以下两个方面：（1）TLR4的缺失可抑制Notch信号通路并减少自身胆汁酸的含量，从而增加初生小鼠杯状细胞的数量，增加MUC2分泌；而TLR4的激活可减少杯状细胞数量，损伤肠道黏液层，促进NEC的发生；（2）肠道上皮细胞表面TLR4的激活可减少内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的合成，而eNOS是生成调节肠道微循环灌注的一氧化氮的重要催化剂，因此激活的TLR4通过减少eNOS的合成来减少肠道微循环灌注，从而导致NEC的发生［17-18］。因此，可通过抑制TLR4活性和Notch信号通路等策略治疗相关肠道疾病。

3.2 炎症性肠病

炎症性肠病（IBD）是一组病因不明的慢性肠道炎性疾病，主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。近年来研究表明，杯状细胞功能异常在IBD发病机制中发挥着重要作用。

Van der Sluis等［19］的研究发现，MUC2-／-小鼠肠道共生菌直接与结肠表面上皮细胞接触，在实验过程中能够自发地发展为结肠炎，对DSS诱导的结肠炎也较野生型小鼠敏感。Larsson等［20］研究发现，活动性UC患者肠道MUC2 O-型糖基化发生改变。从病理角度看，UC病变局限于黏膜层，在较大程度上损伤了杯状细胞，从而导致细菌透过黏液层侵蚀上皮细胞［21］；而CD增殖性病变主要发生在黏膜下层，对杯状细胞的损伤相对较小，甚至可以激活转录因子Hath1和KLF4，促进杯状细胞分化，增加MUC分泌。因此，MUC的改变可诱发IBD，更为重要的是，IBD炎性反应的产生也可影响杯状细胞分化和黏蛋白表达，两者相互作用导致疾病的发生和发展。

ITF在肠道炎性疾病时可见表达异常，在DSS诱导的结肠炎模型中，在急性炎性反应和再生阶段，杯状细胞持续表达ITF mRNA及ITF，且表达延伸到了隐窝底部［22］。此外，体外实验证明，RELMβ可通过激活白细胞来增强炎性反应，Wen等［23］采用实时定量PCR技术，在IBD患者肠道活检时发现有大量RELMβ表达，但实验组与对照组之间差异无统计学意义。因此，ITF和RELMβ都参与了IBD的发生发展，其具体作用机制需要进一步研究证实。

3.4 黏液腺癌

肠道黏液腺癌是腺癌的一种组织学形态，＞50%的肿瘤组织由黏液构成时即可诊断为黏液腺癌。越来越多的证据表明，MUC与肠道黏液腺癌有着密不可分的关系，在肿瘤的发生过程中，MUC可以影响肿瘤细胞的黏附力、免疫识别、转移和预后。

在结直肠肿瘤中，黏液腺癌预后较差，易发生转移和复发，这可能与黏液物质对周围组织的机械压力使得肿瘤细胞更易向周围侵犯有关［24］；此外，MUC2分子表面的Sialyl-Lewsx和Sialyl-Lewsa是黏附分子选择素的配体，故可参与细胞与血管内皮的黏附，参与肿瘤细胞的转移过程。研究表明，黏液腺癌组织中膜型MUC1、MUC2和MUC5AC阳性表达与肿瘤大小及分化程度无关，而与浆膜浸润、淋巴结转移及临床分期明显相关，随着浸润越深、淋巴结转移及临床分期越高，MUC1表达下降，MUC2和MUC5AC则表达上升，提示三者的变化趋势可预示结直肠黏液腺癌细胞的浸润转移潜能，并且以肠道杯状细胞为基础的MUC有可能成为防治黏液腺癌的分子和免疫新靶点［25-26］。

4 结语

综上所述，随着对杯状细胞研究的深入，其与肠道疾病的相关性也越来越受到关注。杯状细胞的数量及其分泌产物的成分变化可作为相关肠道疾病的重要指标。然而，其调控和作用机制较为复杂，需要开展更深入的研究以阐明其与肠道疾病的关系。

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