克罗恩病肠壁纤维化的分子与信号转导机制的研究进展

徐　丽　徐萍萍　韩　真



·综述·

克罗恩病肠壁纤维化的分子与信号转导机制的研究进展

徐丽徐萍萍韩真

克罗恩病(CD)是一种累及胃肠道的、免疫介导的慢性炎性疾病，有近1/3的CD合并肠道纤维化，可导致肠梗阻甚至需要手术治疗。纤维化是炎性损伤修复的适应性过程，多种基因、细胞、信号通路及细胞外基质(ECM)参与其中，转化生长因子-β(TGF-β)在纤维化发展中具有重要作用。此文对CD肠壁纤维化的分子与信号转导机制作一综述。

克罗恩病；肠道纤维化；分子与信号转导机制

克罗恩病(CD)是一种免疫介导的、累及胃肠道的慢性炎性疾病，可分为穿透型(B1)、狭窄型(B2)和非穿透型非狭窄型(B3)。其中30%～50%的CD可发展成为B2型，并且可进展为肠梗阻，常常需要手术治疗[1]，且易反复发作。纤维化是炎性损伤修复的适应过程，炎性反应可导致细胞损伤，炎性介质过度释放，使成纤维细胞激活、增殖，继而导致细胞外基质(ECM)的过度沉积。肠道纤维化和狭窄是CD患者肠道损伤和炎性反应在组织愈合过程中失调的结果。纤维化是一个渐进的过程，以ECM过度沉积、肠腔扭曲变形、肠道狭窄为特点。纤维化是在炎性介导下组织修复的一个“生理过程”，纤维化的形成取决于ECM的沉积与降解的平衡[2]。炎性反应是纤维化形成的必要条件，但抗炎药物的治疗并不能阻止已经沉积的ECM所形成的纤维化，表明控制炎性反应只能在一定程度上影响纤维化。本文主要对CD肠壁纤维化的分子与信号转导机制的研究现状进行综述，希望对今后进一步的研究有一定的启示及帮助。

1　促纤维化因子

CD具有一定的遗传背景，在环境和免疫等因素的共同作用下，分泌及合成多种细胞因子[3-4]，通过不同的信号转导通路参与纤维化的形成。目前研究发现，常见的促纤维化因子包括转化生长因子-β(TGF-β)、胰岛素样生长因子(IGF)、结缔组织生长因子(CTGF)、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)、哺乳动物雷帕霉素受体(mTOR)、血管内皮生长因子(VECF)等[5]。

1.1TGF-β

TGF-β具有很强的抗炎作用，同时也能促进纤维化的形成。正常表达时能抑制炎性反应，从而抑制细胞增殖、生长、分化，而过度表达则可促进纤维化的发展。TGF-β是纤维化形成过程中的核心因子，包括3种亚型，分别为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。有研究发现，在TGF-β1基因转移的小鼠结肠组织中TGF-β1过度表达，并致广泛肠纤维化[6]。TGF-β1持续过度表达可使ECM沉积、重塑，主要通过刺激间质细胞分泌ECM；刺激多种细胞向肌成纤维细胞转化，增强其合成ECM的能力；调节基质金属蛋白酶/基质金属蛋白酶组织抑制剂(MMP/TIMP)的平衡，增加ECM的净含量[7]；增加促纤维化细胞因子的分泌，从而促进纤维化的形成。TGF-β超家族细胞因子涉及多条信号通路，TGF-β1与细胞膜表面的TGF-β Ⅱ型受体结合后招募与激活Ⅰ型受体(ALK-5)，结合Ⅰ型受体后使Smad2和Smad3通路磷酸化，增加Ⅰ型胶原蛋白的产生(占肠道胶原蛋白的70%)，从而促进纤维化。此外，TGF-β1还可通过竞争Ⅰ型受体并抑制Smad磷酸化来抑制Smad6与Smad7的作用，参与纤维化的形成。TGF-β参与肠纤维化的信号通路包括Smad蛋白、ERK1/2 促细胞分裂原活化蛋白激酶(MAP)、蛋白激酶C(PKC) 这3条途径[8]。Smad信号通路是TGF-β参与的经典通路，与TGF-β信号转导的有Smad2、3、4、7，其中Smad2、3是促进纤维化的关键因子，Smad4是中转因子，可被Smad7抑制。MAP是细胞内丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，TGF-β能够激活MAP的多条途径[9]，目前已被证实的有细胞外信号调节激酶(ERK)、巨丝裂原活化蛋白激酶(ERK5/BMK1)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAKP)、c-Jun氨基端激酶(JNK)/应激活化蛋白激酶(SAPK)。ERK被激活后可以磷酸化一系列蛋白及转录因子，并且可以启动有丝分裂，促进细胞增殖。ERK 信号通路的激活可通过PKC方式来调节基因转录[10]。因此，MAPK抑制剂在抗CD纤维化治疗中引起了人们关注，相关药物的开发成为了研究热点。有研究从CD患者的狭窄肠道浆膜分离细胞并进行培养，经TGF-β1刺激后发现，PKC的抑制可以减少胶原蛋白的产生[11]，使用MAPK抑制剂可得到相似的结果。

1.2IGF

IGF在CD患者纤维化发展中的作用主要是增加了狭窄肠道平滑肌细胞中IGF-Ⅰ、胰岛素样生长因子结合蛋白-3(IGFBP-3)、IGFBP-5的表达[12]。在肠壁肌层中，IGF-Ⅰ可致平滑肌细胞增殖，抑制细胞凋亡，使ECM产物(Ⅰ型胶原、纤维连接蛋白、波形蛋白)合成增加。有报道对利用2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的IGF-Ⅰ杂合子小鼠慢性结肠炎模型进行研究，结果表明TGF-β调控肠道纤维化的作用是通过增加IGF-Ⅰ的表达来实现的[13]。TGF-β可以通过刺激IGFBP-3的表达来激活TGF-β受体，增加胶原蛋白的产生，引起纤维化，IGF-Ⅰ同样可以刺激上皮下肌成纤维细胞产生胶原蛋白而引起纤维化。此外，IGF-Ⅰ可以通过抑制MMP-1的表达来改变ECM的降解机制，从而使ECM沉积[13]。

1.3CTGF

CTGF存在于心、肝、脑、肾等组织器官中，能被多种细胞因子激活[14]，其可以促进细胞增殖，产生ECM，介导黏附和趋化，促进血管和肉芽组织形成。作为TGF-β的特异性下游分子，CTGF对TGF-β有明显的调控作用。研究表明，在大多数组织器官中，TGF-β与CTGF有协同作用，两者具有许多相似的性质，CTGF可以提高TGF-β与受体的结合能力。CTGF在正常组织中表达较低，而在纤维化组织中有很高的表达，有研究结果显示CD患者狭窄肠道中CTGF的表达是正常组织的5倍以上，提示CTGF与纤维化有明显相关性[15]。CTGF主要与Smad、MAPK、PKC通路有关。

1.4RAAS

RAAS系统可调节细胞生长、分化、增殖、凋亡，活性样簇(ROS)的产生，细胞因子的表达，内皮细胞的激活，炎性反应的发生，ECM的产生和纤维化的进展[16]。血管紧张素Ⅱ在RAAS系统中起着核心作用，通过调控炎性反应来参与纤维化的进程。有研究发现，血管紧张素Ⅱ在CD 患者中表达增加，在狭窄CD患者的肠道中更为明显，甚至可以被血管紧张素抑制剂(ACEI)和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ATⅡ)拮抗，其与减少TGF-β和CTGF的表达紧密相关[17]。

1.5mTOR

mTOR属于磷脂酰肌醇-3激酶相关蛋白激酶(PI3K)家族成员，是PI3K/Akt信号通路的下游效应蛋白，涉及细胞生长、存活、增殖、分化，蛋白质合成及转录。mTOR信号通路可被激素、生长因子、氨基酸等刺激因素激活，mTOR抑制剂具有抗纤维化作用，主要是通过减少成纤维细胞及肌成纤维细胞的数量以及下调促纤维化因子。自噬缺失和血管生成可以促进纤维化，而控制血管形成可以改善纤维化，特别是在血管重塑和慢性炎性反应的纤维形成过程中[18]。mTOR可调节低氧诱导因子(HIF-1α)和血管生成因子(VEGF)，是新生血管的主要驱动因子。TGF-β/Smad3也能激活mTOR，并促进胶原蛋白产生以及纤维化的形成[19]。mTOR抑制剂如雷帕霉素及其类似物西罗莫司，可抑制TGF-β诱导HIF-1α的表达及纤维化的形成，有潜在治疗纤维化的作用。

1.6其他

结合素类可通过调节细胞和ECM的相互作用来影响纤维化的形成。在正常组织中，结合素不表达，但在受损组织中可随着TGF-β的释放而局部上调[20]。avrB6基因可以激活潜在的TGF-β，而avrB6抑制剂可以抑制组织促纤维化转录前体，包括Ⅰ型胶原蛋白、TGF-β1、TGF-β2、α-SAM、CTGF、TIMP-1和avrB6自身，其通过抑制局部TGF-β来抑制纤维化，并不影响总体稳态。Hedgehog信号通路可调节纤维化和原始细胞的增殖与分化[21]，具有促纤维化作用，可促进肌成纤维细胞的激活、上皮间质转化(EMT)、MMP的释放、TGF-β和ECM的产生[22]。Wnt/β-catenin信号通路可调节细胞生长、肿瘤发生和纤维化的形成，该通路的激活可以促进EMT及TGF-β，增加ECM的合成、T细胞的迁徙，调控MMP-2、MMP-7、MMP-9[23]。晚期糖基化终产物受体(RAGE)具有促纤维化作用，可通过促进EMT的产生及ECM的沉积，增加激活的成纤维细胞的数量并上调α-SAM[24]。在IBD患者中，RAGE的高表达与疾病活动和纤维化有关。

2　抗纤维化因子

研究发现，常见的抗纤维化因子包括过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)、Smad7蛋白和脂连素等[5]。

2.1PPAR

PPAR是调控基因转录的核心受体，PPAR-γ存在于肠道黏膜，表达于脂细胞、单核巨噬细胞、T细胞和B细胞，可调节脂细胞分化、葡萄糖和脂肪代谢、炎性反应及免疫过程，调控纤维化形成。PPAR-γ的激活与TGF-β/Smad3通路密切相关，它可直接抑制Smad3，下调CTGF的表达[25]。增加该受体的表达可以减少胶原蛋白的沉积，缓解纤维化的形成。

2.2脂连素

脂细胞作为内分泌细胞存在于肠系膜脂肪组织和血清中，可分泌促纤维化和抗纤维化因子，目前已知的有瘦素和脂连素。瘦素是一种蛋白质，主要通过Th1参与调控免疫，影响CD的发病机制。脂连素和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)具有相似的结构，通过竞争相同的受体来拮抗TNF-α，具有抗纤维化的作用[26]。脂肪组织中C1q/TNF相关蛋白-3(CTRP-3)具有高表达性，有研究表明其在CD患者中广泛表达，CTRP-3可通过拮抗TGF-β的释放、减少CTGF的表达及减少胶原蛋白的产生来发挥抗纤维化的作用[27]。

3　结论

目前肠壁纤维化的发病机制尚未完全阐明，故临床上针对CD引起的肠道纤维化尚缺乏有效的治疗手段。因此，探究CD肠壁纤维化的发病机制对提高CD患者的疗效，改善CD患者的生活质量有着重要的意义。随着研究的进一步深入，希望能早日明确CD肠壁纤维化的复杂机制，为狭窄型CD患者提供更好的治疗，为广大患者带来福音。

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(本文编辑：周骏)

皖南医学院中青年科研基金(WK2015F08)

241000安徽芜湖，皖南医学院附属弋矶山医院消化内科

韩真，Email: hanzhen1028@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.04.009

2016-03-10)