炎症性肠病相关信号通路的研究进展

武晓琳　赵亚楠　王丽波　周世平　杨　丽



炎症性肠病相关信号通路的研究进展

武晓琳赵亚楠王丽波周世平杨丽

不同的信号通路在炎症性肠病(IBD)的发病机制中发挥着重要的作用。研究表明以信号通路为中心调控细胞因子和异常免疫反应与IBD的进展之间有着重要的联系。因此炎症性肠病中所涉及的信号通路与IBD的发病机制关系密切，有望为IBD的早期诊断和分子靶向治疗提供新的思路。

炎症性肠病；信号通路；紧密连接；细胞因子

炎症性肠病(IBD)是一种慢性非特异性的肠道炎性病变，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。目前普遍认为IBD的致病因素可能包括遗传、免疫异常、环境、肠道微生物等。IBD动物模型及体外研究均已证实，IBD患病过程中存在细胞因子水平升高[1-2]。现已有研究证明，促炎细胞因子在肠道炎性反应中具有改变肠黏膜屏障的功能，可激活如下通路，包括Janus激酶(JAK)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、信号转导子和转录激活子(STAT)蛋白以及核因子-κB(NF-κB)等通路的信号转导，这些通路可能成为新的潜在的IBD研究及治疗靶点[3]。

1　NF-κB信号通路

NF-κB激活被认为是多种急、慢性炎性疾病的重要致病因素，NF-κB抑制剂有望对炎性疾病的治疗产生积极作用[4]。在IBD体内外实验中均可检测到NF-κB的激活，并且在动物造模中用特定的p65反义寡核苷酸抑制NF-κB可有效阻止IBD发生、下调CD患者的肠巨噬细胞产生细胞因子。不同刺激物(如促炎因子和氧化应激等)通过催化IκB激酶b(IKKb)磷酸化细胞质中的NF-κB-IκB复合物来激活NF-κB，从而导致NF-κB的分解，从细胞质转运到细胞核，激活多种NF-κB依赖的靶基因转录。有研究表明，无论是通过直接阻断p65还是抑制IκB降解和IKKb活性来抑制NF-κB，均可缓解肠道炎性反应的严重程度。Liu等[5]的实验结果表明，环烯醚萜苷类(IG)通过显著抑制IκB降解和/或IKKb活性来抑制NF-κB，下调Fas/FasL、Bax及天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)蛋白和mRNA的表达，并激活肠上皮细胞中的Bcl-2。Scaldaferri等[6]的研究表明，经英夫利西单抗治疗缓解后复发的CD患者，在临床症状出现之前，其肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平和肠黏膜细胞核中的NF-κB p65含量升高。Al-Sadi等[7]的研究证实，用TNF-α和白细胞介素-1β(IL-1β)处理Caco-2细胞系，可以通过NF-κB通路促使MLCK基因表达，从而提高紧密连接的渗透性。

2　JAK/STAT信号通路

JAK/STATS信号通路包括JAK蛋白JAK1、JAK2、JAK3、TYK2以及STAT蛋白。多种促炎因子、激素和生长因子通过JAK通路激活诱导基因的表达，进一步发挥其生物学效应。JAK/STAT信号通路参与调控细胞的生长、发育、凋亡等生理病理过程，因此对免疫功能可能具有重要的意义[8]。细胞因子应答的多样性是由于通过结合不同的JAK随后通过酪氨酸磷酸化作用形成不同的激活的同源或异源二聚体STAT[9]。STAT家族蛋白主要包括3个功能区：(1)羧基端区域为转录活性域，对于STAT发挥功能是必需的；(2)DNA结合区多数STAT有一共同的DNA结合基序TTGNNNCAA，但不同的STAT分子又有其最佳结合位点；(3)氨基酸区域该区域序列保守，与蛋白质之间的相互作用有关，如与其他转录因子、STAT二聚体或细胞因子受体的结合等[10]。在IBD及其相关结肠癌的研究中，已有涉及IL-6、IL-10和STAT3在内的异常信号通路存在的报道，并且近年来对CD基因组范围的分析表明，STAT3基因已被认定为IBD的易感基因之一。此外，体细胞的STAT3突变与STAT3持续激活以及其与结肠癌之间的联系也已被证实。Nguyen等[11]的实验观察到结肠炎性反应部位上皮的STAT3通过调节促炎细胞的浸润以及抑制调节性细胞来调控肿瘤的进展而非细胞的生长。STAT4和STAT6对肠道病原体的适应性免疫应答具有独特作用。STAT的激活提高了一些特定基因的转录效率，这些基因很可能和病原体所引起的肠道功能改变有着密不可分的关系[10]。

3　MAPK信号通路

MAPK家族是非常保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在发育和疾病发生过程中起着重要的作用。经典的MAPK级联反应包括3个细胞内蛋白激酶激活的序贯步骤：始发于MAPK激酶激酶(MAPKKK)的激活，随后MAPKK通过对邻近的苏氨酸和酪氨酸的双重磷酸化而激活MAPK[12-13]。Docena等[14]的实验表明，与对照组及IBD患者的非炎性反应部位黏膜相比，3种磷酸化的MAPK水平在CD和UC患者的肠黏膜标本中均有升高。Enjoji等[15]研究发现，p38 MAPK通过激活下游PAR2来改变TER，激活的p38 MAPK导致细胞膜上的紧密连接蛋白ZO-1表达减少或者分布异常。Al-Sadi等[16]的体内、外研究数据表明，IL-6通过JNK激活转录激活蛋白AP-1，后者激活紧密连接蛋白claudin-2 基因的表达，从而调节肠上皮紧密连接的渗透性。以往研究报道特异性表达于胃黏膜上皮细胞的相对分子量为18 000的胃窦黏膜分泌蛋白-18(AMP-18)能刺激小鼠肠上皮细胞中紧密连接的累积从而保护黏膜屏障，AMP 多肽可以限制受损黏膜紧密连接的减少，同时提高肌动蛋白丝组装紧密连接的稳定性。此外，AMP多肽可增加磷酸化p38 MAPK，磷酸化p38 MAPK是hsp25磷酸化以及累积的必要条件，后者与结合前激动蛋白密切相关。而且AMP-18可快速诱导PKC磷酸化以及“极性蛋白”易位，后者包括紧密连接中不能被去垢剂溶解的Par6、Cdc42和ECT2，而这些极性蛋白已被证实和JAM-A和ZO-1相关。AMP-18可用于提高黏膜屏障的完整性以及对特定的极性蛋白的积聚，从而对IBD受损的肠黏膜起到积极的保护作用[17]。p38 MAPK抑制剂PD169316通过与ATP竞争其结合位点阻断p38 MAPK激酶，Carrozzino 等[18]研究发现，p38抑制剂PD169316可上调claudin-4蛋白的表达；而JNK抑制剂SP600125可上调claudin-4蛋白和claudin-9蛋白的表达，同时下调claudin-8蛋白的表达。重要的是，PD169316和SP600125对紧密连接蛋白的调节在mRNA 表达水平以及RNA干涉的数据方面得到进一步确证，由于选择性抑制JNK或p38的活动，导致claudin蛋白的表达和紧密连接(TJ)上阳离子渗透性的改变。Epstein等[19]的实验结果表明，用姜黄素处理肠黏膜标本可抑制p38 MAPK的活性，上调IL-10表达并下调IL-1β表达；可见，姜黄素可作为天然p38 MAPK抑制剂，对IBD患者的治疗具有潜在价值。

4　Notch通路

Notch信号通路是肠上皮细胞自我更新和特定分化的一个关键因素。Notch信号由两个邻近细胞的Notch受体与配体相互作用而激活，导致受体构象发生改变，在一系列酶切作用下释放出Notch的胞内段(NICD)，其转移至细胞核内，与转录抑制因子RBP-Jκ(也称为CSL/CBF1)结合并招募共活化物后，即成为转录活化因子，活化Hes等分化拮抗基因的转录，表达产物与相应的分化效应基因的启动子特异性结合，并募集转录共抑制因子，阻碍细胞特异性分化效应基因的表达，最终影响细胞的分化、增殖和凋亡。由Notch受体信号介导的条件性灭活肠道特异性DNA结合蛋白RBP-Jκ可导致隐窝祖细胞增殖以及向杯状细胞转化能力的完全丧失；用γ-分泌酶抑制剂(DBZ)处理啮齿动物，结果肠道杯状细胞数量大增，从而模拟了RBP-Jκ小鼠的表型[20]。Pope等[21]的研究发现，在结肠中Notch的激活调节黏蛋白-2(MUC-2)表达、紧密连接蛋白尤其是claudin-1蛋白的表达以及在肠上皮细胞的祖细胞池的增殖与分化之间的平衡。值得注意的是，Hes-1在对照组和右旋葡聚糖硫酸钠(DSS)处理的Cl-1Tg小鼠中都高表达，并且与MUC-2表达相一致。Notch激活和MUC-2/杯状细胞缺失是黏膜炎性反应和结肠癌的主要特性，因此探讨Notch信号通路在生理和病理条件下对两者之间关系的调节至关重要。与野生型小鼠结肠隐窝相比，Cl-1Tg小鼠结肠Notch和ERK1/2的显著激活，并且在DSS结肠炎的恢复过程中，结肠隐窝高度增生提示炎性反应机制可能有助于claudin-1蛋白成为结肠癌的启动子，且上皮细胞增殖分化的异常调节是肿瘤进展和转移的核心机制。

5　结语

目前，关于IBD相关信号通路的研究方兴未艾，进展迅速。对于信号机制在IBD致病因素和治疗中的研究，也逐步地开展起来。虽然人们已经认识到信号转导在IBD发病机制中起着至关重要的作用，但具体的分子机制还不是很清楚，现有研究资料表明，在IBD发病机制中，针对激酶信号通路，对细胞因子和紧密连接所形成的网络进行靶向干预与治疗，很有可能为IBD 的临床治疗开辟新的途径。

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(本文编辑：林磊)

吉林省科技发展计划项目(20130413011GH)

130021长春，吉林大学基础医学院(武晓琳，赵亚楠)；130021长春，吉林大学第一医院胃肠内科(王丽波，周世平)；130011长春，吉林大学第四医院(杨丽)

王丽波，Email: wanglibo75@163.com

10.3969/j.issn.1673-534X.2016.02.010

2015-03-10)