潘氏细胞与溃疡性结肠炎关系的研究进展

秦 谦，陈东风，魏艳玲

第三军医大学大坪医院野战外科究所消化内科，重庆 400042

潘氏细胞与溃疡性结肠炎关系的研究进展

秦 谦，陈东风，魏艳玲

第三军医大学大坪医院野战外科究所消化内科，重庆 400042

潘氏细胞(Paneth cells，PCs)是小肠腺的特征性细胞，可分泌防御素等多种抗菌物质，抑制肠道细菌过度繁殖，在维持肠道内稳态、参与固有免疫方面发挥重要作用。研究发现溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)与PCs之间存在一定联系，UC患者结肠黏膜存在不同程度的PCs化生(Paneth cell metaplasia, PCM)，提示PCs在UC的发生、发展过程中可能发挥重要作用。本文就PCs与UC关系的研究进展作一概述，为PCs与UC发病机制的深入研究提供思路。

潘氏细胞；溃疡性结肠炎

1872年德国解剖学家Schwalbe首先在小肠隐窝底部观察到一种锥体形细胞[1]，随后1888年奥地利医师Joseph Paneth进一步对这种细胞进行了详细观察和描述，该细胞从此被命名为潘氏细胞[2]。潘氏细胞(Paneth cells，PCs)是小肠腺的特征性细胞，和隐窝干细胞间隔排列于腺底部，遍布于整个小肠，细胞呈锥体形，顶部胞质充满粗大嗜酸性的分泌颗粒，通过释放防御素、磷脂酶、溶菌酶等抗菌物质[3]抑制肠道致病微生物的繁殖，参与肠道免疫。自从发现第1例炎症性肠病(IBD)患者存在潘氏细胞化生(PCM)以来，有关溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)与PCs相关研究一直在进行，PCs在UC发病中的作用也引起人们的关注，本文就此作一概述。

1 PCs的发生

PCs起源于肠隐窝干细胞，其发生比其他类型的小肠上皮细胞要晚。人与鼠PCs的发生在时间上差异较大。在第20周、21周、24周以及5.2个月胎儿的小肠上皮中已可观察到PCs。小鼠PCs最初见于生后第7天，至断乳期(12～20 d)开始出现分泌功能。在断乳期以前，PCs的数量增长缓慢，至生后第10天，平均每个肠隐窝仅有0.38个PCs。Bry等[4]发现，小鼠在胚胎第15天，肠黏膜开始由假复层上皮转化为单层上皮时，绒毛间区已有部分细胞表达隐窝素，但肠隐窝底部出现磷脂酶A2(phospho1ipase A2，sPLA2)，与溶菌酶阳性染色的时间分别为生后第7天、第10天，而凝集素Ulex europaeus agglutinin 1(UEA-1)和Maackia amurensis agglutinin(MAA)作为PCs发育成熟的标志则要到生后第21天才能检出。大鼠PCs的发生与小鼠相似：生后第2天，含PCs的肠隐窝不足2%；生后第6～8天，多数肠隐窝只有1个PCs。至生后第21天，即断乳期结束时，PCs的数量与生后第28天已无显著差异，基本达到成年水平。

2 PCs的抗菌功能

PCs嗜酸性颗粒的主要成分为防御素、溶菌酶、SPLA2、血管生成因子和Reg3-γ，其中以防御素最为丰富，占80%[5]。PCs可直接感受肠腔细菌，通过激活MyD88依赖的Toll-like receptors(TLR)，诱导表达大量抗菌因子。PCs分泌的防御素主要为α-防御素(HD-5和HD-6)，HD-5以前体形式储存在PCs分泌颗粒内，释放后经胰蛋白酶剪切成为成熟防御素[6-7]。同其他防御素一样，HD-5主要通过以下两种机制发挥抗菌作用，HD-5在高浓度状态下，通过静电力和疏水作用与细菌的细胞膜相互作用，导致细胞膜的破裂。在低浓度状态下，HD-5能使参与细菌胞壁生物合成的脂质调节分子失活从而限制细菌的生长。HD-6是由32个氨基酸组成的多肽，以往研究认为，与其他防御素相比HD-6在体外几乎没有抗菌性[8]，然而Wehkamp 等[9]研究发现，在体内和体外HD-6能随机与细菌表面膜蛋白的结合，然后聚合为四聚体甚至多聚体，进而形成包裹缠绕细菌的纳米网格，阻止细菌穿过肠黏膜膜屏障。在HD-6四聚体形成的过程中其27位的组氨酸发挥了关键作用，将组氨酸用色氨酸替换后HD6便失去了这种自我聚合的特性[10]。Hooper等[11]研究发现血管生成素4(Angiogenin-4，Ang4)是小鼠PCs分泌的另外一种抗菌肽，在肠道固有免疫中发挥重要作用。肠道主要的共生菌多形拟杆菌(bacteroides thetaiotaomicron)能够诱导其表达，而其他抗菌肽如防御素不被细菌调控。另外PCs分泌的sPLA2也具有抗细菌、病毒和真菌的作用[12]。重建无菌小鼠肠道菌群后小肠和结肠部位肠上皮细胞、PCs和杯状细胞表达的蛋白Reg3γ(胰岛再生源蛋白3γ)表达增高[13]。进一步研究发现Reg3γ能够通过限制微生物在肠上皮定植抑制固有免疫反应的激活，Reg3γ基因敲除小鼠肠黏膜革兰阳性菌增多[14]，提示PCs除抗微生物作用外在调节固有免疫方面也发挥重要作用。

3 PCs组成肠干细胞微环境(niche)

肠黏膜上皮是哺乳动物机体代谢最活跃的场所，研究显示人类每天约产生5.6×109个肠上皮细胞以维持上皮的动态平衡[15]，肠上皮进行一次完全更新仅需4～5 d[16]。肠上皮细胞的持续更新与肠道隐窝内干细胞增殖分化密不可分。而PCs在维持肠隐窝干细胞生长发育方面发挥关键作用。一方面PCs分泌的抗菌物质能够维持肠隐窝无菌环境，为干细胞增殖分化提供良好的环境。另一方面，PCs能表达表皮生长因子(EGF)、 转化生长因子-α(TGF-α)、Wnt3 和Notch信号通路配体-DLL4维持肠干细胞的生长发育，将PCs与分离出的干细胞共同培养能够促进干细胞的谱系分化[17]。最新研究[18]发现在小肠干细胞和小肠稳态调节过程中，Notch和Wnt信号通路还扮演了重要调控作用，阻断Notch信号会引起小肠干细胞分化失衡，并且在这一过程中伴随对Wnt信号途径的抑制解除。在小鼠的小肠中，Notch和Wnt信号对于小肠干细胞维持以及肠道负责消化液分泌的细胞和负责营养吸收的细胞之间的分化平衡都是非常必要的。研究人员发现,当Notch信号受到抑制，小肠干细胞倾向于向分泌细胞方向分化，而影响营养吸收细胞的分化过程。利用具有功能阻断特性的抗体特异性阻断Notch受体，发现阻断Notch信号会解除对Wnt信号途径的抑制作用，干扰小肠干细胞的正常功能，导致促分泌功能相关基因的错误表达。

4 UC中PCs的化生

1937年Hertzog[19]首次在1例UC患者的结肠中发现了PCs，随后1961年Paterson等[20]描述了UC患者结肠PCM，比较10例UC患者与10例因其他疾病手术切除的结肠中PCs比例发现，UC患者结肠隐窝含有超过1个以上PCs占19.6%，最高达30%。而在靠近急性炎症的区域和形成脓肿的隐窝中未发现PCs。Lewin[21]研究了44例UC患者发现41例(93%)患者在结肠或直肠中出现PCM。Haapamäki等[22]发现在UC患者结肠化生的PCs存在PLA2-Ⅱ mRNA和PLA2-Ⅱ蛋白表达，炎症较重者化生的PCs数量更多，PLA2-Ⅱ的合成似乎与炎症的严重程度密切相关。Tanaka等[23]通过比较866例人群(包括181例UC、159例CD和448例非IBD患者及78例对照)结直肠PCM发现，在非IBD组和对照组结肠远端很少出现PCs(<2%)，而升结肠和盲肠比较常见(最高达48.7%)，与非IBD患者和对照组相比，IBD患者远端结肠发生PCM的比例明显增高，UC与CD的化生无明显差异，PCM与疾病状态(活动期、缓解期和静止期)也无明显相关性。在UC直肠炎和左半结肠炎非炎症区极少见PCM。进一步回归分析发现，PCM与隐窝扭曲和单核细胞浸润呈正相关，而与隐窝萎缩、黏液素缺乏无明显相关性，提示肠黏膜的增生与修复可能是引起PCM最重要的因素。Simmonds等[24]观察到在UC的发病早期结肠远端就有PCM，观察了13例UC儿童患者，其中11例在远端结肠发现PCM。

5 PCs在UC病理过程中可能的作用机制

以往认为UC中PCM是肠上皮慢性损伤、黏膜愈合与修复的标志。然而本研究认为PCs在结肠远端的出现有着十分重要的意义和背景。人体胃肠道各个部位定植的细菌数量和种类差异很大，其中胃内的细菌数量最少(0～103)，主要为需氧菌，回肠较多(103～107)，以厌氧菌为主，结肠最多(1011～1012)，98%由厌氧菌构成,菌种多达300余种，大便干重近1/3由细菌组成[25]。另外，同一段肠道，不同种类细菌的空间分布也不同。人体消化道构成了菌群生长的外环境，不同节段的消化道细胞构成、功能、pH等条件均不同，这些不同导致定植于此部位的菌群结构与其他部位有差异，不同菌群结构改变会对肠道产生一定的影响。如幽门螺杆菌(H.pylori)感染可引起慢性胃炎，慢性胃炎患者有不同程度的PCM，提示消化道细菌可能通过某种机制改变消化道上皮的细胞构成与结构。UC患者肠道菌群与健康人相比有很大差异[26]，尽管目前没有直接证据表明肠道菌群能通过明确的机制诱导干细胞向PCs分化，我们认为肠道菌群的改变可能引起了PCM。UC轻度的PCM对于维持肠隐窝干细胞的生长发育环境起积极作用，促进肠黏膜的损伤修复。然而，由于PCs本身也是由隐窝干细胞分化而来，过度的PCM必然会引起隐窝干细胞的过度消耗，从而限制干细胞向其他类型的细胞分化，延缓黏膜修复过程，而其他类型的肠上皮细胞对于维持肠黏膜屏障和正常功能十分重要。除了在小肠部位Notch和Wnt信号参与维持小肠干细胞分化平衡[18]，结肠部位化生的PCs也可能通过Notch和Wnt信号分子调节结肠干细胞的分化，而在正常的肠道这种调节作用不存在，提示PCs可能通过这些信号分子间接参与UC的病理过程。另有研究发现与正常小肠PCs相比，UC患者化生的PCs表达neutrophilic alkaline phosphatas(NALPs)，NALP1、7、8和11增加，提示PCs可能通过NALPs参与IBD的病理过程[27]。

6 PCM对UC治疗的作用

UC患者可表现出不同程度的结肠PCM，而化生的PCs与正常小肠PCs的形态和分泌功能没有明显不同[23]，提示化生PCs的出现更像是机体的适应性变化。目前在UC常规治疗方法上并未认真考虑PCs的功能，对PCM的认识还不够深，就目前研究来看，UC的PCM可能与肠道微生态改变、肠干细胞分化平衡等多种因素密切相关。尽管现在普遍认为粪菌移植对UC的治疗效果尚有争议，我们认为可以通过改变肠道菌群来调节肠道细胞构成。通过调节PCs作用于肠干细胞的信号分子可能会诱导干细胞向“健康”的方向分化，这些为UC的治疗提供了新的靶点和思路，可能具有广阔的前景。

[1]Sandow MJ, Whitehead R. The Paneth cell [J]. Gut, 1979, 20(5): 420-431.

[2]Paneth J. Ueber die secernirenden Zellen des Dünndarm-Epithels [J]. Arch Mikrosk Anat, 1887, 31(1): 113-191.

[3]Clevers HC, Bevins CL. Paneth cells: maestros of the small intestinal crypts [J]. Annu Rev Physiol, 2013, 75: 289-311.

[4]Bry L, Falk P, Huttner K, et al. Paneth cell differentiation in the developing intestine of normal and transgenic mice [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1994, 91(22): 10335-10339.

[5]Salzman NH, Underwood MA, Bevins CL. Paneth cells, defensins, and the commensal microbiota: a hypothesis on intimate interplay at the intestinal mucosa [J]. Semin Immunol, 2007, 19(2): 70-83.

[6]Zhao A, Lu W, de Leeuw E. Functional synergism of Human Defensin 5 and Human Defensin 6 [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2015, 467(4): 967-972.

[7]Ghosh D, Porter E, Shen B, et al. Paneth cell trypsin is the processing enzyme for human defensin-5 [J]. Nat Immunol, 2002, 3(6): 583-590.

[8]Ericksen B, Wu Z, Lu W, et al. Antibacterial activity and specificity of the six human {alpha}-defensins [J]. Antimicrob Agents Chemother, 2005, 49(1): 269-275.

[9]Wehkamp J, Chu H, Shen B, et al. Paneth cell antimicrobial peptides: topographical distribution and quantification in human gastrointestinal tissues [J]. FEBS Lett, 2006, 580(22): 5344-5350.

[10]Chu H, Pazgier M, Jung G, et al. Human alpha-defensin 6 promotes mucosal innate immunity through self-assembled peptide nanonets [J]. Science, 2012, 337(6093): 477-481.

[11]Hooper LV, Stappenbeck TS, Hong CV, et al. Angiogenins: a new class of microbicidal proteins involved in innate immunity [J]. Nat Immunol, 2003, 4(3): 269-273.

[12]Krizaj I. Roles of secreted phospholipases A2 in the mammalian immune system [J]. Protein Pept Lett, 2014, 21(12): 1201-1208.

[13]Ogawa H, Fukushima K, Naito H, et al. Increased expression of HIP/PAP and regenerating gene III in human inflammatory bowel disease and a murine bacterial reconstitution model [J]. Inflamm Bowel Dis, 2003, 9(3): 162-170.

[14]Vaishnava S, Yamamoto M, Severson KM, et al. The antibacterial lectin RegIIIgamma promotes the spatial segregation of microbiota and host in the intestine [J]. Science, 2011, 334(6053): 255-258.

[15]Weinstein WM. Epithelial cell renewal of the small intestinal mucosa [J]. Med Clin North Am, 1974, 58(6): 1375-1386.

[16]van der Flier LG, Clevers H. Stem cells, self-renewal, and differentiation in the intestinal epithelium [J]. Annu Rev Physiol, 2009, 71: 241-260.

[17]Sato T, van Es JH, Snippert HJ, et al. Paneth cells constitute the niche for Lgr5 stem cells in intestinal crypts [J]. Nature, 2011, 469(7330): 415-418.

[18]Tian H, Biehs B, Chiu C, et al. Opposing activities of Notch and Wnt signaling regulate intestinal stem cells and gut homeostasis [J]. Cell Rep, 2015, 11(1): 33-42.

[19]Hertzog AJ. The paneth cell [J]. Am J Pathol， 1937, 13(3): 351-360.

[20]Paterson JC, Watson SH. Paneth cell metaplasia in ulcerative colitis [J]. Am J Pathol, 1961, 38: 243-249.

[21]Lewin K. The Paneth cell in disease [J]. Gut, 1969, 10(10): 804-811.

[22]Haapamäki MM, Gr nroos JM, Nurmi H, et al. Gene expression of group II phospholipase A2 in intestine in ulcerative colitis [J]. Gut, 1997, 40(1): 95-101.

[23]Tanaka M, Saito H, Kusumi T, et al. Spatial distribution and histogenesis of colorectal Paneth cell metaplasia in idiopathic inflammatory bowel disease [J]. J Gastroenterol Hepatol, 2001, 16(12): 1353-1359.

[24]Simmonds N, Furman M, Karanika E, et al. Paneth cell metaplasia in newly diagnosed inflammatory bowel disease in children [J]. BMC Gastroenterol, 2014, 14: 93.

[25]Simon GL, Gorbach SL. Intestinal flora in health and disease [J]. Gastroenterology, 1984, 86 (1): 174-193.

[26]Wu RL, Sun ZQ, Wei Z. Itestinal flora structural features in the ulcerative colitis by ERIC-PCR fingerprinting [J]. Chin J Gastroenterol Hepatol, 2012, 21(9): 798-801. 吴瑞丽, 孙自勤, 魏志. 溃疡性结肠炎肠道菌群结构ERIC-PCR指纹图谱分析 [J]. 胃肠病学和肝病学杂志, 2012, 21(9): 798-801.

[27]Slavova N, Drescher A, Visekruna A, et al. NALP expression in Paneth cells provides a novel track in IBD signaling [J]. Langenbecks Arch Surg, 2010, 395(4): 351-357.

(责任编辑：李 健)

Advances in the correlation between Paneth cells and ulcerative colitis

QIN Qian， CHEN Dongfeng， WEI Yanling

Department of Gastroenterology， Daping Hospital， Research Institute of Surgery， the Third Military Medical University， Chongqing 400042， China

Paneth cells (PCs) are normally present in the mucosa of the small intestine, responsible for secreting various of antimicrobial to inhibit overgrowth of intestinal bacterial. They play a key role in the homeostasis of gut microbial and innate immunity. Many studies have investigated the correlations between ulcerative colitis(UC)and PCs. Paneth cell metaplasia (PCM) has been described in UC. This suggests that PCs play a crucial role in the development and progress of UC. In the following, the correlation between PCs and UC was reviewed to hopefully provide ideas for the further research of PCs and UC.

Paneth cells; Ulcerative colitis

“标准化粪菌移植”治疗炎症性肠病(IBD)有效性及安全性的随机对照临床研究；第三军医大学大坪医院野战外科研究所临床科研基金(2014YLC05)

秦谦，硕士研究生，研究方向：炎症性肠病发病机制。E-mail： suoliren@126.com

魏艳玲，医学博士，讲师，研究方向：炎症性肠病发病机制，粪菌移植相关临床、科研工作。E-mail： lingzi016@126.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.03.002

R574.62

A

1006-5709(2016)03-0245-03

2015-12-10