溃疡性结肠炎发病新机制以及热休克蛋白65的作用

董 颖， 邵圣文， 王 莎， 杨红霞

(1.湖州师范学院 医学院, 浙江 湖州 313000； 2.湖州市食品药品检验研究院, 浙江 湖州 313000)

溃疡性结肠炎发病新机制以及热休克蛋白65的作用

董 颖1， 邵圣文1， 王 莎1， 杨红霞2

(1.湖州师范学院 医学院, 浙江 湖州 313000； 2.湖州市食品药品检验研究院, 浙江 湖州 313000)

溃疡性结肠炎是一种肠道非特异慢性炎症疾病，被世界卫生组织列为难治疾病，目前尚无特效治疗手段.溃疡性结肠炎病因和发病机制尚不十分清楚，限制了治疗药物的开发.对肠道菌群、热休克蛋白家族在溃疡性结肠炎发病中的作用以及热休克蛋白65的潜在治疗作用，以期加深对溃疡性结肠炎发病机制认识，为寻找潜在治疗靶点及药物开发提供借鉴.

溃疡性结肠炎； 热休克蛋白65； 肠道菌群； 免疫异常

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一种肠道非特异慢性炎症疾病，其病因和发病机制都尚不明确.IBD具有症状隐匿、治愈难度大等特点，被世界卫生组织列为难治疾病之一.根据临床表现和病理组织学不同，IBD可分为溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn's disease，CD)两个独立的疾病.近年来我国UC发病呈增加趋势，可能跟人们生活水平提高后的饮食结构和生活习惯改变有关[1].目前对于UC尚无特效治疗手段，一般采用对症治疗策略，常用药物包括氨基水杨酸制剂、泼尼松以及环孢素等免疫抑制药物[2].此外，益生菌制剂也被用于辅助治疗UC.现有的UC治疗手段面临两大困难：一是激素类药物易产生依赖，复发率高；二是免疫抑制药物容易导致机体免疫功能下降，继发二次感染.为了克服这些困难，有必要深入研究UC发病机制.本文分析UC研究新进展，为加深对UC发病机制认识以及寻找潜在治疗靶点提供借鉴.

1 UC特征

UC好发于青壮年期，我国发病高峰年龄为20～49岁[1]，临床表现为持续或反复发作的腹泻、黏液脓血便伴腹痛、里急后重和不同程度的全身症状，病程一般超过4～6周以上.病理检查表明，UC病变部位主要局限于结肠，糜烂或溃疡呈连续性、弥漫性分布，可见黏膜血管纹理模糊、紊乱或消失、充血、水肿、脓性分泌物附着，黏膜粗糙呈细颗粒状，结肠袋变浅或消失以及假息肉和桥黏膜等[3].UC病因迄今尚未完全明确.多数学者认为UC属于自身免疫病，系肠道菌群失调、免疫反应异常、环境因素、遗传因素、肠道屏障功能障碍等多种因素相互作用所致[3].

2 肠道菌群失调与UC发病

正常人体肠道内寄居着数量庞大、种类繁多的微生物，包括细菌、古生菌、真菌、病毒等，通常把其中的细菌、古生菌和真菌统称为肠道菌群.宏基因组测序证实，人类正常肠道微生物以细菌为主，细菌种类接近1 000～1 150种，细菌总数约1014个，含有基因数目大约为人类基因的150倍[4].正常情况下，肠道菌群与宿主之间处于动态的生态平衡状态，参与机体多种生命活动，对维持机体健康起着不可或缺的作用.一旦受到宿主及外部环境变化的影响，肠道菌群与宿主之间两者平衡状态被打破，造成肠道菌群失调，表现为肠道菌群种类、数量、比例、定位及生物学特性等发生改变，就能够引发机体发生多种疾病[5].

近年来学者认为，肠道菌群失调是UC发病的始动和持续因素，证据有[6,7]：①儿童UC患者肠道菌群的丰富性和多样性均减少，成人UC患者肠道菌群组成与健康人显著不同，拟杆菌增多；UC 患者肠道内的柔嫩梭菌等正常共生菌数量显著低于健康人，肠道双歧杆菌比对照组减少约30倍；②UC的发病部位多为结肠、直肠、回肠等与细菌接触最多的部位，使用广谱抗生素可改善肠道炎症；③实验性UC动物模型都是在肠道细菌共存时发生的.应用转基因或基因敲除方法造成免疫缺陷的动物制备UC模型，在肠道无菌环境下不会发生肠道炎症，但是如果给予干预措施使肠道菌群恢复正常后，这些动物则会重新发生肠道炎症.

国外学者认为，肠道菌群失调诱发机体免疫反应异常，从而引起UC发病[8].肠道菌群失调引起的免疫反应异常主要包括自身免疫应答、Th1/Th2型免疫反应失衡以及免疫调节功能异常.正常情况下，肠黏膜对肠道正常菌群处于免疫耐受状态.肠道菌群失调时，宿主免疫系统对肠道菌群的耐受被打破，肠道出现针对正常肠黏膜组织的异常的自身免疫反应，致使肠黏膜组织受损，临床表现为UC疾病发作.肠道菌群失调时，异常的自身免疫反应产生大量免疫分子，包括白介素6(IL-6)、干扰素γ(IFN-γ)等促炎因子，以及转化生长因子β(TGF-β)、白介素10(IL-10)等抑炎因子，它们形成相互作用网络，可能造成Th1/Th2型免疫反应失衡，进一步参与UC发病进展过程.在UC患者体内，Th2型免疫反应为优势应答，Th1型免疫反应减弱.

肠道菌群失调引起肠道细菌代谢产物改变，继而影响肠道免疫调节功能，造成免疫调节功能异常，参与UC发病.丁酸盐是肠道共生菌柔嫩梭菌合成的代谢产物.丁酸盐可为肠道上皮细胞提供能量，还可以调节免疫反应，提高外周血和脾脏中活化的调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)比例，从而发挥抗炎作用[9].UC 患者肠道内柔嫩梭菌减少引起丁酸盐减少，抗炎作用减弱，是UC发病的原因之一[10].由上可知，肠道菌群失调造成的免疫反应异常，尤其是异常的自身免疫应答，是UC发病的重要因素.这也提示我们，纠正肠道菌群失调，改善机体异常自身免疫应答是UC治疗的重要潜在靶点.

3 热休克蛋白家族在UC发病中的作用

热休克蛋白(heat shock protein,HSP) 是一类功能相关的、高度保守的蛋白质，广泛存在于真核及原核生物细胞中.在细胞受外界刺激(高温、缺氧、营养缺乏、炎症状态等)发生应激反应时，HSP可以被大量诱导表达，从而维持细胞正常生理功能，保护细胞免受进一步损伤.HSP具有抗原性，过量表达的HSP能够激发自身免疫反应[11].HSP还具有免疫调节功能，可以诱导免疫耐受，可以使Th1和Th2免疫应答类型发生转化[12].根据分子量大小，热休克蛋白可分为HSP60、HSP70、HSP90、钙网蛋白等10多个家族.HSP60家族成员包括哺乳动物HSP60和结核杆菌HSP65，两者高度同源，可以发生交叉免疫反应[13].

研究表明，HSP60参与了动脉粥样硬化(AS)、关节炎、Ⅰ型糖尿病等自身免疫病的发病和进展，主要证据有[11,14,15]：在脂类代谢异常导致的肥胖症患者中，血清中HSP60含量明显升高，并且与 BMI、血压、瘦素水平和胰岛素抵抗水平正相关；AS患者体内HSP60抗体水平增加，通过自身免疫机制参与AS发病与进展；在新西兰大白兔AS模型上，皮下或肌注免疫卡介苗来源的重组HSP65，能够诱发或加剧动脉粥样硬化.

UC发病跟HSP60家族蛋白引起的异常自身免疫应答密切相关.临床上UC患者肠黏膜和血清中HSP60异常增多，CD和UC患者的结肠黏膜上皮细胞中的HSP60和HSP10蛋白含量增加[16].52%的CD病人和25%的UC病人血液中抗结核杆菌HSP65的抗体水平升高[17].以上研究结果均提示，包括UC在内的IBD疾病发病可能与细菌HSP65和人HSP60的交叉免疫反应有关.学者认为，HSP60家族蛋白参与UC发病的可能机制是[18]：肠道细菌产生的外源性HSP引起宿主免疫反应，人体内出现抗细菌HSP抗体，该抗体与细菌形成免疫复合物，在肠道局部积累，引发肠道炎症反应和组织损伤，此过程为一次损伤；由于内源性的人自身细胞HSP与外源性的细菌HSP具有同源性，随着一次损伤的发生，人自身HSP转变为自身抗原，免疫系统对自身HSP作出自身免疫反应，发生二次损伤，随之引发UC发病.

4 HSP65蛋白在UC治疗中的潜在作用

口服耐受是指口服食物等外源性抗原后，机体对该抗原产生特异性无或低免疫应答，但对其他抗原仍可产生正常免疫反应.口服诱导免疫耐受为特异性治疗自身免疫疾病提供了新的思路.口服诱导免疫耐受与喂食抗原的剂量有关，机制可能为[19]：高剂量抗原诱导T细胞克隆无能或消除，低剂量抗原诱导Treg细胞产生并分泌抑制性细胞因子.

Treg细胞属于CD4+T 细胞亚群，高表达 CD25分子，主要发挥负向免疫调节作用，能够抑制效应T细胞的免疫活性发挥以及增殖，在维持免疫耐受、抑制过度炎症反应和免疫病理方面发挥重要作用[20].研究发现，核转录因子叉头蛋白P3(forkhead box p3，Foxp3)是 Treg细胞发育和功能发挥的重要调控因子，Foxp3是Tregs 细胞的特异性标志[21].静止Treg发生活化时，细胞内表达Foxp3，细胞表型由CD4+CD25+转变为CD4+CD25+Foxp3+，同时活化Treg细胞还分泌抑制性细胞因子IL-10和TGF-β，还表达其他免疫分子.活化Treg细胞借助上述免疫分子参与机体免疫耐受以及发挥免疫抑制作用，起到阻止或减轻炎症反应的功效[21].在免疫性疾病动物模型上观察到，口服抗原诱导产生免疫耐受时，静止的Treg细胞转变为活化的Treg细胞是关键环节，主要通过抑制性IL-10来维持免疫耐受[20].由此可见，活化的Treg细胞及其分泌的IL-10和TGF-β细胞因子在口服诱导免疫耐受过程中发挥重要作用.

多个研究报道，HSP60或HSP65经粘膜途径免疫宿主后，表现出不同的免疫效应，包括诱导免疫耐受产生、调节免疫反应以及抑制炎症反应,主要是通过Treg细胞发挥多方面的免疫调节作用[20-21].口服HSP60或HSP65后，自身免疫性疾病得到缓解[22].预先经鼻粘膜途径对新西兰大白兔给以重组HSP65，能阻止新西兰大白兔AS发病与发展，原因可能是[23]：HSP65中存在AS相关的功能性表位肽段，这种表位在皮下或肌注免疫时会诱发AS，但通过粘膜免疫却能激发旁路耐受，起到预防AS发病的作用.动脉粥样硬化小鼠实验也证实，动脉粥样硬化小鼠经滴鼻给予HSP65，小鼠动脉粥样斑块减小，病变部位IL-10增加，IFN-γ减少[24].

5 展 望

一方面HSP60家族蛋白借助异常免疫反应参与UC发病，另一方面对患者经黏膜给予HSP60家族蛋白，能够诱导宿主产生免疫耐受或者借助免疫调节反应而抑制炎症.从理论上来讲，UC疾病患者口服适量的HSP65蛋白，可能会诱发宿主产生特异性的针对HSP65蛋白的免疫耐受，同时也能产生免疫调节作用，使得肠道炎症受到抑制，从而缓解UC疾病.据此，笔者认为口服HSP65可能是潜在的UC治疗新手段.在未来研究中，需要关注的问题有：UC患者口服HSP65后，是否通过上调Treg细胞诱发免疫耐受？是否调节Th1/Th2免疫应答类型发生转化？是否改善了UC患者的肠道菌群失调？这些问题的解决，可能会给UC治疗带来新手段.

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TheNewPathogenesisofUlcerativeColitisandtheEffectofHeatShockProtein65onUlcerativeColitis

DONG Ying1， SHAO Shengwen1， WANG Sha1， YANG Hongxia2

(1.School of Medicine， Huzhou University， Huzhou 313000, China；2.Huzhou Institute of Food and Drug Inspection, Huzhou 313000, China)

Ulcerative colitis (UC) is a non-specific chronic inflammation of gut, listed as a kind of refractory disease by the world health organization, and up to now there is no special treatment for UC. Because the pathogenesis of UC has not been known clearly, the development of drug for UC is also restrainted. This review studies the effect of gut microbiota and heat shock protein families on the pathogenesis of UC, and the potential therapeutic effects of heat shock protein 65 for UC have also been studied. This review enhances the understanding to UC pathogenesis and provides clues to potential therapeutic targets and development of drug for UC treatment.

ulcerative colitis; heat shock protein 65; gut microbiota; abnormal immunity

2017-07-05

浙江省公益性技术应用研究实验动物计划项目(2016C37126).

邵圣文，博士，教授，研究方向:感染与控制.E-mail：shaoshw@zjhu.edu.cn

R574

A

1009-1734(2017)08-00079-05

[责任编辑高俊娥]