组织蛋白酶S在肠易激综合征中作用的研究进展*

王爽爽 陈超英 吕 宾 张 璐

浙江中医药大学附属第一医院消化内科(310006)

肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一类以反复发作的腹痛、腹泻、排便习惯改变、粪便性状异常为特征的功能性肠道疾病，在临床上较为常见。我国IBS的总体发病率约为6.5%，以女性患者居多［1］。IBS的发病机制目前尚未完全明确，可能与胃肠动力异常、内脏高敏感、肠道炎症、免疫功能改变、脑-肠轴功能紊乱等因素有关［2］。已有研究［3］发现IBS大鼠肠道黏膜中组织蛋白酶S(cathepsin S，CTSS)表达明显上调，提示其可能参与IBS发生。本文就CTSS在IBS中作用的研究进展作一综述。

一、CTSS概述

1.CTSS的分布：组织蛋白酶是广泛存在于各种细胞溶酶体内的一类蛋白水解酶，可参与多种蛋白质降解，调控各种病理生理过程。根据其活性部位氨基酸的不同，组织蛋白酶可分为丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶，其中半胱氨酸组织蛋白酶主要包括组织蛋白酶B、S、X等11种类型［4］。CTSS蛋白于1975年首次从牛淋巴结和脾脏中被分离出来。人CTSS于1992年被发现，其cDNA碱基序列与牛CTSS基因高度相似。CTSS在脾脏和专职抗原呈递细胞(APC)中高表达，如树突细胞(DC)、B淋巴细胞、巨噬细胞等［5］。

2.CTSS的结构和生物学特性：CTSS是木瓜蛋白酶超家族的一种半胱氨酸蛋白酶，具有高效的肽链内切酶活性。CTSS具有广泛的pH活性谱，可在中性和酸性条件下稳定存在，并具有较高活性，参与多种病理生理过程，发挥重要的生物学功能［6］。CTSS有3个活性残基，分别为Cys25(L结构域)、His159和Asn175(R结构域)，其中Cys25-S负离子具有很强的亲核能力，可进攻其底物肽，并通过脱酰基作用使底物肽含羰基基团解离，发挥水解蛋白质的作用［7］。

二、CTSS与肠道炎症免疫紊乱

1.CTSS可降解主要组织相容性复合物(MHC)恒定链(Ii链)：在中、酸性环境下，CTSS可被激活，降解Ii链，形成MHC-Ⅱ类分子相关的恒定链多肽(CLIP)。随后在HLA-DM分子介导下与抗原肽结合槽解离，形成稳定的抗原肽-MHC-Ⅱ类分子复合物，转运至细胞膜表面，由CD4+T细胞识别，进而将外源性抗原呈递至 CD4+T细胞［8］。Riese等［9］发现CTSS的Ii链降解作用在MHC-Ⅱ类分子呈递抗原过程中是必需的。CTSS-/-小鼠Ii链水解被抑制，导致Ii链积聚以及MHC-Ⅱ类分子肽结合能力减弱，从而影响免疫系统功能。缺乏CTSS的小鼠虽能维持基本生理活动，但其APC细胞的抗原呈递能力降低，进而导致免疫功能缺陷。Nakagawa等［10］发现CTSS-/-小鼠表型虽正常，但诱导敏感性降低，无法利用其构建自身免疫性重症肌无力和胶原诱导性关节炎模型。Riese等［11］证实选择性不可逆CTSS抑制剂LHVS可引起Ii链分解产物堆积，从而抑制抗原肽-MHC-Ⅱ类分子复合物形成，影响抗原呈递。Saegusa等［12］发现CTSS在Ii链体外降解过程中发挥重要作用，其可调节体内MHC-Ⅱ类分子功能及其介导的自身免疫应答。综上所述，CTSS可通过降解Ii链，影响细胞抗原呈递，有望成为自身免疫性疾病治疗的新靶点。

2.CTSS参与抗原加工：作为最主要的内吞蛋白酶，CTSS在外源性抗原肽加工过程中起有重要作用。外源性抗原由APC识别、摄取，并在溶酶体和内体中被组织蛋白酶水解为多肽。CTSS可裂解抗原肽键，产生可与MHC-Ⅱ类分子复合物结合的抗原肽。研究发现CTSS-/-小鼠或Ii链缺失小鼠CD4+T细胞数量较野生型小鼠下降了约3倍;Ii链缺失的CTSS-/-小鼠CD4+T细胞数量较野生型小鼠下降了70%［13］。Plüger等［14］证实 CTSS 不仅在 Ii链降解中起有重要作用，还可特异性水解外源性抗原，产生特定抗原表位。Stoeckle等［15］证实CTSS可破坏胸腺DC中的髓磷脂碱性蛋白(MBP)和胰岛素原表位，导致T细胞表位减少以及自身反应性T细胞逃逸。

CTSS是抗原肽-MHC-Ⅱ类分子复合物形成过程中的关键因子，可发挥重要的免疫调节作用，并参与自身免疫性疾病的发生、发展。正常人肠道中存在免疫屏障，可阻止致病菌及其代谢产物进入机体，而IBS患者肠道可出现明显免疫紊乱，表现为肠道低度炎症。IBS患者肠黏膜免疫细胞(如肠嗜铬细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、DC、肥大细胞等)明显增多［16-17］，进而分泌炎症细胞因子和神经递质，如白细胞介素(IL)-6、IL-10、IL-12、干扰素(IFN)-γ、肿瘤坏死因子(TNF)-α、5-羟色胺、组胺等［18］，破坏肠黏膜屏障，引起肠道感觉和运动功能异常。研究发现结肠炎小鼠巨噬细胞CTSS可通过诱导蛋白酶激活受体2(PAR-2)活化，引起肠道感觉功能异常，并可增加肠黏膜通透性，破坏肠黏膜屏障，导致肠道炎症持续加重［19-20］。Kitamura等［21］发现 IL-6可增强 DC 中的CTSS活性，抑制CD4+T细胞介导的免疫应答。王然等［22］证实IFN-γ可刺激肥大细胞释放CTSS。Fiebiger等［23］发现TNF-α和IL-1β可增强 DC中的CTSS活性，促进抗原肽-MHC-Ⅱ类分子复合物形成。综上所述，CTSS可通过促进黏膜炎症反应和免疫应答，参与IBS发病。

三、CTSS与内脏高敏感

CTSS可参与IBS患者内脏高敏感发生。Barclay等［24］发现周围神经损伤大鼠背根神经节巨噬细胞中的CTSS水平显著升高，且其表达程度从损伤后第3～14天逐渐增加;活性CTSS可诱导大鼠产生机械性痛觉过敏，而无活性CTSS对大鼠痛觉无明显影响;LHVS可改善神经损伤大鼠的痛觉过敏症状，而去除巨噬细胞可阻断其疗效，表明巨噬细胞释放的内源性CTSS有助于神经性痛觉过敏维持。Clark等［25］发现关节炎模型大鼠脊髓小胶质细胞中的CTSS表达增加，且CTSS抑制剂可有效缓解其机械性痛觉过敏。内脏高敏感可能是IBS患者反复腹痛的重要原因，而CTSS在神经性疼痛中的重要作用为IBS患者腹痛症状缓解以及胃肠道功能恢复提供了新思路。

四、CTSS与肠道菌群失调

肠道菌群失调可引起肠黏膜功能紊乱，进而诱发IBS。Steimle等［26］发现共生菌可通过诱导活性氧(ROS)产生来调节CTSS水平和活性，从而维持肠道内稳态;共生菌与肠上皮细胞作用后，可诱导DC成熟，增加ROS活性，促进胱抑素(CysC)表达，从而减弱CTSS的Ii链降解作用，抑制CD4+T细胞活化，表明CTSS可参与肠道菌群失调诱导的IBS发病。

五、CTSS在IBS治疗中的作用

CTSS可通过降解MHC Ii链、促进抗原加工、诱导内脏高敏感、参与肠道菌群失调等途径参与胃肠道功能调节以及IBS发病，有望成为IBS治疗的新靶点。CTSS可特异性阻断MHC-Ⅱ类分子介导的自身免疫应答，对IBS的疗效优于非特异性免疫抑制剂，可作为自身免疫性疾病患者的免疫功能调节靶点［27］。近年利用组织蛋白酶抑制剂治疗自身免疫性疾病的研究已取得较多进展。Rupanagudi等［28］证实 CTSS抑制剂RO5461111对狼疮性肾炎等自身免疫性疾病有效。目前多数CTSS抑制剂的研究仍处于临床前研究阶段。CTSS与其他组织蛋白酶存在较高同源性，CTSS抑制剂亦可能对其他组织蛋白酶产生抑制作用，因此CTSS抑制剂的开发仍面临巨大挑战［29］。此外，Steimle等［30］提出一种经济、方便、快速、重复性好的CTSS活性检测方法，为研究CTSS对IBS的疗效提供了可行性。

六、结语

综上所述，CTSS在抗原加工呈递、神经性痛觉过敏以及肠道菌群失调中发挥重要作用，然而目前关于CTSS在IBS中作用的研究较少，其参与IBS发病的机制仍需更多研究加以证实。随着对CTSS在IBS发生、发展中作用研究的进一步深入，其有望成为IBS治疗的新靶点。

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