PAR-2在哺乳动物肠道炎症中的作用机制研究进展

王凤青，张 波，张凡庆，王 曼，王婷婷，张 蕾，管 玉，朱建国

(上海交通大学农业与生物学院/上海市兽医生物技术重点实验室，上海 200240)

炎性肠道疾病(inflammatory bowel diseases，IBDs)是影响肠道的主要慢性炎症性疾病，如克罗恩病和溃疡性结肠炎[1]。IBD的发病机制尚不清楚，可能是由遗传、环境和免疫等因素共同影响下导致的疾病。目前，已有报道指出一些蛋白酶在肠炎发病过程中发挥重要的介导作用，如凝血酶、胰蛋白酶、类胰蛋白酶等[2]。这些蛋白酶通过激活蛋白酶激活受体(protease-activated receptors，PARs)，从而启动一系列炎症通路发挥作用。

蛋白酶激活受体(PARs)是7次跨膜的G蛋白偶联受体中的1个家族，包括4个成员。作为丝氨酸蛋白酶的受体，其激活是由丝氨酸蛋白酶水解N末端序列，暴露出新的系锁配体与第2个细胞外环相互作用引起的，被激活后的PARs可引起细胞内一系列的信号转导；目前，已发现4个PARs的N末端的蛋白酶水解位点各不相同，凝血酶可激活PAR-1、PAR-3、PAR-4，胰蛋白酶和类胰蛋白酶是PAR-2的内源性激动剂[3]。在PARs 4个成员中，关于PAR-2的功能研究比较广泛，它参与了肠道离子转运、炎症反应、细胞迁移、细胞分泌活动及过敏性疾病等[3-7]。目前研究认为在肠道炎症中PAR-2可发挥促炎和抗炎双重作用，但它参与的具体机制尚不清楚。

1 蛋白酶激活受体2在肠道中的表达及活化

1994年Nystedt S等首次克隆出小鼠PAR-2的基因序列，并在小鼠的肾、胃、眼睛和小肠检测到其表达，随后证明PAR-2能被胰蛋白酶和由6个氨基酸组成的小肽(SLIGRL)激活，而凝血酶不能将其激活[8-9]。人PAR-2的基因序列在1995年首次被克隆出，它在人的多个组织中均有表达，在肾、肝、胰腺、小肠和结肠中高表达，在心脏、肺、前列腺和气管中适度表达，但在大脑和骨骼肌中没有检测到表达[10]。

检测正常人和患肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)病人的结肠活检样本中PAR-2在mRNA和蛋白水平的表达量，发现虽然两组病人结肠组织中PAR-2在mRNA水平没有显著差别，但是患病病人结肠组织中的类胰蛋白酶和胰蛋白酶的表达高于对照组；免疫组化结果显示PAR-2在上皮细胞表面、隐窝、固有层淋巴细胞、内皮细胞和平滑肌细胞都有表达，但在两组组织样本之间的表达没有显著差异[11-12]。这些研究结果显示，虽然PAR-2的表达量没有显著改变，但类胰蛋白酶和胰蛋白酶的表达升高，引起PAR-2的活化，参与了IBS患者的发病。在产肠毒素大肠埃希菌引起的断奶仔猪腹泻的胃肠道组织中，PAR-2在mRNA水平大量表达，随着腹泻严重程度的增加，虽然胃组织中PAR-2的表达变化不显著，但是回肠和结肠中PAR-2的表达量随着腹泻的加重而显著升高；在蛋白水平检测到PAR-2在胃、十二指肠、空肠、回肠、盲肠和结肠的黏膜组织中广泛表达，与正常仔猪相比，腹泻组的肠黏膜和固有层中PAR-2表达更强[13]，该结果为进一步研究PAR-2在仔猪腹泻发生过程中的作用提供了一定的依据。

2 蛋白酶激活受体2在肠炎发生过程中的作用

2.1 蛋白酶激活受体2对肠炎发生过程中微观及宏观损伤程度的影响

以PAR-2激动剂(SLIGRL-NH2)活化PAR-2的小鼠模型是研究PAR-2的活化在肠炎发生过程中发挥作用的有效方法，经过SLIGRL-NH2处理的小鼠肠道可观察到明显的损伤、肠壁增厚、髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性增加；组织学观察显示SLIGRL-NH2处理组小鼠的肠道黏膜下水肿、上皮糜烂，但经过SLIGRL-NH2处理的PAR-2敲除小鼠组肠道变化不明显；此外PAR-2的激活也增加了结肠的细胞通透性，促进上皮细胞损伤[14]。

为了研究内源性PAR-2敲除对结肠炎发生过程的影响，分别对PAR-2敲除小鼠和野生型小鼠制作葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate,DSS)、三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid,TNBS)、恶唑酮(oxazolone,OXZ)诱导的3种不同的结肠炎小鼠模型，结果发现，与未诱导组小鼠相比，PAR-2敲除小鼠和野生型小鼠的结肠红斑、水肿、黏连明显严重，但PAR-2敲除小鼠的损伤程度显著轻于野生型小鼠；野生型小鼠肠道内细胞浸润、上皮细胞损伤程度也比PAR-2敲除小鼠严重[2]。

2.2 蛋白酶激活受体2对肠炎发生过程中肠道分泌和肠黏膜通透性的影响

艰难梭菌能引起腹泻和结肠炎，在感染过程中产生的毒素A可介导肠炎应答，在毒素A诱导的小鼠肠炎模型中，PAR-2敲除小鼠与未敲除小鼠相比，肠道对毒素A的炎症反应减弱，表现为肠道分泌减少，组织和肠腔液体的MPO活性下降，肠道完整性改善；用抑制剂将激活PAR-2的蛋白酶抑制以后也能减轻毒素A诱导的回肠炎[15]。肥大细胞分泌类胰蛋白酶激活肠上皮细胞基底侧的PAR-2以后，可引起连接蛋白的重排、细胞旁通透性增加，破坏细胞屏障，改变肠黏膜通透性，使肠道屏障功能丧失[16-18]。由此可见，在肠道炎症发生过程中激活PAR-2的蛋白酶和PAR-2通过促进肠道分泌、破坏肠黏膜通透性导致肠道屏障功能受损，对炎症有一定的促进作用。

2.3 蛋白酶激活受体2对肠炎发生过程中肠道运动的影响

PAR2不仅参与了肠道屏障功能的调节，还与肠道平滑肌的运动有关。在DSS诱导的结肠炎模型中，促炎性细胞因子白细胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达上调，一氧化氮(nitric oxide,NO)增加；IL-1β、TNF-α刺激大鼠结肠后，蛋白酶诱导的结肠平滑肌松弛作用受到抑制，PAR-2表达下调，iNOS表达上调；相反，抑制一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)使PAR-2表达上调，基本能消除IL-1β、TNF-α对PAR-2的抑制作用，抑制NOS后对平滑肌松弛的抑制效果减弱，平滑肌的松弛可部分恢复[19]。所以，在肠炎发生过程中，促炎性细胞因子上调iNOS的表达，产生并释放NO，下调PAR-2，从而抑制平滑肌松弛。PAR-2被SLIGRL-NH2激活以后，胃肠动力显著提高，促进胃肠道排空[20]。

2.4 蛋白酶激活受体2对肠炎发生过程中细胞因子及黏附分子等的影响

有研究报道,PAR-2被SLIGRL-NH2激活以后显著减轻TNBS诱导的小鼠结肠炎，表现为存活率增加，宏观炎症表现得到改善，通过下调辅助性T细胞1型细胞因子的表达，降低MPO活性，从而发挥抗炎作用[21]。在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，分析机体停用DSS的结肠修复反应时发现PAR2敲除组Yes相关蛋白(yes-associated protein,YAP)表达及入核减少，炎症恢复变慢，减缓了小鼠的组织修复[22]。

然而，在SLIGRL-NH2诱导的小鼠肠炎模型中，PAR-2被激活以后，引起TNF-α、IL-1β和γ干扰素(interferon-γ,INF-γ)显著上调表达，白细胞介素4(interleukin-4,IL-4)和白细胞介素10(interleukin-10,IL-10)的表达没有显著变化，此外还引起小鼠结肠中辅助性T细胞1型细胞因子的表达上调，肥大细胞脱颗粒比率上升[16]。PAR-2的敲除显著减弱由DSS、TNBS、OXZ诱导的3种不同结肠炎小鼠模型中的炎症[2]；PAR-2被抑制后，肥大细胞脱颗粒减少[23]；此外，PAR-2上调促炎性细胞因子IL-6的表达，与白细胞介素8(interleukin-8,IL-8)、环氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)的表达也密切相关[24-26]。GB88(一种PAR-2拮抗剂)的使用有效减轻SLIGRL-NH2和TNBS分别诱导的结肠炎，对小鼠机体起保护作用[27]。活体显微镜观察TNBS和OXZ诱导的结肠炎小鼠与未诱导小鼠肠静脉中滚动和黏附的白细胞数，发现结肠炎小鼠滚动和黏附的白细胞数增多，黏附分子表达下调；而TNBS和OXZ诱导的PAR-2敲除小鼠与PAR-2未敲除小鼠相比滚动和黏附的白细胞数显著降低，黏附分子表达下调[2]。这些结果显示PAR-2在肠炎发生过程中通过调节细胞因子和黏附分子的表达而发挥促炎作用。

PAR-2的激活还与多种癌细胞的增殖、迁移密切相关，且已被作为抑制乳腺癌细胞快速转移的靶点之一进行研究[28]；但它通过多个方面参与肠道炎症的发生、发展从而扮演促炎或抗炎的角色，尤其是在不同细菌或病毒引起的肠道炎症中PAR-2参与的具体机制尚需深入研究。

3 展望

综上所述，PAR-2在肠道炎症发生过程中参与肠道的分泌、运动、肠黏膜通透性、细胞因子和黏附分子表达的调节，被SLIGRL-NH2激活以后在促炎作用和抗炎作用两方面都有报道，但是由于PAR-2分布广泛、激动剂和拮抗剂种类较多且关于内源性PAR-2被抗体阻断后引起的机体内变化的研究较少，有报道称在小鼠哮喘模型中PAR-2被单克隆抗体阻断以后气道炎症显著减轻，因此可能在不同的发病阶段PAR-2发挥的作用不尽相同，关于PAR-2在肠道炎症发生过程中参与的具体机制需要深入研究，内源性抗体的应用无疑会有很大帮助。

目前主要是针对人和小鼠PAR-2发挥作用的研究，对于PAR-2在仔猪腹泻过程中是否也能起到关键作用的研究很少。断奶仔猪腹泻是一种严重影响养猪业生产的疾病，死亡率在仔猪死亡总数中占有较高比例，即使能存活下来也会存在体质下降、生长缓慢等问题。结合现有的关于PAR-2的研究，暗示它在断奶仔猪腹泻过程中也发挥一定作用，而其可能参与的致病机制以及治疗方法都是未来需要研究的方面。