肠黏膜屏障损伤在溃疡性结肠炎的作用研究进展

倪杰明　综述,刘维新　审校

肠黏膜机械屏障由黏液层和上皮层共同构成；黏膜上皮细胞所分泌的多种物质，如溶菌酶和防御素等构成了黏膜的化学屏障；肠黏膜所定植的共生菌群形成的微生物屏障共同构成了肠黏膜抵抗外来抗原的第一道防线[1]。肠相关淋巴组织(gut-associated lymphoid tissue,GALT)在肠黏膜内参与抗原识别、免疫发生及诱导免疫耐受，维持肠道稳态和肠道炎症性疾病的发生[2]。溃疡性结肠炎是一类以瘢痕、溃疡为特征的炎症性肠病，肠黏膜完整性受损、通透性增强，肠道内菌群失调、T细胞过度活化，Th1、Th17细胞失衡及炎性介质大量产生、Treg细胞的功能缺陷等均为致病因素[3]。自噬是一项进化保守的生命活动，是细胞内自我降解的过程，与泛素—蛋白酶体途径共同构成人体蛋白降解系统，参与肠道稳态平衡，自噬也参与免疫系统的调节和完善，自噬的调节失控也同样与溃疡性结肠炎的发生相关[4]。因此，治疗溃疡性结肠炎关键在于修复损伤的肠黏膜、下调过度活化的免疫系统。通过对肠黏膜屏障损伤的作用机制及其在溃疡性结肠炎发生角色的分析，为进一步改善临床治疗效果提供了依据。

1　肠黏膜屏障功能特点及GALT的构成

肠道上皮细胞以紧密连接的方式排列，包括杯状细胞、潘氏细胞等；杯状细胞分泌的黏液形成黏液层，黏膜的上皮层和黏液层共同构成了肠黏膜机械屏障。表皮层的炎性症状可能是溃疡性结肠炎下肠道黏膜部继发改变的预兆[5]。磷脂酶D2(PLD2)通过磷酸化occludin并引发c-Src依赖的蛋白酶体途径降解紧密连接，破坏黏膜完整性[6]。实验[7]表明，使用磷脂酰胆碱(phosphocholine)可恢复肠黏膜上皮细胞紧密连接,修复缺损以阻滞内容物渗出和病原微生物侵袭，达到治疗溃疡性结肠炎的目的。同时黏膜上皮细胞所分泌的多种免疫分子，如Paneth细胞分泌的防御素、溶菌酶、凝集素以及上皮细胞分泌的SIgA等构成了黏膜的化学屏障[8]。肠黏膜所定植的共生菌群由于能同外来病原微生物竞争营养和空间，并产生抑制性物质如大肠菌素以及启动交叉反应以抑制具有共同抗原的病原微生物，而形成微生物屏障。物理、化学、微生物防线共同构成抵抗外来抗原的第一道防线。

GALT在肠黏膜免疫屏障发挥了重要作用。GALT由位于肠黏膜的孤立淋巴滤泡、 Peyer’s patch和上皮间淋巴细胞等构成，是肠黏膜内抗原识别、诱导免疫耐受及免疫反应启动的场所，在维持肠道内稳态和炎症性肠道疾病的发生起重要作用。其中，微褶皱细胞(M细胞)存在于派尔淋巴结的滤泡相关上皮(FAE)，具有转吞作用并呈递抗原的上皮细胞，基底面毗邻树突状细胞、B细胞等，抗原经囊泡转运至淋巴结，从而诱导黏膜免疫和耐受[9]。与其它肠黏膜细胞相比，M细胞组织学上无微绒毛，常与病原微生物等外来抗原接触，并吸附、定植于M细胞，从而感染上皮层以及固有层[10]。病原微生物表面抗原(PAMP)被巨噬细胞、树突状细胞的Toll 样受体(toll like receptor，TLR)和经细胞内的Notch样受体(NLR)所识别；进而磷酸化IκB等促炎症因子，从而启动包含NF-κB在内的炎症途径，转入核内启动炎性介质的基因表达，如IL-1、IL-6和IFN共同参与局部组织的炎性反应；同时，使用β-glucan可以阻断介导炎症的MAPK通道和JNK、ERK 及 p38的磷酸化[11]。研究[7]显示，使用JNK抑制剂和反义寡链RNA可限制炎症发生。另外，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)可以降解基质蛋白和细胞外基质，参与炎症、肿瘤等发生，同样在溃疡性结肠炎中表达水平上调，其中MMP-2、MMP-7和MMP-9可作为溃疡性结肠炎的治疗靶点[12]。

生理情况下在食物等外来抗原以及肠道共生菌的刺激，固有层呈现记忆T细胞以及一部分分化为IgA+型的B细胞，并在肠黏膜处释放SIgA,起到中和病原微生物毒素以及免疫防御作用[13]。上皮间淋巴细胞(IEL)有 a、b分型，多数呈CD8+T表达，一方面可识别MHC-Ⅰ，通过分泌穿孔素、颗粒酶或者表达TNF样分子如FasL来杀灭感染的上皮细胞；另一方面可通过表达CD103和CD122并与肠上皮细胞的E-cadherin结合并引发CTL效应使肠黏膜受损[14]； 同时炎性细胞Th17被诱导更多表达CD4+αEβ7+整合素分型，并分泌IFN，导致肠上皮细胞E-cadherin 水平下调，表征黏膜完整性受损[15-16]。此外，细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule，ICAM-1)聚集于上皮细胞顶端和中性粒细胞边集游出相关，同时ICAM-1和巨噬细胞的多态性与炎症性肠病相关,使用α4β7/MAdCAM-1 阻断剂被认为是富有成效的炎症性肠病治疗方案[17]。

2　溃疡性结肠炎及其发生机制

溃疡性结肠炎属于炎症性肠病，主要表现为瘢痕、溃疡、炎症等病理特征，发生机制与肠黏膜屏障内环境稳态失衡密切相关。肠道内菌群失调，这可能与遗传因素、食物、病原微生物感染、服用抗生素过多等有关，导致肠黏膜屏障功能失调和完整性受损。正常情况下由于树突状细胞、巨噬细胞、Treg等免疫负调节作用，肠黏膜免疫系统呈现低水平状态；随着外来抗原刺激，炎性介质大量产生，Th1、Th2、Th17等细胞分化，参与局部炎症反应，免疫低应答被打破。抗原的TLR识别,树突状细胞呈递诱导防御素生成并诱导黏膜细胞分化为杯状细胞和TLR4以及 TRAF-6和下游MyD66、MyD88的表达，导致炎性因子IL-1、TNF、NF-κB增多，黏膜液化、片段化，加之炎性反应使黏膜破坏更为严重、通透性显著增强；通过使用雷公藤多苷(Tripterygium wilfordii polycoride，TWP)或阿伐他汀(atorvastatin)可以阻断该途径并取得临床效果[18-19]。Th1/Th17细胞是免疫反应的重要组成部分，但由于Th1/Th17细胞过度活化、比例失衡，导致正常组织损伤和溃疡性结肠炎发生，有研究[20]指出，CD14+CD163low细胞和CD14+CD163high细胞是一类树突状细胞，生理状态下诱导Th17细胞活化信号，其功能在溃疡性结肠炎中失调。同时， CD103+CD11b+和CD103-CD11b+树突状细胞在诱导IL-17,促进Th1、Th17细胞增殖而导致病理状态的T细胞大规模攻击具有相同抗原的共生菌群和黏膜[21]。研究[7, 22]表明，进行抗 TNF-α和抗α4β7整合素治疗有助于抑制白细胞游集，限制炎症，恢复正常黏膜。另外，Treg细胞作为诱导免疫负调节的细胞在溃疡性结肠炎中存在功能失衡,CD4+CD45RA-FoxP3low细胞增多可以导致结肠固有层上Treg细胞和效应T细胞如 Th17细胞比例失调[23]。正常情况下，Treg细胞归巢于肠黏膜淋巴组织，分泌IL-10，并与树突状细胞等，抑制T细胞活化。IL-10 与 MAPK/ p38 途径协同改善因TNF-α造成的黏膜损伤，并增进桥粒的韧性[24]。在溃疡性结肠炎中，IL-10和CD5+Breg水平大为下降[25]。其中，黏膜的恢复是溃疡性结肠炎预后和判断其是否复发的重要指标，粪便钙卫蛋白(fecal calprotectin)可作为该检查的指示物[26]。

自噬是一项进化保守的生命活动，是细胞内自我降解的过程，与泛素—蛋白酶体途径共同构成人体蛋白降解系统，在体内一般以低水平存在，实现蛋白质精细而复杂的调节；自噬也参与免疫系统的调节和完善。自噬是一种应激反应，与固有性免疫、适应性免疫、抗病毒和肿瘤等相关，在维持肠黏膜屏障稳态方面发挥重要作用。一方面，有研究[27]指出，炎症性肠病基因座位中包含相关自噬基因，对自噬蛋白Atg7实施基因敲除的实验显示炎性介质如凝集素等水平下降，说明自噬对维持黏膜完整性和对抗溃疡性结肠炎发挥重要作用；另一方面，免疫调节的重要因子TNF-α可以部分上调claudi-2 的水平，使上皮处紧密连接受损，引发炎症性肠病，这可能是由于自噬降解被抑制所致[28]。自噬的调节失控被认为是许多慢性炎症的致病因素，炎症性肠病如溃疡性结肠炎等多为潘氏细胞内多肽、巨噬细胞细胞因子分泌、内质网应激性反应的综合作用。Atg16、LRRK2以及IRGM等有关自噬的基因被指出与炎症性肠病有关并诱导潘氏细胞功能失调[29]。miRNA 在自噬调节中起关键性作用，自噬基因 Atg7、Beclin-1、LC3-II在外周血和小肠检查都可以清晰地对炎症性肠病进行分级和控制[30]。

3　展望

黏膜机械屏障、化学屏障、肠黏膜共生菌群共同构成了肠黏膜的防线；GALT及肠黏膜免疫系统识别抗原、参与免疫反应及诱导耐受。自噬是一项进化保守的生命活动，参与肠道稳态平衡和蛋白降解以及免疫系统的调节和完善。溃疡性结肠炎是一类炎症性肠病，肠道内菌群失调、T细胞过度活化、Treg细胞的功能缺陷，以及自噬的调节失控是溃疡性结肠炎的致病因素。根据以上分析，治疗溃疡性结肠炎就目前来说关键在于恢复损伤的肠黏膜，可以通过采取以自噬或抑制炎症发生的关键途径和分子为有效针对性的靶点来达到修复损伤、下调过度活化的免疫系统的目的。通过对溃疡性结肠炎发生机制及其致病因素的分析，为更好的改进治疗方案提供了依据，可以预见的是更多有关肠黏膜屏障在溃疡性结肠炎发生的作用机制研究会进一步应用于临床治疗。

参考文献