炎症性肠病肠黏膜屏障功能受损机制与修复治疗的研究进展

沈羽嘉 ，卞兆连，邵建国

(1 南京中医药大学，南京210023；2 南通市第三人民医院)

炎症性肠病(IBD)是一组不明原因的慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。IBD发病机制目前尚不明确，普遍认为与免疫异常、遗传易感性、肠道菌群失调以及感染、环境、心理等因素相关。近年研究表明，IBD患者均存在肠黏膜屏障受损，这可能会引起细胞因子分泌异常、肠黏膜萎缩、通透性改变及肠道菌群移位，导致炎症的反复发作及加重。肠黏膜屏障是由机械屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障4个部分构成，其中任何一个屏障的损伤都会导致肠黏膜屏障被破坏，致使其功能受损，诱发肠源性感染，导致IBD等疾病的发生。机械屏障即是肠黏膜上皮结构，包括了肠上皮细胞(IECs)及肠上皮细胞间的连接等，具有吸收营养物质并将有害物质排除在屏障外的功能。化学屏障是由杯状细胞、潘氏细胞和肠上皮细胞分泌的黏液糖蛋白(MUC)、消化液以及肠腔内益生菌产生的抑菌物质和菌膜等共同组成，具有润滑肠道、溶菌、杀菌、隔离微生物、抑制微生物入侵等作用。免疫屏障既是捕获和提呈抗原的场所，也是参与炎症和免疫耐受的形成的部位，它由肠道淋巴组织和分泌型免疫球蛋白A(sIgA)组成。肠道中的微生物主要有共生菌(以厌氧菌为主)、条件致病菌和致病菌(以需氧或兼性厌氧菌为主)，其中约99%为专性厌氧菌，属于肠道的优势菌群，这些肠道优势菌群在肠黏膜表面构成一道抵御外源性抗原过度增殖和感染的屏障，即生物屏障。目前，临床上治疗IBD以免疫抑制剂或激素治疗为主；近年来研究表明通过黏膜修复或可以诱导IBD患者持续的临床缓解，减少住院和手术次数，改善患者的生存质量。现就IBD肠黏膜屏障功能受损机制及修复治疗研究进展综述如下。

1 IBD肠黏膜屏障功能的受损机制

1.1 肠黏膜屏障功能障碍与肠道免疫系统激活 近年研究显示，IBD的发病有多种辅助性T淋巴细胞和调节性T淋巴细胞参与，例如Th1、Th2、Th17、nTreg、iTreg、Foxp3等，并有IL-1、IL-2、IL-6、IL-10、IL-23、IL-35、TNF、TGF-β、IFN-γ、核转录因子-κB(NF-κB)等[1～5]细胞因子调控。IBD炎症早期，当机械屏障刚发生破坏时，肠腔中的抗原(以鸟分枝杆菌、弯曲杆菌、螺旋杆菌和黏附侵染性大肠杆菌等细菌为主[6])会发生移位，一方面诱导IECs凋亡；另一方面，与肠道黏膜固有层相接触，刺激肠道黏膜固有层的免疫细胞 (如巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、肥大细胞等) 诱发强烈的免疫应答，产生大量炎性因子，并且炎性因子间也存在相互诱导(如IL-34能通过ERK/MAPK信号通路促进TNF-α、IL-6、CCL20等)，引起黏膜炎症反应[7]。如果炎症不能在短期内被有效控制时，炎症介质过度释放，炎症反应不断积累，对IECs产生毒性作用并产生自身抗体引起自身免疫反应，导致损伤的发展和黏膜渗透性的改变，进一步诱发炎症[8, 9]，形成恶性循环，这也是IBD经常反复发作的原因之一。

1.2 肠黏膜屏障功能障碍与肠黏膜通透性改变 肠黏膜屏障功能受损的主要病理表现为肠黏膜通透性的改变，IECs凋亡和细胞间紧密连接被破坏是主要的相关因素[10,11]。在IBD发病时，产生的炎性因子如TNF-α、INF-γ等能诱导IECs中凋亡相关蛋白如Caspase-1的表达，进而抑制抗凋亡蛋白如Bcl-2等的表达，诱导大量的IECs发生凋亡[12, 13]。一方面，因为与凋亡细胞相邻的上皮细胞如果不能有效地封闭细胞凋亡后所留下的细胞间空隙，将导致肠黏膜通透性改变，破坏了细胞旁途径；另一方面，由于细胞凋亡致使穿细胞途径也受到影响。其他一些研究发现，另外的一些炎性因子如IL-1β能通过调节NF-κB通路抑制咬合蛋白表达以增加肌球轻链蛋白表达，或者IL-6和IL-17通过激活MEK/ERK信号通路以抑制闭合蛋白2表达等方式[14]，破坏紧密连接，改变肠黏膜的通透性。研究者在运用血管造影和共聚焦内镜对IBD患者肠道的观察中发现，IBD患者较正常人群其肠黏膜微血管通透性会有所增加[15]。由此表明，IBD肠黏膜通透性改变不仅是因为肠上皮被破坏，还可能受到微血管通透性改变的影响。

2 IBD肠黏膜屏障的修复治疗

2.1 修复肠黏膜机械屏障 肠黏膜屏障修复是以机械屏障修复为基础的。在对肠黏膜机械屏障修复的进一步研究中发现，当急性肠黏膜损伤时，机体通过肠绒毛收缩、IECs移位、紧密连接和附着连接修复[16]以及抑制IECs凋亡等方式来减少损伤后裸露的基底膜面积，防止IECs连续性和通透性的异常改变。

肠上皮是由位于隐窝底部的干细胞维持，说明干细胞具有促进受损肠黏膜机械屏障再生修复的作用。基于这一理论基础，近年来应用干细胞或者具有干细胞功能的细胞因子成为治疗IBD的新思路。研究显示，一种由IECs分泌谱系分化的主要转录因子ATOH1对肠上皮维持稳态及修复都具有全面作用;通过观察葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠发现，在受损黏膜恢复阶段均能检测到tdTomato+IECs的数量明显增加、占据的黏膜面积显著扩大，它从溃疡边缘隐窝延伸到覆盖相邻伤口的表面，通过形成伤口关联积极促进受损肠上皮的修复；同时，在完全稳态的条件下，ATOH1+IECs能形成保留有干细胞功能的衍生克隆带，在早期阶段促进肠黏膜机械屏障的修复[17]。此外，有研究者运用间充质干细胞(MSCs)对大鼠采取自供体骨髓MSCs移植和可溶性干细胞因子给药治疗，发现两者能协同促进肠黏膜组织中PCNA、Lgr5、Musashi-1和ephrin-B3的mRNA和蛋白表达升高，它们存在能分化为IECs或具有肠上皮表型细胞的潜能[18]。另有研究发现，黏膜注射MSCs以血管内皮生长因子依赖的方式刺激血管再生，且能够加速细胞增殖并降低局部缺血和再灌注后肠黏膜内的炎症反应，能够有效防止穿透性溃疡的发展[19,20]。

2.2 修复肠黏膜化学屏障 肠黏膜化学屏障的研究较少，但也有着重要作用。研究发现，杯状细胞凋亡是由错误折叠的MUC2所引发的活性氧水平升高所致。因此，在炎症早期时，通过纠正MUC2折叠和减轻内质网应激以抑制活性氧能拯救杯状细胞免于凋亡[21]，而杯状细胞的增加，又能使黏蛋白分泌增加，保护肠黏膜化学屏障的完整性。

2.3 修复肠黏膜免疫屏障 目前，免疫相关疗法是IBD治疗中的热门方向。临床上的抗TNF治疗的已知机制之一就是通过促进Th22细胞分化以上调IL-22生成，并促进肠上皮屏障修复[22]。现阶段研究者着手于细胞因子、免疫细胞和信号通路三方面以寻找新的抗炎途径。

2.3.1 细胞因子相关方面 Koh 等[23]发现，核桃酚类提取物能显着抑制COLO205细胞中IL-8和IL-1α表达，并减弱TNF-α诱导的IκB的磷酸化/降解和NF-κB DNA的结合活性。另有研究发现，6-芳酰基吲哚(3,2-b)咔唑(FICZ)能够抑制连接蛋白Claudin-2表达，以减少由 IL-6诱导的尾型同源框转录因子2和肝细胞核因子1α表达，阻止肠黏膜通透性的改变[24]。

2.3.2 免疫细胞相关方面 MSCs除了能修复肠黏膜机械屏障外，还可以调节免疫反应。它作为免疫抑制治疗的候选细胞，能通过在体外和体内诱导调节性T细胞发挥其免疫调节作用。实验中与对照相比后发现，MSCs全身输注能显著改善三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的结肠炎的临床和组织病理学严重性，并有黏膜和外周Foxp3表达的逆调节[19]。这表明MSCs可通过重新分布调节性T细胞到血液来改善或治疗IBD。

2.3.3 信号通路相关方面 Byun等[25]发现，表没食子儿茶素-3-没食子酸酯能通过人类肠上皮细胞HT-29细胞表面表达67 kD的层粘连蛋白受体，显著降低由脂多糖(LPS)诱导的促炎介质的产生以及MAPK和NF-κB信号通路的激活，同时显著增加Tollip信号表达并负向调节Toll样受体信号传导，可对IECs中的炎症产生抑制作用。

2.4 修复肠黏膜生物屏障 肠道共生菌是肠黏膜生物屏障的重要组成部分，而维持肠道微生态的平衡是治疗IBD的重要辅助手段。因此，当肠道益生菌数量显著下降时，可通过补充益生菌或促进原有益生菌增殖的方法以修复肠黏膜生物屏障，恢复肠黏膜通透性及免疫自稳状态。

在对一种复合益生菌制剂(包含嗜酸乳杆菌、乳酸双歧杆菌、植物乳杆菌和短双歧杆菌)进行实验后发现，益生菌可通过下调小鼠腹膜巨噬细胞产生的一氧化氮以及增强结肠黏液产生来治疗葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎[26]。此外，研究发现，益生菌布拉酵母菌可以通过降低VEGFR-2磷酸化以及下游激酶PLCγ和ERK1/2的激活，调节血管生成、促进了固有层毛细血管网络恢复到正常形态，以限制肠道炎症并促进黏膜组织修复[27]。

目前，临床上治疗IBD以免疫抑制剂或激素治疗为主，这些药物使用规范较为严格，不规范的用法极易产生不良反应及耐药；对于严重的IBD患者，虽可采取外科治疗手段，但也有出现吻合口难以愈合，需要反复手术，并有短肠综合征、超短肠综合征手术并发症。我们希望能通过对肠黏膜屏障受损机制及肠黏膜屏障修复的探讨，以寻求新药研发的新思路。但目前对此类研究还存在着一些不足之处，一方面在于我们只能借助大量动物实验得到一些启发，但是少有切实有效的临床研究来证明；另一方面，主要受限于定义不同、研究设计不同、内窥镜评估时间不同等，导致对肠黏膜修复的定义尚不十分明确，不同药物的效应规模也无法准确估计。这都有待于制定一个标准的黏膜修复定义和进一步的研究。总而言之，我们希望这些研究结果能为今后研究改善肠黏膜屏障功能、减轻炎症反应、促进肠黏膜屏障修复提供新的方向和思路。