二甲双胍在炎症性肠病治疗中的作用机制

闫丽婷，周秀彦

山西医科大学第二医院消化内科，山西 太原 030000

炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)是一种在胃肠道以免疫为特征的自身免疫性疾病，导致胃肠道产生不稳定和失控的炎症反应，包括克罗恩病(Crohn’s disease, CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)。众所周知，IBD的发病机制是环境因素作用于遗传易感者，在肠道菌群的参与下，启动了难以停止的、发作和缓解交替的肠道天然免疫及获得性免疫反应，导致肠黏膜屏障损伤、溃疡经久不愈、炎性增生等病理改变。美国一项最新的前瞻性研究结果[1]显示，印度和中国是亚洲IBD发病率最高的国家。治疗IBD常用的药物包括5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂和生物制剂，治疗的主要目标是诱导和维持缓解及预防并发症，这些疗法显著改善了IBD患者的生活质量，并显著降低了死亡风险，但IBD仍是一种不可治愈的疾病，突出了开发新型治疗药物的必要性。二甲双胍是一种腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)激活剂，主要用于2型糖尿病(type 2 diabetes, T2DM)的治疗，二甲双胍不仅对非酒精性脂肪肝、多囊卵巢综合征、降低肿瘤发生率等方面有作用[2]，而且有抗炎作用。例如，二甲双胍抑制了培养的巨噬细胞和内皮细胞内由脂多糖诱导的炎症反应[3]。二甲双胍可通过以下几种机制发挥抗炎作用[4]，包括降低肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α、白细胞介素(interleukin, IL)-1β、IL-6 等促炎细胞因子的水平，促进抗炎因子IL-10 的合成，激活AMPK信号传导通路，抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin, mTOR)合成通路等。二甲双胍会干扰与系统性自身免疫疾病有关的关键免疫病理机制，例如Th17/Treg细胞平衡、生发中心形成、自身抗体生成、巨噬细胞极化、细胞因子合成、骨骼或细胞外基质重塑[5]。 基于IBD的发病机制，二甲双胍在IBD治疗中的应用可为IBD治疗提供新思路。此文主要从以下几个方面阐述二甲双胍在IBD治疗中的研究进展。

1 IBD的相关发病机制

IBD的发病机制复杂，随着研究的深入，肠黏膜屏障及自身免疫在IBD发病机制中的作用逐渐被发现。肠黏膜屏障主要由上皮细胞及细胞间的紧密连接体组成。上皮细胞增殖和分化之间的失衡是IBD重要的发病机制[6]，适当的肠上皮细胞增殖和分化对维持肠道完整性至关重要，分化良好的上皮细胞可增强形成肠黏膜屏障的蛋白质及抗原提呈[7]，而上皮细胞分化缺乏可导致肠黏膜屏障功能障碍[8]，致肠道内毒素及细菌等有害物质进入肠黏膜，造成机体免疫系统过度激活，导致肠道炎症产生[9]。小肠上皮可构成隐窝和绒毛，肠干细胞迁移到绒毛尖端并最终分化成杯状细胞、肠细胞或肠内分泌细胞，或下降到隐窝底部分化成Paneth细胞。Paneth细胞可分泌抗菌肽和溶菌酶，对防御肠道微生物群至关重要，同时杯状细胞可分泌黏蛋白以驱除抗原并维持肠内稳态。进一步说明肠道增殖和分化失衡是IBD发病的重要基础，肠黏膜屏障的损伤与IBD的发生高度相关[10-11]。因此，改善肠黏膜屏障对减轻IBD病情至关重要。

维持肠黏膜免疫平衡的细胞主要是Th17细胞和Treg细胞，两者失衡致过度的肠黏膜免疫反应是IBD发病机制中极为重要的部分[12-14]， Th17细胞的特征在于产生促炎细胞因子IL-17和表达转录因子维甲酸相关的孤儿核受体γ(RORγt)发挥促炎作用，此作用与多种自身免疫疾病的病理生理学相关。不仅Th17与IBD发病机制有关，在有关动物模型中的许多临床观察与实验中提出[15]，Tregs或它们的免疫抑制机制对预防自发性肠道炎症起至关重要的作用，提示Tregs的缺陷可能是UC和/或CD的发病机制中极为重要的一部分，相反，Tregs细胞的特征在于转录因子叉头盒P3(Foxp3)的表达且可分泌抑制性细胞因子如IL-10发挥免疫抑制作用,Treg细胞可抑制效应T细胞的过度免疫应答，保护肠道组织免受损伤。T细胞主要位于肠道黏膜表面，保护宿主免受病原微生物入侵，IBD患者中Th17/Treg细胞的失衡导致慢性和过强的炎性反应。

2 二甲双胍治疗IBD的相关作用及机制

2.1 减轻炎症程度二甲双胍能够减轻炎症程度，国内外的动物实验观察到：(1)用葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium, DSS)处理小鼠诱导结肠炎后，予二甲双胍治疗可显著减轻疾病活动指数(diaease activity index, DAI)及结肠长度缩短的程度[16]，此外，发现二甲双胍可抑制促炎细胞因子IL-6、TNF-α和IL-1b的表达。(2)美沙拉嗪是5-氨基水杨酸中的一类药，可抑制肠黏膜的前列腺素合成和炎症介质白三烯的形成，对肠道炎症有显著的抗炎作用。以美沙拉嗪(200 mg/kg)处理DSS小鼠为对照组，二甲双胍(125、250和500 mg/kg)处理DSS小鼠为实验组，实验组中结肠炎的严重程度以二甲双胍呈剂量依赖性的方式明显减轻，且美沙拉嗪的作用弱于二甲双胍(500 mg/kg)[17]。(3)韩国KOH等[18]研究中用DSS处理小鼠诱导结肠炎后，口服二甲双胍治疗，并观察小鼠体质量、DAI和结肠长度等情况，与此同时，将小鼠的IL-10基因敲除建模成功后，予二甲双胍治疗发现小鼠体质量减轻、黏膜损伤和炎症细胞浸润程度改善，此研究表明，二甲双胍均能减弱DSS和缺乏IL-10诱导的结肠炎，提示二甲双胍可能有保护肠上皮的作用。其可能的机制如下：(1)调节Th17/Treg细胞平衡：二甲双胍通过AMPK-mTOR-STAT3信号传导通路，下调STAT3磷酸化水平，上调STAT5磷酸化水平以调节Th17/Treg细胞平衡，从而调节炎性细胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-8、IL-17和IFN-γ水平显著下降，IL-10、TGF-β等抗炎细胞因子水平显著升高[19]，从而减轻IBD的严重性；(2)减少核因子κB(NF-κB)磷酸化： NF-κB是免疫和炎症反应的重要调节因子。 NF-κB活化需要通过降解κB的抑制剂(IκB)而磷酸化随之激活促炎细胞因子的转录。在各种病理条件下，肠道平滑肌细胞可产生不同的炎症介质，包括IL-6和TNF-α[20]。国外最新的研究[21]表明，二甲双胍可能通过干扰NF-κB信号通路的激活而抑制平滑肌细胞对炎症细胞因子和趋化因子的表达。

2.2 改善肠上皮屏障二甲双胍可激活AMPK，且有研究表明，AMPK活性增加可上调上皮细胞分化因子的表达[22]。国内外的研究观察到：(1)XUE等[23]研究表明，与野生型小鼠相比，缺乏IL-10的诱导型小鼠(IL-10 KO小鼠)的回肠组织细胞增生增加，杯状细胞和潘氏细胞的分化减少，并伴有隐窝扩张增加，补充二甲双胍后可减轻肠道细胞增殖，恢复绒毛/隐窝比，增加杯状细胞和潘氏细胞的分化从而改善肠上皮屏障功能。(2)国内的一项研究[ 16]用DSS处理小鼠IBD建模成功，二甲双胍治疗后，结果显示，结肠黏膜紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的mRNA表达水平显著升高；且收集22例T2DM合并UC患者的结肠组织，与正常组比较，发现二甲双胍治疗后T2DM的紧密连接蛋白高于用胰岛素治疗的患者，提示二甲双胍可能参与维持UC的肠屏障功能。(3)Claudin-2是一种增加上皮通透性的成孔紧密连接蛋白。而另一个关键紧密连接复合物的成分Claudin-3可在健康肠道中不断表达并促进肠屏障功能[24]。ZO-1是一种封闭相邻细胞的外周支架蛋白。IL-10 KO小鼠给予二甲双胍治疗后Claudin-2的mRNA表达减少而 Claudin-3表达增加，但二甲双胍未对ZO-1表达产生影响[23]。(4)国内的一项研究[23]体外培养Caco2细胞(当成长为单层时，可形成紧密连接体)，通过观察Caco2细胞中ZO-1、Claudin-1和Occludin的分布发现，二甲双胍可以改善肠黏膜的完整性。其可能的机制如下：(1) 二甲双胍通过AMPK途径以增强关键转录因子的表达促进上皮细胞分化及紧密连接体的表达和组装[23]。(2) 抑制c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)活化：虽然IBD中JNK激活的致病作用尚不清楚，越来越多的证据表明其激活在上皮屏障功能障碍中起作用，JNK激活可能通过影响连接蛋白之间的相互作用、β-连环蛋白磷酸化和改变紧密连接蛋白的表达这几种机制来破坏肠上皮[25]，抑制JNK活化可以促进上皮连接的组装并改善上皮屏障功能。SAMAK等[26]报道DSS诱导致肠上皮紧密连接破坏与JNK活化有关，JNK抑制剂SP600125可以减弱这种对肠黏膜屏障的破坏。且国内的一项研究[17]表明，二甲双胍通过依赖AMPK的途径抑制JNK活化改善肠道屏障功能减少细菌易位。(3)抑制氧化应激及环氧化酶-2(COX-2)，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的免疫反应性对结肠黏膜起保护作用，并发现其保护作用与美沙拉嗪相当[27]。

多数研究表明，二甲双胍依赖AMPK发挥作用，但意大利的一项实验[28]通过给予DSS小鼠含有或不含有Dorsomorphin(一种AMPK的药理学抑制剂)的二甲双胍，结果显示，用Dorsomorphin处理后，并未完全抑制二甲双胍的抗炎作用，并用A-769662(AMPK的选择性激活剂)处理后增强结肠AMPK的激活并显著降低DSS驱动的炎症，但未完全消除炎症，说明二甲双胍在IBD治疗中的机制不完全依赖AMPK的激活，与此同时，研究证明二甲双胍可通过AMPK非依赖性机制抑制p38磷酸化。

3 结论

近年来随着二甲双胍在自身免疫疾病的广泛应用，有关二甲双胍在IBD中的相关作用也引起了关注，肠黏膜屏障功能障碍和免疫因素是其发病的主要原因。越来越多的动物实验表明，二甲双胍可能通过多种机制对IBD有减轻炎症程度、改善肠黏膜屏障的作用。说明二甲双胍在IBD的治疗方面具有一定的应用价值,机体的免疫系统极其复杂, 而二甲双胍参与IBD的相关作用难以完全阐明, 因此, 仍需不断地深入开展二甲双胍相关免疫学机制的研究, 以期能进一步揭示IBD的发病机制，需更多大样本、多中心的随机对照临床试验研究二甲双胍对IBD的治疗作用，以期得到完全治愈。