胃肠激素在黏膜防御与修复中的作用*

张 娣 李景南#

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院消化内科1(100730)

中国医学科学院 肠道微生态临床疾病转化研究重点实验室2

胃肠黏膜损伤是许多消化系统疾病共同的病理过程，如消化性溃疡、炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)、小肠黏膜损伤等。这些疾病的起始病因各不相同，但最终均会导致黏膜防御/修复屏障的损伤。以往针对该类疾病的诊断和治疗多侧重于病因部分，如IBD的免疫调节治疗，但增强黏膜防御屏障、改善黏膜修复功能亦是治疗这类疾病的重要方面。

黏膜防御/修复系统是一个多层次、相互联系的立体网络体系，主要包括以下五层屏障[1]：①黏液-碳酸氢盐屏障；②上皮层屏障：包括不断更新的上皮细胞和细胞间紧密连接；③丰富的黏膜血流；④黏膜免疫系统；⑤以表皮生长因子(EGF)、三叶肽(TFF)等为主要代表的修复重建因子。由神经内分泌介导的脑-肠轴在该网络体系中起到重要的联络和调控作用。此外，大量研究表明胃肠激素参与了黏膜防御/修复网络体系的各个环节，为胃肠黏膜损伤相关疾病的诊治提供了新思路。本文就胃肠激素在黏膜防御与修复中的作用和机制作一综述，并结合胃肠激素在IBD黏膜保护方面的临床应用作进一步探讨。

一、胃肠激素在黏膜防御与修复中的作用

本文中胃肠激素是一个广义概念，大致概括为传统的胃肠激素(如胃泌素、蛙皮素、胆囊收缩素)、生长因子(如EGF、IGF-1/2、TGF-α/β)、TFF、神经肽类递质(如VIP、NPY)以及一些新型胃肠激素[如ghrelin(GRL)、褪黑素(melatonin, MT)]等。

1. 胃泌素家族：以胃泌素和蛙皮素为主要代表的胃泌素家族是胃肠黏膜屏障维持和修复的重要营养因子。在多种刺激引起的胃黏膜损伤动物模型中，胃泌素可增加黏膜血流、减少黏膜损伤面积，促进溃疡边缘黏膜的细胞增殖、加速溃疡愈合，以上效应由CCK-B受体介导，与COX-2/PGE2和精氨酸/NO表达上调有关[2-3]。动物实验证实，蛙皮素可促进肠黏膜细胞增殖、改善要素饮食诱导的肠黏膜萎缩和甲氨蝶呤导致的肠黏膜损伤。蛙皮素的黏膜保护作用机制涉及抗炎、抗氧化应激、抗凋亡和调节固有免疫等多方面[4]。

胃泌素和蛙皮素的黏膜/防御修复作用虽已较为明确，但尚未见相关的临床应用报道，可能与以下因素有关：一方面，胃泌素对黏膜具有双重作用，除保护黏膜外，其主要生理作用还包括促进胃酸分泌，而后者是黏膜溃疡形成的主要侵袭因素；另一方面，由于胃泌素和蛙皮素的促细胞增殖效应，近年研究多集中于两者对肿瘤发生、发展的作用。因此，如何精准调控其黏膜防御/修复作用，避免促胃酸分泌和促肿瘤风险应是未来研究的重点方向之一。

2. 生长因子：胃肠道分泌的各种生长因子，如EGF、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、血管内皮生长因子等对细胞生长发育等生物学过程具有广泛的调节作用。以EGF为代表的生长因子是促进黏膜溃疡愈合的主要修复重建因子。溃疡边缘存在来源于胃肠干细胞的溃疡相关细胞株，可分泌EGF等各类生长因子，并高表达EGFR等相应受体。高表达的生长因子可能通过Ras/Raf/MEK/ERK、PI3K/Akt、JAK/STAT等多种信号通路促进细胞内DNA、RNA和蛋白质的合成，刺激细胞迁移、增殖和分化，从而促进溃疡修复早期的创面覆盖以及修复晚期的腺体重构和血管再生。外源性补充EGF可显著加速胃溃疡愈合。临床常用的黏膜保护剂铝碳酸镁的作用机制之一与其刺激EGF、bFGF高表达有关。

大量研究发现，EGF对肠道黏膜的完整性起着重要作用，有助于肠道黏膜免遭某些侵袭因素的损害。EGF可促进杯状细胞增殖和分泌黏蛋白(以MUC2为主)，后者是黏液层的主要成分，对黏膜上皮起有保护作用。EGF还能通过上调上皮细胞间紧密连接蛋白(如ZO-1、claudin-1和occludin)的表达，改善肠黏膜屏障的通透性。该过程可能涉及ERK/MAPK[5]以及PLC-γ/PKC-ε/β1信号途径的激活[6]。此外，EGF具有抗炎、抗氧化应激和抗细胞凋亡的作用[7]，但机制尚未阐明。Lamb-Rosteski等[8]发现EGF可抑制空肠弯曲杆菌在雏鸡空肠中定植，同时阻止细菌诱导的紧密连接蛋白的破坏，从而保护肠黏膜屏障。但EGF对肠道菌群的确切作用和机制还有待进一步探索。

目前，外用重组人EGF因可促进表皮创面愈合而在烧伤、创伤领域的临床应用已较为成熟，但尚未见直接补充外源性EGF来治疗胃肠黏膜损伤相关疾病的报道，考虑可能与口服EGF的活性难以维持以及安全性有待评估等因素有关。

3. TFF：TFF(又称三叶因子)家族是一类序列中含特殊三叶草型或P型结构域的小分子肽类物质。哺乳动物的胃肠黏膜可表达三种TFF(分别为TFF1、TFF2、TFF3)，TFF1主要表达于胃上皮，TFF2表达于远端胃和十二指肠腺，TFF3则在全小肠和结直肠上皮表达。在黏液层内，TFF与黏蛋白紧密结合，使其黏度和弹性增加，形成凝胶样结构，覆盖并保护黏膜。任一TFF表达缺失均可导致胃肠上皮抵御损伤的能力下降，而外源性补充TFF有助于提高黏膜抵御损伤的能力。在肠黏膜损伤的动物实验中，TFF3可抑制大鼠小肠黏膜促炎因子IL-1β和IL-6的表达、促进抗炎因子IL-10的表达[9]；抑制小鼠结肠上皮细胞的TLR-4/NF-κB信号通路和TNF-α的产生，从而减轻黏膜炎症反应[10]。TFF还具有调节细胞间紧密连接蛋白表达、改善肠屏障功能的作用，如TFF3可抑制Caco-2细胞中血小板活化因子诱导的claudin-1和ZO-1表达下调，从而改善黏膜通透性[11]；TFF3可下调E-cadherin，削弱黏附连接，进而促进损伤上皮层中的细胞迁移，该作用可能通过增加Vangl1基因的表达来实现[12]。

TFF是黏膜损伤的快速反应肽，在损伤早期，其表达迅速上调，发挥“运动原”作用，促进细胞迁移、覆盖受损区域。在大鼠胃上皮细胞的体外实验中，迁移细胞中TFF1表达明显上调，而TFF1-siRNAi干扰可负性影响细胞迁移过程[13]。愈合期TFF表达持续增加，起抑制慢性炎症以阻止损伤进一步发展的作用，并可与EGF协同促进细胞增殖，加速黏膜愈合。需说明的是，黏膜损伤后TFF表达的组织专一性消失，如TFF1和TFF2在损伤的肠黏膜中高表达，而TFF3可在胃黏膜损伤中表达上调。目前对黏膜损伤后发挥促黏膜愈合作用的TFF亚型尚无明确结论。初步研究认为，胃黏膜损伤后表达上调的TFF3可通过激活PI3K/Akt和ERK1/2信号途径来发挥保护细胞以及促进细胞迁移和增殖的作用[14-15]；肠上皮损伤后，TFF3促进上皮细胞迁移的过程则涉及ERK1/2和JAK/STAT3信号途径的交互作用[16]。

目前，TFF的黏膜保护作用已被大量研究证实，具备潜在药用价值。但TFF的作用机制尚未完全明确，是否能诱导肿瘤的发生尚有争议，故限制了其临床应用。

4. GRL：GRL，又称生长素释放肽或胃饥饿素，主要由胃泌酸黏膜内分泌细胞合成分泌，是生长激素促分泌物受体(GHS-R)的天然配体，具有促进生长激素分泌的作用。有研究[17]发现，通过中枢或腹腔给药途径外源性补充GRL均可缓解大鼠急性胃黏膜损伤，应激时大鼠可主动高表达GRL来保护胃黏膜；进一步实验表明，GRL的黏膜防御作用主要依赖于感觉传入神经的活动，后者释放CGRP，诱导cNOS/NO和COX-2/PGE2表达上调，从而增加黏膜血流和发挥细胞的保护作用。GRL的上述作用是否涉及迷走神经活动尚有争议。此外，补充GRL后黏膜免疫炎症反应、氧化应激和细胞凋亡减弱，细胞自噬活性增强以及细胞间紧密连接蛋白表达上调，这些现象均与黏膜损伤缓解有关，但其分子机制有待进一步研究。补充GRL还可促进乙酸诱导的结肠炎缓解，该过程与内源性生长激素和IGF-1的增加有关[18]。体外实验发现GRL具有促肠上皮细胞增殖的效应，即GRL作用于GHS-R，反式激活EGFR和PI3K/Akt信号途径，两者汇聚于ERK1/2信号途径，上调核基因的转录[19]，但该过程尚未经体内实验验证。

目前关于GRL在黏膜防御/修复中作用的研究尚处于初级阶段，除促进生长激素分泌外，GRL还与胃肠动力、胃酸分泌、胰腺内外分泌功能、胃肠道癌症等有关。如何将GRL的黏膜防御/修复作用转化应用于临床尚需大量努力。

5. MLT：MLT由前体L-色氨酸转化而来，主要在松果体、胃肠黏膜等组织中合成。MLT通过直接作用和间接作用两个方面发挥黏膜保护作用。MLT对胃黏膜损伤具有很强的抗氧化作用，包括直接清除自由基和调节抗氧化酶的活性间接减少自由基生成。补充MLT可抑制胃黏膜自由基生成体系中黄嘌呤/次黄嘌呤氧化酶的活性，增强超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的活性[20]。MMP-3、MMP-9和MMP-2分别参与了胃溃疡的发生和愈合过程，而MLT可下调MMP-3、MMP-9、上调MMP-2表达，从而起黏膜防御/修复功能[21-22]。此外，MLT还通过脑-肠轴间接调节胃肠黏膜血流，与GRL的作用类似。应激时大鼠松果体内MLT增加，使感觉传入神经末端CGRP释放增加，从而诱导NOS/NO和COX-2/PGE2表达上调，增加局部黏膜微循环[23]。

二、胃肠激素在IBD中的黏膜保护作用

肠黏膜损伤及其屏障功能障碍既是IBD发病的关键环节之一，又是IBD的主要肠道表现。因此促进黏膜愈合、恢复屏障功能是IBD治疗的目标，也是维持病情缓解的关键。胃肠激素的黏膜防御/修复作用使其有望成为IBD治疗方案的重要组成部分。在结肠炎动物实验中，腹腔注射重组人EGF对结肠黏膜损伤显示出良好的预防和治疗作用[24]。在一项纳入24例轻-中度左半结肠型UC患者的随机双盲临床对照试验中，与单用5-ASA组相比，EGF灌肠和5-ASA联用组的疾病活动度、内镜下评分和组织学评分均明显改善[25]。IBD患者肠黏膜损伤部位的3种TFF表达均上调[26]。但在一项纳入16例轻-中度左半结肠型UC患者的临床双盲随机对照试验中，与单用5-ASA相比，TFF3灌肠和口服5-ASA联用未能显示出更好的疗效[27]。目前TFF对IBD的促黏膜愈合作用在临床试验中未能达到预期效果，可能与给药方式、剂量或药物降解等有关。此外，长病程IBD存在癌变风险，而各类生长因子也与肿瘤发生、发展密切相关，因此如何使生长因子选择性地发挥黏膜修复作用，避免致肿瘤风险是需攻克的难关。与健康人、缓解期IBD患者相比，活动期IBD患者血清GRL水平明显升高，且与疾病活动度呈正相关，而与IGF-1、体质量指数呈负相关[28]。补充GRL可显著改善实验性结肠炎动物的相关症状，加速黏膜愈合，并有效抑制癌变[29]。UC患者肠黏膜组织中肠嗜铬细胞增殖和羟基吲哚-O-甲基转移酶(HIOMT)表达均增加，提示MLT与IBD之间也存在相关性[30]。目前有研究[31]已证实MLT对IBD具有治疗作用，但尚未进一步探索其黏膜修复作用。

三、结语

各类胃肠激素通过多种机制在黏膜防御/修复中发挥重要作用，有望为黏膜损伤相关消化系统疾病的治疗提供新思路。目前，胃肠激素的黏膜防御/修复作用对IBD治疗的相关研究尚处于初级阶段，面临着外源性补充激素效果不明显或不良反应多等难题，限制了其进一步的临床试验。深入探究胃肠激素发挥黏膜防御/修复作用的分子机制，并进行靶向调控，是促使其向临床应用转化的研究重点之一。