Irisin在炎症性肠病中的作用及机制研究进展

马玉珂 杨静楠 王慧超 林旭红*

1.河南大学 临床医学院，河南 开封 475000；2.河南大学淮河医院 检验科，河南 开封 475000；3.河南大学第一附属医院 肾内科，河南 开封475000

0 引言

炎症性肠病(inflammatory bowel diease，IBD)是一种以自身反应性T 淋巴细胞介导的、慢性且反复发作的肠道炎症性疾病，临床症状表现为持续性的腹泻、腹痛、直肠出血，粪便中通常伴有血液和黏液[1]。根据发病位置和特征不同，主要分为溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn diease，CD)。UC 和CD 的临床症状和病理学的区别为：UC 是弥散性分布的炎症，往往局限于直肠、结肠区域的黏膜层，其组织学特征包括固有层和隐窝内存在大量中性粒细胞，并形成微脓肿[2]。黏液脓血便是UC 的典型症状，超过6 周的病程是其与多数感染性肠炎进行辨别诊断的关键[3]。CD 的特征是巨噬细胞的聚集，经常形成非干酪样肉芽肿，病理学表现为透壁炎症，且胃肠道的任何部位都可能受到影响，但最常病变位置是回肠末端[4]。

目前IBD 发病原因尚未完全明确，但免疫反应失衡、共生肠道菌群变化影响、环境诱因和遗传易感性是导致IBD 发生的重要因素[5]。IBD 的发病机制表明：先天性免疫应答与适应性免疫应答都参与IBD 的发病过程[6]。IBD 的免疫失调的特征是上皮屏障的损伤，屏障破坏后肠道菌群驱动的炎症扩张和大量细胞浸润固有层，其中包括T 细胞、B 细胞、巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞。激活的固有层细胞在肠道局部组织中产生高水平的促炎细胞因子，包括肿瘤坏死因子(TNF)、IL-1β、IFN-γ、IL-23/Th17 途径的细胞因子[7]。

共生肠道菌群变化影响：肠道菌群被认为对人类健康至关重要，它们与宿主之间互利共生，发挥着重要的代谢、免疫和肠道保护作用[8]。临床观察表明IBD 对抗生素治疗有反应，这与肠道细菌有助于炎症反应的观点是一致的[9]。也有学说证明，由于共生微生物和潜在致病微生物之间的平衡发生变化而导致肠道微生物多样性下降，而易发IBD[10]。例如：粪便淤积的解剖区域(回肠末端和直肠)易发炎症，粪便转移可以治疗CD[11]，都可以证明肠道微生物群的组成是IBD 发生的关键因素[12]。

环境诱因：环境因素在IBD 发病机制中具有重要作用，目前主要影响因素包括饮食[13]、吸烟[14]、肥胖、压力、空气污染、阑尾切除[15]、药物[16]等，这些因素通过不同的机制导致肠道上皮屏障受损，促进细菌进行肠道移位从而激活了强烈的免疫应答，产生大量细胞因子及炎症介质引起黏膜炎症反应。

遗传易感性：有240 多个遗传风险位点已被确定，其中约30 多个遗传位点在CD 和UC 中共享[17]，其中包括如NOD2、DLG5、MDR1、PPARG变异体等基因[18]，这些基因的异常影响了免疫调节，黏膜屏障完整性和微生物稳态[19]。

Irisin 是一种骨骼肌源性肌肉因子，由人类及小鼠运动诱导产生[20]。长期运动锻炼小鼠可使过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)共激活因子1α(PGC-1α)在肌肉中的表达显著升高，进而PGC-1α 刺激Ⅲ型纤连球蛋白包含蛋白5(FNDC5)，生成与运动诱导产热正相关的FNDC5 代谢物，即Ⅲ型纤连蛋白水解后的多肽片段——Irisin。Irisin 可以促进白色脂肪发生棕色变，从而调节机体糖脂代谢。近年来，Irisin 的作用不断被发掘。首先，Irisin 可以促进白色脂肪转化为棕色脂肪，调节脂肪组织介导的产热[21]；其次，Irisin 可改善胰岛素抵抗，对糖尿病、病理性肥胖等代谢性疾病具有保护作用[22]，在外周及中枢器官具有抗炎和抗氧化作用[23]。但目前尚无Irisin 与肠道炎症系统疾病的相关研究。

1 Irisin在IBD 治疗中的作用及机制

1.1 Irisin在运动治疗IBD 中的作用

流行病学研究显示，体力活动与低度全身炎症标志物之间呈负相关[24]。定期锻炼导致C 反应蛋白(CRP)水平降低，可以预防并可能用来治疗各种低度炎症相关的慢性疾病[25]，Cucino 等发现IBD 死亡率在与劳动相关的职业中较低，在久坐的职业中较高[26]，一项斯洛伐克病例对照研究表明发病率与体力活动呈负相关[27]。适当的运动可以减轻结肠炎症状，降低炎症因子表达[28]。30 d 自愿轮跑减轻了结肠炎基因的表达，并减少了腹泻的发生，可防止结肠炎的发生[29]。6 周的体育锻炼可降低由2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)或葡聚糖硫酸钠盐(DSS)诱导的IBD 中的TNF-α 的表达，而静坐不动的乳糜泻患者可通过步行或瑜伽等适度运动显著改善生活质量和压力水平[30-33]，以上研究表明运动具有抗炎作用。其可能的机制是自愿的定期适度锻炼时，肌肉颤抖时骨骼肌会释放出肌因子，例如Irisin，从而减轻IBD 促炎生物标志物表达和活性[34-37]。有研究(2012)观察到定期跑步3 周的小鼠中Irisin 浓度增加了65%。Bilski 等[38-39]在高脂饮食喂养的小鼠中发现，自愿运动的小鼠由于脂肪组织的减少，Irisin 等保护性肌因子的释放，促炎细胞因子的抑制，从而减轻结肠损伤的严重程度[40]。在对健康人群进行为期10 周的监督训练后，Irisin 增加了2 倍。在IBD 炎症反应中，适度的强迫跑步机运动训练可以使炎症结肠发挥消炎作用[28，38]。

研究表明，高脂饮食(HFD)诱导的肥胖是炎症的主要来源[41]，而自愿运动训练减少高脂饮食导致的肥胖，防止脂肪组织中的炎症基因的表达，并提高胰岛素的敏感性[42]。在HFD 诱导的肥胖小鼠中，久坐小鼠与自愿运动小鼠相比：PPAR-γ 的表达下降，而核因子κB(NF-κB)，TNF-α，IL-1β，环氧合酶-2(COX-2)的蛋白表达升高。PPAR-γ 是转录因子核受体超家族中的一员，在调节脂质代谢和胰岛素抵抗中发挥重要作用，是炎症反应的关键调控因子，自愿运动通过升高PPAR-γ 的活性来抑制结肠炎症[43]。HFD 介导的结肠炎症被证明是通过NF-κB激活介导的，NF-κB 刺激多种炎症介质的合成和释放，这些因子反过来促进NF-κB 的激活，从而诱导肠道炎症状态。而PPAR-γ 的激活抑制NF-κB，从而抑制IL-1β、TNF-α 等多种促炎因子的产生[44]。

1.2 Irisin 通过调节微生物治疗IBD

微生物群具有基本的结构、保护、代谢和内分泌功能，包括食物消化、病原体置换和营养合成[45-46]。胃肠道是人体免疫系统的最大组成部分和微生物定植之间相互作用的主要部位。共生微生物不仅调节和训练这种局部免疫，也影响全身免疫。

与健康人菌群相比，IBD 患者体内的肠道菌群多样性下降，有益菌数量(厚壁菌) 减少，病原菌及致病菌(变形杆菌和放线菌) 数量增加[47]；而持续有氧运动可以增加微生物多样性，稳定肠易激综合征屏障功能，降低肠易激综合征症状。Allen 等[48]观察到自愿和强制运动不同程度地改变了小鼠的肠道微生物组。

在最近的一项研究中，锻炼增加了人体肠道微生物的多样性，减少了炎症标志物[49]。补充益生菌和有氧运动可以改善厚壁菌门属的多样性和丰度[50]。综述相关文献表明：锻炼可以调节肠道微生物[51]，运动诱导的微生物变化影响宿主免疫途径，改善能量稳态，这可能与微生物释放某些神经内分泌和免疫调节因子、降低炎症和氧化应激、缓解患者代谢紊乱有关。将Irisin 水平与肠道细菌进行相关性分析，发现Irisin 与肠球菌呈负相关，与乳酸杆菌呈正相关。证明Irisin 能稳定小鼠肠道菌群结构，调节益生菌及致病菌相对丰度[52]。这些运动诱发的有益影响可能部分是由于Irisin 改变肠道微生物多样性的结果。

1.3 Irisin 通过促进脂肪白色脂肪组织棕色化治疗IBD

在CD 中，肥大的肠系膜脂肪白色组织(mWAT)可能是循环促炎细胞因子增加的主要贡献者，在疾病的发病机制和活动中发挥作用[53-54]。mWAT 中有各种类型的免疫活性细胞，其中大多数是脂肪组织巨噬细胞(ATMs)[55-56]，是脂肪组织中炎症因子的主要来源。脂肪的积累伴随着ATMs 数量的增加，诱导ATMs 和脂肪细胞释放炎性细胞因子，导致炎症的持续增强[57]。mWAT 不仅由脂肪细胞和巨噬细胞组成，还包括T 淋巴细胞，是炎症的重要来源，释放各种炎症因子，如细胞因子和趋化因子[58-61]，从而使实验性结肠炎症发展恶化。大量研究表明：Irisin 具有促进mWAT 棕色化的作用[62-64]，调节脂肪组织介导的产热[26]，通过诱导解耦联蛋白-1 (UCP-1)基因表达，p38 丝裂原活化蛋白激酶(P38 MAPK)和细胞外调节蛋白激酶(ERK) 信号转导途径，促进脂肪组织棕色化，导致体重减轻[65-67]。

1.4 Irisin 通过抑制炎症细胞因子表达治疗IBD

LPS 是革兰氏阴性菌外膜的组成部分，作为病原体相关分子模式(PAMPs)中的一类，与toll 样受体4(TLR4)相互作用，首先，跨膜受体TLR4 识别LPS，介导炎症信号通路，激活下游NF-κB，导致NFκB 的磷酸化和易位，触发炎症级联反应[68]，影响TNF-α 和IL-1β 等早期炎症介质的表达，启动炎症细胞因子的产生[69]。其次，TLR4 通路还可以通过蛋白质复合体的相互作用，导致MYD88 依赖或MYD88 非依赖途径的激活，并释放促炎介质因子或Ⅰ型干扰素，从而加重炎症[70]。有研究用LPS 激活小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7 后，产生炎症因子，而在使用高浓度Irisin 预处理后，发现TLR4、MYD88蛋白水平以及NF-κB 的磷酸化被抑制，从而导致关键促炎因子的释放减少，包括IL-1β，TNF-α，IL-6，角质化细胞趋化因子，单核细胞趋化因子(MCP-1)，高迁移率组蛋白(HMGB1)。这种效应与Irisin 对MAPKs 磷酸化的影响有关，其中，p-JNK 和p-ERK显著减少，而P38 没有显著变化[71]。

另一方面，巨噬细胞的激活状态通常可分为两种表型：M1 型启动再生过程，并产生促炎细胞因子，如TNF-α、IL-6、IFN-γ；M2 型巨噬细胞可产生抗炎细胞因子，如精氨酸酶-1(ARG-1)、转化生长因子-β1(TGF-β1)，发挥重要抗炎作用[72]。使用Irisin 治疗使M1 表型的巨噬细胞向M2 表型分化，CD206(M2 标记物)、ARG-1、TGF-β1 表达增加，CD86(M1标记物)和TNF-α 表达减少[73]。许多研究表明，AMP 依赖的蛋白激酶(AMPK)作为一种重要的免疫调节因子，参与了巨噬细胞表型的转换[74]，而Irisin 显著激活了AMPK-α 信号传导，表现为AMPK-α磷酸化增加，表明irisin 通过激活AMPK 影响巨噬细胞的炎症消退[75]。

2 小结与展望

综上所述，运动对机体多个系统均有益处，其机制在不断被发掘。自2012 年Irisin 被发现以来，多项研究表明Irisin 被释放入血后，成为多效性蛋白，作用于不同的器官和组织，可作为治疗肥胖、代谢性疾病以及许多慢性炎症性疾病的潜在靶点。越来越多的证据表明，Irisin 与IBD 有关。通过运动产生Irisin，进而通过调节肠道菌群多样性、促进脂肪白色脂肪组织棕色化、抑制炎症细胞因子表达等途径保护肠黏膜，从而对IBD 产生治疗作用。近年来，对Irisin 的研究逐步增多，我们期待Irisin在不同疾病中发现更多的潜在的预防和治疗价值。