针刺调控内质网应激治疗炎症性肠病研究进展

薛雁文,尹晓慧,杨 萍,胥文娟

(甘肃省中医院,甘肃 兰州 730050)

炎症性肠病(Inflammatory bowel disease,IBD)是慢性、复发性胃肠道炎症性疾病,严重影响生活质量,可增加罹患肠癌的风险[1]。据报道,IBD发病率在世界范围内正在不断增加。IBD通常包括克罗恩病(Crohn’s disease,CD)和溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC),其发病机制尚不清楚,目前认为是遗传、环境因素、异常免疫反应和肠道菌群破坏的综合作用[2]。IBD发病机制多涉及肠道失调和自身免疫反应,而慢性内质网压力和未折叠蛋白反应(Unfolded protein response,UPR)信号的异常是多种消化系统疾病的关键因素,包括IBD和部分癌症等[3]。因此,调控内质网应激以防治消化系统疾病是目前研究的新方向。现代医学治疗IBD主要针对病因进行治疗,常以免疫调节剂、抗肿瘤坏死因子α剂、抗白细胞介素剂、干扰素等药物为主,疗效欠佳,复发率较高[4]。因此亟须寻找新型的替代疗法,针刺疗法作为一种有效可行的治疗手段,逐渐应用于临床。大量研究表明,针刺可能通过调控内质网应激能力调节IBD免疫反应、肠上皮细胞功能及肠黏膜屏障以发挥生物效应。因此,本文综述了针刺调控内质网应激以治疗IBD作用机制,以期为IBD的临床诊疗及基础研究提供新思路和新方法。

1 内质网应激概述

内质网是一种膜质细胞内的细胞器,约占所有细胞内膜结构的50%,是一个复杂而封闭的细胞内管状内膜系统交织的三维网络结构[5]。核糖体位于细胞质表面,将蛋白质直接翻译到内质网腔内。因此,内质网参与了大约1/3细胞蛋白质的产生和折叠,此外,脂类和胆固醇直接在内质网的细胞质侧合成。内质网的主要功能是运输新合成的蛋白质和脂类,识别信号肽和修饰糖基化[6]。通常情况下,错误折叠的蛋白质会被诱导到专门的通路,并被转运到细胞质中,随后被蛋白酶体泛素化和降解。然而,这种内质网相关蛋白降解途径具有局限性,葡萄糖饥饿等事件会导致末端错误折叠蛋白的积累,这些蛋白质超过阈值,从而激活特定的内质网应激信号通路,介导这一调控的信号通路称为UPR,是维持内质网稳态所必需的[7]。当细胞受到Ca2+代谢失衡、毒素刺激、持续氧化应激刺激等各种强刺激因素时,细胞内稳态就会被打破,内质网蛋白质折叠能力不能满足细胞需求,会启动内质网应激,触发UPR,UPR可以恢复内质网稳态,也可以激活促凋亡通路[8]。内质网应激和普遍可逆反应与机体炎症有关[9]。内质网应激和炎症信号通路在大多生物过程中共享广泛的调控因子和效应因子。尽管这两种信号通路所造成的病因不尽相同,但均可以在许多细胞和组织中形成恶性循环,加剧细胞功能障碍,导致细胞凋亡。

2 内质网应激在IBD中的作用

2.1 调节免疫反应 内质网对病原体的有效反应取决于免疫系统优化生成大量效应分子的能力,包括配体、受体、细胞因子和趋化因子[10]。这一过程受复杂的代谢、转录和翻译程序的调控,这些程序可受各种细胞外因素和环境条件的影响。虽然内质网通常被认为是跨膜和分泌蛋白合成和折叠的场所,但其也可作为细胞枢纽,能够感知和整合多种条件和信号,从而决定细胞的功能和命运。UPR可以在不同的免疫群体中发挥独特的作用[11]。

内质网应激和UPR激活与多种免疫系统疾病的发病密切相关[12]。正常的UPR反应对分泌细胞如产生免疫球蛋白的浆细胞的发育、存活和功能,树突状细胞和巨噬细胞的存活和功能,以及正常上皮功能的维持都很重要,异常或不充分的UPR反应通过在免疫细胞和非免疫细胞中产生干扰,促进免疫疾病的发展[13]。而且内质网应激有助于炎症过程的持续,UPR可激活炎症反应所需的多种炎症信号通路,包括IκB激酶(IKK)/核因子-κB(NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)/AP1。IRE1α激活JNK/AP1通路触发炎症基因上调。因此,IBD发生发展过程中的免疫反应被认为是导致IBD的基本病理机制之一,且内质网应激与免疫反应的信号传导存在串扰,这可能是内质网应激和免疫互动的基础。

2.2 肠上皮细胞凋亡 细胞凋亡是一种程序性细胞死亡,其特征是细胞变圆、核碎裂和质膜起泡[14]。它在肠上皮细胞中自发发生,作为沿着隐窝-绒毛轴的迁移和分化的末期,以维持正常的肠道形态和功能,包括上皮细胞增殖和凋亡之间的肠道内稳态平衡[15]。肠上皮细胞的持续更新对于维持组织内稳态至关重要,过度的肠上皮细胞死亡破坏了肠道屏障的完整性,并允许腔内抗原侵入固有层,从而导致固有层的慢性炎症状态[16]。启动包括半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-8在内的Caspases级联,形成死亡诱导信号复合体。最后,激活Caspase-8可以直接激活Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7等下游Caspase,也可以裂解pro-Bid形成BH3交叉域死亡受体激动剂,转位到线粒体,诱导细胞色素c与激活因子1(Apaf-1)共同激活Caspase-3和Caspase-9,从而导致细胞凋亡[17]。尽管Caspase介导的肠上皮细胞凋亡对肠上皮细胞的周转和胃肠道形态至关重要,但越来越多的证据表明内质网应激诱发的Caspase级联反应介导的肠上皮细胞凋亡在慢性胃肠道疾病中起关键致病作用。

重度的内质网应激促使UPR的发生,不能够代偿细胞受损,机体进一步启动凋亡信号,促进肠上皮细胞凋亡[18]。其途径主要为以下三种:①内质网应激可通过转录激活CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)、Caspase-12和JNK信号通路诱导细胞凋亡。在内质网应激条件下,CHOP表达显著增加,通过Caspase-12直接激活效应因子Caspase-3和Caspase-9导致细胞凋亡[19]。②肌醇的跨膜激酶/核酸内切酶1α(IRE1α)与TNF受体相关因子2(TRAF2)和凋亡信号调节激酶1(ASK1)结合形成复合物,也称为丝裂原激活蛋白激酶5(MAP3K5),进而激活JNK,最终通过激活JNK途径导致凋亡[20]。③内质网应激可以诱导内质网释放Ca2+,导致细胞质Ca2+水平升高,进而激活固有的线粒体凋亡途径并诱导凋亡[21]。上述UPR的三种信号转导途径激活了NF-κB,NF-κB是一种参与炎症的转录因子,涉及肿瘤坏死因子-α的产生,加速应激诱导的细胞死亡。

2.3 黏膜上皮屏障受损 肠黏膜上皮屏障功能缺陷是IBD的特征性变化。大量证据已经证实,IBD的潜在病因为肠黏膜上皮屏障的破坏,从而引起肠黏膜通透性增加以及肠道慢性炎症。肠上皮屏障在维持肠道免疫稳态中起着核心作用。屏障的完整性取决于不同的上皮成分,包括先天免疫反应、肠通透性、紧密连接、上皮细胞完整性和黏液产生,这些成分的异常可能与IBD的发病有关[22]。迄今为止,已有多项研究表明,针刺疗法可以调节多种炎症动物模型和IBD患者的肠黏膜上皮屏障功能。同时,内质网应激介导的UPR的激活在维持肠黏膜稳态中起着核心作用。紧密连接蛋白和黏蛋白在维持肠黏膜屏障功能过程中扮演核心角色。紧密连接既是免疫调节的效应因子,也是免疫调节的靶点,由大量的整体膜蛋白和相关的细胞质蛋白组成,主要包括闭塞蛋白、闭塞带蛋白、三胞蛋白、扣蛋白和连接黏附分子,紧密连接是高度灵活的结构,可以动态重新排列[23]。这种重塑过程涉及两方面,包括蛋白质在紧密连接内的迁移和通过囊泡运输的插入或移除。以上细胞内信号蛋白与紧密连接蛋白的信息交流,激活了大量的细胞过程,共同维持屏障的完整性。

黏蛋白(MUC)通常被认为是黏膜屏障的被动介质,这仅仅是其在调节上皮屏障功能中的部分作用。研究发现,由于屏障功能失调诱发的胃肠道疾病中常涉及黏液蛋白异常表达,如IBD和结直肠癌,结肠中分泌的黏液层主要由MUC2表达和少量MUC5b表达组成,能够阻止细菌渗透到底层上皮,在抑制炎症反应中是必不可少的[24]。MUC糖基化受损或杯状细胞功能缺陷可加重结肠炎的严重程度,并激活结肠炎相关癌症的发展跨膜MUC过表达,不适当的激活跨膜MUC可以通过调节连接蛋白功能和随后的信号通路,影响细胞的侵袭性、迁移、增殖和存活,增加肠屏障通透性,从而影响屏障的完整性。

因此,异常内质网应激引起的紧密连接蛋白和MUC加工和合成过程受到干扰,是导致肠黏膜通透性增加,屏障功能受损的核心,同时,也是IBD最基本的病理机制。

3 针刺通过调控内质网应激改善IBD

3.1 溃疡性结肠炎 UC是结肠黏膜的一种慢性特发性炎症性疾病,其特征是黏膜炎症,从远端开始,可延伸到近端累及整个结肠[25]。其临床表现为腹泻、尿频、腹痛和不同程度的全身症状,持续4～6周以上,病变可累及直肠、乙状结肠及全结肠;病因包括环境、免疫系统、肠道微生物群和疾病遗传易感性之间的相互作用。蒙特利尔分类法根据UC患者的最大病变程度将其分为E1或直肠炎(疾病仅限于直肠),E2或左侧病变(脾屈曲远端),E3或广泛性结肠炎(疾病延伸至脾弯近端)。UC结直肠异常增生或癌症的主要危险因素包括疾病持续时间、活动性内窥镜或组织学炎症、出现狭窄或炎症后息肉、结直肠癌家族史以及相关的原发性硬化性胆管炎。

多项研究表明,中药复方及单味药提取物可以通过干预PERK-eIF2α、TRE1α-JNK、NF-κB和炎症相关信号途径以抑制UC模型重度内质网应激[26-27]。中医理论认为,UC的发生多因脏腑气机失调,脾胃中焦清浊之气不分,混杂于肠腑,邪气久羁,毒邪窜扰而成,因此,健脾祛湿、清热解毒为其基本治法。针刺特定穴位与中药治疗具有相似效果,均可以调理脏腑气机升降,祛除湿热毒邪。针刺治疗UC以健脾温中、化湿行气穴位为主,常用穴位为天枢、上巨虚、足三里穴。

既往研究认为,针刺治疗UC的作用机制与结肠黏膜炎症风暴、免疫应答异常及肠道菌群紊乱有关。李晗等[28]通过针刺双侧天枢穴干预UC大鼠模型1周后,发现针刺组p53、PUMA和Caspase-3的表达较模型组显著降低,可能是针刺干预炎症的作用机制。陈明森[29]研究发现,针刺天枢和足三里穴可以调控FOXP3/DAF通路以调节Treg/Th17免疫平衡。吴阳阳等[30]通过2,4,6-三硝基苯磺酸结肠灌注法建立UC模型,将UC大鼠分为空白组、模型组、手针组和电针组四组,利用Western blot法检测内质网应激相关蛋白的表达,发现内质网应激关键蛋白GRP78和p-PERK、p-eIF2α的表达显著增加,通过针刺的干预可以逆转该现象。此外,针刺还能调节Th1/Th17免疫平衡,减少炎症因子的表达,协同治疗UC。

3.2 克罗恩病 CD是一种以透壁肉芽肿性炎症、黏膜免疫细胞激活、免疫反应异常和细胞因子失衡为特征的慢性多因子IBD,是一种进行性疾病。CD由遗传易感性、环境危险因素、菌群失调和黏膜免疫系统受损等复杂的相互作用引起,导致先天和适应性免疫反应失调。近年来CD在世界范围内发病率不断上升,其典型的临床症状是腹痛、慢性腹泻、体重减轻和疲劳,好发于回肠末端和结肠。大多数CD患者表现为炎症表型,炎症呈节段性、不对称和透壁性,但随着时间的推移,半数患者会出现狭窄、瘘管或脓肿等并发症,通常需要手术治疗。目前CD治疗以预防并发症和阻止疾病进展为目标。针刺在CD中的作用机制尚不明确,内质网应激作为CD的病理诱发因素,现已引起广泛关注。

李凌倩等[31]研究发现,克罗恩病模型中存在内质网应激,通过免疫组化法检测,发现内质网应激相关因子GRP78和P47 PHOX表达显著增加,表明克罗恩病发生过程中内质网应激参与调节,但其与上皮细胞凋亡及蛋白合成加工异常并未阐释。龙艳[32]通过诱导HCT116结肠癌上皮细胞株内发现,内质网应激可以激活p38 MAPK通路的信号转导介导炎症反应的发生,这为内质网应激与炎症相关性的研究提供了思路。李小珍[33]研究发现,内质网应激通过影响MUC的合成参与CD的病变过程,在炎症状态下,内质网应激相关蛋白表达显著降低,表明内质网应激功能低下是引起结肠黏膜屏障蛋白异常的诱因。曹攀[34]发现,激活内质网应激通路可以明显损伤肠黏膜屏障功能,引发CD,因此,维持内质网应激稳态是治疗CD的核心。研究发现,针刺具有正向调节内质网应激的作用[35-36]。芮靖琳等[37]研究证实,针刺可以调节内质网应激特异性因子GRP78的表达,且可以介导内质网应激经典通路PERK-CHOP、IRE1/JNK等通路的信号传导。目前,针刺调节内质网应激治疗CD的研究较少,但内质网应激在CD发生中的作用显然是至关重要的,而针刺调节内质网应激及针刺治疗CD的作用已逐渐被证实。

4 小 结

本文立足于内质网应激理论,以IBD为研究对象,通过对国内外文献的梳理发现,内质网应激在IBD的发病机制中起关键作用,内质网应激相关通路不仅能够调节免疫应答、炎症介质及上皮细胞凋亡,还能够影响肠黏膜屏障功能维持关键蛋白(MUC和紧密连接蛋白)的表达。内质网应激的相关研究对IBD的治疗至关重要。目前,针刺调节内质网应激治疗IBD的研究较少,但多项研究证实,针刺特定穴位可以调节内质网应激相关因子的表达,以修复肠黏膜屏障功能、调节免疫应答和缓解上皮细胞凋亡,为IBD的临床治疗提供新思路和新视点。