小肠潘氏细胞的功能特性及与畜禽肠道疾病的关系研究

薛才斌，谢 伟，胡利琴，彭艳怜，周可磊，王 钢，沈雪梅*

（1.四川省乐山市农业农村局，四川 乐山 614000；2.四川省夹江县农业农村局，四川 夹江 614100；3.四川省凉山州动物疫病预防控制中心，四川 西昌 615000；4.乐山师范学院，川南地方品种鸡产业化四川省高等学校工程研究中心，四川 乐山 614000）

潘氏细胞（Paneth cell）最早由Schwalbe 在1872年发现，是组成肠道上皮的重要细胞类型之一，随着一些抗菌肽和模式识别受体的发现，潘氏细胞的免疫功能越来越受到广泛关注［1］。现有的研究表明，潘氏细胞不仅直接参与清除病原体，还参与调节正常肠道共生微生物群［2］。本文就小肠潘氏细胞的分泌功能及其在维持肠道稳态中的作用进行综述，旨在为畜禽健康养殖提供新思路。

1 潘氏细胞概述

各种畜禽肠道结构基本相似，肠黏膜上皮向肠腔突起形成肠绒毛，上皮向固有层凹陷形成肠隐窝（又名小肠腺）。其中，肠绒毛主要包含吸收细胞和杯状细胞，分别行使消化吸收和黏液分泌的功能，而干细胞和潘氏细胞位于肠隐窝基底部［3］。肠道长时间暴露于食糜、消化液、共生微生物群和毒素等复杂环境中，需要肠上皮形成强大的物理和免疫屏障，以抵御肠腔内物质对机体的感染和毒害作用。潘氏细胞具有调节肠道菌群，保护干细胞微环境稳态，维持肠上皮免疫机能等功能［4］。

潘氏细胞是高度特化的分泌型上皮细胞，主要特征是细胞内广泛存在内质网、高尔基体和顶部粗大的嗜酸性分泌颗粒。这种分泌型结构保证了潘氏细胞具有强大的分泌功能，能够分泌α-防御素和溶菌酶等一系列天然抗菌肽类。这些嗜酸性分泌颗粒可被伊红或Lendrum氏荧光桃红-酒石黄染成红色。在光镜下，可见染色后的潘氏细胞与干细胞相间排布于隐窝基底部，每个肠隐窝基底部可见3～6 个潘氏细胞。在电镜下，潘氏细胞呈顶部尖、基部宽的锥体形，细胞顶部散布存在大量分泌颗粒，细胞核位于细胞底部，核周围有丰富的粗面内质网和高尔基体［5］。

2 潘氏细胞的功能

2.1 杀菌功能 潘氏细胞的分泌颗粒中含有大量生物活性分子，包括α-防御素、溶菌酶、ⅡA型分泌型磷脂酶A2（ⅡAsPLA2）、血管生成素、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等［6］。α-防御素由潘氏细胞合成后，暂时储存于分泌颗粒内，在受到肠腔内信号刺激时通过脱颗粒方式持续分泌入肠腔［7］。α-防御素的抑菌作用具有选择性，对肠道中的致病菌杀灭能力较强，而对共生菌影响较小，在调节体内肠道微生物群的组成和体内平衡中发挥着重要作用［8］。

α-防御素是针对革兰氏阳性和阴性细菌、某些真菌、螺旋体、原生动物和包膜病毒的杀菌剂。防御素可以通过螯合脂质分子和抑制细菌细胞壁生物合成来杀死细菌，还可以通过肽诱导钾离子从细菌细胞中流出来促进膜破裂和细菌死亡［9］。已有的研究指出不同动物中α-防御素略有不同。恒河猴的肠道中发现有6 种α-防御素，分别为RED-1～RED-6。小鼠小肠中的α-防御素又称为隐窝素（Cryptdins），目前发现小鼠隐窝素种类多达19种，其中Cryptdin-1～-6的含量最高，Cryptdin-3 和-4 的含量最少［10］。现有研究指出，这些动物中分泌量较大的防御素种类具有较强的杀菌功能，而那些较少的防御素种类可能在肠腔内作为信号分子调节免疫反应或对病毒、真菌等发挥抑制作用。

2.2 免疫调节活性 潘氏细胞是肠道非特异性免疫的重要组成单元，在机体天然免疫中具有重要作用。小肠隐窝基底部分布有肠道干细胞，潘氏细胞分泌的抗菌物质可以在隐窝基底部维持较高的抑菌浓度，从而保障干细胞免受肠腔中入侵微生物的影响。最新研究指出，潘氏细胞分泌的表皮生长因子、转化生长因子α和Wnt3信号因子可以显著维持肠道干细胞的生态位，保证肠细胞的谱系起源。在生态位中，潘氏细胞产生生长因子和Wnt 信号分子，导致Wnt 信号被递送到肠干细胞并诱导特定上皮细胞谱系的分化［11］。因此，潘氏细胞在先天性肠道免疫和小肠上皮细胞的再生和分化中都起作用。

成熟的潘氏细胞可由NOD2 和TLR9 受体介导，接收隐窝腔中胆碱能和细菌因子信号。信号通过MyD88蛋白传递，直接传感和分泌抗菌分泌物，以限制微生物粘附和侵袭。除细菌衍生物外，潘氏细胞还可以接收自身细胞因子的刺激。例如淋巴细胞衍生的白细胞介素可以触发潘氏细胞分泌抗菌肽及血管生成素4［12］。单核细胞也可以通过Wnt 因子诱导潘氏细胞防御素的分泌，干扰素信号也可通过潘氏细胞影响微生物生态学。潘氏细胞还是白介素IL-17 以及肿瘤坏死因子TNF 的主要来源，TNF 进一步影响下游的炎症反应［13］。研究表明，小鼠小肠潘氏细胞的Cryptdins-7～Cryptdins-19 的合成量很少，且不具有杀菌活性，但是这些隐窝素可以在肠腔内发挥信号分子的功能招募树突细胞和淋巴细胞，使这些免疫细胞向炎症区域聚集，产生初级免疫反应。

3 潘氏细胞与畜禽肠道疾病的关系

3.1 潘氏细胞与炎症性肠病 随着微生物宏基因组测序技术的发展，确定与肠道微生物群失调相关的疾病数量不断增加，包括II 型糖尿病，代谢综合征、动脉粥样硬化、非酒精性脂肪性肝炎、自闭症、肝硬化、肝癌、炎症性肠病（IBD）等。其中，IBD 是一类累及肠道的慢性非特异性炎症疾病的统称，主要临床症状表现为腹痛、呕吐、腹泻、血便或全身败血性症状。目前的研究普遍认为IBD 与三个因素有关：潘氏细胞的α-防御素、肠道微生物群和饮食因素。潘氏细胞α-防御素与炎症性肠病相关的证据之一是IBD常伴随潘氏细胞功能异常，IBD 患者经常因细菌过度生长或生态失调而发生肠道局部感染或全身感染［14］。

回肠克罗恩病（CD）是炎症性肠病中的重要疾病，影响整个消化道尤其是小肠内平衡状态，并引起透壁性肠炎、纵向溃疡和肠狭窄。目前CD 发病机制尚不明确，但已经揭示出许多克罗恩病的易感基因，如自噬相关基因和ER 应激反应因子，均在潘氏细胞中表达。例如CD 的标志易感基因NOD2的遗传缺陷会显著影响潘氏细胞的功能，并促进IBD发生［15］。在自噬基因Atg16L1遗传缺陷的小鼠中，潘氏细胞表现出形态学异常并且存在分泌缺陷［16］。潘氏细胞在畜禽炎症性肠病中的研究报道较少，但我们可以从人类及模式实验动物的研究结果中洞悉潘氏细胞及其抗菌肽对IBD 的重要作用，为生产实践中畜禽肠道疾病的预防提供新思路。

3.2 潘氏细胞与消化道功能障碍 研究表明，肠腔内环境稳态及微生物区系对饲料转化率具有重要影响，微生物区系的组成及种类配比的变化会对畜禽饲料转化率带来不同的影响效果，而肠道微生物区系的组成与种类配比受到肠道潘氏细胞的调节［17］。潘氏细胞分泌的抗菌肽类不仅直接参与清除病原体，还参与建立正常肠道微生物共生区系，维持肠道稳态。研究表明，在小鼠移植物抗宿主病模型中，潘氏细胞减少，导致α-防御素的表达和分泌明显减少，肠道微生物群的多样性丧失，大肠杆菌发生压倒性的扩张，小鼠死于大肠杆菌败血症［18］。此外，在人类肠道微生物区系的研究中发现，与健康受试者相比，肥胖受试者的防御素水平降低［19］。最新的研究中，潘氏细胞溶菌酶缺陷以及过表达等小鼠模型，也揭示了潘氏细胞溶菌酶作为肠腔内溶菌酶的主要来源，通过调节肠道菌群尤其是嗜黏液菌种组成进而调控肠道黏膜炎症免疫。从这些研究进展中，我们可以看出潘氏细胞在维持肠道正常微生物区系的稳态中具有重要作用，潘氏细胞功能障碍导致的α-防御素分泌异常或三级结构的破坏，均会引起肠道微生态失调，进而影响肠道消化吸收功能。

4 结论与展望

畜禽肠道是机体消化吸收的主要场所，也是重要的免疫屏障，多种外源或内源的因素均会损害肠道正常微生物区系和渗透功能，严重的诱发肠道炎症，最终影响畜禽生长性能。潘氏细胞是肠道天然屏障的重要组成部分，可以分泌一系列抗菌物质。这些抗菌肽具有广谱高效的抗菌活性，能够调节肠道共生微生物区系，维持肠道内环境稳态。近年来，关于潘氏细胞在人类肠道疾病中的研究不断增多，潘氏细胞的生物学、抗菌肽的功能、肠黏膜免疫和宿主-微生物互作等方面的研究为人类战胜多种疾病提供了新思路。基于这些研究理论，未来我们可以围绕潘氏细胞的功能进行新型抗病畜禽的选种选育，也可以针对潘氏细胞防御素进行畜禽抗生素替代品的开发研究。