5-羟色胺与口腔扁平苔藓的相关性研究进展

王 谦,张冬青,张松蔚,詹渊博,穆 森

口腔扁平苔藓(oral lichen planus,OLP)是一种常见的口腔黏膜慢性炎症性疾病,也属于一种癌前状态。常见于中年女性,患病率0.5%～3.0%,仅次于复发性阿弗他溃疡。OLP的病因尚不明确,但目前比较认可的假说是OLP的发病与精神因素、免疫因素、表观遗传、口腔微环境的改变、感染因素刺激等关系密切。有文献表明,OLP患者往往存在明显的抑郁、焦虑现象,或承受较大精神压力。同时过度的精神压力又可影响治疗效果,使病损更加严重[1]。

5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)作为一种单胺类物质,主要分布在中枢神经系统(central nervous system,CNS)、血液和肠壁中。一些文献认为,大脑5-HT活性受损是引起抑郁的一个重要风险,5-HT合成和释放速度改变、重摄取效率异常、代谢错乱以及突触前后5-HT受体活性的改变,都可能是触发抑郁的因素[2]。此外,研究表明5-HT也具有免疫调节作用。5-HT及其受体在银屑病、湿疹等免疫性疾病中存在异常表达[3-4],同样OLP作为受精神因素影响的免疫性疾病,5-HT及其受体可能也存在异常表达[5]。为探究OLP和精神抑郁之间可能存在的中间概念,本课题组通过运用BITOLA系统搜索,然后使用基因表达数据和组织特异性基因数据以及手动筛选,最终发现神经细胞黏附分子(neural cell adhesion molecule,NCAM)1可能作为OLP与抑郁症之间相互作用的候选分子[6]。我们猜测5-HT可能是在精神抑郁和局部NCAM改变中发挥桥梁作用的中间分子。

1 精神因素与OLP的关系

人们在日常生活中的压力所导致的抑郁、焦虑、悲伤、愤怒等不良情绪,可能对神经系统、心血管系统、消化系统以及免疫系统造成影响,从而导致多种疾病。长期处于抑郁状态,也是罹患OLP这类免疫炎症疾病的重大风险之一。

虽然OLP的发病机制尚不明确,但是精神因素可能导致OLP的发病和加重已成为共识。在临床工作中,我们遇到的许多OLP患者表现出了不同程度的抑郁、焦虑以及过大的压力等不良精神因素。有人针对OLP患者进行了不同的心理评估,发现与对照组相比OLP患者表现出更严重的抑郁、焦虑程度和更高的应激水平[1, 7],而且随着抑郁、焦虑程度的加重,患者往往表现出更严重的临床症状,如炎症水平、疼痛程度、角化程度加重等[7]。临床试验证明,针对OLP患者增加抗焦虑、抗抑郁药物的疗效要优于对照组[8]。综上,说明精神因素在OLP的发生发展中发挥重要的作用。

2 5-HT的功能与作用

20世纪30年代,Vitorio Erspamer从胃黏膜分离出一种会导致血管收缩的物质,并把其命名为肠肽,后证明其为5-HT,与此同时,Page和他的团队也在血液在中发现了5-HT[9]。5-HT的合成主要在大脑的中缝核和肠道的肠嗜铬细胞以及其他的散在组织中,通过色氨酸羟化酶1(tryptophan hydroxylase1,TPH-1)的催化作用,将食物中的氨基酸——L-色氨酸合成5-HT。其中大脑是利用通过血脑屏障的色氨酸合成5-HT,外周血中的5-HT不会通过血脑屏障[10]。5-HT主要作为一种神经递质,调节肠道的蠕动和情绪。也有大量的文献表明,5-HT与自身免疫性疾病的发生发展以及免疫细胞的增殖和迁移有关[7]。

5-HT的受体在人体中的分布十分广泛,即使在没有明显的神经元或5-HT的分泌来源的组织中也会有表达。所有的受体都存在于突触后神经元上,但5-HT1A和5-HT1B/D也可存在于5-HT突触前神经元上[11]。发送信息的突触前神经元通过突触小泡释放5-HT至突触间隙并作用于突触后神经元细胞膜上的5-HT受体,突触后神经元继而受到刺激,将该信息传递下去。完成信息传递后,约10%的5-HT会在次过程中丧失,其余90%则会被5-HT转运体(serotonintransporter,SERT)重新转运到突触前神经元中,最终被单胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)代谢失活。

2.1 5-HT在中枢神经系统中的作用

5-HT是作用于中枢神经系统的神经递质,同样也可以作为一种血液因子和神经激素作用于外周多个器官。除了有调节情绪和肠道蠕动等生理作用外,还对中枢神经系统疾病,如抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病等发挥作用[12]。

尽管在整个动物界,5-HT系统的组成不尽相同,但是在动物的情绪、运动、进食、昼夜节律以及学习和记忆等生命活动中,5-HT都发挥了重要的作用[13]。

5-HT系统可能通过在海马体和前额叶皮质的活动来影响认知。海马体中的5-HT参与空间导航、决策和社会关系;而在前额叶皮质中,5-HT主要在人类和动物的记忆、注意力、决策和反转学习中发挥主要作用[14]。5-HT系统功能障碍是情感障碍的重要因素,从而导致焦虑、抑郁的情绪[15]。

2.2 5-HT在免疫系统中的作用

5-HT作为一种免疫调节因子,对神经免疫调节网络具有重要的作用。在免疫系统中,T细胞、肥大细胞、巨噬细胞均可表达TPH-1[16-17],TPH-1为将色氨酸合成5-HT的关键酶,说明这些免疫细胞可能具有分泌5-HT的功能。而树突状细胞和B细胞则主要发挥摄取和储存的作用,它们均表达SERT,与神经元上的SERT类似,可摄取细胞间的5-HT并储存在细胞内[18]。在众多免疫细胞上均有5-HT受体的表达,5-HT通过多种受体亚型发挥调节免疫细胞的功能(表1),其中5-HT1A和5-HT2A的特异性最好[19]。而5-HT反应的强弱和持续时间则是由5-羟色胺转运蛋白——SERT决定。

表1 5-HT受体在免疫细胞中的表达及功能Tab.1 Expression and function of 5-HT receptors in immune cells

3 5-HT在自身免疫性疾病中的异常表达

自身免疫性疾病指自身免疫失调引起的炎症性疾病,大多与精神因素相关,过大的压力和抑郁可能会导致疾病的发生和恶化。5-HT是神经内分泌系统和免疫系统之间双边接触的关键介质,是一种重要的神经递质,在炎症部位其浓度明显升高,并参与炎症反应和免疫调节。通过查阅大量文献,我们发现5-HT在诸多自身免疫性疾病中有异常表达。

银屑病作为一种非传染性慢性免疫炎性皮肤病,以角质形成细胞过度增殖为特征性临床表现,伴有红斑、鳞屑及皮肤瘙痒。具体病因尚不明确,但目前公认的易感因素包括心理压力、遗传、创伤等。通过免疫组化研究发现,在银屑病的皮肤组织中可见到5-HT的阳性表达,而正常皮肤不表达5-HT[3]。另有研究者针对5-HT受体进行了免疫组化染色,发现在银屑病患者皮损中5-HT1A主要表达在角质形成细胞和黑色素细胞上。而在真皮层中,可见到5-HT1A+肥大细胞和5-HT2A+T淋巴细胞的增多[20]。5-HT可能通过5-HT1A促进炎症,而5-HT2A可能导致T细胞在病损部位聚集。除此之外,在银屑病皮损皮肤中的SERT表达也高于非银屑病皮肤和正常皮肤[21-22]。双重免疫染色显示, SERT阳性的皮肤细胞也表达CD1a、CD3或类胰蛋白酶,说明树突状细胞、T细胞、肥大细胞均参与5-HT的重摄取过程。另外,SERT阳性的树突状细胞数量与银屑病皮肤病损的面积及严重程度呈正相关[21]。

同样作为自身免疫性疾病的湿疹、特异性皮炎以及溃疡性结肠炎中,也存在5-HT的异常表达。5-HT在湿疹和特异性皮炎的皮损组织中的表达与银屑病一致,表达高于正常皮肤组织[4],5-HT1A、5-HT2A和SERT免疫反应也表现为增强[23-24]。不同的是在溃疡性结肠炎的病损组织中,虽然5-HT的表达增多,但是SERT的表达降低了[25]。

4 5-HT在OLP的发生、发展中可能发挥的作用

目前比较认可的OLP病因学假说是,口腔上皮角质形成细胞可能受到了某些因素的刺激,从而异常表达了某些抗原,树突状细胞通过Toll样受体识别、加工抗原并传递给下游的T细胞[26],导致上皮固有层出现了T淋巴细胞浸润,在与肥大细胞脱颗粒及分泌的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)的共同作用下,最终造成基底层附近的角质形成细胞过度凋亡[27],病理特征为基底层液化变性及固有层淋巴浸润带。OLP的发生与发展和免疫功能紊乱有关,而且大量临床病例表明精神因素也会导致OLP的发生。5-HT作为在神经系统和免疫系统都发挥重要作用的双边介质,在OLP中可能也发挥着重要作用。

4.1 5-HT在OLP中的表达

通过免疫组化发现,皮肤的扁平苔藓(lichen planus,LP)患者中的5-HT的表达强于对照组,主要表达在炎症细胞、小汗腺和毛细血管内皮细胞上,但是在上皮结构中不表达,其中对照组小汗腺也表达为阳性。5-HT可能通过小汗腺和炎症细胞在LP发病机制中发挥作用。此外,在LP患者的皮肤组织中5-HT的表达强度与抑郁/焦虑程度还存在显著相关性[28]。除了在皮肤组织内存在高表达,LP患者组血清5-HT和去甲肾上腺素的含量也高于对照组[5]。然而目前还未见OLP黏膜组织中5-HT表达的相关研究,但可推测在OLP中5-HT的异常表达与皮肤LP中的表达可能一致。

4.2 心理应激导致5-HT的变化

在正常情况下,压力对于正常的生理及心理功能是不可或缺的,然而如果反复受到压力,自己却不能消化压力源时,由压力产生的心理应激则可能对中枢系统产生危害。这些不良的影响会增加罹患抑郁症或者其他精神疾病的可能性。精神因素也是OLP的重要致病因素之一。通过神经化学和电生理学的研究,有研究者发现5-HT的功能同样也受到这种心理应激的影响。压力会影响5-HT神经元放电活动以及突触前后受体功能,从而影响5-HT的活性[29]。

当机体暴露在短暂而迅速的急性应激下时,5-HT的神经元激活会被增强[30]。特别表现在中缝背核(dosal raphe,DR)内侧和外侧翼的5-HT神经元。研究表明机体受到长期的慢性应激时,会导致小鼠出现体重明显减轻、食物摄入量减少、快感丧失以及自发性运动减少等一系列抑郁样行为,甚至还可导致海马体糖皮质激素受体水平降低,少突胶质细胞(NG2和Olig2细胞)的丢失,抑制海马体CA1、CA3和DG区神经元的增殖[31]。此外,通过神经化学的分析,在DR以及其他关键的皮质边缘结构中,如海马体和前额叶皮质,均发现5-HT释放减少、组织浓度降低,并且5-HT神经元的突触活动减弱[31-33]。由于大脑皮层单胺类神经递质(5-HT和去甲肾上腺素)的减少,使下丘脑-垂体-肾上腺 (the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA or HTPA axis)过度活跃,从而导致免疫功能障碍,加重氧化应激,并削弱抗氧化能力[31]。在众多的5-羟色胺受体亚型中,5-HT1A是一种Gi/Go蛋白偶联受体,与情绪障碍和抗抑郁反应的神经生物学相关性最为密切。当长期处于慢性应激状态下时,海马体和前额叶皮质5-HT1A的表达以及敏感度均明显降低[30]。

结肠黏膜组织是外周组织5-HT的重要合成部位,当慢性应激作用于机体时,除了中枢系统的5-HT系统受到影响以外,结肠组织中的5-HT浓度也会发生变化。有研究表明,与对照组相比受到慢性应激的小鼠肠黏膜组织表现出了更高的5-HT水平[34-35]。说明心理应激会对外周组织中的5-HT浓度产生影响,我们分析,精神因素也可能是通过影响口腔黏膜组织中的5-HT浓度参与到OLP的发生、发展中。然而值得注意的是,在外周血中的5-HT浓度变化并不具有统计学意义[34]。

4.3 5-HT参与免疫调节

5-HT参与多种自身免疫性疾病,并起到免疫调节的作用,如银屑病、湿疹、LP等[3-4, 28]。虽然没有文献直接表明,但是OLP作为一种自身免疫性疾病,5-HT在其发病过程中可能也发挥着重要的作用。

T细胞作为OLP中主要浸润在炎症组织内的细胞,其表面具有多种5-HT受体,如5-HT1A、5-HT1B、5-HT2A、5-HT3以及5-HT7[16]。5-HT可以通过作用于这些受体调节T细胞的增殖和活化过程,从而发挥免疫调节的作用。有研究者发现,5-HT和5-HT1A受体激动剂R-DPAT可提升T细胞的存活率和处于S期的细胞比例,从而诱导T细胞增殖,在进一步的研究中,证明了这种作用是通过5-HT1A激活细胞内有丝分裂原和增加核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)转位实现的[36]。NF-κB在OLP中也存在强表达,并通过NF-κB信号通路促进白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的分泌,促进或诱导OLP的发生发展[37]。这一通路可被5-HT1A和5-HT7激活[36]。5-HT1B在T细胞增殖中同样发挥着重要作用,当5-HT1B受体被拮抗时,T细胞的增殖也会受到抑制[38]。5-HT2A、5-HT7主要参与T细胞的活化过程,使T细胞激活并分泌白介素2(interleukin-2,IL-2)和干扰素γ(Interferon-γ,IFN-γ)[39]。CD4+/CD8+T细胞的比值常被用来衡量疾病的免疫状态,正常成年人的CD4+/CD8+T细胞的比值约为2∶1,而当发生OLP 时可能存在CD4+/CD8+T细胞的比例倒置。有人推测,5-HT可以通过调节糖酵解过程以及氧化代谢之间平衡,影响CD4+T细胞的功能,从而导致CD4+/CD8+T细胞的比例降低[40]。

树突状细胞在OLP的免疫调控网络中发挥着提呈抗原给T细胞的作用,同时也表达多种5-HT受体。其中未成熟的树突状细胞主要表达5-HT1B、5-HT1E、5-HT2B,主要作用是通过激活磷脂酶C,诱导胞内Ca2+动员,形成5-HT释放的正反馈机制[41]。同时5-HT1和-5HT2还可以诱导未成熟的树突状细胞向次级淋巴结迁移[42]。而在成熟的树突状细胞上主要表达5-HT4和5-HT7,可上调环磷酸腺苷激活细胞内信号转导通路并增强Th2趋化因子 CCL22表达[41]。

肥大细胞在炎症部位脱颗粒以及释放炎性介质会进一步加重OLP中角质形成细胞的凋亡。5-HT1A是肥大细胞主要表达的受体,有实验表明,5-HT可通过作用于5-HT1A受体介导肥大细胞的趋化、黏附作用[43]。5-HT还参与了肥大细胞的脱颗粒过程,当肥大细胞被刺激脱颗粒后,5-HT的浓度也会有所升高,而5-HT也可以通过作用于5-HT1A受体介导肥大细胞脱颗粒和组胺的释放[44]。

自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)功能紊乱也是OLP作为自身免疫性疾病的特征之一,NCAM作为NK的表面标志物,同样也受到5-HT的调节。有研究表明5-HT可通过与NK表面的5-HT2受体结合,抑制NK的毒性,从而降低其表面NCAM的表达[45]。5-HT还可以通过中和活性氧,抑制单核细胞介导的对NK的细胞毒性作用。与5-HT2介导的去极化相反,5-HT1A可以介导NK超极化,从而使NK的数量增加、功能激活以及分泌IL-2[46]。5-HT可以通过与NK表面不同的受体结合,影响NK的活性以及局部NCAM的表达。

综上所述, 5-HT可能参与OLP免疫网络的多个过程,包括树突状细胞的迁移、T细胞的增殖与激活、肥大细胞的迁移和脱颗粒以及对NK的保护和激活。这些免疫调节作用可能是通过5-HT与不同免疫细胞上表达的不同受体结合介导的。此外5-HT还可通过与相应受体结合激活NF-κB通路,此通路的激活对于OLP的发生发展也有作用。

4.4 5-HT参与调节细胞内Ca2+浓度

目前临床工作中,钙调磷酸酶(calcineurin,CaN)抑制剂对OLP的疗效得到了广泛认可[47]。临床上以0.03%他克莫司软膏比较常用,作为一种CaN抑制剂,其主要作用是抑制CaN的活性从而影响T细胞的活化,抑制白介素和炎症因子的促炎作用而达到抗炎效果。而CaN活化T细胞是通过与活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFATc)结合实现的。CaN作为唯一能催化NFATc的因子,当T细胞受到刺激,Ca2+内流,从而激活CaN对NFATc的催化,导致产生IL-2、白细胞介素4(interleukin-4,IL-4)以及IFN-γ等炎性因子,并引起炎症[48]。

5-HT3是5-HT诸多受体亚型中唯一的离子通道受体,有研究表明5-HT可以通过5-HT3激活电压门控钙离子通道(voltage-gated calcium channels, VGCC),诱导Ca2+内流[49]。而CaN对T细胞的活化依赖于细胞内Ca2+的浓度和调钙素(calmodulin,CaM)的作用[48]。此外,5-HT3还可以直接影响CaN的活性,有研究表明5-HT3受体拮抗剂托烷司琼可抑制NF-κβ信号通路和CaN的活性[50]。因此我们猜测,5-HT可能通过5-HT3受体影响CaN的活性和细胞内Ca2+浓度的方式参与到T细胞的活化中。

4.5 5-HT参与基底层液化

基膜液化变性是OLP的病理学特征之一,是由于基底层和接近基底层的棘层细胞出现过度凋亡所致。而在其他自身免疫性疾病皮肤病的病损组织中,基底层细胞上5-HT1A受体的表达明显高于对照组[20]。有研究表明,5-HT1A受体不仅可以通过细胞外信号蛋白激酶(extracellular signal regulated protein kinase,ERK)刺激细胞的增殖分化[36],还可以作用于c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)诱导细胞凋亡[51]。JNK被激活后会磷酸化c-Jun和ATF2等转录因子,从而导致基因表达变化并影响细胞周期、DNA修复,抑制角质形成细胞的增殖并诱导其凋亡[52]。

综上所述,5-HT在中枢系统和免疫系统均发挥着重要的作用。而精神因素可能通过影响5-HT的浓度,参与调节局部免疫细胞功能、细胞钙离子流动、基底细胞凋亡等,进而影响OLP发生、发展的过程。但是目前对5-HT在OLP中的研究尚不深入,本文揭示了5-HT可以作为研究OLP发病机制的新的角度,也可能为OLP的治疗提供新的方案。