参苓白术散治疗溃疡性结肠炎的作用机制研究进展

李春梦,李 微,廖瑶玎,刘娅欣,张 怡

(成都中医药大学附属医院消化科,成都 610072;*通讯作者,E-mail:zhangyi2288@163.com)

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种病变呈连续性,可累及结直肠黏膜层及黏膜下层的慢性特发性炎症性疾病。其发病涉及遗传、免疫、肠道菌群等。临床常见表现为腹痛、里急后重、黏液脓血便。西医治疗药物包括糖皮质激素、皮质类固醇、免疫抑制剂等,虽然取得一定的疗效,但仍有复发率高、副作用较大等问题。UC归属于祖国医学“肠风”“肠辟”“下痢”“泄泻”等范畴,中医通过辨证论治,使用中药对症加减治疗,在临床及实验中均取得较好疗效。

中药方剂之参苓白术散由人参、茯苓、白术、甘草、白扁豆、陈皮、山药、莲子、砂仁、薏苡仁、桔梗组成,具有益气健脾、渗湿止泻之功,是治疗UC的经典方剂。近年来,有研究报道参苓白术散可通过平衡免疫、调节肠道菌群、抗氧化应激等途径发挥治疗UC的作用[1,2]。本文重点对参苓白术散治疗UC可能的机制予以综述,为进一步阐明参苓白术散防治UC的分子机制提供理论依据,也为探索UC的潜在治疗措施提供更多的参考。

1 参苓白术散治疗UC的免疫调节作用

UC发病机制的重要环节之一是促炎因子与抗炎因子的失衡造成的结肠黏膜免疫炎症性损伤,而参苓白术散可以通过平衡免疫而发挥治疗UC的作用。

调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)在机体的免疫调节中起重要作用,其功能缺陷可引起多种自身免疫性疾病。Treg细胞主要通过分泌白介素10(interleukin-10,IL-10)和转化生长因子β(TGF-β)发挥免疫调节作用,从而预防和治疗UC;李晓冰等[1]的实验显示,参苓白术散可增加结肠炎小鼠肠系膜淋巴结Treg细胞比例发挥肠道黏膜保护作用。辅助性T细胞(Th17细胞)是一种新的辅助性T细胞亚群,主要分泌IL-17、IL-6、IL-21、IL-22、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)等细胞因子。TNF-α可促使中性粒细胞聚集在结肠黏膜炎症区或溃疡区,释放血小板活化因子以促进血栓形成,导致结肠黏膜微循环障碍,肠黏膜屏障功能受损。有实验研究显示,参苓白术散可下调促炎细胞因子IL-17、IL-23、IL-6、TNF-α的表达,上调抗炎细胞因子IL-10的表达,从而调节Th17/Treg的平衡,恢复UC大鼠免疫功能[3]。

UC的发生与机体组织内抑炎因子和促炎因子的平衡失调有关。常见的促炎因子有IL-1β、TNF-α、IL-2、IL-6、IL-8、IL-13、IL-23,抑炎因子有IL-4、IL-10等,IL-4可以抑制单核巨噬细胞产生IL-1β和TNF-α,降低单核巨噬细胞分泌氧自由基的功能,减轻炎症。实验研究显示[4],参苓白术散具有改善UC大鼠一般生存状况,调节UC大鼠血清IL-1β、IL-4含量及下调Caspase-8基因和蛋白表达的作用,从而促进大鼠受损结肠组织的黏膜修复。

2 参苓白术散调控信号通路治疗UC

参苓白术散具有多成分、多靶点的特点,可通过调节IκK/IκB/NF-κB信号通路、TLRs/MyD88信号通路、NLRP3炎症小体信号通路、β2AR/β-arrestin2/NF-κB信号通路、JAK/STAT3信号通路等多条信号通路干预UC的进展,其具体机制如下。

核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是一种转录因子,正常状态下,人核因子κB抑制蛋白α(IκBα)在胞质中与NF-κB结合形成了三聚体复合物而使NF-κB失活。当TNF-α、脂多糖(lipopolysaccharide,LPs)等信号因子与细胞膜受体结合后,通过IκB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase,IκBK)使IκB蛋白磷酸化,并将NF-κB从三聚体中释放出来激活促炎因子基因转录,导致炎性信号放大。参苓白术散抑制UC大鼠NF-κB抑制蛋白激酶(inhibitor of nuclear factor kappa B kinase,IκK)/IκB/NF-κB信号通路活化是其发挥肠黏膜保护作用的重要机制。研究显示[5],参苓白术散明显下调UC大鼠结肠组织NF-κB p65,IκKβ蛋白和mRNA表达,上调IκBα蛋白和mRNA表达,发挥抗炎作用。

上皮细胞膜上的Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)识别病原体后,胞内结构域募集下游信号通路分子髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88),经过细胞内信号转导激活NF-κB并转位入核[6,7]。有研究表明,溃疡性结肠炎小鼠结肠组织TLRs/MyD88依途径相关基因的mRNA和蛋白水平显著升高[8]。环氧合酶-2(COX-2)是一种与炎症反应有关的蛋白分子,当出现组织损伤、炎症、肿瘤等变化时其表达增多。李姿慧等[9]的研究显示,参苓白术散可下调溃疡性结肠炎大鼠结肠组织TLR2、MyD88及COX-2表达,降低炎性因子的释放,减轻肠道炎症反应。

此外,NF-κB在炎性反应中诱导下游炎症相关反应元件的转录和翻译,促进核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide-binding oligomerization structural domain,NOD)样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermoprotein domain 3,NLRP3)生成[10,11]。NLRP3活化促炎症蛋白酶Caspase-1,导致大量IL-1β、IL-18等炎症因子成熟,促使结肠黏膜炎症损伤[12-14]。因此,下调NLRP3炎症小体信号通路蛋白可减少下游炎症因子的表达,改善UC的临床症状。刘玉晖等[15]的研究显示,与模型组相比,参苓白术散组小鼠血清中炎症因子、结肠炎症因子表达降低,结肠中NLRP3、Caspase-1、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)、pro-IL-1β、cleaved-IL-1β、pro-IL-18、cleaved-IL-18蛋白表达显著下调。以上实验结果表明,参苓白术散可通过抑制NLRP3炎症小体信号通路相关蛋白以及下游炎症因子IL-1β、IL-18成熟活化表达,改善UC小鼠出现的结肠损伤症状。

研究显示,β2肾上腺素受体(β2AR)在交感神经系统对机体免疫功能的调节中具有重要作用,β抑制蛋白2(β-arrestin2)可通过多途径调控NF-κB活性,故β2AR/β-arrestin2/NF-κB信号转导通路异常可能通过某种交互作用而影响UC的发生发展[16]。β2AR信号通路通过调节β-arrestin2的表达参与NF-κB活化过程的调节,当β2AR表达降低时β-arrestin2表达也会随之下调,则其对NF-κB的抑制作用下降;反之,β2AR升高时β-arrestin2表达增加,可抑制Toll样受体(TLR)信号通路的活化而抑制NF-κB信号通路[17]。β2AR/β-arrestin2表达降低及NF-κB活化可使TLR及其下游炎症细胞因子大量表达,促进血小板活化因子、血栓素以及前列腺素等的释放,导致内皮及上皮细胞通透性增加,加重肠黏膜炎症[18]。陈天杰等[19]的临床研究显示,与对照组相比,参苓白术散治疗后可通过调节β2AR/β-arrestin2/NF-κB信号通路表达,使外周血中促炎性因子(IL-1β、IL-6、IL-8、TNFα、INF-γ)、细胞调节相关子[血清胰岛素样生长因子-1(IGF-1)、低氧诱导因子-1α(HIF-α)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)]表达较治疗前降低,从而修复UC肠黏膜。

p38MAPK是丝裂原活化蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinase,MAPK)的重要成员之一,p38MAPK被激活后可以调控下游多种酶及转录因子的基因表达,促使局部组织发生急性炎症、凋亡等病理改变;环磷酸腺苷(cAMP)反应元件结合蛋白(CREB)作为p38MAPK下游核转录因子,可调节细胞的基因转录。毕殿勇等[20]的研究显示,参苓白术散水煎液具有改善脾虚湿困型UC大鼠一般生存状况,并通过上调结肠组织IL-4蛋白含量及其mRNA表达水平,下调IL-1β和p38MAPK基因蛋白表达水平而发挥保护结肠黏膜的作用。丁凌辉等[21]的研究中,参苓白术散可下调UC大鼠IL-13、IL-23及COX-2、CREB的表达,减少结肠的炎症反应。

JAK-STAT信号通路对调控T细胞分化具有重要作用。IL-6是JAK/STAT3信号通路的重要启动因子,IL-6与相应受体结合后,能够激活与结合体耦联的JAK激酶,进而招募STAT3蛋白并引起其蛋白酪氨酸残基、丝氨酸残基磷酸化,向细胞核内转移,调控靶基因表达,促进相关促炎性细胞因子合成、分泌,诱发并加重炎症反应。研究认为,通过不同环节抑制或阻断JAK/STAT3信号通路能干预炎症性肠病[22]。仝建松[23]的研究显示,与模型组比较,参苓白术散高浓度治疗组大鼠血清IL-6水平较低,IL-10水平较高,结肠组织JAK/STAT3表达水平较低,提示参苓白术散可有效抑制大鼠促炎因子IL-6释放,促进抑炎因子IL-10分泌,下调JAK、STAT3蛋白活性,从而减轻溃疡性结肠炎炎症反应,控制病情进展。

3 参苓白术散促进UC大鼠骨髓间充质干细胞归巢

结肠黏膜干细胞可分化为成熟的结肠黏膜细胞,维持结肠黏膜的更新,与黏膜的修复和重建相关。骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)是起源于中胚层的一种非造血干细胞,有调节免疫作用,具有向损伤部迁移、黏附定植的归巢特性[24,25]。细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管细胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)与BMSCs归巢密切相关。石科等[26]的实验研究表明,相比UC模型大鼠,参苓白术散降低了大鼠结肠黏膜和血清中ICAM-1和VCAM-1的水平。此外,参苓白术散能促进骨髓与外周血来源BMSCs的生长与增殖,从而确保足够数量的BMSCs归巢到结肠黏膜,修复和重建UC结肠黏膜组织[27]。

BMSCs的归巢还与多种趋化因子介导有关。其中基质细胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor1,SDF-1,CXCL12)结合趋化因子受体(CXC chemokine receptor 4,CXCR4)通过多种途径介导细胞的黏附、存活、增殖和基因转录,增强细胞内的钙化,从而导致趋化性[28,29],该途径在BMSCs归巢到受损结肠部位过程中发挥着重要作用。有研究发现利用慢病毒载体将CXCR4基因转染BMSCs治疗UC,可增强BMSCs的归巢从而治疗UC[30]。在崔树婷等[31]的研究中,灌胃给予参苓白术散可显著促进BMSCs向结肠黏膜组织的归巢,这可能与提高了SDF-1和CXCR4的表达有关。结肠黏膜干细胞位于结肠隐窝内,数量很少,但对损伤结肠黏膜具有修复与重建作用,UC黏膜损害过程中,结肠黏膜干细胞变得更少,这可能是UC迁延难愈的病因[32],而增加结肠黏膜干细胞可能对治疗UC有益。研究发现,BMSCs迁移到受损的结肠黏膜数量要高于正常结肠黏膜[33],在UC治疗过程中参苓白术散有促进骨髓来源BMSCs增多、修复肠黏膜的作用。

4 参苓白术散调节细胞内Ca2+浓度

钙通道参与大鼠远端结肠平滑肌收缩,UC发病时肠道动力紊乱与钙池调控钙离子(SOC)通道介导的Ca2+内流下降有关。在结肠平滑肌细胞上,胞内钙库耗竭后才可激活细胞膜上的L-型Ca2+通道和SOC[34]。由SOC介导的Ca2+内流是胃肠道平滑肌对许多激素或递质生理反应的一部分,因此,SOC功能低下可能会引起平滑肌收缩性下降。通过调节细胞内Ca2+浓度可以治疗炎症性肠病所致的黏膜出血,修复损伤黏膜。周华等[35]通过免疫组织化学的方法观察各组实验大鼠结肠平滑肌上瞬时受体电位阳离子通道1(TRPC1)蛋白质表达情况,其中模型组结肠组织TRPC1表达的平均光密度低于正常对照组,经参苓白术散治疗后可增强TRPC1的表达水平,表明其通过上调TRPC1的表达促进SOC介导的Ca2+内流治疗UC。

5 参苓白术散调节肠道菌群

UC的发生与肠道菌群失调和黏膜免疫失衡有关,肠道菌群的组成和功能多样性以及稳定性被破坏是UC的重要病因[36]。厚壁菌门、变形杆菌门、放线菌门增加对肠道有益,变形菌门丰度的增加被认为是微生物群落失调的标志之一。参苓白术散治疗UC大鼠可增加厚壁菌门和变形杆菌门的相对丰度,并减少拟杆菌门[2]。Luo等[37]的研究显示,与模型组相比,参苓白术散组大鼠肠道菌群的丰度和多样性增加。肠道中有与宿主共生的生理细菌,如双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌和梭状芽孢杆菌,还存在与宿主共存的机会性病原菌,如肠球菌、肠杆菌、变形杆菌等。穆丽萍等[38]认为,益生菌的减少和致病菌的增加是UC的原因之一。马琪等[39]的实验显示,对照组乳杆菌属(Lactobacillus)丰度最高,参苓白术散组拟杆菌属丰度明显低于模型组,模型组乳杆菌丰度明显低于参苓白术散组。UC模型组异杆菌的丰度降低,参苓白术散干预后增加。因此,异杆菌可能在UC发展过程中起到有益细菌的作用[40,41],以上研究结果均表明参苓白术散可以通过提高小鼠肠道菌群中有益菌的丰度,改善屏障功能、提高免疫能力,以此达到治疗UC的目的。

6 参苓白术散的抗氧化效应

活性氧(reactive oxygen species,ROS)与UC结肠黏膜组织损伤密切相关。ROS对于某些生理过程是必要的,但病理状态下,UC患者体内会产生过量的ROS[42]。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)可以清除ROS,防止脂质过氧化,维持细胞膜的稳定性。有研究显示,与模型组相比,参苓白术散治疗UC大鼠可显著降低髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)水平,增加SOD和CAT活性。因此证明[2],参苓白术散可以通过增强抗氧化能力来修复受损的结肠黏膜治疗UC。

7 其他机制

参苓白术散治疗UC的机制多样,除上述调节免疫、调控信号通路、促进UC大鼠骨髓间充质干细胞归巢等机制外,还有其他机制。

正常肠黏膜具有调节水、营养物质及电解质的分泌与吸收功能,当肠道分泌功能超过吸收功能时导致腹泻。水通道蛋白(AQP)对不同种类细胞膜的跨膜水转运发挥着重要的介导作用,能显著增加细胞膜的透水性,对保持生命体内稳态水平衡具有关键的作用。李姿慧等[43]的实验研究显示,UC大鼠结肠组织AQP3、AQP4蛋白及mRNA均呈异常低表达,而经参苓白术散治疗后UC大鼠的AQP3、AQP4蛋白及mRNA水平较模型UC大鼠显著升高,表明参苓白术散能够调节AQP表达,从而对UC起治疗作用。有研究显示,与模型组相比,口服不同剂量参苓白术散均可改善结肠黏膜组织中AQP4的表达,此外,高剂量参苓白术散还可以提高水通道蛋白8(AQP8)的表达[44],从而改善UC大鼠症状。

原癌基因c-fos属于即刻早期基因,对维持细胞功能、生长和分化具有重要作用。c-fos在大多数正常细胞中低表达,而在疾病发生过程中它受多种炎症介质、细胞因子激活后可参与疾病的病理过程。王艳红等[45]的研究结果表明,c-fos蛋白在UC大鼠结肠组织中的表达明显增加,表明c-fos可能参与UC的发生、发展。参苓白术散治疗UC大鼠能够下调原癌基因c-fos的mRNA及蛋白的表达[46],从而控制UC大鼠的发展和恶化。

8 小结与展望

自古以来,中医药治疗UC积累了丰富的经验。通过中医对UC病机的认识,在辨证论治的基础上,选择参苓白术散治疗UC取得了良好的疗效。此外,参苓白术散治疗UC除口服外,还有灌肠、针灸及联合应用等多种方式,都被证明有效。单独使用中药或西药治疗UC均有利弊,当二者联合应用时,效果较单纯的西药或中药效果更好,可以达到优势互补。中医从宏观上治疗疾病,但近年来的研究显示参苓白术散也可达到靶点治疗的效果。

参苓白术散治疗UC疗效显著,但还存在一些不足:①参苓白术散作为中药复方,有效成分众多,各单味中药之间是如何协同发挥治疗作用的药理机制尚不明确。②对参苓白术散用药剂量、剂型的把握因人而异,缺乏具体的药物量效关系研究。③参苓白术散治疗UC的机制涉及多条通路及靶点,但对各个通路之间的联系、相互作用及交叉重叠研究较少。④参苓白术散治疗UC在抗氧化应激、调节肠道菌群、调节细胞内Ca2+浓度等方面的实验研究不充分,需经一步探索。⑤UC具有病程长、易复发等特点,但对参苓白术散治疗UC的研究大多缺乏远期疗观察。综上,目前对参苓白术散治疗UC的研究尚存在许多局限性,针对以上问题需要展开更深更广的多中心、大样本、标准化的研究。