炎性肠病的肠道免疫学研究进展

炎性肠病的肠道免疫学研究进展

广泛的炎症肠病包括各种肠道炎症疾病。本讲话描述了狭义的炎性肠病，仅包括溃疡性胃炎（rc）和克罗恩病（cd）。炎性肠病在西方国家相当常见,不过近年来在中国报道的病例数也明显增多,已成为中国消化系统常见疾病和慢性腹泻的主要原因。CD通常侵及回肠和结肠,病灶通常是不连续的;UC则通常侵及直肠,某些连续型的UC病例也可发展为全结肠炎。CD的炎症反应通常是透壁型的,而UC只侵及到黏膜层。CD通常出现肠道肉芽肿、肠腔狭窄和肠瘘,而这些症状在UC中相对少见。吸烟者患CD的危险性较不吸烟人群高,且病情更严重;而戒烟者和不吸烟者患UC的危险性更高。两种疾病的患者均易患原发性胆管硬变、强直性脊柱炎和银屑病。家族聚集病例及其配对研究已经证实,遗传因素在CD的发生、发展中较之在UC发病中发挥更为重要的作用;也有研究在同一家族中同时发现了这两种疾病,这提示一些遗传基因同时参与了这两种疾病的发生。饮食习惯的改变、抗生素的应用、肠内菌群移位等都可增加炎性肠病的发病率。本综述重点介绍肠道免疫系统与炎性肠病发病间关系的研究进展,之后介绍炎性肠病免疫治疗的最新进展。1肠免疫疾病和炎症1.1肠道细菌的作用肠道固有细菌属于肠道正常微生物,影响着肠道免疫系统的发育,也为肠道提供关键的养分,同时可调节肠组织的能量代谢。人体在出生时即携带有肠道细菌,但在出生后1年内菌群种类及数量会发生显著变化。成人排泄物中所含的细菌种类一般比较固定,但偶尔也会随着环境、发育、疾病等因素的改变而发生变化。宿主与肠道细菌的相互作用可表现为互利共生,但肠道细菌也可刺激肠道发生炎症反应,进一步导致机体机能恶化。抗生素治疗对某些炎性肠病患者有效,而肠道细菌也被广泛用来制作小鼠结肠炎模型,这些充分说明细菌在肠道炎症反应中发挥作用。有文献报道认为,许多肠道固有细菌的变化引发了炎性肠病,与正常人群相比,炎性肠病患者肠道内黏液相关的硬壁菌门和拟杆菌门菌群种类和数量都减少了许多。是这些细菌的改变导致了疾病的发生还是由于炎症导致了这些细菌的改变尚不得而知,这也是未来研究的一个方向。1.2肠上皮细胞的特殊作用肠上皮在肠道黏膜的免疫反应过程中起关键性作用,是阻止过量的病原菌和其他抗原由肠腔进入循环系统的一道物理屏障。完整的黏膜屏障依靠黏膜上皮细胞间的紧密连接,这种紧密连接保证了细胞与细胞间的“严丝合缝”,不给病原菌以可乘之机。有学者认为,细胞间隙增大以及调节间隙变窄的机理减弱可导致肠黏膜屏障功能的减弱,从而直接引发炎性肠病;但也有人认为是肠道先发生炎症,之后才导致了细胞间隙的增大。一些特殊的肠上皮细胞也有直接对抗细菌入侵的作用,这些细胞包括杯状细胞和潘氏细胞。杯状细胞可以调节肠上皮分泌的黏液量,同时可促进肠上皮的修复和调节肠上皮炎症反应。潘氏细胞可分泌α防御素等抗微生物肽,覆盖在肠黏膜上的肠黏液可以有效阻隔病原菌与肠黏膜上皮细胞的直接接触。肠上皮细胞的自我更新可有效控制和减弱各种损害造成的炎症反应。在炎性肠病中,炎症反应常造成肠上皮细胞的持续损害,引发糜烂、溃疡和防御素分泌减少,直接导致肠上皮过多地暴露于肠道病原菌的侵袭之下,从而放大局部炎症反应。在炎性肠病的小鼠模型中,多种类型的肠上皮功能紊乱可导致肠道炎症,包括肠上皮分化与增殖功能缺陷、屏障功能缺陷、细胞基质黏合力缺陷、内质网高应激状态、损伤后的上皮修复功能缺陷等。前列腺素E受体4(PTGER4)可加强肠道黏膜的自我修复,也有助于肠道黏膜屏障功能的恢复。有报道称,化学损伤引发的结肠炎在PTGER4基因缺失的小鼠模型中较野生型严重得多。有报道,PTGER4基因与CD的发生有关,在小鼠基因组中这一基因被编码为黏蛋白MUC2,如果剔除这一基因,小鼠肠道炎症得以发展。研究发现,发生炎症的肠上皮细胞中内质网的应激反应较正常肠上皮细胞剧烈,小鼠肠上皮细胞中编码X-盒结合蛋白1(XBP1)的基因对调控细胞内质网的应激反应起重要作用,若剔除这一基因,可能导致小鼠小肠的炎性改变。1.3对肠道微生物的免疫反应肠黏膜固有层内包含多种免疫细胞,这些细胞在正常情况下可维持机体适度的免疫耐受,同时抵御肠道致病菌的侵袭。固有免疫细胞(中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤T细胞等)会对侵入人体的微生物进行迅速的、无特异选择性地免疫反应,与之相对的是由获得性免疫细胞(B细胞和T细胞)进行的特异性抗原识别反应。肠黏膜固有层能表达多种免疫受体,这些受体介导针对肠道微生物的免疫反应,同时诱导肠上皮细胞和抗原递呈细胞进入免疫耐受状态,维持肠道免疫稳态。对于肠道免疫反应的调节来说,不断地对肠道微生物进行采样是十分关键的。在动物实验中,可借助免疫球蛋白和树突状细胞来迁移微生物,使其穿过上皮细胞和肠道集合淋巴结的上皮M细胞进行微生物采样;然后由活跃的抗原递呈细胞,尤其是树突状细胞,递呈这些肽类抗原给肠道的次级淋巴器官,如肠道集合淋巴结、肠系膜淋巴结和孤立淋巴滤泡,这种相互作用最初发生在获得性免疫反应中,在此之后,记忆淋巴细胞开始增殖,若再遭相同抗原入侵,便可发生快速、剧烈的免疫反应。炎性肠病活动期的标志是机体固有免疫细胞和获得性免疫细胞显著浸润肠黏膜固有层,固有层中这些细胞数量及活性的提高直接导致局部肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-1β、干扰素-γ(IFN-γ)及IL-23/Th17通路相关细胞因子的含量升高。这些细胞因子均参与肠道炎症的发生、发展,可以认为肠黏膜固有层中免疫细胞数量及活性的异常提高参与了炎性肠病的发展。1.4cd4+t细胞亚群CD4+T细胞的一些亚群,如某些辅助T细胞(Th1、Th2和Th17)和调节性T细胞(如Foxp3+调节性T细胞)可以分泌IFN-γ、IL-2、IL-4、IL-5、IL-10、TNF-α等细胞因子。只有保持肠道免疫系统的稳态才能很好地调节这些CD4+T细胞的亚群。Th1、Th2、Th17等对机体清除致病菌及进入肠道的过量微生物至关重要,但在小鼠和人体炎性肠病的研究中都提示,过度激活这些CD4+T细胞亚群会导致炎性肠病的发生。有报道称,CD患者肠道黏膜中的Th17细胞因子IL-17和Th1细胞因子IFN-γ及TNF-α的含量增加;而在UC病例中,通常会出现IL-17、IL-4、IL-5、IL-6及IL-10含量的增加。1.5b细胞参与了炎性肠病的反应目前,对于炎性肠病中B细胞如何发挥作用的研究不如对T细胞研究得那样透彻。肠道B细胞可产生免疫球蛋白A(IgA)抗体,该抗体发挥重要的免疫保护作用的同时不引发炎症反应。在炎性肠病的动物实验中,B细胞有抗炎性和促炎性两种作用。炎性肠病患者血液循环中存在着失调的抗微生物抗体,提示B细胞在炎性肠病发病过程中发挥作用。1.6细胞调指导的基因组织可能引起相应的炎性肠病肠道的血管内皮调节进入肠组织的白细胞数量,同时保持血液循环中足够的白细胞数量。白细胞进入肠组织的数量由黏附分子(选择素和整合素)和炎性趋化因子来调节,这些特异性的向肠道浸润的白细胞可以作为未来治疗的靶向性目标。炎性肠病的一个突出特点便是在肠组织中出现异常堆积的白细胞,其在肠组织中黏附并增殖。慢性病例中可发现白细胞在微血管中增殖,这一反应由在血管内皮中功能上调的黏附分子通过分泌TNF-α和IL-1来介导;而且组织特异性的炎性趋化因子水平的增高加强了白细胞对肠道组织的浸润。肠道微血管功能的异常导致肠道局部缺血、缺氧,从而加剧了炎症反应,影响肠黏膜组织的修复愈合。1.7nod2基因多态性与cd的相关性分析NOD2基因与CD患者肠组织对于肠道细菌的免疫反应具有密切关系。肠上皮细胞、潘氏细胞、巨噬细胞、树突状细胞及肠道内皮细胞都表达NOD2,其编码的细胞内蛋白可以作为细菌成分的受体,与细菌肽多糖结合。细菌肽多糖激活的NOD2蛋白能激活核因子-κB(NF-κB)和有丝分裂原激活蛋白激酶信号通路,这直接导致上述细胞分泌细胞因子(如TNF和IL-1β)和抗菌肽。在NOD2基因突变的小鼠体内肠道炎症并不发展,这一现象也与大多数人类NOD2等位基因携带者一样。NOD2的基因多态性在不同人群中有所差异,在欧美人群及犹太人中NOD2基因的3个主要变异与CD的遗传易感具有显著相关性,而目前尚未在亚洲人群中发现NOD2基因三个多态性与CD之间存在相关性。NOD2基因携带者比非NOD2基因携带者更易发生回肠狭窄等并发症,同时有更高的肠组织切除率。NOD2基因变异的杂合体比常人更易患CD(1.75～4倍),变异基因的纯合体有更高的易患性,高出正常人11～27倍。这是迄今为止观察到的与CD发病关系最密切的基因。但是NOD2基因多态性不足以单独导致CD的发生,这提示发病过程中存在着更为复杂的多因素失调。1.8小鼠肠道炎症自噬自噬基因与CD之间的关系已经通过ATG16L1和免疫相关鸟苷三磷酸酶基因(IRGM)的发现建立。自噬是清除细胞内复合物的一种机制,包括细胞器、凋亡小体和微生物。在小鼠体内,ATG16L1可以调节IL-1β的分泌和抑制肠道炎症。在低表达ATG16L1的小鼠体内,潘氏细胞的形态学特点和基因表达不正常。1.9慢性行为cd患者肠道微rna的变化微RNA(MicroRNAs,miR)是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码单链RNA,其大小约20～25个核苷酸。参与约30%蛋白质编码基因的转录后调节。研究表明,微RNA与炎性肠病密切相关,UC和CD的病变肠道均存在微RNA的表达异常。有学者报道,在对活动性UC患者的乙状结肠活检中发现,miR-16、miR-21、miR-23a、miR-24、miR-29a、miR-126、miR-195及let-7f表达增加,相对的miR-192、miR-375及miR-422b的表达减少;而在慢性活动性CD患者的乙状结肠中出现miR-23b、miR-106a及miR-191表达增加,miR-19b和miR-629表达减少,同类患者的回肠末段出现miR-16、miR-21、miR-223及miR-594的表达增加。对于CD患者肠道中微RNA表达的变化,有报道称,miR-23b、miR-106及miR-191的表达增加,miR-19b和miR-629的表达减少。慢性活动性CD患者的结肠出现miR-16、miR-21、miR-223和miR-594的表达增加,这些变化在UC患者的结肠中没有出现;而在慢性活动性CD患者回肠表达增加的4个微RNA中,有2个(miR-21和miR-16)在UC患者的回肠也发生相同变化。随着研究的深入,微RNA可能成为日后炎性肠病治疗的重要靶点。1.10增加了t细胞在小鼠体内的分化和环保有文献报道,淋巴集结、肠系膜淋巴结以及黏膜固有层中的抑制性细胞因子IL-10和转化生长因子(TGF)-β与肠道中的T细胞耐受有关,调节性T细胞在TGF-β和维甲酸的作用下,在淋巴集结和肠系膜淋巴结中进行分化。调节性T细胞的发育和功能缺陷或机体应对这类改变的能力不足可以在小鼠体内导致炎性肠病的发生。自噬基因在很多环节上增强了T细胞的耐受,这说明与CD相关自噬基因的多态性可通过减弱T细胞耐受性增加患者肠道炎症的易感性。抑制性细胞因子IL-10与UC的发生有关,在动物实验中表现为IL-10下调参与肠道炎症,在IL-10缺乏的小鼠体内自发地出现肠道组织发育不良以及肠道炎症的发生。研究发现,在IL-10受体上的IL-10受体A或IL-10受体B复合物若发生变异,会造成了IL-10的功能减退,这可导致CD的发生。1.11il-33信号通路IL-23是由巨噬细胞和树突状细胞分泌的,可促进Th17细胞的增殖与存活,通过Th17通路促进肠道炎症的发生。在CD和UC患者的结肠黏膜中,IL-23和Th17细胞因子的水平都高于正常人。IL-23信号通路是由杂合二聚体IL-23(包含p19和p40两个亚单位)介导的。他们通过自身的杂合二聚体受体包括IL-23受体(IL-23R)和IL-12受体B1(IL-12RB1)进行接合,这种接合激活了蛋白酪氨酸激酶-信号传导蛋白和转录激活物(JAK-STAT)信号通路,这一通路可以调节许多基因的转录。IL-23信号通路在介导炎症过程中的重要作用已经在动物实验中被报道。2与uc相关性的基因据估计,已知的与炎性肠病相关的基因数量仅占炎性肠病潜在易感者基因多态性的20%左右,其他的还有待发现。已有报道,IL-23R基因与炎性肠病、银屑病及强直性脊柱炎具有高度相关,这提示炎性肠病与其他一些自身免疫性疾病具有相同的基因关联性。全基因组的疾病相关性研究已经确定了某些基因与CD相关,某些与UC相关,而有些与两者均有关。例如,已经证实IL-23信号通路上的多个基因(尤其是IL-23R、JAK2、STAT3和p40)与这两种疾病有关。仅与CD发病相关的基因包括NOD2、自噬基因;与UC关系密切的基因包括IFN-γ和IL-26基因。临近人类白细胞DR抗原α链(HLA-DRα)的Ⅱ类主要组织相容性复合物基因是与UC发病关系最密切的基因区段;与之相对的,HLA-DRβ1(β链)与CD和UC发病均有关联。3不同选择性阻滞il-33通路的联合治疗炎性肠病的治疗包括调整生活方式(如CD患者戒烟)、药物治疗