炎症性肠病的发病机制及肠黏膜屏障的作用机制

炎症性肠病的发病机制及肠黏膜屏障的作用机制

炎症性肠病（ibd）是一组慢性肠炎（包括溃疡性胃炎（cs）和克罗恩病（cd））。目前认为IBD是一种多因素疾病,可能为环境因素及免疫异常作用于遗传易感个体引起肠道异常免疫反应所致。其中免疫异常及肠道持续的炎症损伤被认为是其发病的基本机制。1各组小鼠肠道炎症的t细胞内表达肠黏膜屏障包括肠黏膜上皮、肠黏液、肠道菌群、分泌性免疫球蛋白及相关淋巴组织,其中肠上皮是肠黏膜屏障最重要的组成部分。肠上皮细胞是肠道免疫系统的一个重要成分,能够把抗原提呈给T细胞,通过分泌细胞因子和化学增活素对病原微生物作出免疫应答反应。肠黏膜免疫系统可监测黏膜表面的菌群和抗原,区分“耐受”和“应答”。其中,树突状细胞是肠固有膜上抗原呈递细胞的主导亚型,通过把抗原提呈给原始CD4+辅助T细胞,来诱导刺激调节性T细胞(Treg)分化,从而维持机体对肠道共生菌的免疫耐受。在肠道炎症的患者,TLR和NOD2受体通过产生促炎细胞因子和刺激效应T细胞分化为Th1、Th2和Th17细胞来激活树突状细胞,而触发局部发生持续性炎症。IBD患者结肠炎症部位可观察到有树突状细胞的过度活化。已证实UC肠道炎症主要是由于T细胞反应亢进,引起肠道黏膜免疫系统针对共生菌的高反应性所致。此外,动物模型研究发现自然杀伤T细胞产生的IL-13在实验性结肠炎中发挥重要作用。在UC患者的肠道黏膜固有层发现大量的IL-13,同时伴随紧密连接分子claudin2表达增加,后者引起肠黏膜屏障功能受损,并认为是导致UC腹泻的原因。此外,Paneth细胞、杯状细胞可能与IBD的发病有关。Paneth细胞分泌的α防御素减少可致NOD2突变患者发生回肠末端CD。杯状细胞产生的三叶肽能保护和修复上皮细胞和肠黏膜,其分泌的抵抗素样分子(RELM)β蛋白可减轻结肠炎症损伤程度,分泌的MUC2蛋白则在IBD患者中有不同程度的表达。提示Paneth细胞匮乏可增加CD的危险性,而杯状细胞与IBD的保护和致病密切相关。2th2细胞亚群原始CD4+Th0细胞在抗原刺激下,通过不同的分化途径获得特定生物学功能。由于产生细胞因子和生物功能不同,可分为Th1和Th2细胞2个亚群,Th1细胞产生干扰素-γ(IFN-γ)并调节细胞免疫,Th2细胞主要产生IL-4、IL-5和IL-13并与体液免疫有关。Th17细胞是不同于前两类的另一种T辅助细胞,活化后主要分泌IL-17、IL-21、IL-22等细胞因子而发挥调控免疫反应的作用。近年来研究显示,Treg在炎症性肠病的免疫调控方面也起着重要作用。2.1th1基因表达CD与IFN-γ诱导的Th1细胞增加及持续存在有关。CD患者肠黏膜存在大量的Th1型细胞因子,如TNF、IL-12、IL-18等。其中IL-18通过AP-1、NF-κB通路促进Th1分化。而IL-12通过激活STAT4诱导CD4+T细胞向Th1分化,并产生大量IFN-γ,IFN-γ信号通过STAT1转导,激活下游的Tbet基因,转录因子Tbet又促使IFN-γ基因染色质重构,IL-12Rβ上调,激活IL-12介导的产生IFN-γ正反馈调控过程,从而上调Th1细胞特定基因的表达。研究显示,Tbet在CD中表达显著升高。2.2th2诱导小鼠uc抗原呈递细胞分泌IL-4作用于原始Th细胞表面受体后激活STAT6,后者转移至细胞核内激活特异性转录激活因子GATA3,通过下游基因表达使原始Th细胞向Th2转化。Th2主要分泌IL-4、IL-5、IL-13等炎性因子。IL-13可与TNF-α协同作用于Th2表面的IL-13Rβ2受体,活化STAT6促进Th2增殖。赵颖等用噁唑酮诱导小鼠UC模型发现IL-4mRNA表达增加,提示Th2在介导UC发病的作用。I.J.Fuss等在UC患者结肠组织中发现一种不典型NKT细胞,可通过T细胞受体作用于Th2细胞促进IL-13的分泌,间接提示Th2在UC致病中的作用。2.3th17细胞激活当活化的树突状细胞分泌IL-23,在TGF-β、IL-6或IL-21存在的情况下,可作用于原始Th细胞表面的IL-23R并激活胞质内信号转导与转录激活因子STAT-3,STAT-3再转入细胞核内激活转录因子RORγt,使原始Th向Th17方向分化。Th17细胞活化后主要分泌IL-17、IL-21、IL-22等细胞因子。IL-17作用于效应细胞上的IL-17R后激活TAKl激酶/TRAF6连接酶,再通过NF-κB通路激活下游其他炎性因子的转录表达。IL-21可激活NK细胞并促进Th17细胞的分化与增殖,它还可以与Th1细胞表面的受体IL-21R结合,通过JAKl/3通路激活STAT4致Th1活化增殖。而阻断IL-21R可使STAT4、Tbet、IFN-γ表达下降。IL-22作用于效应T细胞表面IL-22R后活化JAK/STAT通路可促进其他下游相关基因的表达,有报道IL-22在CD患者中表达明显升高,且与疾病活动度呈正相关。KobayashiT.等发现IBD患者的肠黏膜组织中IL-17、IL-21、IL-22等的表达明显高于正常对照,且肠黏膜病变区域中上述指标亦明显高于非病变区域。2.4cd4+cd25-treg重组小鼠肠道微核试验Treg是一类不同于T辅助细胞Th1和Th2的具有免疫调节功能的T细胞亚群,通过细胞-细胞间直接接触和释放IL-10、TGF-β等细胞因子抑制自身反应性T细胞的增殖活化,下调Th1的功能,维持自身免疫耐受。主要分2类:天然CD4+CD25-Treg细胞和诱导的获得性CD4+CD25+Treg细胞,后者包含Tr1和Th3细胞。动物实验模型表明,给T细胞缺陷的小鼠注入不含有CD4+CD25+Treg的幼稚T细胞,可诱发其对肠道共生菌群的高反应性,导致严重的自身免疫性结肠炎的发生,输入全T细胞则可抑制这类炎症反应。提示CD4+CD25+Treg细胞的免疫抑制效应是发病的主要调节因素,在维持肠道免疫平衡中起了重要作用。3tlr4/nf-b信号通路天然免疫作为宿主抵抗炎症刺激第一道防御系统,在多种炎症性疾病早期发挥了重要作用。Toll样受体(TLRs)作为天然免疫系统的中心受体,在天然免疫的抗炎症反应过程中已经成为关键因子。Toll样受体属于模式识别受体家族,胞外区由富含亮氨酸的高度重复序列构成,胞浆区与人类IL-1受体同源。它们可以直接识别结合某些病原体或其产物所共有的高度保守的特定分子结构,即病原体相关分子模式(PAMP),并引发一系列信号转导,进而导致炎性介质的释放,在天然免疫防御中起着重要作用。不同的TLRs由不同的微生物配体选择性地激活。TLRs表达失调会导致肠腔内环境稳态破坏。动物实验发现,小鼠肠道中以不同方式表达的TLR4和TLR2在DSS诱导成功的结肠炎模型中表达上调。其中,TLR4/NF-κB信号通路是介导内毒素诱导的炎性反应的最重要的通路。首先TLR4的TIR结构域与接头蛋白髓样分化因子88(MyD88)的羧基末端相互作用,MyD88通过其死亡域募集下游同样含有死亡域的IL-1受体相关丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(IRAK),导致IRAK1自身磷酸化并激活,磷酸化的IRAK脱离MyD88与肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)结合并使之活化。TRAF6活化可引起TAK1家族成员NIK活化,后者的磷酸化激活I-κB激酶(IKK),导致IκB的泛素化而从IκB/NF-κB复合物释放,NF-κB由此活化转位进入细胞核,导致免疫反应基因的表达上调和炎性因子产生。4回肠cd细菌特性微生态失调通过打乱针对肠黏膜共生菌的免疫防御而成为IBD免疫发病机制的一个重要因素。微生态失调能促进侵袭性病原微生物的生长,便于细菌通过肠黏膜屏障易位至肠系膜淋巴结,最终引起肠上皮屏障通透性增高。这也是肠黏膜免疫反应活化的前提。在IBD患者肠黏膜中发现有过度生长病原菌,包括大肠杆菌、李斯特菌、耶尔森菌及副结核分支杆菌。有研究显示回肠CD大肠杆菌能诱导促炎细胞因子TNF-α的释放。定植在回肠黏膜的大肠杆菌可以牢固黏附于肠上皮细胞,通过肌动蛋白聚合和微管募集侵入肠上皮细胞,在巨噬细胞内生存复制,释放大量的TNF-α并导致形成肉芽肿病变。基于CD相关大肠杆菌病原特征,称之为黏附侵袭性大肠杆菌(AIEC)。目前支持微生态失调的证据有:1)具有抗炎特性的细菌如粪肠球菌、普拉梭杆菌在回肠CD黏膜上比例降低;2)AIEC异常定植在回肠黏膜。有研究证实回肠CD黏膜菌群平衡关系被打破,回肠CD患者黏膜粪肠球菌、普拉梭杆菌严重不足,而AIEC明显增多。研究者还发现AIEC与CD患者回肠黏膜有高度相关性,大约35%的带有癌胚抗原相关细胞黏附分子6(CEACAM6)的CD患者回肠黏膜有AIEC定植和异常表达。近来,在CD患者回肠上皮细胞顶端表面发现热休克蛋白Gp96过度表达,并且作为囊泡细胞受体,促进AIEC侵袭。5小分子多肽的调控细胞因子是机体的免疫细胞,非免疫细胞合成和分泌的具有广泛生物学活性的小分子多肽,在免疫系统中起着重要的调控作用。分为抗炎性细胞因子和促炎性细胞因子2类。大量研究显示,IBD患者体内促炎性细胞因子水平增高,抗炎性细胞因子水平下降,两者平衡失调是导致发病的主要原因。5.1抗炎性微细胞因子5.1.1免疫调节作用由激活的淋巴细胞合成,参与Th1和Th22个亚群之间的相互作用。IL-4对于B细胞、T细胞、肥大细胞、巨噬细胞和造血细胞都有免疫调节作用,可以抑制IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α分泌,并促进白细胞介素l受体抗体(IL-1ra)产生,提高IL-1ra/IL-1的比值,对维持肠道免疫起重要作用。UC患者IL-4mRNA表达及蛋白分泌明显减少,提示IL-4与UC发病有关。5.1.2对肠道黏膜抗体的作用主要由活化单核细胞和巨噬细胞产生,通过抑制单核细胞、巨噬细胞和T细胞功能在调节免疫反应中发挥有效功能,并在稳定肠道黏膜免疫系统调节中发挥重要作用。IL-10可以保护对IBD有抑制作用的淋巴细胞,且可以抑制由其介导的宿主自发免疫反应。R.Kuhn等通过基因突变将小鼠IL-10基因敲除,结果小鼠诱发慢性结肠炎,并且显示肠上皮MHC-Ⅱ类分子异常表达,证实IL-10具有肠道免疫调节作用。5.1.3对黏膜炎症的影响TGF-β是一种多功能的细胞因子,调节多种免疫与非免疫细胞的生长、分化和功能。体内外研究显示TGF-β对黏膜炎症有明显的负调控作用。已证实TGF-β是UC和CD组织中主要的抗炎因子。5.2促炎性细胞因子5.2.1il-6受体IL-6是炎症反应中重要的细胞因子,具有许多的免疫活性,能促进B细胞和T细胞的成熟和分化。IL-6的生物学功能是通过特异性受体对靶细胞的作用来调节的。IL-6受体包含2个部分:IL-6R和gp130。有研究证明,在IBD患者外周淋巴细胞中存在IL-6与gp130的高表达以及血清sIL-6R的显著增高。IL-6、IL-6R复合体浓度增加能刺激黏膜固有层T细胞表面的gp130,引起STAT-3的表达和核转移的增加,从而诱导抗凋亡基因Bcl-2和Bcl-xl的产生抑制肠道T细胞凋亡,使免疫炎症反应持续存在,导致IBD的发生。5.2.2中性细胞激活反应IL-8是一种强有力的中性粒细胞趋化因子和活化因子,主要生物学作用为趋化并激活中性粒细胞,促进中性粒细胞的溶酶体活性和吞噬作用,在炎症反应中起着直接介导作用。5.2.3cd4+th0细胞因子和t细胞间的表达IL-12是由P40亚基和P35亚基组成的二聚体,能促进CD4+Th0细胞分化为Th1细胞,刺激NK细胞和T细胞产生多种细胞因子如IL-2、IFN-γ、TNF-α、IL-8等,再通过这些因子发挥作用。5.2.4il-17对b免疫细胞的激活作用IL-17能协调对特定病原体的防卫,调控组织炎性反应,具有强大的募集和激活中性粒细胞能力,IL-17一般可诱导免疫细胞至外周组织,在与IL-17受体结合后激活NF-κB,引起多种细胞因子和炎症介质的表达和释放。在活动性炎症性肠病患者排泄物中IL-17增加,而且IL-17能增强IL-8和TNF-α对上皮细胞脂多糖在体外的反应。5.2.5tnf-在id-t细胞免疫和局部反应中的作TNF-α是介导肠上皮增殖和凋亡的关键调节因子,也是参与炎症性肠病的肠道炎症起始与持续的重要炎症介质。主要由激活的巨噬细胞和单核细胞产生,参与中性粒细胞激活、黏附分子上调、一氧化氮合酶的产生、细胞免疫和肉芽肿的形成,在调节固有免疫和慢性炎症性疾病的局部炎症反应中起重要作用。TNF-α在IBD主要以旁分泌和自分泌方式在肠黏膜局部发挥作用。促炎机制包括触发中性粒细胞和单核细胞的趋化及增加细胞间黏附分子的表达。此外,IBD中TNF-α水平的上升伴随NF-κB活性增高,提示TNF-α引起IBD发病可能与NF-κB活化有关。5.2.6细胞产生IFN-γ是一种同二聚体蛋白,由活化的T淋巴细胞和NK细胞产生。它能使各类细