炎症性肠病发病机制的研究进展

炎症性肠病发病机制的研究进展

炎症性肠病（ibd）是一种非特异性胃肠道疾病，主要包括crohn’sdisease（cd）和溃疡性肠病（iu）。虽然未完全确定mac的发病机制，但据报道，固有免疫功能在随后的疾病中发挥了重要作用。自Toll样受体(Tolllikereceptor,TLR)发现以来,固有免疫就成为了胃肠道黏膜免疫领域的研究热点。1肠黏膜屏障的组成肠道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、肠道相关淋巴组织、胆盐、激素和胃酸等。其中肠上皮屏障是肠黏膜屏障最重要的组成部分。在IBD病人体内可发现肠道上皮高通透性,伴亚显微结构异常和肠道菌群紊乱等的改变。1.1肠皮质的结构与肠道内容物直接接触的肠上皮由四种均是多能性肠道干细胞来源的细胞:柱状细胞、潘氏细胞、杯状细胞和神经内分泌细胞组成。这些细胞的肠腔面覆盖着一层具有粘性的多糖-蛋白质复合物,起到物理性保护作用,阻止肠道微生物侵入黏膜。动物实验支持肠异常通透性增加的部位有发展为炎症的趋势,且通透性增加可直接导致炎症。但是,肠道的高通透性是IBD的发病原因还是肠道中免疫或炎症反应的结果目前还没有明确的结论。肠上皮通透性的改变主要是通过肠上皮细胞间紧密连接(tightjunction,TJ)的改变来实现的。紧密连接位于肠上皮细胞顶端,与其相邻的黏附连接(adherensjunction,AJ)共同组成顶端连接复合体,一同调控肠上皮通透性。在轻中度CD活动中,上皮膜电阻抗(transepithelialelectricalresistance,TER)下降的同时紧密连接的复杂程度也下降,包括紧密连接束数目的减少、不连续和紧密连接网络深度的下降等。除在IBD活动部位有紧密连接的破坏外,IBD非活动性部位也有紧密连接的异常。紧密连接的损坏使得抗原性物质能够穿透肠黏膜向肠道固有层移位,激活固有层免疫细胞,引起炎症反应。多种细胞因子参与紧密连接的损伤,如TNF-α、IFN-γ、IL-13等等。另外,过度生长的细菌、肠上皮细胞中的钠与葡萄糖转运、钙以及细胞骨架等在调节紧密连接通透性上也有作用。1.2细菌对小鼠肠道菌群的影响生理状态下的肠道微生态系统是一个复杂的细菌生态系统。肠道菌群之间相互依存、相互制约,保持着稳定的比例,并按一定顺序定植于肠壁,达到稳定的微生态平衡,对宿主具有生物屏障作用。正常肠道菌群中的部分细菌具有潜在致病性,可产生毒素等有害物质,引起炎症反应等病变。多种病理因素和治疗干预均可破坏肠道微生态系统,导致肠道菌群比例、数量、种类、位置发生改变,引起肠道菌群紊乱,致病菌过度生长。已有实验将CD患者的粪便进行细菌培养与分离,观察到CD患者粪便标本中细菌浓度明显高于正常对照组,真杆菌和消化球菌数量增多而双歧杆菌数量减少,厌氧菌浓度增加等变化。在CD患者的回肠末端黏膜也能检测到侵袭性大肠杆菌(adherent-invasiveEscherichiacoli,AIEC)的浓度较高。现有研究认为共生菌群与宿主防御反应之间的动态平衡在慢性IBD的初期和进程中起关键作用。正常情况下,肠黏膜对肠道内正常菌群处于免疫耐受状态,肠道菌群失调时,肠道免疫系统对肠道内菌群的耐受被打破。此外,在现有的研究结果基础上,有学者提出新的CD发病模式:即CD的发病,可能由肠道致病菌或条件致病菌如致病性大肠杆菌等在某些环境因素作用下,向遗传易感患者的肠黏膜上皮细胞内及固有层移位,由于固有免疫细胞如单核-巨噬细胞、中性粒细胞等杀灭细菌的相关基因功能缺陷,固有免疫细胞不能杀灭这些移位的细菌,受移位的细菌及抗原持续刺激,肠黏膜细胞免疫反应如Th1及Th17异常激活,导致CD发病。也有学者对细菌如何通过感染肠壁上的M细胞(microfoldcell)影响IBD发生发展的机制进行了研究。但是,细菌如何参与IBD发生发展的确切机制、哪些细菌参与了IBD的发生发展至今尚无定论。有学者指出,对病原体如何激发肠道固有免疫知之甚少的原因与模仿人类相似肠道感染疾病的动物模型构建的相对贫乏有关。2参与涂料厂的固生殖器2.1致病性结肠疾病肠上皮细胞通过表面固有免疫受体识别细菌,随后向固有层分泌一些抗菌肽和细胞因子(例如IL-10和TGF-β)来激活免疫细胞。从这个意义上说,肠上皮细胞不仅是肠黏膜物理屏障,更可能是内外环境信号转导的枢纽,在调节肠黏膜固有免疫防御及损伤-修复的平衡中发挥着重要作用。Nenci等报道NEMO(IKKγ)缺陷小鼠能发生自发性结肠炎。在这些小鼠中,肠上皮细胞凋亡数量大大增加,肠黏膜屏障完整性被破坏,同时其产生防御素的量减少,肠内菌群入侵。肠上皮细胞早期募集了一些固有免疫细胞,晚期则招募一些适应性免疫细胞,导致慢性肠炎迁延不愈。Zaph等报道在这个模型中,肠上皮细胞分泌胸腺基质淋巴生成素(thymicstromallymphopoietin,TSLP)减少,这样导致TSLP对树突状细胞的抑制信号减少,这些细胞大量产生IL-12和IL-23,并导致以Th1细胞为主的结肠炎。CD病人中就有肠上皮细胞分泌TSLP减少的现象。不过,肠上皮细胞区分病原菌和正常菌群的机制并未完全探明。一种可能性是TLR在肠上皮细胞的表达和定位有严格的界定。例如,识别鞭毛蛋白的TLR-5就严格定位于上皮细胞基底外侧,因此只有侵入结肠固有层的细菌可以被它识别并产生后续效应。2.2cd103+树突状细胞维持肠道免疫耐受CD病人固有免疫应答不健全,而在病原体入侵和免疫过程中,树突状细胞和巨噬细胞扮演着启动固有免疫应答的作用。现今,人们已知晓CX3CR1+树突状细胞和CD103+树突状细胞的功能。CX3CR1+树突状细胞特异性表达CD70,并且表达一系列ATP受体来诱导Th17细胞的增殖。CD103+树突状细胞能够分泌TGF-β促进Foxp3+Treg细胞分化,从而诱导免疫耐受。但是最近一项研究发现,TLR5激活的CD103+CD11c+树突状细胞具有Th1/Th17极化能力。另外在肠道上皮中,CD103+树突状细胞能促进IL-23分泌,进而通过稳定抗菌素RegⅢγ的表达来诱导IL-22。因此,CD103+树突状细胞能够维持肠道免疫耐受,激发保护性免疫,调控多项免疫应答。正常情况下,受肠内微生物刺激CD11b+CD11c-巨噬细胞产生大量IL-10。IL-10通过维持Treg上Foxp3的表达来调控免疫应答,并且通过Stat3信号途径抑制IL-12和TNF-α的分泌。然而,CD病人中出现了大量的CD14+巨噬细胞,这些细胞大量产生IL-6,IL-23和TNF-α。由这种异常巨噬细胞产生的IL-23会导致分化出产生IL-17和IFN-γ的T细胞。另外,髓系细胞触发受体(triggeringreceptorexpressedonmyeloidcells-1,TREM-1)能够促进巨噬细胞分泌促炎因子,一般来说,正常的肠巨噬细胞缺乏TREM-1的表达。但是,在一个实验性结肠炎模型和IBD病人中都发现了TREM-1表达上调。这些都表明由巨噬细胞主导的异常固有免疫在IBD发病中起着重要作用。3参与父母缺陷的固有免疫3.1适应性免疫细胞分化TLR能识别细菌,通过MyD88和TRIF信号通路,诱导产生一系列细胞因子,例如TNF-α,IL-6,IL-12,IFN-β,和IL-8,最终招募并诱导一系列适应性免疫细胞分化。人们发现IBD发病过程中上皮细胞TLR3和TLR4表达异常。正常上皮细胞表达TLR3和TLR5,而TLR2和TLR4表达较少。IBD活跃期,CD中TLR3和TLR4的表达量显著下降,UC中TLR4表达下调,而TLR2和TLR5的表达未有明显变化。人类细胞中TLR4两处氨基酸多态性已被发现(Asp299GlyandThr399Ile),Asp299Gly被证明与对LPS反应性降低有关。3.2nod2信号途径的激活N端蛋白-蛋白结合结构域,中间与核酸结合的NOD结构域,C端亮氨酸富集区(LRR结构域)。在NLR家族中,NOD1和NOD2的功能较为明确,它们在肠黏膜表达并参与固有免疫应答。NOD2识别革兰阳性菌和革兰阴性菌细胞壁共有成分胞壁酰二肽(muramyldipeptide,MDP),随后与受体结合蛋白RIP2形成低聚体并使之泛素化,随后激活TAK1,最终使NF-κB被激活,诱导炎症因子产生。NOD2在单核细胞和潘氏细胞中表达,并在潘氏细胞产生抗菌肽的过程中发挥重要作用。与NOD2不同,NOD1在多种细胞中都表达,包括肠上皮细胞,它也通过NF-κB发挥作用。TLR途径和NOD途径能激活一些相同细胞因子的分泌,例如TNF-α和IL-1β。在NOD2缺陷小鼠模型中,Watanabe等观察到小鼠对MDP应答下降,但对TLR的配体(例如肽聚糖)的应答上升。这个实验表明NOD2信号途径在正常情况下抑制TLR2信号途径。在他们的模型中,因NOD2缺陷,TLR2信号被大大加强,并导致巨噬细胞分泌大量促炎因子。4各组小鼠肠道炎症反应的比较在IBD的发生发展中,有许多免疫分子如TNF-α、防御素(defensin)、白介素、干扰素等发挥了重要的作用。各类分子之间形成复杂的、具有相互作用的网络,促进或抑制炎症反应,导致或防止病理损伤。由于其作用网络的复杂性,对这些分子的作用机制和相互关系还没有全面深刻的了解。近年来,防御素家族在固有免疫中的作用受到了很大关注,已有发现表明IBD的发病可能与其相关。免疫分子的联系使得在IBD的发生发展中固有免疫和适应性免疫密不可分。4.1防御素在人体内的防御素主要包括α-防御素(HNPl-4和HD5-6)和β-防御素(HBD-l、HBD-2、HBD-3)两个家族。α-防御素主要参与全身和小肠的宿主防御,而β-防御素可刺激未成熟的树突状细胞和T细胞参与获得性免疫反应。另外,β-防御素也可诱导肥大细胞脱颗粒和前炎症细胞因子产生,促进中性粒细胞在炎症部位聚集,导致局部炎症反应加重。研究认为防御素在维持黏膜平衡中发挥重要作用,防御素的缺乏、缺陷可降低黏膜耐受能力,使得细菌入侵,导致炎症发生。近年来,防御素在固有免疫系统中的作用受到了研究人员的重视。有研究发现,CD患者中,不同肠段的防御素表达水平存在着差异。在回肠段病变的CD中,α-防御素的缺陷与转录因子TCF4表达下降相关,而在结肠病变的CD中,β-防御素的缺陷与HBD-2基因拷贝数的减少相关。在结肠中,分泌α-防御素的潘氏细胞数量比回肠中少得多,也因此α-防御素在正常人结肠中表达较少。但在病变主要累及结肠的UC中,肠上皮细胞α-防御素mRNA水平远高于正常人,且HD-6的表达呈现特异性。另外有学者指出,UC发生可能由于HBD-2被过度表达从而加重肠道炎症反应。由于HBD-3的表达和HBD-2一定程度上相关,HBD-3的表达在UC中也增加。防御素是一类小分子阳离子多肽,对革兰阴性菌与阳性菌、真菌、病毒和原生动物具有广谱的杀菌作用,由于其是机体自身产生、副作用少、特异性小,或许可以将其制成一种新型抗生素,成为治疗感染性疾病的新途径。4.2TNF-αTNF-α主要由活化的巨噬细胞和单核细胞产生,在抵抗细菌感染尤其是胞内菌感染时起重要作用,参与中性粒细胞活化、黏附分子上调、细胞免疫产生和肉芽肿形成。其他细胞如潘氏细胞、Th1细胞也可产生TNF-α。TNF-α在肠黏膜局部发挥作用。近年来研究表明,IBD中TNF-α水平的上升伴随着NF-κB活性增高,提示TNF-α引起IBD的发病可能与NF-κB活化有关。TNF-α可诱导结肠上皮细胞大量凋亡,参与黏膜固有层炎性反应和上皮细胞脱落,从而增加肠道上皮细胞通透性。TNF-α也能促使其它细胞因子释放,和多种细胞因子如IL-1、IL-8等协同作用,扩大炎症反应,加重肠黏膜损伤。在IBD小鼠模型中,TNF-α基因敲除或是抗体阻滞TNF-α已被证实可以减轻或改善肠道病理变化,提示TNF-α是一个在肠道炎症中发挥中心作用的分子。用TNF-α单抗治疗可以使IBD病人的肠道屏障修复,其机制要归因于肠道上皮细胞凋亡的减少以及细胞膜上表达TNF-α的固有层单核细胞的凋亡。测定TNF-α水平对了解IBD患者的疾病进程和活动度有重要意义。有实验证实,IBD患者粪便中TNF-α的浓度与结肠炎的严重程度相关,IBD患者尿中存在的可溶性TNF受体(solubleTNFreceptor,sTNFR)如p55、p75较正常对照组和病情缓解组显著升高,IBD患者结肠固有层的单核巨噬细胞中TNF-αmRNA阳性表达升高,UC患者血清TNF-α峰浓度与疾病活动度呈显著正相关,CD患者小肠黏膜TNF-α的水平无论在受累还是未受累的肠段中都有显著的增加。5自体咀嚼和nod2对IBD固有免疫相关基因作用的研究最初从对CD易感基因NOD2的识别开始。随着全基因组扫描技术(GWAS)的发展,越来越多重要的IBD易感基因被发现。NOD2编码的LRR能够识别受体,并且与MDP直接结合,通过一系列信号转导最终上调促炎因子表达。近年来,更多NOD2变异导致CD易感性增加的机制被提出,包括它能影响潘氏细胞的功能,能导致防御素表达下调、TLR信号通路异常、自体吞噬能力下降等。Travassos等发现NOD2和ATG16L1共同定位于细胞膜下,但是CD相关变异NOD21007