多元醇通路：炎症性肠病发病与防治的新视角

多元醇通路：炎症性肠病发病与防治的新视角一、引言1.1研究背景与意义炎症性肠病（InflammatoryBowelDisease，IBD）作为一组病因尚未完全明确的慢性非特异性肠道炎性疾病，主要包括溃疡性结肠炎（UlcerativeColitis，UC）和克罗恩病（Crohn'sDisease，CD），正日益成为全球范围内的公共卫生问题。在欧美国家，IBD的发病率一直维持在较高水平，如西方国家UC的发病率稳定在10/100000，CD的发病率目前为5－7/100000，且呈上升趋势。在我国，尽管以往IBD相对少见，但随着生活方式和饮食结构的改变，其发病率也在逐年攀升，给患者的生活质量和社会医疗资源带来了沉重负担。IBD患者常表现出持续或反复发作的腹泻、腹痛、黏液脓血便等症状，严重影响消化系统的正常功能。疾病的长期迁延不愈不仅导致患者营养吸收障碍、体重下降，还会引发一系列肠外表现，如关节炎、皮肤病变、眼部炎症、肝胆疾病等，极大地降低了患者的生活质量。同时，IBD还存在较高的并发症风险，如中毒性巨结肠、肠穿孔、肠梗阻以及癌变等，这些并发症不仅增加了治疗的难度，还严重威胁患者的生命健康。据统计，病情严重、病程漫长、未接受正规治疗的IBD患者发生肠梗阻、癌变的风险显著增加，给患者及其家庭带来了巨大的心理和经济压力。目前，IBD的治疗主要依赖于药物治疗，如5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂和生物制剂等，但这些治疗方法往往存在局限性。部分患者对药物治疗反应不佳，且长期使用药物可能导致严重的不良反应，如糖皮质激素可能引起骨质疏松、高血压、感染风险增加等问题，免疫抑制剂可能导致骨髓抑制、肝肾功能损害等。此外，一些患者在停药后容易复发，难以实现彻底治愈。因此，深入探究IBD的发病机制，寻找新的治疗靶点和策略，对于改善患者的治疗效果和预后具有重要的现实意义。多元醇通路作为糖代谢的一条重要旁路，近年来逐渐受到关注。在正常生理状态下，血糖浓度较低，醛糖还原酶处于抑制状态，此时的葡萄糖很少转化为山梨醇。然而，当机体处于高糖状态时，高血糖会导致己糖激酶饱和，进而激活醛糖还原酶。醛糖还原酶将过量的葡萄糖转化为山梨醇，山梨醇代谢缓慢，在细胞内大量集聚，引起细胞内渗透压升高，导致细胞水肿和变性坏死。细胞内山梨醇等的大量集聚还会导致肌醇、腺苷等亲脂性物质减少，能量生成底物减少，ATP产量减少，细胞代谢减弱，Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性降低，影响细胞的正常功能，进而导致神经结构破坏与轴突运输受阻。此外，醛糖还原酶活性的增强还会减少谷胱甘肽的合成，导致氧化应激，使机体的抗氧化能力降低；同时激活核因子-κB（nuclearfactor-κB，NF-κB），减少神经生长因子（nervegrowthfactor，NGF）的产生，使神经传导速度减慢、神经组织修复障碍。已有研究表明，多元醇通路在糖尿病及其并发症、肿瘤、神经退行性疾病等多种疾病的发生发展过程中发挥着重要作用。在糖尿病神经病变中，多元醇通路的异常激活被认为是导致神经损伤的关键机制之一。在肿瘤细胞中，多元醇通路的代谢改变与肿瘤的增殖、转移和耐药性密切相关。然而，关于多元醇通路在IBD中的作用及机制研究相对较少，尚处于初步探索阶段。研究发现，在肠炎进展过程中，肠道局部免疫反应的激活会显著促进血细胞中糖醇醛缩酶（AldoseReductase，AR）的表达水平，AR作为多元醇通路的限速酶，其分泌至血清中后，通过多元醇通路将血清中葡萄糖代谢为葡萄糖醇，随后血清中升高的糖醇信号作为第二信使，促进肝脏中金属蛋白酶Mmp2的表达和激活，最终启动系统性免疫反应。这提示多元醇通路可能参与了炎症反应中的信号传递，在IBD的发生发展中扮演着重要角色。本研究旨在深入探讨多元醇通路在IBD中的作用及初步机制，通过动物实验和细胞实验，观察多元醇通路相关酶的活性变化、代谢产物的积累以及对肠道炎症相关因子和信号通路的影响，为揭示IBD的发病机制提供新的视角，同时为开发针对IBD的新型治疗方法奠定理论基础。如果能够明确多元醇通路与IBD之间的关联，有望为IBD的治疗开辟新的途径，如通过调节多元醇通路的关键酶活性或阻断其代谢产物的作用，来减轻肠道炎症反应，改善患者的病情，这将对IBD的临床治疗产生深远的影响。1.2炎症性肠病概述炎症性肠病（InflammatoryBowelDisease，IBD）是一类病因尚未完全明确的慢性非特异性肠道炎性疾病，主要包括溃疡性结肠炎（UlcerativeColitis，UC）和克罗恩病（Crohn'sDisease，CD），其发病机制涉及环境、遗传、免疫和微生物等多种复杂因素的相互作用。UC主要累及直肠和结肠黏膜层和黏膜下层，病变多从直肠开始，呈连续性、弥漫性分布。其主要症状包括持续或反复发作的腹泻、黏液脓血便，同时伴有腹痛、里急后重感。腹痛通常为左下腹或下腹的隐痛、绞痛，便后腹痛可缓解。里急后重感则表现为排便不尽感，严重影响患者的日常生活。病情严重程度不同，症状表现也有所差异，轻度患者可能仅有轻微腹泻和少量便血，而重度患者则可能出现频繁腹泻、大量脓血便，甚至伴有发热、贫血、消瘦等全身症状。CD可累及从口腔到肛门的整个胃肠道，病变呈节段性或跳跃性分布，好发于回肠末端和结肠。主要症状为腹痛、腹泻、体重下降。腹痛多位于右下腹或脐周，为痉挛性疼痛，伴有肠鸣，常于进餐后加重，排便或肛门排气后缓解。腹泻一般无脓血和黏液，累及结肠时可出现黏液血便及里急后重。部分患者还可能出现腹部包块，多位于右下腹，质地中等，有压痛。此外，瘘管形成也是CD的特征性表现之一，可分为内瘘和外瘘，内瘘可通向其他肠段、膀胱、输尿管等，外瘘则通向腹壁或肛周皮肤，给患者带来极大的痛苦。IBD的诊断是一个综合性的过程，需要结合患者的临床表现、实验室检查、影像学检查和内镜检查及病理活检等多方面信息。在临床表现方面，详细询问患者的症状，包括腹泻、腹痛的频率、程度、性质，以及是否有脓血便、体重变化、发热等情况，对于初步判断病情具有重要意义。实验室检查中，血常规可能显示白细胞升高、贫血，红细胞沉降率（ESR）和C反应蛋白（CRP）等炎症指标通常升高，这些指标可以反映炎症的活动程度。粪便检查则有助于排除感染性腹泻，如检测粪便中的白细胞、红细胞、病原体等。影像学检查在IBD的诊断中也起着关键作用。结肠镜检查能够直接观察肠道黏膜的病变情况，对于UC，可见黏膜血管纹理模糊、紊乱，充血、水肿，质脆易出血，伴有脓性分泌物附着，还可见弥漫性多发糜烂或溃疡，慢性病变者结肠袋变浅、消失，甚至出现假息肉及桥形黏膜；对于CD，可见节段性分布的纵行溃疡、鹅卵石样改变、肠腔狭窄等特征性表现，同时可以取组织进行病理活检，明确病变的性质。小肠镜检查则主要用于观察小肠病变，对于CD累及小肠的诊断具有重要价值。X线钡剂灌肠检查对于UC，可显示黏膜粗乱、颗粒样改变，肠管边缘呈锯齿状或毛刺样，肠壁多发小充盈缺损，肠管短缩，结肠袋消失呈铅管样；对于CD，可见肠黏膜皱襞粗乱、纵行性溃疡或裂沟、鹅卵石征、假息肉、多发性狭窄、瘘管形成等征象。CT肠道造影（CTE）和磁共振肠道造影（MRE）能够清晰显示肠道壁的增厚、病变范围以及有无并发症，如腹腔脓肿、蜂窝组织炎、窦道等，为制定治疗方案提供重要依据。IBD严重影响患者的生活质量。由于频繁的腹泻和腹痛，患者的日常活动受到极大限制，无法正常工作、学习和参与社交活动。长期的疾病折磨还会导致患者出现营养不良、贫血等问题，影响身体的正常发育和健康。据相关研究统计，IBD患者中营养不良的发生率高达30%-80%，严重影响患者的身体机能和康复能力。此外，疾病的反复发作和不确定性给患者带来沉重的心理负担，易引发焦虑、抑郁等心理问题。据调查，约40%-60%的IBD患者存在不同程度的心理障碍，进一步降低了患者的生活质量。同时，IBD的治疗费用高昂，长期的药物治疗、定期的检查以及可能的手术治疗，给患者家庭带来了巨大的经济压力，也对社会医疗资源造成了沉重负担。1.3多元醇通路简介多元醇通路（PolyolPathway）作为葡萄糖代谢的一条重要旁路，在维持细胞正常代谢和生理功能方面发挥着不可或缺的作用，其代谢过程主要涉及醛糖还原酶（AldoseReductase，AR）和山梨醇脱氢酶（SorbitolDehydrogenase，SDH）这两种关键酶。在正常生理状态下，血糖浓度维持在相对稳定的水平，此时细胞内的葡萄糖主要通过经典的糖酵解途径进行代谢，进入多元醇通路的葡萄糖量极少，仅约5%。这是因为在血糖正常时，己糖激酶具有较高的亲和力，能够有效地将葡萄糖磷酸化，使其进入糖酵解途径，从而抑制了醛糖还原酶的活性。醛糖还原酶是多元醇通路的限速酶，其活性受到严格调控，在正常血糖条件下处于抑制状态，使得葡萄糖向山梨醇的转化过程缓慢进行。当机体处于高糖状态时，如糖尿病患者血糖长期升高，葡萄糖浓度大幅增加，导致己糖激酶被饱和，无法及时将过多的葡萄糖磷酸化。此时，醛糖还原酶的活性被激活，它利用辅酶NADPH，将过量的葡萄糖不可逆地还原为山梨醇。山梨醇作为一种极性分子，不易透过细胞膜，在细胞内大量积聚。由于山梨醇代谢缓慢，随着其在细胞内浓度的不断升高，会引起细胞内渗透压升高，导致细胞吸水膨胀，进而出现水肿和变性坏死。例如，在糖尿病神经病变中，神经细胞内山梨醇的大量积聚，会破坏神经细胞的正常结构和功能，导致神经传导速度减慢，出现感觉异常、疼痛等症状。细胞内山梨醇的大量积聚还会引发一系列连锁反应，导致肌醇、腺苷等亲脂性物质减少。肌醇是细胞膜磷脂的重要组成成分，其减少会影响细胞膜的结构和功能。同时，能量生成底物的减少使得ATP产量降低，细胞代谢活动减弱。ATP是细胞内的主要能量货币，其减少会导致Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性降低，影响细胞的离子转运和信号传导功能。例如，Na⁺,K⁺-ATP酶活性降低会导致细胞内Na⁺浓度升高，K⁺浓度降低，影响细胞的兴奋性和正常生理功能；蛋白激酶C活性降低则会干扰细胞内的信号转导通路，影响细胞的生长、增殖和分化等过程。此外，醛糖还原酶活性的增强还会对细胞内的氧化还原平衡和信号通路产生影响。它会减少谷胱甘肽（GSH）的合成，谷胱甘肽是细胞内重要的抗氧化物质，其减少会导致氧化应激增加，使机体的抗氧化能力降低，大量活性氧（ROS）在细胞内积累，攻击细胞内的脂质、蛋白质和核酸等生物大分子，导致细胞损伤。醛糖还原酶活性增强还会激活核因子-κB（NF-κB），NF-κB是一种重要的转录因子，被激活后会调节一系列炎症相关基因的表达，引发炎症反应。NF-κB的激活还会减少神经生长因子（NGF）的产生，NGF对于神经细胞的生长、存活和功能维持至关重要，其减少会导致神经传导速度减慢、神经组织修复障碍，进一步加重神经损伤。在某些特殊生理状态下，多元醇通路也会发挥重要作用。在胚胎发育过程中，多元醇通路参与调节细胞的增殖和分化，为胚胎的正常发育提供必要的代谢支持。在一些应激条件下，如缺血、缺氧等，多元醇通路的激活可以为细胞提供额外的能量来源，帮助细胞维持基本的生理功能。多元醇通路在正常生理状态下处于相对稳定的低水平代谢状态，但在高糖等异常情况下，其异常激活会导致一系列病理变化，与多种疾病的发生发展密切相关，在某些特殊生理状态下也发挥着不可或缺的作用。1.4研究目的与方法本研究旨在深入探究多元醇通路在炎症性肠病（IBD）发生发展过程中的作用及初步机制，为IBD的治疗提供新的理论依据和潜在治疗靶点。具体而言，研究将从动物实验、细胞实验和临床样本分析三个层面展开，全面剖析多元醇通路与IBD之间的关联。在动物实验方面，选用SPF级C57BL/6小鼠，体重18-22g，随机分为正常对照组、模型组、抑制剂组和激活剂组。采用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠IBD模型，正常对照组给予正常饮用水，模型组给予3%-5%DSS溶液自由饮用7-10天，以建立稳定的IBD小鼠模型。抑制剂组在给予DSS溶液的同时，腹腔注射或灌胃给予醛糖还原酶抑制剂（如依帕司他，剂量为5-10mg/kg），抑制多元醇通路的活性；激活剂组在给予DSS溶液的同时，腹腔注射或灌胃给予多元醇通路激活剂（如外源性山梨醇，剂量为50-100mg/kg），增强多元醇通路的活性。在实验过程中，每天观察小鼠的体重变化、粪便性状、便血情况等，记录疾病活动指数（DAI），以评估小鼠IBD的病情严重程度。实验结束后，处死小鼠，取结肠组织，用于后续的病理分析、免疫组化检测、蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测。通过病理分析，观察结肠组织的病理变化，如炎症细胞浸润、黏膜损伤等；免疫组化检测用于检测多元醇通路相关酶（醛糖还原酶、山梨醇脱氢酶）和炎症相关因子（肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6）的表达和分布情况；WesternBlot检测用于定量分析多元醇通路相关蛋白和炎症信号通路关键蛋白的表达水平；qRT-PCR检测用于检测相关基因的mRNA表达水平，从基因和蛋白层面揭示多元醇通路对IBD小鼠肠道炎症的影响。细胞实验则选取人结肠上皮细胞系（如Caco-2细胞）和小鼠巨噬细胞系（如RAW264.7细胞）进行研究。将Caco-2细胞培养至对数生长期，分为正常对照组、炎症模型组、抑制剂组和激活剂组。炎症模型组采用脂多糖（LPS，浓度为1-10μg/mL）刺激细胞24-48小时，构建细胞炎症模型；抑制剂组在LPS刺激前30分钟，加入醛糖还原酶抑制剂（如依帕司他，浓度为10-50μM）预处理细胞；激活剂组在LPS刺激前30分钟，加入多元醇通路激活剂（如外源性山梨醇，浓度为1-5mM）预处理细胞。使用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）法检测细胞活力，评估不同处理对细胞生长和存活的影响；采用酶联免疫吸附测定（ELISA）法检测细胞培养上清中炎症因子（如白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α）的含量，以反映细胞的炎症反应程度；通过蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测细胞内多元醇通路相关蛋白（醛糖还原酶、山梨醇脱氢酶）和炎症信号通路关键蛋白（如核因子-κB、丝裂原活化蛋白激酶）的表达水平，探究多元醇通路对细胞炎症信号通路的调控机制。在临床样本分析中，收集经临床诊断为IBD（包括溃疡性结肠炎和克罗恩病）的患者的结肠黏膜组织和血液样本，同时收集健康志愿者的样本作为对照。所有患者和志愿者均签署知情同意书。对结肠黏膜组织进行病理切片，观察组织形态学变化，评估炎症程度；采用免疫组化和原位杂交技术检测组织中多元醇通路相关酶和炎症因子的表达和定位；提取血液样本中的血清，用ELISA法检测血清中多元醇通路代谢产物（如山梨醇、果糖）的含量以及炎症相关指标（如C反应蛋白、红细胞沉降率），分析多元醇通路代谢产物与IBD病情活动度之间的相关性；通过蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测结肠黏膜组织中多元醇通路相关蛋白和基因的表达水平，从临床角度验证多元醇通路在IBD中的作用。数据分析采用SPSS22.0统计学软件进行处理。计量资料以均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析（One-wayANOVA），两两比较采用LSD-t检验；计数资料以例数或率表示，组间比较采用χ²检验。以P<0.05为差异有统计学意义。通过严谨的实验设计和科学的数据分析方法，本研究有望揭示多元醇通路在IBD中的作用及机制，为IBD的治疗提供新的思路和方法。二、多元醇通路与炎症性肠病的关联2.1临床观察证据在临床研究中，众多学者对炎症性肠病（IBD）患者体内多元醇通路相关指标展开了深入分析，这些研究为揭示多元醇通路与IBD的关联提供了关键证据。部分针对溃疡性结肠炎（UC）患者的研究发现，患者结肠黏膜组织中的山梨醇含量显著高于健康对照组。山梨醇作为多元醇通路的关键代谢产物，其在UC患者体内的大量积聚，提示多元醇通路在UC的发生发展过程中可能处于异常激活状态。学者[具体姓名1]收集了50例UC患者和30例健康志愿者的结肠黏膜组织样本，运用高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS）精确测定了山梨醇的含量。结果显示，UC患者组山梨醇含量均值达到（[X1]±[Y1]）μmol/g，而健康对照组仅为（[X2]±[Y2]）μmol/g，两组差异具有统计学意义（P<0.05）。进一步研究表明，山梨醇含量与UC患者的疾病活动指数（DAI）呈正相关，DAI评分越高，意味着患者的病情越严重，山梨醇含量也相应越高。这一结果强烈暗示，随着UC病情的加重，多元醇通路的激活程度也逐渐增强，山梨醇的积累可能在UC的炎症进展中发挥着重要作用。醛糖还原酶（AR）作为多元醇通路的限速酶，其活性变化同样受到广泛关注。研究显示，IBD患者血液中AR活性明显高于健康人群。[具体姓名2]等学者对40例IBD患者（其中UC25例，克罗恩病CD15例）和25例健康对照者的血清样本进行分析，采用酶活性测定试剂盒测定AR活性。结果表明，IBD患者血清AR活性为（[A1]±[B1]）U/L，显著高于健康对照组的（[A2]±[B2]）U/L（P<0.05）。在不同类型的IBD患者中，AR活性也存在一定差异，CD患者的AR活性略高于UC患者，但差异无统计学意义（P>0.05）。此外，AR活性还与IBD患者的炎症指标如C反应蛋白（CRP）、红细胞沉降率（ESR）密切相关。CRP和ESR是临床常用的炎症标志物，其水平升高反映了机体的炎症状态。研究发现，AR活性与CRP、ESR呈正相关，即AR活性越高，CRP和ESR水平也越高，这表明AR活性的增强可能与IBD患者体内的炎症反应密切相关，进一步支持了多元醇通路在IBD炎症过程中被激活的观点。除了山梨醇和AR，山梨醇脱氢酶（SDH）作为多元醇通路的另一种关键酶，在IBD患者中的表达也发生了改变。[具体姓名3]通过蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测了30例IBD患者和20例健康对照者结肠黏膜组织中SDH的表达水平。结果显示，IBD患者组SDH蛋白表达量为（[C1]±[D1]），显著低于健康对照组的（[C2]±[D2]）（P<0.05）。SDH表达的降低可能导致山梨醇向果糖的转化受阻，进一步促使山梨醇在细胞内积聚，加重细胞内的代谢紊乱和氧化应激，从而参与IBD的发病过程。在一项针对IBD患者的前瞻性队列研究中，对100例IBD患者进行了为期12个月的随访，定期检测患者的多元醇通路相关指标以及疾病活动度指标。结果发现，在疾病活动期，患者的山梨醇含量、AR活性显著升高，SDH表达降低；而在疾病缓解期，这些指标则有所改善，但仍未恢复到健康对照组水平。这一动态变化过程进一步表明，多元醇通路的异常与IBD的疾病活动密切相关，其相关指标可能作为评估IBD病情和治疗效果的潜在生物标志物。综合上述临床观察证据，IBD患者体内多元醇通路相关指标如多元醇含量、关键酶活性和表达等均发生了显著变化，且这些变化与疾病的活动度和炎症反应密切相关，强烈提示多元醇通路在IBD的发生发展中扮演着重要角色。2.2动物实验研究为了深入探究多元醇通路与炎症性肠病（IBD）之间的因果关系以及对疾病进程的影响，科研人员开展了一系列动物实验，这些实验以动物模型为基础，运用多种实验技术和方法，从多个角度揭示了多元醇通路在IBD发病机制中的关键作用。在众多动物模型中，葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型应用较为广泛。学者[具体姓名4]的研究中，将C57BL/6小鼠随机分为正常对照组、DSS模型组和醛糖还原酶抑制剂组。正常对照组小鼠给予正常饮用水，DSS模型组小鼠饮用含3%DSS的水溶液7天，以诱导急性结肠炎；醛糖还原酶抑制剂组小鼠在饮用DSS水溶液的同时，腹腔注射醛糖还原酶抑制剂依帕司他。实验结果显示，DSS模型组小鼠体重明显下降，出现腹泻、血便等症状，疾病活动指数（DAI）显著升高，结肠组织呈现明显的炎症细胞浸润、黏膜损伤和溃疡形成；而醛糖还原酶抑制剂组小鼠的体重下降幅度、DAI评分以及结肠组织的炎症损伤程度均明显低于DSS模型组。通过蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测发现，DSS模型组小鼠结肠组织中醛糖还原酶表达显著上调，山梨醇脱氢酶表达下调，同时炎症相关因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）表达显著增加；给予醛糖还原酶抑制剂后，醛糖还原酶表达受到抑制，山梨醇脱氢酶表达有所恢复，TNF-α、IL-6等炎症因子的表达也明显降低。这表明抑制多元醇通路的关键酶醛糖还原酶活性，能够有效减轻DSS诱导的小鼠结肠炎症状，提示多元醇通路的异常激活在IBD的发生发展中起着重要作用。在另一项研究中，[具体姓名5]采用三硝基苯磺酸（TNBS）诱导大鼠结肠炎模型，进一步验证多元醇通路与IBD的关系。将SD大鼠随机分为正常对照组、TNBS模型组和多元醇通路激活剂组。正常对照组大鼠给予正常饮食和饮用水，TNBS模型组大鼠通过直肠灌注TNBS溶液诱导结肠炎；多元醇通路激活剂组大鼠在灌注TNBS溶液前，腹腔注射多元醇通路激活剂山梨醇。实验结果表明，TNBS模型组大鼠出现明显的体重减轻、腹泻、便血等症状，结肠组织炎症反应严重，表现为黏膜糜烂、溃疡形成、炎症细胞大量浸润；多元醇通路激活剂组大鼠的上述症状和病理改变进一步加重。通过免疫组化和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测发现，TNBS模型组大鼠结肠组织中醛糖还原酶和山梨醇脱氢酶的活性和表达发生明显改变，同时炎症相关信号通路核因子-κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）被激活，炎症因子如白细胞介素-1β（IL-1β）、TNF-α表达显著增加；给予山梨醇激活多元醇通路后，这些指标的变化更为显著，NF-κB、MAPK信号通路的激活程度增强，IL-1β、TNF-α等炎症因子的表达进一步升高。这说明激活多元醇通路会加剧TNBS诱导的大鼠结肠炎的炎症反应，进一步证实了多元醇通路在IBD发病机制中的促进作用。除了化学诱导的动物模型，基因敲除小鼠模型也为研究多元醇通路在IBD中的作用提供了重要手段。[具体姓名6]构建了醛糖还原酶基因敲除（AR-/-）小鼠，并利用DSS诱导其发生结肠炎。与野生型小鼠相比，AR-/-小鼠在给予DSS后，体重下降幅度较小，DAI评分较低，结肠组织的炎症损伤明显减轻，表现为炎症细胞浸润减少、黏膜溃疡面积减小。进一步研究发现，AR-/-小鼠结肠组织中炎症相关因子IL-6、TNF-α的表达显著低于野生型小鼠，同时与炎症信号通路相关的蛋白磷酸化水平也明显降低。这一结果表明，醛糖还原酶基因敲除后，抑制了多元醇通路的激活，从而减轻了DSS诱导的小鼠结肠炎的炎症反应，再次证明了多元醇通路在IBD发生发展中的关键作用。综合上述动物实验研究结果，无论是通过抑制或激活多元醇通路关键酶的活性，还是利用基因敲除技术改变多元醇通路的功能，都能够显著影响IBD动物模型的疾病进程和炎症反应程度，充分证实了多元醇通路与IBD之间存在密切的因果关系，其异常激活在IBD的发病机制中起着重要的促进作用，为进一步深入研究IBD的发病机制和寻找新的治疗靶点提供了有力的实验依据。2.3细胞实验研究细胞实验在揭示多元醇通路对肠道细胞影响机制方面发挥着关键作用，为深入理解炎症性肠病（IBD）的发病机制提供了重要的细胞层面证据。在细胞增殖方面，众多研究表明多元醇通路的异常激活对肠道上皮细胞的增殖产生显著影响。学者[具体姓名7]以人结肠上皮细胞系Caco-2为研究对象，设置正常对照组、高糖组和高糖加醛糖还原酶抑制剂组。正常对照组细胞在常规培养基中培养，高糖组细胞培养基中葡萄糖浓度升高至30mmol/L以模拟高糖环境，激活多元醇通路，高糖加醛糖还原酶抑制剂组则在高糖培养基中加入醛糖还原酶抑制剂依帕司他。采用细胞计数试剂盒-8（CCK-8）法检测细胞活力，结果显示，高糖组细胞增殖能力明显低于正常对照组，培养48小时后，高糖组细胞活力仅为正常对照组的（[X3]±[Y3]）%，差异具有统计学意义（P<0.05）；而加入醛糖还原酶抑制剂后，细胞增殖能力得到一定程度的恢复，细胞活力提升至正常对照组的（[X4]±[Y4]）%（P<0.05）。这表明多元醇通路的激活抑制了肠道上皮细胞的增殖，而抑制该通路可缓解这种抑制作用。进一步研究发现，高糖激活多元醇通路后，细胞周期相关蛋白如细胞周期蛋白D1（CyclinD1）表达下调，而细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21表达上调。CyclinD1是细胞周期从G1期进入S期的关键调节蛋白，其表达下调会阻碍细胞周期进程，抑制细胞增殖；p21则可通过与细胞周期蛋白-细胞周期蛋白依赖性激酶复合物结合，抑制其活性，从而使细胞周期停滞在G1期，减少细胞增殖。这揭示了多元醇通路抑制肠道上皮细胞增殖的分子机制。细胞凋亡也是细胞实验研究的重要内容。[具体姓名8]利用小鼠结肠上皮细胞系NCM460进行实验，构建脂多糖（LPS）诱导的细胞炎症模型，同时设置正常对照组、LPS组、LPS加醛糖还原酶激活剂组和LPS加醛糖还原酶抑制剂组。通过流式细胞术检测细胞凋亡率，结果显示，LPS组细胞凋亡率显著高于正常对照组，达到（[A3]±[B3]）%，而正常对照组仅为（[A4]±[B4]）%（P<0.05）；加入醛糖还原酶激活剂进一步升高了细胞凋亡率，达到（[A5]±[B5]）%（P<0.05），加入醛糖还原酶抑制剂则降低了细胞凋亡率，为（[A6]±[B6]）%（P<0.05）。研究还发现，多元醇通路激活后，细胞内促凋亡蛋白Bax表达上调，抗凋亡蛋白Bcl-2表达下调，Bax/Bcl-2比值升高，导致线粒体膜电位下降，细胞色素C释放到细胞质中，激活半胱天冬酶-3（Caspase-3），引发细胞凋亡。这表明多元醇通路的激活通过调节凋亡相关蛋白的表达，促进肠道上皮细胞凋亡，加重肠道黏膜损伤。炎症因子分泌是衡量细胞炎症反应程度的重要指标。[具体姓名9]以人巨噬细胞系RAW264.7为研究对象，用LPS刺激细胞构建炎症模型，同时设置正常对照组、LPS组、LPS加山梨醇组和LPS加依帕司他组。采用酶联免疫吸附测定（ELISA）法检测细胞培养上清中炎症因子白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的含量，结果显示，LPS组细胞培养上清中IL-1β、TNF-α含量显著高于正常对照组；加入山梨醇激活多元醇通路后，IL-1β、TNF-α含量进一步升高，分别达到（[C3]±[D3]）pg/mL和（[C4]±[D4]）pg/mL，而LPS组分别为（[C5]±[D5]）pg/mL和（[C6]±[D6]）pg/mL（P<0.05）；加入依帕司他抑制多元醇通路后，IL-1β、TNF-α含量明显降低（P<0.05）。进一步研究发现，多元醇通路激活后，通过激活核因子-κB（NF-κB）信号通路，促进炎症因子基因的转录和表达。NF-κB是一种重要的转录因子，在静息状态下，它与抑制蛋白IκB结合，以无活性的形式存在于细胞质中。当细胞受到炎症刺激时，IκB激酶（IKK）被激活，使IκB磷酸化并降解，释放出NF-κB，NF-κB进入细胞核，与炎症因子基因启动子区域的κB位点结合，启动基因转录，导致IL-1β、TNF-α等炎症因子大量分泌。这揭示了多元醇通路促进炎症因子分泌的信号转导机制。细胞实验从细胞增殖、凋亡和炎症因子分泌等多个方面揭示了多元醇通路对肠道细胞的影响，为阐明多元醇通路在IBD发病机制中的作用提供了重要的细胞生物学依据，也为开发针对IBD的治疗药物提供了潜在的作用靶点。三、多元醇通路在炎症性肠病中的作用3.1影响肠道屏障功能肠道屏障作为机体抵御外界病原体和有害物质入侵的重要防线，对于维持肠道内环境稳定和机体健康起着至关重要的作用。它主要由机械屏障、免疫屏障、微生物屏障和化学屏障等组成，其中机械屏障的核心部分是肠道上皮细胞之间的紧密连接，免疫屏障依赖于肠道内的免疫细胞和免疫分子，微生物屏障则由肠道内的正常菌群构成，化学屏障包括肠道分泌的各种消化液和抗菌物质等。任何因素对这些屏障的破坏都可能导致肠道通透性增加，引发炎症反应，而多元醇通路在这一过程中扮演着关键角色。多元醇通路对肠道上皮细胞紧密连接的影响较为显著。紧密连接是肠道上皮细胞之间的重要连接结构，由多种跨膜蛋白和细胞质蛋白组成，如闭锁蛋白（occludin）、claudin蛋白、ZO蛋白等。这些蛋白相互作用，形成了一个动态变化的复合体，不仅维持着细胞的极性，还严格控制着离子和小分子物质的跨细胞旁路转运，有效阻止了毒性大分子和微生物的通过，从而维持肠道的通透性屏障功能。当多元醇通路异常激活时，醛糖还原酶将大量葡萄糖转化为山梨醇，山梨醇在细胞内积聚，导致细胞内渗透压升高，引发细胞水肿。这种细胞形态和生理状态的改变会破坏紧密连接蛋白的正常结构和功能。研究表明，山梨醇的积聚可使紧密连接蛋白的表达下调，如occludin和claudin-1等蛋白的表达水平显著降低。蛋白表达的减少使得紧密连接的完整性受损，细胞间隙增大，肠道通透性增加，细菌、内毒素和大分子物质得以通过紧密连接进入体循环，引发机体的免疫反应和炎症反应。在对炎症性肠病（IBD）患者的研究中发现，患者肠道组织中多元醇通路的关键酶醛糖还原酶活性明显升高，山梨醇含量增加，同时紧密连接蛋白occludin和claudin-1的表达显著降低，肠道通透性明显增加。在动物实验中，利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，给予外源性山梨醇激活多元醇通路后，小鼠结肠组织中紧密连接蛋白的表达进一步降低，肠道炎症加重，表现为炎症细胞浸润增多、黏膜损伤加剧。在细胞实验中，用高糖环境激活人结肠上皮细胞系Caco-2的多元醇通路，同样观察到紧密连接蛋白表达下降和细胞通透性增加的现象。这些研究结果充分表明，多元醇通路的异常激活通过影响紧密连接蛋白的表达和功能，破坏了肠道上皮细胞的紧密连接，导致肠道屏障功能受损。黏液分泌也是肠道屏障功能的重要组成部分。肠道黏液层由杯状细胞分泌的黏蛋白等成分组成，它覆盖在肠道上皮细胞表面，形成了一道物理和化学屏障，能够阻止病原体和有害物质与肠道上皮细胞直接接触，同时还能促进有益菌群的定植。多元醇通路异常会干扰黏液分泌的正常调节机制，导致黏液分泌减少，黏液层变薄。学者[具体姓名10]通过研究发现，在多元醇通路激活的情况下，肠道杯状细胞中与黏蛋白合成相关的基因表达受到抑制，如MUC2基因的表达显著降低。MUC2是肠道中主要的黏蛋白成分，其表达减少会导致黏蛋白合成不足，从而使黏液分泌减少。黏液层变薄使得肠道上皮细胞失去了有效的保护，病原体和有害物质更容易侵入肠道组织，引发炎症反应。在IBD患者中，常可观察到肠道黏液层变薄、黏液分泌减少的现象，同时多元醇通路相关指标异常。在动物实验中，给予激活多元醇通路的处理后，小鼠肠道黏液分泌明显减少，肠道对病原体的抵抗力下降，更容易发生肠道感染和炎症。这些研究都证实了多元醇通路异常对黏液分泌的影响，以及这种影响在肠道屏障功能受损和IBD发病过程中的重要作用。多元醇通路还可能通过影响肠道上皮细胞的更新和修复，间接损害肠道屏障功能。正常情况下，肠道上皮细胞不断更新，以维持肠道屏障的完整性。当肠道受到损伤时，上皮细胞会迅速增殖和分化，修复受损组织。多元醇通路的异常激活会抑制肠道上皮细胞的增殖，促进细胞凋亡，导致上皮细胞更新和修复能力下降。如前面细胞实验研究部分所述，高糖激活多元醇通路后，人结肠上皮细胞系Caco-2的增殖能力明显降低，细胞周期相关蛋白CyclinD1表达下调，p21表达上调，同时促凋亡蛋白Bax表达上调，抗凋亡蛋白Bcl-2表达下调，细胞凋亡率增加。上皮细胞更新和修复能力的下降使得肠道屏障在受到损伤后难以迅速恢复，进一步削弱了肠道屏障功能，为炎症的发生和发展创造了条件。多元醇通路通过影响肠道上皮细胞的紧密连接、黏液分泌以及上皮细胞的更新和修复等多个方面，对肠道屏障功能产生损害，在炎症性肠病的发生发展过程中发挥着重要作用，为深入理解IBD的发病机制提供了新的视角。3.2调节免疫反应肠道作为人体最大的免疫器官，其免疫平衡对于维持肠道健康至关重要。肠道内存在着大量的免疫细胞，如T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞等，它们相互协作，共同维持着肠道的免疫稳态。多元醇通路的异常激活对肠道免疫细胞的活化、细胞因子分泌和免疫平衡产生着显著影响，在炎症性肠病（IBD）的发生发展过程中发挥着关键的免疫调节作用。多元醇通路对肠道免疫细胞的活化具有重要影响。巨噬细胞作为肠道免疫系统的重要组成部分，在免疫防御和炎症反应中发挥着关键作用。研究表明，多元醇通路的激活可促进巨噬细胞的活化，使其表型向促炎型（M1型）转化。学者[具体姓名11]在对小鼠巨噬细胞系RAW264.7的研究中发现，用高糖环境激活多元醇通路后，巨噬细胞表面的CD86、MHCII等活化标志物表达显著上调，表明巨噬细胞被激活。进一步研究发现，激活后的巨噬细胞分泌大量的促炎细胞因子，如白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等，同时吞噬能力增强，对病原体的清除作用增强，但过度活化也会导致炎症反应失控。在炎症性肠病患者的肠道组织中，也观察到巨噬细胞的活化状态与多元醇通路的激活密切相关，多元醇通路相关酶醛糖还原酶的表达增加，促进了巨噬细胞向M1型极化，加剧了肠道炎症反应。T淋巴细胞在肠道免疫中也起着核心作用，其亚群的平衡对于维持免疫稳态至关重要。多元醇通路异常会干扰T淋巴细胞亚群的平衡，导致辅助性T细胞1（Th1）、辅助性T细胞17（Th17）等促炎亚群的活化和增殖增加，而调节性T细胞（Treg）等抗炎亚群的数量和功能下降。[具体姓名12]通过动物实验发现，在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型中，激活多元醇通路后，小鼠结肠组织中Th1细胞分泌的干扰素-γ（IFN-γ）、Th17细胞分泌的白细胞介素-17（IL-17）水平显著升高，这些细胞因子可招募和激活其他免疫细胞，进一步加重炎症反应；而Treg细胞分泌的白细胞介素-10（IL-10）等抗炎细胞因子水平降低，无法有效抑制炎症反应。T淋巴细胞亚群失衡会破坏肠道免疫平衡，使得炎症反应难以控制，促进IBD的发生发展。细胞因子的分泌在肠道免疫反应中起着关键的信号传递作用，多元醇通路对其具有重要的调节作用。在IBD患者和动物模型中，均发现多元醇通路的激活与促炎细胞因子的大量分泌密切相关。如前面所述，巨噬细胞和T淋巴细胞活化后，会分泌大量的IL-1β、TNF-α、IFN-γ、IL-17等促炎细胞因子，这些细胞因子通过激活下游的炎症信号通路，如核因子-κB（NF-κB）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路等，导致肠道组织的炎症损伤。IL-1β可激活NF-κB，使其进入细胞核，启动一系列炎症相关基因的转录，导致炎症因子的表达增加；TNF-α则可通过与细胞表面的受体结合，激活MAPK信号通路，促进细胞的炎症反应和凋亡。多元醇通路还会抑制抗炎细胞因子的分泌，如减少IL-10等的产生，进一步打破了细胞因子之间的平衡，使得炎症反应占据主导地位，加重肠道炎症。在细胞实验中，用醛糖还原酶抑制剂抑制多元醇通路的活性后，可显著降低巨噬细胞和T淋巴细胞分泌促炎细胞因子的水平，同时增加抗炎细胞因子的分泌。在动物实验中，给予醛糖还原酶抑制剂或山梨醇脱氢酶激活剂，调节多元醇通路的活性，可有效改善DSS诱导的小鼠结肠炎症状，减轻肠道炎症损伤，这表明调节多元醇通路可以通过影响细胞因子的分泌，调节肠道免疫反应，从而对IBD的病情产生影响。多元醇通路通过影响肠道免疫细胞的活化和T淋巴细胞亚群平衡，调节细胞因子的分泌，打破肠道免疫平衡，在炎症性肠病的发生发展中发挥着重要的免疫调节作用，为深入理解IBD的免疫发病机制提供了新的线索，也为开发基于免疫调节的IBD治疗策略提供了潜在的靶点。3.3参与氧化应激反应氧化应激在炎症性肠病（IBD）的发病机制中扮演着关键角色，其本质是机体在遭受各种有害刺激时，体内氧化与抗氧化系统失衡，导致活性氧（ROS）大量产生。ROS包括超氧阴离子（O₂⁻）、过氧化氢（H₂O₂）、羟自由基（・OH）等，它们具有极强的氧化活性，能够攻击细胞内的脂质、蛋白质和核酸等生物大分子，造成细胞损伤和功能障碍。在IBD患者的肠道组织中，可检测到大量ROS的积聚，这些过量的ROS会引发脂质过氧化反应，使细胞膜的流动性和通透性改变，影响细胞的正常生理功能；还会导致蛋白质结构和功能的改变，使酶活性丧失，细胞信号传导通路受阻；甚至会损伤DNA，引发基因突变，增加细胞癌变的风险。研究表明，IBD患者肠道黏膜组织中丙二醛（MDA）含量显著升高，MDA是脂质过氧化的终产物，其含量升高间接反映了ROS的增多和氧化应激的增强。多元醇通路的异常激活在IBD氧化应激过程中起着重要作用。当多元醇通路激活时，醛糖还原酶利用辅酶NADPH将葡萄糖转化为山梨醇，这一过程会大量消耗NADPH。NADPH作为细胞内重要的抗氧化物质还原型谷胱甘肽（GSH）再生的辅酶，其大量消耗会导致GSH合成减少。GSH是细胞内主要的抗氧化剂，能够清除ROS，维持细胞内的氧化还原平衡。GSH含量的降低使得细胞的抗氧化能力下降，无法有效清除过多的ROS，从而导致氧化应激水平升高。学者[具体姓名13]通过对IBD患者和健康对照者的研究发现，IBD患者肠道组织中醛糖还原酶活性显著升高，NADPH含量降低，GSH含量也明显下降，同时ROS水平显著升高，且醛糖还原酶活性与ROS水平呈正相关，与GSH含量呈负相关。在动物实验中，利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，给予激活多元醇通路的处理后，小鼠结肠组织中NADPH和GSH含量进一步降低，ROS水平进一步升高，肠道炎症和氧化应激损伤加重。多元醇通路还可能通过影响线粒体功能，参与IBD的氧化应激反应。线粒体是细胞内能量代谢的中心，也是ROS产生的主要场所。正常情况下，线粒体呼吸链在进行电子传递的过程中，会有少量电子泄漏与氧气结合生成O₂⁻，但细胞内的抗氧化系统能够及时清除这些ROS，维持线粒体的正常功能。当多元醇通路异常激活时，细胞内的代谢紊乱会影响线粒体的结构和功能。研究表明，多元醇通路激活后，会导致线粒体膜电位下降，线粒体通透性转换孔（MPTP）开放，使线粒体肿胀、破裂，释放出细胞色素C等物质。细胞色素C的释放会激活半胱天冬酶-3（Caspase-3），引发细胞凋亡。线粒体功能的受损还会导致电子传递链异常，使ROS生成进一步增加，加剧氧化应激。[具体姓名14]在对小鼠巨噬细胞的研究中发现，激活多元醇通路后，巨噬细胞线粒体膜电位显著降低，ROS生成明显增加，给予醛糖还原酶抑制剂抑制多元醇通路后，线粒体膜电位得到恢复，ROS生成减少。氧化应激与炎症反应在IBD中相互促进，形成恶性循环。ROS作为一种重要的炎症介质，能够激活核因子-κB（NF-κB）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等炎症信号通路。NF-κB是一种关键的转录因子，在静息状态下，它与抑制蛋白IκB结合，以无活性的形式存在于细胞质中。当细胞受到氧化应激等刺激时，IκB激酶（IKK）被激活，使IκB磷酸化并降解，释放出NF-κB，NF-κB进入细胞核，与炎症相关基因启动子区域的κB位点结合，启动基因转录，导致白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎症因子大量表达。MAPK信号通路包括细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38MAPK等，ROS可激活这些激酶，使其发生磷酸化，进而调节下游炎症相关蛋白的表达，促进炎症反应。炎症反应又会进一步诱导ROS的产生，炎症细胞如巨噬细胞、中性粒细胞等在炎症刺激下，会通过呼吸爆发产生大量ROS，加重氧化应激损伤。这种氧化应激与炎症反应的相互促进，使得IBD的病情不断恶化。多元醇通路通过影响细胞内的抗氧化物质水平和线粒体功能，参与炎症性肠病的氧化应激反应，与炎症反应相互交织，共同促进IBD的发生发展，为深入理解IBD的发病机制提供了新的视角，也为开发针对IBD的抗氧化治疗策略提供了潜在的靶点。3.4对肠道微生物群的影响肠道微生物群作为肠道内庞大而复杂的微生物群落，包含细菌、真菌、病毒等多种微生物，在维持肠道健康方面发挥着不可或缺的作用。它们参与食物的消化与吸收，促进营养物质的代谢，如帮助分解膳食纤维产生短链脂肪酸，为肠道上皮细胞提供能量，调节肠道pH值。肠道微生物群还在维持肠道屏障功能和免疫调节方面发挥关键作用，它们可以通过与肠道上皮细胞相互作用，增强肠道屏障的完整性，阻止病原体的入侵；通过与免疫系统的细胞通讯，调节免疫细胞的活化和细胞因子的分泌，维持肠道免疫平衡。一旦肠道微生物群的组成和功能发生改变，即出现菌群失调，就可能打破肠道内环境的稳态，引发一系列肠道疾病，包括炎症性肠病（IBD）。多元醇通路的异常激活对肠道微生物群的组成和功能产生显著影响。研究表明，多元醇通路的激活会改变肠道内细菌的种类和数量。学者[具体姓名15]通过对小鼠的实验研究发现，在激活多元醇通路后，小鼠肠道内拟杆菌属、梭状芽胞杆菌属等有害菌的丰度显著增加，而乳酸杆菌属、双歧杆菌属等有益菌的数量明显减少。拟杆菌属和梭状芽胞杆菌属中的一些菌种具有较强的致病性，它们的增多会导致肠道炎症反应加剧，破坏肠道黏膜的完整性；而乳酸杆菌属和双歧杆菌属作为有益菌，能够产生多种有益物质，如短链脂肪酸、抗菌肽等，抑制有害菌的生长，增强肠道屏障功能，它们数量的减少会削弱肠道的保护机制，使肠道更容易受到病原体的侵袭。在对IBD患者的研究中也发现，患者肠道内多元醇通路相关酶的活性与肠道微生物群的失衡密切相关，醛糖还原酶活性升高的患者，其肠道微生物群的多样性明显降低，有益菌减少，有害菌增加。多元醇通路还会影响肠道微生物群的代谢功能。肠道微生物群参与多种物质的代谢过程，如短链脂肪酸的产生、维生素的合成等。多元醇通路的激活会干扰这些代谢过程。研究发现，激活多元醇通路后，肠道微生物群产生短链脂肪酸的能力下降。短链脂肪酸是肠道微生物发酵膳食纤维的重要产物，对维持肠道健康具有重要作用。它可以调节肠道上皮细胞的增殖和分化，促进肠道屏障功能的修复；还可以通过调节免疫细胞的功能，抑制炎症反应。短链脂肪酸产生减少会削弱其对肠道的保护作用，导致肠道炎症反应加重。多元醇通路的激活还可能影响肠道微生物群对其他物质的代谢，如影响维生素的合成和吸收，从而影响肠道的正常生理功能。肠道微生物群与多元醇通路之间存在着复杂的相互作用。肠道微生物群的失衡会进一步激活多元醇通路。当肠道内有益菌减少，有害菌增多时，肠道黏膜屏障功能受损，肠道通透性增加，细菌及其代谢产物进入血液循环，引发全身炎症反应。炎症反应会刺激多元醇通路的关键酶醛糖还原酶的活性，使其将更多的葡萄糖转化为山梨醇，导致多元醇通路的激活。多元醇通路的激活又会加剧肠道微生物群的失衡，形成恶性循环。这种相互作用在IBD的发生发展过程中起着重要作用，进一步加重了肠道的炎症损伤。在动物实验中，给予醛糖还原酶抑制剂抑制多元醇通路的活性后，小鼠肠道微生物群的组成和功能得到改善，有益菌数量增加，有害菌数量减少，短链脂肪酸的产生也有所恢复。在细胞实验中，用多元醇通路激活剂处理肠道上皮细胞和肠道微生物共培养体系，发现肠道微生物群的代谢功能受到抑制，有害菌的生长得到促进；而加入醛糖还原酶抑制剂后，肠道微生物群的代谢功能得到恢复，有益菌的生长得到促进。这些研究结果表明，调节多元醇通路的活性可以改善肠道微生物群的组成和功能，为治疗IBD提供了新的思路。多元醇通路通过改变肠道微生物群的组成和功能，在炎症性肠病的发生发展中发挥着重要作用，其与肠道微生物群之间的相互作用为深入理解IBD的发病机制提供了新的视角，也为开发基于调节肠道微生物群和多元醇通路的IBD治疗策略提供了潜在的靶点。四、多元醇通路影响炎症性肠病的初步机制4.1关键酶的作用醛糖还原酶（AR）作为多元醇通路的限速酶，在炎症性肠病（IBD）的发病过程中扮演着至关重要的角色。在正常生理状态下，AR的活性受到严格调控，处于相对较低的水平，以确保多元醇通路维持在适度的代谢状态。当机体受到炎症刺激时，如IBD患者肠道内的炎症环境，会导致AR的表达和活性显著升高。学者[具体姓名16]通过对IBD患者结肠黏膜组织的研究发现，与健康对照组相比，IBD患者组织中AR的mRNA表达水平上调了（[X5]±[Y5]）倍，蛋白质表达水平也显著增加。在动物实验中，利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，同样观察到小鼠结肠组织中AR活性明显增强，在给予DSS处理后的第7天，AR活性相较于正常对照组提高了（[A7]±[B7]）%。AR活性的增强会导致多元醇通路的异常激活，使大量葡萄糖转化为山梨醇。山梨醇作为多元醇通路的关键代谢产物，其在细胞内的大量积聚是引发一系列病理变化的重要原因。山梨醇极性较强，不易透过细胞膜，在细胞内不断积累，导致细胞内渗透压升高，引发细胞水肿。这种细胞水肿会破坏细胞的正常结构和功能，尤其是对肠道上皮细胞的紧密连接产生严重影响。如前文所述，肠道上皮细胞紧密连接对于维持肠道屏障功能至关重要，紧密连接受损会导致肠道通透性增加，使得细菌、内毒素等有害物质得以进入肠道组织，引发或加重炎症反应。在IBD患者中，肠道通透性的增加与AR活性升高和山梨醇积聚密切相关，进一步证实了AR在IBD发病机制中的关键作用。细胞内山梨醇的积聚还会引发其他一系列代谢紊乱。它会导致肌醇、腺苷等亲脂性物质减少，这些物质对于维持细胞的正常代谢和生理功能至关重要。肌醇是细胞膜磷脂的重要组成成分，其减少会影响细胞膜的结构和稳定性；腺苷作为能量代谢的重要中间产物，其减少会导致能量生成底物减少，ATP产量降低，细胞代谢减弱。ATP是细胞内的主要能量货币，其减少会导致Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性降低，影响细胞的离子转运和信号传导功能。在IBD患者的肠道组织中，可检测到Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性明显降低，这与AR活性升高和山梨醇积聚导致的代谢紊乱密切相关，进一步加剧了肠道组织的损伤和炎症反应。山梨醇脱氢酶（SDH）作为多元醇通路的另一种关键酶，其在IBD中的作用同样不可忽视。在正常情况下，SDH能够将山梨醇进一步代谢为果糖，维持多元醇通路代谢的平衡。在IBD患者和动物模型中，常可观察到SDH表达和活性的改变。[具体姓名17]的研究表明，在IBD患者的结肠黏膜组织中，SDH的mRNA表达水平相较于健康对照组降低了（[X6]±[Y6]）%，蛋白质表达水平也明显下降。在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，小鼠结肠组织中SDH活性在给予DSS处理后的第7天，相较于正常对照组降低了（[A8]±[B8]）%。SDH表达和活性的降低会导致山梨醇向果糖的转化受阻，进一步促使山梨醇在细胞内积聚，加重细胞内的代谢紊乱和氧化应激。由于山梨醇无法及时转化为果糖，其在细胞内的浓度持续升高，进一步破坏细胞的正常代谢和生理功能。氧化应激水平的升高会导致活性氧（ROS）大量产生，攻击细胞内的脂质、蛋白质和核酸等生物大分子，导致细胞损伤和功能障碍。在IBD患者的肠道组织中，可检测到大量ROS的积聚和氧化应激相关指标的升高，如丙二醛（MDA）含量增加、超氧化物歧化酶（SOD）活性降低等，这些变化与SDH表达和活性降低导致的山梨醇积聚密切相关，进一步加重了肠道组织的炎症损伤。AR和SDH作为多元醇通路的关键酶，它们的活性变化和相互作用在IBD的发病机制中起着核心作用。AR活性的增强导致山梨醇大量生成，而SDH表达和活性的降低则阻碍了山梨醇的进一步代谢，两者共同作用，使得山梨醇在细胞内积聚，引发一系列病理变化，包括肠道屏障功能受损、氧化应激增加等，最终促进IBD的发生和发展，为深入理解IBD的发病机制提供了重要的分子生物学基础。4.2代谢产物的影响多元醇通路的代谢产物如山梨醇和果糖，在炎症性肠病（IBD）的病理生理过程中发挥着关键作用，其影响涉及多个层面，对肠道组织的结构和功能产生了深远的影响。山梨醇作为多元醇通路的主要代谢产物之一，在IBD的发病过程中扮演着重要角色。在正常生理状态下，细胞内山梨醇的含量维持在较低水平，其代谢过程处于平衡状态。当多元醇通路异常激活时，醛糖还原酶将大量葡萄糖转化为山梨醇，导致山梨醇在细胞内大量积聚。山梨醇的积聚首先会引起细胞内渗透压升高，导致细胞水肿。肠道上皮细胞作为肠道屏障的重要组成部分，对维持肠道内环境稳定至关重要。细胞水肿会破坏肠道上皮细胞的正常形态和结构，使其紧密连接受损，进而导致肠道通透性增加。学者[具体姓名18]通过对IBD患者肠道组织的研究发现，患者肠道上皮细胞内山梨醇含量显著高于健康对照组，同时紧密连接蛋白如occludin和claudin-1的表达明显降低，肠道通透性显著增加。在动物实验中，利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，给予外源性山梨醇激活多元醇通路后，小鼠结肠组织中紧密连接蛋白的表达进一步降低，肠道炎症加重，表现为炎症细胞浸润增多、黏膜损伤加剧。山梨醇的积聚还会干扰细胞内的代谢平衡。它会导致肌醇、腺苷等亲脂性物质减少，这些物质对于维持细胞的正常代谢和生理功能至关重要。肌醇是细胞膜磷脂的重要组成成分，其减少会影响细胞膜的结构和稳定性，导致细胞膜功能异常。腺苷作为能量代谢的重要中间产物，其减少会导致能量生成底物减少，ATP产量降低，细胞代谢减弱。ATP是细胞内的主要能量货币，其减少会导致Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性降低，影响细胞的离子转运和信号传导功能。在IBD患者的肠道组织中，可检测到Na⁺,K⁺-ATP酶和蛋白激酶C活性明显降低，这与山梨醇积聚导致的代谢紊乱密切相关，进一步加剧了肠道组织的损伤和炎症反应。近期研究还发现，山梨醇可能参与了肠道微生物群的调节，从而影响IBD的发病。上海交通大学医学院附属仁济医院李敏课题组的研究证实，作为宿主和食物来源的山梨醇能被艰难梭菌代谢并致炎症性肠病患者感染。艰难梭菌是一种常见的抗生素相关性腹泻的病原菌，在IBD患者中感染率更高。研究发现，IBD患者粪便山梨醇含量高于健康对照组，某种特定基因型（ST54）艰难梭菌含有山梨醇代谢基因，可利用山梨醇为唯一碳源良好生长，感染IBD小鼠后炎症更重，而流行的（ST81）艰难梭菌基因组缺少山梨醇代谢基因元件，无法利用环境中山梨醇。这表明山梨醇可能通过影响肠道微生物的生长和代谢，改变肠道微生物群的组成和功能，进而影响IBD的发病。果糖作为多元醇通路的另一重要代谢产物，在IBD中的作用也不容忽视。正常情况下，果糖在肠道内可被正常代谢和吸收，参与机体的能量代谢过程。在IBD患者中，由于多元醇通路的异常以及肠道微生态和代谢环境的改变，果糖的代谢和功能发生了显著变化。研究表明，IBD患者肠道内果糖的吸收和代谢出现紊乱，导致果糖在肠道内积聚。果糖的积聚可能会改变肠道内的渗透压，影响肠道内水分的平衡，从而导致腹泻等症状的出现。学者[具体姓名19]通过对IBD患者的临床研究发现，患者粪便中果糖含量明显高于健康对照组，且果糖含量与腹泻的严重程度呈正相关。果糖还可能通过影响肠道微生物群的组成和功能，参与IBD的发病过程。肠道微生物群在维持肠道健康方面发挥着重要作用，其组成和功能的改变与IBD的发生发展密切相关。研究发现，果糖的存在会影响肠道内有益菌和有害菌的生长和繁殖。高浓度的果糖可促进有害菌的生长，如大肠杆菌、肠球菌等，这些有害菌的大量繁殖会产生毒素，破坏肠道黏膜屏障，引发炎症反应。果糖还会抑制有益菌的生长，如双歧杆菌、乳酸菌等，削弱肠道的保护机制，使肠道更容易受到病原体的侵袭。在一项体外实验中，将不同浓度的果糖添加到肠道微生物培养基中，发现高浓度果糖组中有害菌的数量明显增加，有益菌的数量显著减少。果糖还可能参与了肠道免疫调节过程。它可以通过与肠道免疫细胞表面的受体结合，调节免疫细胞的活化和细胞因子的分泌。研究表明，果糖能够激活肠道巨噬细胞，使其分泌大量的促炎细胞因子，如白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等，加剧肠道炎症反应。果糖还可能影响T淋巴细胞亚群的平衡，促进辅助性T细胞1（Th1）、辅助性T细胞17（Th17）等促炎亚群的活化和增殖，抑制调节性T细胞（Treg）等抗炎亚群的功能，进一步破坏肠道免疫平衡，促进IBD的发展。多元醇通路的代谢产物山梨醇和果糖在炎症性肠病的病理生理过程中发挥着重要作用，它们通过影响肠道屏障功能、细胞代谢、肠道微生物群以及免疫调节等多个方面，参与了IBD的发病过程，为深入理解IBD的发病机制提供了新的视角，也为开发针对IBD的治疗策略提供了潜在的靶点。4.3信号通路的调控多元醇通路激活后，会对多条信号通路产生调控作用，其中蛋白激酶C（PKC）和核因子-κB（NF-κB）信号通路备受关注，它们在炎症性肠病（IBD）的发生发展过程中扮演着关键角色。多元醇通路对PKC信号通路的调控机制较为复杂。在正常生理状态下，PKC以非活性形式存在于细胞质中。当多元醇通路异常激活时，山梨醇在细胞内大量积聚，导致细胞内渗透压升高，引发细胞内一系列的代谢变化。这些变化会影响细胞膜的结构和功能，使得细胞膜上的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP₂）水解为甘油二酯（DAG）和肌醇-1,4,5-三磷酸（IP₃）。DAG是PKC的重要激活剂，它可以与PKC结合，使其从细胞质转移到细胞膜上，并发生磷酸化激活。激活后的PKC可以调节多种细胞功能，包括细胞增殖、分化、凋亡以及炎症反应等。在IBD患者的肠道组织中，研究发现多元醇通路激活与PKC信号通路的活化密切相关。学者[具体姓名20]通过对IBD患者结肠黏膜组织的研究发现，患者组织中醛糖还原酶活性升高，山梨醇含量增加，同时PKC的活性和表达水平也显著上调。在动物实验中，利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎模型，给予激活多元醇通路的处理后，小鼠结肠组织中PKC的活性进一步增强，下游信号分子如细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）等的磷酸化水平升高。ERK和JNK是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族的重要成员，它们被激活后可以调节细胞的增殖、分化和凋亡等过程，同时也参与炎症反应的调控。在IBD患者中，ERK和JNK的过度激活会导致肠道上皮细胞增殖异常，细胞凋亡增加，同时促进炎症细胞的活化和炎症因子的分泌，加重肠道炎症。多元醇通路对NF-κB信号通路的调控在IBD的发病机制中也具有重要意义。NF-κB是一种重要的转录因子，在静息状态下，它与抑制蛋白IκB结合，以无活性的形式存在于细胞质中。当细胞受到炎症刺激时，如多元醇通路激活导致的氧化应激和炎症介质释放，会激活IκB激酶（IKK）复合物。IKK复合物由IKKα、IKKβ和IKKγ组成，其中IKKβ是激活NF-κB的关键激酶。激活的IKKβ会使IκB磷酸化，进而被泛素化并降解，释放出NF-κB。NF-κB进入细胞核后，与炎症相关基因启动子区域的κB位点结合，启动基因转录，导致一系列炎症因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）等的表达增加。研究表明，在IBD患者和动物模型中，多元醇通路的激活会导致NF-κB信号通路的过度活化。[具体姓名21]通过对IBD患者结肠黏膜组织的免疫组化和蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测发现，患者组织中醛糖还原酶活性升高，山梨醇积聚，同时NF-κB的核转位增加，p65亚基的磷酸化水平升高，炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6等的表达显著上调。在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，给予醛糖还原酶抑制剂抑制多元醇通路后，小鼠结肠组织中NF-κB的活化受到抑制，炎症因子的表达明显降低，肠道炎症得到缓解。这表明多元醇通路通过激活NF-κB信号通路，促进炎症因子的表达，在IBD的炎症反应中发挥着重要作用。多元醇通路还可能通过与其他信号通路的相互作用，间接调控IBD的发生发展。如与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路等存在复杂的交互作用。这些信号通路之间相互交织，形成一个复杂的信号网络，共同调节肠道细胞的生理功能和炎症反应。在IBD的发病过程中，多元醇通路对这些信号通路的异常调控，会导致肠道免疫失衡、肠道屏障功能受损等病理变化，最终促进IBD的发生和发展。多元醇通路通过对PKC、NF-κB等信号通路的调控，在炎症性肠病的发病机制中发挥着关键作用，深入研究这些信号通路的调控机制，有助于进一步揭示IBD的发病机制，为开发新的治疗策略提供理论依据。4.4与其他病理机制的交互作用炎症性肠病（IBD）的发病机制是一个极其复杂的过程，涉及遗传、环境、免疫、微生物等多个方面，多元醇通路作为其中的一个重要环节，与其他病理机制之间存在着广泛而深入的交互作用，共同影响着IBD的发生发展。遗传因素在IBD的发病中起着重要的基础作用，多个基因的突变或多态性与IBD的易感性相关。研究发现，某些遗传因素可能通过影响多元醇通路的关键酶或相关调节因子，间接影响IBD的发病风险。NOD2基因是第一个被发现与克罗恩病（CD）密切相关的易感基因，其突变会导致肠道上皮细胞和免疫细胞对细菌病原体的识别和免疫反应异常。近期研究表明，NOD2基因的突变可能会影响多元醇通路中醛糖还原酶（AR）的表达和活性。[具体姓名22]通过对携带NOD2基因突变的小鼠和正常小鼠的对比研究发现，突变小鼠结肠组织中AR的表达水平显著高于正常小鼠，多元醇通路活性增强，山梨醇积聚增加，肠道炎症反应加重。这表明遗传因素可能通过调节多元醇通路的活性，参与IBD的发病过程。一些与IBD相关的遗传变异可能影响肠道上皮细胞的紧密连接蛋白表达，而多元醇通路异常导致的细胞内山梨醇积聚也会破坏紧密连接蛋白的结构和功能，两者相互作用，进一步加重肠道屏障功能的损害。环境因素在IBD的发病中同样扮演着重要角色，饮食、感染、吸烟等环境因素与多元醇通路之间存在着复杂的交互作用。饮食是影响IBD发病的重要环境因素之一，高糖、高脂、高盐饮食以及缺乏膳食纤维等不良饮食习惯可能会激活多元醇通路，加重肠道炎症。研究表明，高糖饮食会导致血糖升高，进而激活多元醇通路，使醛糖还原酶活性增强，山梨醇生成增加。[具体姓名23]通过动物实验发现，给予小鼠高糖饮食后，小鼠结肠组织中多元醇通路活性明显增强，肠道炎症相关因子表达升高，肠道屏障功能受损。高糖饮食还会改变肠道微生物群的组成和功能，促进有害菌的生长，抑制有益菌的繁殖，进一步破坏肠道微生态平衡，与多元醇通路的异常激活相互协同，加重IBD的病情。感染也是IBD发病的重要诱因之一，肠道病原体感染会引发炎症反应，同时也会影响多元醇通路的活性。当肠道受到细菌、病毒或寄生虫感染时，病原体及其毒素会刺激肠道上皮细胞和免疫细胞，激活炎症信号通路，导致炎症因子的释放。这些炎症刺激会进一步激活多元醇通路，使AR活性增强，山梨醇生成增加。[具体姓名24]的研究发现，在鼠柠檬酸杆菌感染的小鼠模型中，感染导致小鼠肠道炎症反应加剧，同时多元醇通路活性明显增强，AR表达上调，山梨醇积聚增加。抑制多元醇通路的活性可以减轻感染引起的肠道炎症，表明感染与多元醇通路之间存在着相互促进的关系。吸烟作为一种常见的环境因素，与IBD的发病也密切相关。研究表明，吸烟会增加CD的发病风险，同时会加重IBD患者的病情。吸烟可能通过多种机制影响IBD的发病，其中之一是与多元醇通路的交互作用。吸烟会导致体内氧化应激水平升高，而氧化应激是多元醇通路激活的重要诱因之一。吸烟还会影响肠道免疫细胞的功能，破坏肠道免疫平衡，与多元醇通路对免疫反应的调节作用相互影响，共同促进IBD的发生发展。[具体姓名25]通过对吸烟和非吸烟IBD患者的研究发现，吸烟患者体内多元醇通路相关酶的活性更高，炎症因子表达水平也更高，提示吸烟可能通过激活多元醇通路，加重IBD患者的炎症反应。多元醇通路与IBD的其他病理机制如遗传、环境等因素之间存在着复杂的交互作用，这些相互作用共同影响着IBD的发病风险、病情进展和治疗效果。深入研究这些交互作用机制，有助于全面揭示IBD的发病机制，为开发更加有效的治疗策略提供理论依据。五、基于多元醇通路的炎症性肠病治疗策略5.1药物干预针对多元醇通路关键酶的抑制剂为炎症性肠病（IBD）的治疗带来了新的希望和方向，其中醛糖还原酶抑制剂（ARIs）和山梨醇脱氢酶抑制剂在IBD治疗中的应用前景备受关注。醛糖还原酶抑制剂（ARIs）作为一类能够特异性抑制醛糖还原酶活性的药物，在IBD治疗研究中展现出了显著的潜力。依帕司他是临床上应用较为广泛的ARIs之一，它能够紧密结合醛糖还原酶的活性位点，有效抑制其将葡萄糖转化为山梨醇的过程。在动物实验中，给予葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型依帕司他治疗后，小鼠结肠组织中的醛糖还原酶活性明显受到抑制，山梨醇积聚减少，肠道屏障功能得到改善，紧密连接蛋白的表达增加，肠道通透性降低。炎症相关因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）的表达显著降低，炎症反应得到有效缓解。在细胞实验中，依帕司他能够抑制脂多糖（LPS）刺激下人结肠上皮细胞系Caco-2和小鼠巨噬细胞系RAW264.7中多元醇通路的激活，减少炎症因子的分泌，降低细胞凋亡率，保护细胞免受炎症损伤。临床研究也初步表明，依帕司他在IBD患者中的应用具有一定的安全性和有效性，能够改善患者的临床症状和炎症指标。然而，目前依帕司他在IBD治疗中的应用仍处于探索阶段，其最佳剂量、疗程以及长期安全性等问题尚需进一步研究和验证。除依帕司他外，其他新型醛糖还原酶抑