炎癥性腸病發(fā)病機制的研究進展

炎癥性腸病發(fā)病機制的研究進展

炎癥性腸?。╥bd）是一種非特異性胃腸道疾病，主要包括crohn’sdisease（cd）和潰瘍性腸病（iu）。雖然未完全確定mac的發(fā)病機制，但據(jù)報道，固有免疫功能在隨后的疾病中發(fā)揮了重要作用。自Toll樣受體(Tolllikereceptor,TLR)發(fā)現(xiàn)以來,固有免疫就成為了胃腸道黏膜免疫領域的研究熱點。1腸黏膜屏障的組成腸道黏膜屏障包括腸黏膜上皮、腸黏液、腸道菌群、分泌性免疫球蛋白、腸道相關淋巴組織、膽鹽、激素和胃酸等。其中腸上皮屏障是腸黏膜屏障最重要的組成部分。在IBD病人體內(nèi)可發(fā)現(xiàn)腸道上皮高通透性,伴亞顯微結構異常和腸道菌群紊亂等的改變。1.1腸皮質(zhì)的結構與腸道內(nèi)容物直接接觸的腸上皮由四種均是多能性腸道干細胞來源的細胞:柱狀細胞、潘氏細胞、杯狀細胞和神經(jīng)內(nèi)分泌細胞組成。這些細胞的腸腔面覆蓋著一層具有粘性的多糖-蛋白質(zhì)復合物,起到物理性保護作用,阻止腸道微生物侵入黏膜。動物實驗支持腸異常通透性增加的部位有發(fā)展為炎癥的趨勢,且通透性增加可直接導致炎癥。但是,腸道的高通透性是IBD的發(fā)病原因還是腸道中免疫或炎癥反應的結果目前還沒有明確的結論。腸上皮通透性的改變主要是通過腸上皮細胞間緊密連接(tightjunction,TJ)的改變來實現(xiàn)的。緊密連接位于腸上皮細胞頂端,與其相鄰的黏附連接(adherensjunction,AJ)共同組成頂端連接復合體,一同調(diào)控腸上皮通透性。在輕中度CD活動中,上皮膜電阻抗(transepithelialelectricalresistance,TER)下降的同時緊密連接的復雜程度也下降,包括緊密連接束數(shù)目的減少、不連續(xù)和緊密連接網(wǎng)絡深度的下降等。除在IBD活動部位有緊密連接的破壞外,IBD非活動性部位也有緊密連接的異常。緊密連接的損壞使得抗原性物質(zhì)能夠穿透腸黏膜向腸道固有層移位,激活固有層免疫細胞,引起炎癥反應。多種細胞因子參與緊密連接的損傷,如TNF-α、IFN-γ、IL-13等等。另外,過度生長的細菌、腸上皮細胞中的鈉與葡萄糖轉運、鈣以及細胞骨架等在調(diào)節(jié)緊密連接通透性上也有作用。1.2細菌對小鼠腸道菌群的影響生理狀態(tài)下的腸道微生態(tài)系統(tǒng)是一個復雜的細菌生態(tài)系統(tǒng)。腸道菌群之間相互依存、相互制約,保持著穩(wěn)定的比例,并按一定順序定植于腸壁,達到穩(wěn)定的微生態(tài)平衡,對宿主具有生物屏障作用。正常腸道菌群中的部分細菌具有潛在致病性,可產(chǎn)生毒素等有害物質(zhì),引起炎癥反應等病變。多種病理因素和治療干預均可破壞腸道微生態(tài)系統(tǒng),導致腸道菌群比例、數(shù)量、種類、位置發(fā)生改變,引起腸道菌群紊亂,致病菌過度生長。已有實驗將CD患者的糞便進行細菌培養(yǎng)與分離,觀察到CD患者糞便標本中細菌濃度明顯高于正常對照組,真桿菌和消化球菌數(shù)量增多而雙歧桿菌數(shù)量減少,厭氧菌濃度增加等變化。在CD患者的回腸末端黏膜也能檢測到侵襲性大腸桿菌(adherent-invasiveEscherichiacoli,AIEC)的濃度較高?，F(xiàn)有研究認為共生菌群與宿主防御反應之間的動態(tài)平衡在慢性IBD的初期和進程中起關鍵作用。正常情況下,腸黏膜對腸道內(nèi)正常菌群處于免疫耐受狀態(tài),腸道菌群失調(diào)時,腸道免疫系統(tǒng)對腸道內(nèi)菌群的耐受被打破。此外,在現(xiàn)有的研究結果基礎上,有學者提出新的CD發(fā)病模式:即CD的發(fā)病,可能由腸道致病菌或條件致病菌如致病性大腸桿菌等在某些環(huán)境因素作用下,向遺傳易感患者的腸黏膜上皮細胞內(nèi)及固有層移位,由于固有免疫細胞如單核-巨噬細胞、中性粒細胞等殺滅細菌的相關基因功能缺陷,固有免疫細胞不能殺滅這些移位的細菌,受移位的細菌及抗原持續(xù)刺激,腸黏膜細胞免疫反應如Th1及Th17異常激活,導致CD發(fā)病。也有學者對細菌如何通過感染腸壁上的M細胞(microfoldcell)影響IBD發(fā)生發(fā)展的機制進行了研究。但是,細菌如何參與IBD發(fā)生發(fā)展的確切機制、哪些細菌參與了IBD的發(fā)生發(fā)展至今尚無定論。有學者指出,對病原體如何激發(fā)腸道固有免疫知之甚少的原因與模仿人類相似腸道感染疾病的動物模型構建的相對貧乏有關。2參與涂料廠的固生殖器2.1致病性結腸疾病腸上皮細胞通過表面固有免疫受體識別細菌,隨后向固有層分泌一些抗菌肽和細胞因子(例如IL-10和TGF-β)來激活免疫細胞。從這個意義上說,腸上皮細胞不僅是腸黏膜物理屏障,更可能是內(nèi)外環(huán)境信號轉導的樞紐,在調(diào)節(jié)腸黏膜固有免疫防御及損傷-修復的平衡中發(fā)揮著重要作用。Nenci等報道NEMO(IKKγ)缺陷小鼠能發(fā)生自發(fā)性結腸炎。在這些小鼠中,腸上皮細胞凋亡數(shù)量大大增加,腸黏膜屏障完整性被破壞,同時其產(chǎn)生防御素的量減少,腸內(nèi)菌群入侵。腸上皮細胞早期募集了一些固有免疫細胞,晚期則招募一些適應性免疫細胞,導致慢性腸炎遷延不愈。Zaph等報道在這個模型中,腸上皮細胞分泌胸腺基質(zhì)淋巴生成素(thymicstromallymphopoietin,TSLP)減少,這樣導致TSLP對樹突狀細胞的抑制信號減少,這些細胞大量產(chǎn)生IL-12和IL-23,并導致以Th1細胞為主的結腸炎。CD病人中就有腸上皮細胞分泌TSLP減少的現(xiàn)象。不過,腸上皮細胞區(qū)分病原菌和正常菌群的機制并未完全探明。一種可能性是TLR在腸上皮細胞的表達和定位有嚴格的界定。例如,識別鞭毛蛋白的TLR-5就嚴格定位于上皮細胞基底外側,因此只有侵入結腸固有層的細菌可以被它識別并產(chǎn)生后續(xù)效應。2.2cd103+樹突狀細胞維持腸道免疫耐受CD病人固有免疫應答不健全,而在病原體入侵和免疫過程中,樹突狀細胞和巨噬細胞扮演著啟動固有免疫應答的作用。現(xiàn)今,人們已知曉CX3CR1+樹突狀細胞和CD103+樹突狀細胞的功能。CX3CR1+樹突狀細胞特異性表達CD70,并且表達一系列ATP受體來誘導Th17細胞的增殖。CD103+樹突狀細胞能夠分泌TGF-β促進Foxp3+Treg細胞分化,從而誘導免疫耐受。但是最近一項研究發(fā)現(xiàn),TLR5激活的CD103+CD11c+樹突狀細胞具有Th1/Th17極化能力。另外在腸道上皮中,CD103+樹突狀細胞能促進IL-23分泌,進而通過穩(wěn)定抗菌素RegⅢγ的表達來誘導IL-22。因此,CD103+樹突狀細胞能夠維持腸道免疫耐受,激發(fā)保護性免疫,調(diào)控多項免疫應答。正常情況下,受腸內(nèi)微生物刺激CD11b+CD11c-巨噬細胞產(chǎn)生大量IL-10。IL-10通過維持Treg上Foxp3的表達來調(diào)控免疫應答,并且通過Stat3信號途徑抑制IL-12和TNF-α的分泌。然而,CD病人中出現(xiàn)了大量的CD14+巨噬細胞,這些細胞大量產(chǎn)生IL-6,IL-23和TNF-α。由這種異常巨噬細胞產(chǎn)生的IL-23會導致分化出產(chǎn)生IL-17和IFN-γ的T細胞。另外,髓系細胞觸發(fā)受體(triggeringreceptorexpressedonmyeloidcells-1,TREM-1)能夠促進巨噬細胞分泌促炎因子,一般來說,正常的腸巨噬細胞缺乏TREM-1的表達。但是,在一個實驗性結腸炎模型和IBD病人中都發(fā)現(xiàn)了TREM-1表達上調(diào)。這些都表明由巨噬細胞主導的異常固有免疫在IBD發(fā)病中起著重要作用。3參與父母缺陷的固有免疫3.1適應性免疫細胞分化TLR能識別細菌,通過MyD88和TRIF信號通路,誘導產(chǎn)生一系列細胞因子,例如TNF-α,IL-6,IL-12,IFN-β,和IL-8,最終招募并誘導一系列適應性免疫細胞分化。人們發(fā)現(xiàn)IBD發(fā)病過程中上皮細胞TLR3和TLR4表達異常。正常上皮細胞表達TLR3和TLR5,而TLR2和TLR4表達較少。IBD活躍期,CD中TLR3和TLR4的表達量顯著下降,UC中TLR4表達下調(diào),而TLR2和TLR5的表達未有明顯變化。人類細胞中TLR4兩處氨基酸多態(tài)性已被發(fā)現(xiàn)(Asp299GlyandThr399Ile),Asp299Gly被證明與對LPS反應性降低有關。3.2nod2信號途徑的激活N端蛋白-蛋白結合結構域,中間與核酸結合的NOD結構域,C端亮氨酸富集區(qū)(LRR結構域)。在NLR家族中,NOD1和NOD2的功能較為明確,它們在腸黏膜表達并參與固有免疫應答。NOD2識別革蘭陽性菌和革蘭陰性菌細胞壁共有成分胞壁酰二肽(muramyldipeptide,MDP),隨后與受體結合蛋白RIP2形成低聚體并使之泛素化,隨后激活TAK1,最終使NF-κB被激活,誘導炎癥因子產(chǎn)生。NOD2在單核細胞和潘氏細胞中表達,并在潘氏細胞產(chǎn)生抗菌肽的過程中發(fā)揮重要作用。與NOD2不同,NOD1在多種細胞中都表達,包括腸上皮細胞,它也通過NF-κB發(fā)揮作用。TLR途徑和NOD途徑能激活一些相同細胞因子的分泌,例如TNF-α和IL-1β。在NOD2缺陷小鼠模型中,Watanabe等觀察到小鼠對MDP應答下降,但對TLR的配體(例如肽聚糖)的應答上升。這個實驗表明NOD2信號途徑在正常情況下抑制TLR2信號途徑。在他們的模型中,因NOD2缺陷,TLR2信號被大大加強,并導致巨噬細胞分泌大量促炎因子。4各組小鼠腸道炎癥反應的比較在IBD的發(fā)生發(fā)展中,有許多免疫分子如TNF-α、防御素(defensin)、白介素、干擾素等發(fā)揮了重要的作用。各類分子之間形成復雜的、具有相互作用的網(wǎng)絡,促進或抑制炎癥反應,導致或防止病理損傷。由于其作用網(wǎng)絡的復雜性,對這些分子的作用機制和相互關系還沒有全面深刻的了解。近年來,防御素家族在固有免疫中的作用受到了很大關注,已有發(fā)現(xiàn)表明IBD的發(fā)病可能與其相關。免疫分子的聯(lián)系使得在IBD的發(fā)生發(fā)展中固有免疫和適應性免疫密不可分。4.1防御素在人體內(nèi)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)兩個家族。α-防御素主要參與全身和小腸的宿主防御,而β-防御素可刺激未成熟的樹突狀細胞和T細胞參與獲得性免疫反應。另外,β-防御素也可誘導肥大細胞脫顆粒和前炎癥細胞因子產(chǎn)生,促進中性粒細胞在炎癥部位聚集,導致局部炎癥反應加重。研究認為防御素在維持黏膜平衡中發(fā)揮重要作用,防御素的缺乏、缺陷可降低黏膜耐受能力,使得細菌入侵,導致炎癥發(fā)生。近年來,防御素在固有免疫系統(tǒng)中的作用受到了研究人員的重視。有研究發(fā)現(xiàn),CD患者中,不同腸段的防御素表達水平存在著差異。在回腸段病變的CD中,α-防御素的缺陷與轉錄因子TCF4表達下降相關,而在結腸病變的CD中,β-防御素的缺陷與HBD-2基因拷貝數(shù)的減少相關。在結腸中,分泌α-防御素的潘氏細胞數(shù)量比回腸中少得多,也因此α-防御素在正常人結腸中表達較少。但在病變主要累及結腸的UC中,腸上皮細胞α-防御素mRNA水平遠高于正常人,且HD-6的表達呈現(xiàn)特異性。另外有學者指出,UC發(fā)生可能由于HBD-2被過度表達從而加重腸道炎癥反應。由于HBD-3的表達和HBD-2一定程度上相關,HBD-3的表達在UC中也增加。防御素是一類小分子陽離子多肽,對革蘭陰性菌與陽性菌、真菌、病毒和原生動物具有廣譜的殺菌作用,由于其是機體自身產(chǎn)生、副作用少、特異性小,或許可以將其制成一種新型抗生素,成為治療感染性疾病的新途徑。4.2TNF-αTNF-α主要由活化的巨噬細胞和單核細胞產(chǎn)生,在抵抗細菌感染尤其是胞內(nèi)菌感染時起重要作用,參與中性粒細胞活化、黏附分子上調(diào)、細胞免疫產(chǎn)生和肉芽腫形成。其他細胞如潘氏細胞、Th1細胞也可產(chǎn)生TNF-α。TNF-α在腸黏膜局部發(fā)揮作用。近年來研究表明,IBD中TNF-α水平的上升伴隨著NF-κB活性增高,提示TNF-α引起IBD的發(fā)病可能與NF-κB活化有關。TNF-α可誘導結腸上皮細胞大量凋亡,參與黏膜固有層炎性反應和上皮細胞脫落,從而增加腸道上皮細胞通透性。TNF-α也能促使其它細胞因子釋放,和多種細胞因子如IL-1、IL-8等協(xié)同作用,擴大炎癥反應,加重腸黏膜損傷。在IBD小鼠模型中,TNF-α基因敲除或是抗體阻滯TNF-α已被證實可以減輕或改善腸道病理變化,提示TNF-α是一個在腸道炎癥中發(fā)揮中心作用的分子。用TNF-α單抗治療可以使IBD病人的腸道屏障修復,其機制要歸因于腸道上皮細胞凋亡的減少以及細胞膜上表達TNF-α的固有層單核細胞的凋亡。測定TNF-α水平對了解IBD患者的疾病進程和活動度有重要意義。有實驗證實,IBD患者糞便中TNF-α的濃度與結腸炎的嚴重程度相關,IBD患者尿中存在的可溶性TNF受體(solubleTNFreceptor,sTNFR)如p55、p75較正常對照組和病情緩解組顯著升高,IBD患者結腸固有層的單核巨噬細胞中TNF-αmRNA陽性表達升高,UC患者血清TNF-α峰濃度與疾病活動度呈顯著正相關,CD患者小腸黏膜TNF-α的水平無論在受累還是未受累的腸段中都有顯著的增加。5自體咀嚼和nod2對IBD固有免疫相關基因作用的研究最初從對CD易感基因NOD2的識別開始。隨著全基因組掃描技術(GWAS)的發(fā)展,越來越多重要的IBD易感基因被發(fā)現(xiàn)。NOD2編碼的LRR能夠識別受體,并且與MDP直接結合,通過一系列信號轉導最終上調(diào)促炎因子表達。近年來,更多NOD2變異導致CD易感性增加的機制被提出,包括它能影響潘氏細胞的功能,能導致防御素表達下調(diào)、TLR信號通路異常、自體吞噬能力下降等。Travassos等發(fā)現(xiàn)NOD2和ATG16L1共同定位于細胞膜下,但是CD相關變異NOD21007