肥大細胞在腸易激綜合征中的作用研究進展

張小雨，高 源，齊 云

(中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所，北京 100193)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一種由多因素引發的胃腸道功能紊亂性疾病，臨床癥狀主要為腹痛、腹脹，伴有排便規律改變或糞便形態異常，但無器質性病變。根據羅馬Ⅲ診斷標準[1]，按照糞便形態將IBS分成腹瀉型(IBS-D)、便秘型(IBS-C)、混合型(IBS-M)和不定型(IBS-U)，其中IBS-D在臨床病例中最為常見，在全球范圍內其發病率為1.1%～29.2%。IBS癥狀會對患者的日常生活、工作和情緒等方面造成困擾，嚴重影響其生活質量。IBS發病機制復雜多樣，目前被廣泛認可的假說有內臟高敏感性、胃腸道動力異常、免疫與炎癥、腦-腸軸功能紊亂、腸道菌群失調等多種機制相互作用，因此治療IBS一直是臨床上的難題。目前，IBS的治療通常是以緩解癥狀為主，一般給予患者藥物治療，如FDA批準的血清素(5-hydroxytryptamine，5-HT)3受體阻斷劑阿洛司瓊、抗生素利福昔明、阿片受體激動劑艾沙度林等，還有仍需考察的μ-阿片受體激動劑咯哌丁胺、膽汁酸阻斷劑、三環抗抑郁劑等[2]。大量研究顯示，腸道內的肥大細胞(mast cells，MCs)參與IBS的發生與發展，MCs在IBS發病機制中發揮作用的基礎是活化后的MCs能夠釋放出活性介質和因子，通過多種活性介質的廣泛作用，在調節內臟敏感性、胃腸道動力、腸道屏障損傷、免疫與炎癥等方面扮演了重要的角色，因此， MCs可為IBS機制研究和臨床干預提供有價值的參考。

1 肥大細胞及其活化過程簡介

肥大細胞作為一類重要的免疫細胞，起源于骨髓CD34+前體細胞，并且在干細胞生長因子(stem cell growth factors，SCF)或其他調節發育的細胞因子誘導下分化，廣泛分布于皮膚、消化道、氣道等部位，以及時應對環境中的變應原作出免疫應答。根據MCs分布的位置，研究者將其分類為黏膜MCs和結締組織MCs；而根據釋放蛋白酶含量可將其分類為MCT(含有極少類胰蛋白酶或不含糜蛋白酶)和MCTC(含有類胰蛋白酶，類胰蛋白酶和羧肽酶)。胃腸道內含有大量MCs，其中黏膜層MCs含量最高，其次是黏膜下層。在人體小腸黏膜中的MCs幾乎都是MCT，而黏膜下層以MCTC為主。

當機體受到不同的外界刺激時，腸道內大量MCs活化，合成并釋放顆粒中的多種生物活性介質和細胞因子，如組胺、5-HT、類胰蛋白酶、白三烯、前列腺素等，因此MCs的活化是其發揮作用的前提條件。誘導MCs活化的途徑，主要包括IgE-FcεRI途徑、基礎促分泌素介導的Mrg受體途徑、補體及其受體途徑、細胞因子及其受體途徑等。

1.1 IgE-FcεRI介導的MCs活化免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)E、G介導的免疫性刺激途徑是變應原初次進入機體時，刺激B細胞產生特異性抗體，抗體以Fc段與MCs表面的FcεRI結合，使機體處于致敏狀態。當同一變應原再次進入機體，與致敏肥大細胞表面的抗體結合，使FcεRI交聯活化，誘導MCs脫顆粒，釋放活性介質。

研究者認為大多數IBS患者癥狀的產生與飲食有關。一項研究中表明[3]，超過60%的IBS患者在進食后加重了IBS癥狀，其中28%的IBS患者表示在15min內立即出現癥狀，而93%患者的狀況在3 h內也發生惡化。食物過敏是誘導MCs活化的最常見的因素之一，楊氏等[4]發現，IBS-D患者血清中IgE與IgG含量顯著高于健康人群，提示IBS的發生可能與食物過敏產生的免疫球蛋白介導的MCs活化有關。

1.2 基礎促分泌素通過Mrg受體家族受體介導的MCs活化除了活化MCs的經典方式之外，MCs也對基礎分泌素(P物質、C48/80和黃蜂毒素)和部分有不良反應的肽能藥物有應答，即非過敏性速發超敏反應，臨床上也稱之為類過敏反應。它不依賴于IgE-FcεRI途徑，而是通過G蛋白偶聯受體MrgprX2介導MCs活化[5]。MCs表面上和細胞內均表達MrgprX2，其中表面上的受體可能通過活化百日咳毒素(Pertussis toxin，PTx)依賴的G蛋白(Gαi，Gαq)，繼而影響磷脂酶C-γ、磷脂酰肌醇3激酶、磷脂酶A2傳遞信號，促進Ca2+動員，介導MCs脫顆粒；而細胞內的受體可能通過ORAI2 Ca2+通道活化MCs。

1.3 補體途徑介導的MCs活化健康人和動物的血清與組織液中含有補體系統，由膜結合型蛋白質、可溶性蛋白質和補體受體組成。補體系統主要通過三種途徑活化：1)補體經典途徑：由抗原與相應抗體(多種IgG或IgM)結合形成的免疫復合物激活；2)補體替代途徑：無需依賴抗體，直接由C3開始的補體激活；3)凝集素途徑：由炎癥期產生的蛋白與病原體結合啟動激活。補體系統活化后具有生物活性，在特異性免疫和固有免疫中起到了重要作用。MCs細胞膜上表達C3a和C5a 受體，C3a和C5a 在IBS中發揮作用主要依賴于它們能夠激活MCs表面其相應G蛋白偶聯受體，活化MCs，引起MCs釋放組胺和其他活性介質。甚至血漿中C3a和C5a在微摩爾水平就可以引發急性補體活化，1～30 μmol·L-1C3a和C5a能夠引起大鼠腹腔MCs脫顆粒[6]。

1.4 細胞因子介導的MCs活化部分IBS患者表示有急性胃腸道感染史，并在腸道感染恢復后仍然會出現IBS癥狀，因此臨床上提出了感染后腸應激綜合征(post-infectious irritabIe bowel syndrome，PI-IBS)的概念，提示IBS可能與感染和炎癥有關。腸道感染恢復后，腸道內可能依舊存在低度炎癥，炎癥因子募集大量MCs并將其活化，釋放生物活性介質，同時增加炎癥因子表達，正反饋調節MCs可能是導致IBS遷延不愈的可能原因之一[7]。MCs表達白細胞介素(interleukin，IL)-3，IL-4，IL-5，IL-10等受體，當配體結合其受體，激活下游JAK-STAT信號通路，對IgE-FcεRI介導的MCs脫顆粒和釋放細胞因子會產生不同的作用。細胞因子介導的MCs活化可能在PI-IBS患者的發病機制中發揮一定程度的作用。

1.5 其他受體介導的MCs活化除上述途徑之外，MCs表達的其他受體也參與其活化，如Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、促腎上腺皮質激素釋放激素(corticotropin releasing hormone，CRH)受體、1-磷酸神經鞘氨醇受體、c-kit受體等，在其相應配體濃度足夠大時，可能會增強抗原介導的MCs活化途徑，或直接導致MCs釋放細胞因子[8]。

2 肥大細胞在IBS發病機制中可能的作用

2.1 肥大細胞在IBS內臟高敏感中的作用內臟高敏感即內臟組織對外界刺激的敏感性增強、反應性增加，會引起腹痛、腸道不適等癥狀，嚴重影響患者生活質量，被認為是誘導IBS的主要原因之一。外周MCs能夠放大疼痛感覺，尤其是在損傷或炎癥刺激之后。中樞MCs能夠調控疼痛敏感性。當機體受到外界刺激時，活化的MCs脫顆粒，釋放出一系列活性介質，例如組胺、5-HT、前列腺素、白三烯、類蛋白酶等，作用于鄰近的內臟感受傳入神經纖維上的疼痛感受相關受體，改變了傳入神經的信息傳遞，降低了腸道對腸內容量和壓力的閾值，導致了內臟高敏感的發生。組胺能降低痛覺感受器瞬態電壓感受器陽離子通道(transient receptor potential cation channel V1，TRPV1)轉導的閾值，使內臟痛覺更為敏感。Wouters等[9]發現，與健康志愿者相比，IBS患者黏膜下神經元的TRPV1活性增強。此外，組胺可使健康志愿者黏膜下神經元的TRPV1反應性增強，這種作用能被組胺H1受體拮抗劑阻斷。提示了組胺受體活化TRPV1從而介導內臟超敏感可能參與IBS的發病機制。Park等[10]發現IBS-D患者腸道內神經纖維附近MCs的數量及活化的比例明顯高于正常人群，并且MCs與P物質、降鈣素基因相關肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)免疫陽性的神經纖維緊密相鄰，提示MCs參與腸道神經-免疫調節，進而介導內臟高敏感。

2.2 肥大細胞在IBS腸道動力異常中的作用部分IBS患者表示在應對食物、精神或身體上的壓力等因素時經歷過胃腸道動力方面的異常，體現在排便頻率、糞便形態及腹部疼痛等方面[11]。與正常人相比，IBS-D患者結腸收縮蠕動增強，頻率增加，導致腹瀉；而IBS-C患者腸道動力情況與之相反，結腸傳輸緩慢，小腸消化期間移行性復合運動時程顯著延長，導致食物在胃腸道內滯留，出現便秘的癥狀。但并未發現腹瀉或便秘存在固定的動力模式。

有研究發現[12]，與對照組相比，IBS-D患者整段結腸或結腸中的某段(升結腸、橫結腸、降結腸和乙狀結腸)黏膜和黏膜下層的MCs都顯著增多，并且5-HT含量顯著高于正常人。5-HT具有激素和神經遞質的雙重性質，其受體廣泛存在于胃腸道。其中，5-HT3受體和5-HT4受體參與腸道動力調控，主要與腸道蠕動反射有關，但是具體的機制尚未明確，可能是通過相應受體調節腸神經系統，進而影響肌肉組織，使腸道分泌、蠕動功能異常。而5-HT是MCs活化后脫顆粒釋放的主要活性介質之一，5-HT的異常釋放介導了IBS腸道動力紊亂的發生。

2.3 肥大細胞在IBS腸道屏障功能破壞中的作用

2.3.1MCs的活化在腸道黏膜通透性增加中的作用 23例直腸活組織樣本檢測結果顯示[13]，與對照組相比，IBS-D患者直腸滲透性顯著增加，類胰蛋白酶活性顯著增加，并且腸道內MCs數量與腸道通透性顯著正相關。Vanuytsel等[14]發現，MCs穩定劑色甘酸二鈉能抑制壓力介導的MCs活化所導致的腸上皮通透性增加，提示腸道MCs的活化對增加IBS-D患者腸道通透性有重要作用。

在一項綜合性研究中[15]，研究者先將Caco-2/HMC-1細胞共培養，24 h內，隨著肥大細胞脫顆粒，上皮完整性顯著降低，通透性逐漸增加，緊密連接相關蛋白如封閉小帶-1，鏈接黏附分子A(junctional adhesion molecule A，JAM-A)等表達減少，提示MCs活化釋放的某些活性介質影響上皮通透性。而在培養體系中加入胰蛋白酶抑制劑顯著地減少了MCs活化對上皮通透性的作用。基于體外實驗結果，研究者通過超微電鏡觀察IBS患者腸道上皮細胞，發現其緊密連接間隙明顯增寬，且示蹤劑外滲，說明IBS患者的腸黏膜屏障發生損傷，黏膜通透性增加。更重要的是，IBS患者盲腸上皮細胞的JAM-A的表達明顯低于對照組，且JAM-A數量與IBS癥狀之間存在關聯，即：JAM-A表達量越低，IBS患者腹痛越嚴重，癥狀持續時間越長。所以，可能是活化的MCs釋放的胰蛋白酶影響JAM-A等緊密連接相關蛋白的表達，進而改變腸道通透性，介導IBS癥狀的發生。

2.3.2肥大細胞在IBS腸道分泌失調中的作用 IBS患者的腸道分泌能力發生改變，IBS-D患者腸道分泌增加，IBS-C與之相反。這可能與MC活化脫顆粒釋放出的活性介質的生物學作用有關，比如顆粒中的組胺、胰蛋白酶、前列腺素等，可以激活腸上皮中水分子和氯離子通道，增加兩者的分泌，水鈉吸收不良，導致IBS-D患者腹瀉[16]；總的來說，與通透性改變相似，腸道分泌異常也與MCs活化的程度、類胰蛋白酶釋放的量有關。兩者都會破壞腸道屏障功能，而腸道屏障功能的改變被認為是IBS的重要誘因之一。

2.4 肥大細胞在IBS腸道免疫紊亂中的作用活化的MCs可以產生細胞因子，包括促炎因子(如：IL-1、IL-2、IL-6、IL-18、IL-1β、TNF-α、IFN-γ等)和抗炎因子(IL-4、IL-10、IL-13、IL-23等)。腸道內的促炎因子可招募粒細胞、單核細胞、巨噬細胞等炎性細胞浸潤，進一步釋放其他細胞因子，介導免疫炎癥反應，損害腸道屏障功能。抗炎因子下調單核細胞、巨噬細胞促炎細胞因子的分泌，減少炎癥反應對黏膜造成的損傷。炎癥反應與IBS癥狀之間的直接聯系尚未建立,但有研究表明IBS患者體內多種炎癥因子發生異常改變[17]，與對照組相比，大多數IBS患者體循環中IL-6、IL-8水平升高，IL-10水平下降或沒有差異，TNF-α沒有差異，但也有研究中IBS患者TNF-α水平高于對照組。細胞因子的變化可能與Th1型免疫與Th2型免疫調節失衡有關。有研究報道[8]，CRH刺激的野生型大鼠腸道內炎癥細胞浸潤，而在敲減MCs的大鼠腸道中炎癥細胞浸潤現象消失。另外，MCs活化介導的小鼠腸道炎癥細胞浸潤能夠被肥大細胞穩定劑色甘酸鈉抑制，但是這種作用在MCs缺失鼠中消失，提示MCs的活化會導致免疫紊亂。

2.5 肥大細胞與腸神經系統相互作用對IBS發病的影響胃腸道內不僅擁有最廣泛的免疫系統，同時也擁有除中樞神經以外最龐大的神經網絡。人腸道中含有大量MCs，腸黏膜固有層中與內臟傳入神經末梢之間有緊密連接的MCs占67%，與神經末梢間距小于2 μm MCs占20%。有研究報道顯微電鏡下觀察到動物回腸中，神經元與免疫細胞之間相距20～100 nm，二者構成的突觸樣連接為MC與神經之間相互作用提供了結構基礎，使神經系統和免疫系統之間能夠雙向信息交流，即神經對MCs的作用和MCs對神經的作用，這對于維持腸道內環境穩態是重要的。

在MCs向神經傳遞信號時，活化的MCs脫顆粒，釋放生物活性物質，如組胺、5-HT、酶、細胞因子、生長因子和脂質代謝產物等，作用于神經末梢的相應受體，激活神經效應，如內臟高敏感、胃腸道動力異常等[18]；而神經對MCs的信號傳遞主要依賴于神經元受到各種刺激時產生的神經遞質或神經肽，例如血管活性腸肽、P物質、cGRP、CRH等可以活化MCs脫顆粒，而生長抑素等物質則抑制MCs活化。值得注意的是，在腸道中神經元與MCs之間的相互交流依賴于活化的MCs，例如IgE敏化和IL-4或SCF啟動的MCs。這種雙向的交流形成了正反饋循環，放大了神經炎癥。

3 以MCs為靶點的IBS治療方案

MCs在IBS的發生和發展中起到重要作用，所以，有研究者將MCs作為治療IBS的潛在靶點，針對MCs在發病機制中發揮作用的不同階段開發相應藥物，比如MCs的成熟與發展、MCs的活化和釋放介質等階段。以下對以MCs為靶點的治療IBS相關藥物的研究進展作一總結。

3.1 阻止MCs脫顆粒

3.1.1抗IgE單克隆抗體 針對大多數免疫球蛋白介導的MCs活化，人源的抗IgE單克隆抗體是一種新型有效的MCs穩定劑，可以通過特異性中和可溶性IgE，下調MCs和嗜堿性粒細胞表面的FcεRI密度，從源頭阻止MCs活化的發生。

有病例報告顯示[19]，1例患有嚴重哮喘和IBS的患者，給予IgE單克隆抗體后不僅改善了哮喘病情，而且幾乎完全緩解了患者的腹痛，改善了糞便形態，并能夠終止其他IBS用藥。這一觀察提示，某些由IgE介導的過敏過程，可能是某些患者產生IBS癥狀的驅動因素，因此阻斷IgE活化MCs可能是有效的治療思路。抗IgE人源單抗為復雜難治型IBS提供了治療思路。

3.1.2MCs膜穩定劑 色甘酸二鈉(disodium cromoglycate，DSCG)和酮替芬作為兩種經典的肥大細胞穩定劑，能夠保護MCs的細胞膜，減少其在變應原攻擊時的膜變構，從而抑制其脫顆粒減少活性介質的釋放，阻斷下游信號通路，因此在IBS治療中被廣泛應用。一項初步研究表明[20]， MCs穩定劑色甘酸鈉能夠使IBS患者體內MCs活性回到健康受試者相似水平，并且患者腹痛情況緩解，糞便稠度得到改善。一項安慰劑對照試驗中[21]，60例IBS患者接受了為期8周的酮替芬治療，結果顯示內臟高敏感患者對腸道不適的的閾值明顯提高，排便緊急性得到緩解，生活質量明顯提高，但這種作用是由于酮替芬穩定了MCs,還是阻斷H1受體還需進一步研究。

3.1.3CRH受體拮抗劑 精神因素也能誘導IBS癥狀的發生，CRH是介導應激反應的關鍵介質。胃腸道內的MCs表面表達CRH受體，壓力相關的CRH受體活化會導致MCs釋放類蛋白酶、組胺、5-HT等，進而導致胃腸動力改變(延緩胃排空、加速結腸轉運、改變結腸動力)和增加腸道滲透性[14]等，CRH抑制劑可能成為治療MCs的新型藥物。在一項10例IBS患者和10例正常人的研究中[22]，電刺激顯著升高了IBS患者結腸的運動指數，而外周給予非選擇性CRH受體拮抗劑α-helical CRH抑制了這種效果，顯著改善壓力擴張介導的IBS患者胃腸道動力改變和內臟感受異常。一項雙盲、隨機、安慰劑對照，Ⅱ期研究中[23]，治療組IBS患者接受選擇性CRH受體2拮抗劑ibodutant，與安慰劑組相比，治療組患者的腹痛情況得到劑量依賴性的緩解。然而，CRH受體除了活化MCs之外還有廣泛的作用，所以還需進一步研究其受體拮抗劑的有效性和安全性。

3.2 阻斷MCs釋放介質對效應細胞的作用MCs活化后釋放出的活性介質在誘導IBS的發生中扮演了重要的角色，因此，利用MCs分泌的活性介質的抑制劑或者其相應受體拮抗劑來阻斷活性介質的作用，成為治療IBS的可能方案之一，常見的有抗組胺劑、抗白三烯劑、類蛋白酶抑制劑等。 一項雙盲、隨機、安慰劑對照試驗顯示[24]，與安慰劑組相比，服用12周的組胺H1受體拮抗劑依巴斯汀的IBS患者內臟敏感性降低，腹痛癥狀減輕，生活質量顯著提高。有研究證明[25]，在IBS患者腸道，MCs釋放的蛋白酶通過作用于神經元上的蛋白酶激活受體2(protease activated receptors，PAR2)，直接激活刺激感覺神經元，產生超敏癥狀。絲氨酸蛋白酶抑制劑、PAR2受體拮抗劑能減輕小鼠內臟疼痛，可能會對IBS有良好的治療作用。但是目前仍不清楚活化的MCs釋放出大量且多種活性介質中，究竟是哪種活性介質在誘導IBS的發生與發展中起到關鍵作用。

4 結語與展望

綜上所述，基礎研究到臨床試驗研究結果都顯示MCs的活化及釋放出活性介質可能參與內臟高敏感性、腸道動力異常、腸道屏障損壞、腸道免疫失衡等多種病理過程，進而介導了IBS的發生與發展。所以， MCs有望成為治療IBS的潛在靶細胞，從而為IBS患者提供更為安全有效的治療藥物。雖然目前國際上的研究取得了一定的進展，但多環節的病理生理機制仍不明確，這在一定程度上制約了應用的突破。