Irisin在炎癥性腸病中的作用及機制研究進展

馬玉珂 楊靜楠 王慧超 林旭紅*

1.河南大學 臨床醫學院，河南 開封 475000；2.河南大學淮河醫院 檢驗科，河南 開封 475000；3.河南大學第一附屬醫院 腎內科，河南 開封475000

0 引言

炎癥性腸病(inflammatory bowel diease，IBD)是一種以自身反應性T 淋巴細胞介導的、慢性且反復發作的腸道炎癥性疾病，臨床癥狀表現為持續性的腹瀉、腹痛、直腸出血，糞便中通常伴有血液和黏液[1]。根據發病位置和特征不同，主要分為潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn diease，CD)。UC 和CD 的臨床癥狀和病理學的區別為：UC 是彌散性分布的炎癥，往往局限于直腸、結腸區域的黏膜層，其組織學特征包括固有層和隱窩內存在大量中性粒細胞，并形成微膿腫[2]。黏液膿血便是UC 的典型癥狀，超過6 周的病程是其與多數感染性腸炎進行辨別診斷的關鍵[3]。CD 的特征是巨噬細胞的聚集，經常形成非干酪樣肉芽腫，病理學表現為透壁炎癥，且胃腸道的任何部位都可能受到影響，但最常病變位置是回腸末端[4]。

目前IBD 發病原因尚未完全明確，但免疫反應失衡、共生腸道菌群變化影響、環境誘因和遺傳易感性是導致IBD 發生的重要因素[5]。IBD 的發病機制表明：先天性免疫應答與適應性免疫應答都參與IBD 的發病過程[6]。IBD 的免疫失調的特征是上皮屏障的損傷，屏障破壞后腸道菌群驅動的炎癥擴張和大量細胞浸潤固有層，其中包括T 細胞、B 細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞。激活的固有層細胞在腸道局部組織中產生高水平的促炎細胞因子，包括腫瘤壞死因子(TNF)、IL-1β、IFN-γ、IL-23/Th17 途徑的細胞因子[7]。

共生腸道菌群變化影響：腸道菌群被認為對人類健康至關重要，它們與宿主之間互利共生，發揮著重要的代謝、免疫和腸道保護作用[8]。臨床觀察表明IBD 對抗生素治療有反應，這與腸道細菌有助于炎癥反應的觀點是一致的[9]。也有學說證明，由于共生微生物和潛在致病微生物之間的平衡發生變化而導致腸道微生物多樣性下降，而易發IBD[10]。例如：糞便淤積的解剖區域(回腸末端和直腸)易發炎癥，糞便轉移可以治療CD[11]，都可以證明腸道微生物群的組成是IBD 發生的關鍵因素[12]。

環境誘因：環境因素在IBD 發病機制中具有重要作用，目前主要影響因素包括飲食[13]、吸煙[14]、肥胖、壓力、空氣污染、闌尾切除[15]、藥物[16]等，這些因素通過不同的機制導致腸道上皮屏障受損，促進細菌進行腸道移位從而激活了強烈的免疫應答，產生大量細胞因子及炎癥介質引起黏膜炎癥反應。

遺傳易感性：有240 多個遺傳風險位點已被確定，其中約30 多個遺傳位點在CD 和UC 中共享[17]，其中包括如NOD2、DLG5、MDR1、PPARG變異體等基因[18]，這些基因的異常影響了免疫調節，黏膜屏障完整性和微生物穩態[19]。

Irisin 是一種骨骼肌源性肌肉因子，由人類及小鼠運動誘導產生[20]。長期運動鍛煉小鼠可使過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)共激活因子1α(PGC-1α)在肌肉中的表達顯著升高，進而PGC-1α 刺激Ⅲ型纖連球蛋白包含蛋白5(FNDC5)，生成與運動誘導產熱正相關的FNDC5 代謝物，即Ⅲ型纖連蛋白水解后的多肽片段——Irisin。Irisin 可以促進白色脂肪發生棕色變，從而調節機體糖脂代謝。近年來，Irisin 的作用不斷被發掘。首先，Irisin 可以促進白色脂肪轉化為棕色脂肪，調節脂肪組織介導的產熱[21]；其次，Irisin 可改善胰島素抵抗，對糖尿病、病理性肥胖等代謝性疾病具有保護作用[22]，在外周及中樞器官具有抗炎和抗氧化作用[23]。但目前尚無Irisin 與腸道炎癥系統疾病的相關研究。

1 Irisin在IBD 治療中的作用及機制

1.1 Irisin在運動治療IBD 中的作用

流行病學研究顯示，體力活動與低度全身炎癥標志物之間呈負相關[24]。定期鍛煉導致C 反應蛋白(CRP)水平降低，可以預防并可能用來治療各種低度炎癥相關的慢性疾病[25]，Cucino 等發現IBD 死亡率在與勞動相關的職業中較低，在久坐的職業中較高[26]，一項斯洛伐克病例對照研究表明發病率與體力活動呈負相關[27]。適當的運動可以減輕結腸炎癥狀，降低炎癥因子表達[28]。30 d 自愿輪跑減輕了結腸炎基因的表達，并減少了腹瀉的發生，可防止結腸炎的發生[29]。6 周的體育鍛煉可降低由2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS)或葡聚糖硫酸鈉鹽(DSS)誘導的IBD 中的TNF-α 的表達，而靜坐不動的乳糜瀉患者可通過步行或瑜伽等適度運動顯著改善生活質量和壓力水平[30-33]，以上研究表明運動具有抗炎作用。其可能的機制是自愿的定期適度鍛煉時，肌肉顫抖時骨骼肌會釋放出肌因子，例如Irisin，從而減輕IBD 促炎生物標志物表達和活性[34-37]。有研究(2012)觀察到定期跑步3 周的小鼠中Irisin 濃度增加了65%。Bilski 等[38-39]在高脂飲食喂養的小鼠中發現，自愿運動的小鼠由于脂肪組織的減少，Irisin 等保護性肌因子的釋放，促炎細胞因子的抑制，從而減輕結腸損傷的嚴重程度[40]。在對健康人群進行為期10 周的監督訓練后，Irisin 增加了2 倍。在IBD 炎癥反應中，適度的強迫跑步機運動訓練可以使炎癥結腸發揮消炎作用[28，38]。

研究表明，高脂飲食(HFD)誘導的肥胖是炎癥的主要來源[41]，而自愿運動訓練減少高脂飲食導致的肥胖，防止脂肪組織中的炎癥基因的表達，并提高胰島素的敏感性[42]。在HFD 誘導的肥胖小鼠中，久坐小鼠與自愿運動小鼠相比：PPAR-γ 的表達下降，而核因子κB(NF-κB)，TNF-α，IL-1β，環氧合酶-2(COX-2)的蛋白表達升高。PPAR-γ 是轉錄因子核受體超家族中的一員，在調節脂質代謝和胰島素抵抗中發揮重要作用，是炎癥反應的關鍵調控因子，自愿運動通過升高PPAR-γ 的活性來抑制結腸炎癥[43]。HFD 介導的結腸炎癥被證明是通過NF-κB激活介導的，NF-κB 刺激多種炎癥介質的合成和釋放，這些因子反過來促進NF-κB 的激活，從而誘導腸道炎癥狀態。而PPAR-γ 的激活抑制NF-κB，從而抑制IL-1β、TNF-α 等多種促炎因子的產生[44]。

1.2 Irisin 通過調節微生物治療IBD

微生物群具有基本的結構、保護、代謝和內分泌功能，包括食物消化、病原體置換和營養合成[45-46]。胃腸道是人體免疫系統的最大組成部分和微生物定植之間相互作用的主要部位。共生微生物不僅調節和訓練這種局部免疫，也影響全身免疫。

與健康人菌群相比，IBD 患者體內的腸道菌群多樣性下降，有益菌數量(厚壁菌) 減少，病原菌及致病菌(變形桿菌和放線菌) 數量增加[47]；而持續有氧運動可以增加微生物多樣性，穩定腸易激綜合征屏障功能，降低腸易激綜合征癥狀。Allen 等[48]觀察到自愿和強制運動不同程度地改變了小鼠的腸道微生物組。

在最近的一項研究中，鍛煉增加了人體腸道微生物的多樣性，減少了炎癥標志物[49]。補充益生菌和有氧運動可以改善厚壁菌門屬的多樣性和豐度[50]。綜述相關文獻表明：鍛煉可以調節腸道微生物[51]，運動誘導的微生物變化影響宿主免疫途徑，改善能量穩態，這可能與微生物釋放某些神經內分泌和免疫調節因子、降低炎癥和氧化應激、緩解患者代謝紊亂有關。將Irisin 水平與腸道細菌進行相關性分析，發現Irisin 與腸球菌呈負相關，與乳酸桿菌呈正相關。證明Irisin 能穩定小鼠腸道菌群結構，調節益生菌及致病菌相對豐度[52]。這些運動誘發的有益影響可能部分是由于Irisin 改變腸道微生物多樣性的結果。

1.3 Irisin 通過促進脂肪白色脂肪組織棕色化治療IBD

在CD 中，肥大的腸系膜脂肪白色組織(mWAT)可能是循環促炎細胞因子增加的主要貢獻者，在疾病的發病機制和活動中發揮作用[53-54]。mWAT 中有各種類型的免疫活性細胞，其中大多數是脂肪組織巨噬細胞(ATMs)[55-56]，是脂肪組織中炎癥因子的主要來源。脂肪的積累伴隨著ATMs 數量的增加，誘導ATMs 和脂肪細胞釋放炎性細胞因子，導致炎癥的持續增強[57]。mWAT 不僅由脂肪細胞和巨噬細胞組成，還包括T 淋巴細胞，是炎癥的重要來源，釋放各種炎癥因子，如細胞因子和趨化因子[58-61]，從而使實驗性結腸炎癥發展惡化。大量研究表明：Irisin 具有促進mWAT 棕色化的作用[62-64]，調節脂肪組織介導的產熱[26]，通過誘導解耦聯蛋白-1 (UCP-1)基因表達，p38 絲裂原活化蛋白激酶(P38 MAPK)和細胞外調節蛋白激酶(ERK) 信號轉導途徑，促進脂肪組織棕色化，導致體重減輕[65-67]。

1.4 Irisin 通過抑制炎癥細胞因子表達治療IBD

LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的組成部分，作為病原體相關分子模式(PAMPs)中的一類，與toll 樣受體4(TLR4)相互作用，首先，跨膜受體TLR4 識別LPS，介導炎癥信號通路，激活下游NF-κB，導致NFκB 的磷酸化和易位，觸發炎癥級聯反應[68]，影響TNF-α 和IL-1β 等早期炎癥介質的表達，啟動炎癥細胞因子的產生[69]。其次，TLR4 通路還可以通過蛋白質復合體的相互作用，導致MYD88 依賴或MYD88 非依賴途徑的激活，并釋放促炎介質因子或Ⅰ型干擾素，從而加重炎癥[70]。有研究用LPS 激活小鼠腹腔巨噬細胞RAW264.7 后，產生炎癥因子，而在使用高濃度Irisin 預處理后，發現TLR4、MYD88蛋白水平以及NF-κB 的磷酸化被抑制，從而導致關鍵促炎因子的釋放減少，包括IL-1β，TNF-α，IL-6，角質化細胞趨化因子，單核細胞趨化因子(MCP-1)，高遷移率組蛋白(HMGB1)。這種效應與Irisin 對MAPKs 磷酸化的影響有關，其中，p-JNK 和p-ERK顯著減少，而P38 沒有顯著變化[71]。

另一方面，巨噬細胞的激活狀態通常可分為兩種表型：M1 型啟動再生過程，并產生促炎細胞因子，如TNF-α、IL-6、IFN-γ；M2 型巨噬細胞可產生抗炎細胞因子，如精氨酸酶-1(ARG-1)、轉化生長因子-β1(TGF-β1)，發揮重要抗炎作用[72]。使用Irisin 治療使M1 表型的巨噬細胞向M2 表型分化，CD206(M2 標記物)、ARG-1、TGF-β1 表達增加，CD86(M1標記物)和TNF-α 表達減少[73]。許多研究表明，AMP 依賴的蛋白激酶(AMPK)作為一種重要的免疫調節因子，參與了巨噬細胞表型的轉換[74]，而Irisin 顯著激活了AMPK-α 信號傳導，表現為AMPK-α磷酸化增加，表明irisin 通過激活AMPK 影響巨噬細胞的炎癥消退[75]。

2 小結與展望

綜上所述，運動對機體多個系統均有益處，其機制在不斷被發掘。自2012 年Irisin 被發現以來，多項研究表明Irisin 被釋放入血后，成為多效性蛋白，作用于不同的器官和組織，可作為治療肥胖、代謝性疾病以及許多慢性炎癥性疾病的潛在靶點。越來越多的證據表明，Irisin 與IBD 有關。通過運動產生Irisin，進而通過調節腸道菌群多樣性、促進脂肪白色脂肪組織棕色化、抑制炎癥細胞因子表達等途徑保護腸黏膜，從而對IBD 產生治療作用。近年來，對Irisin 的研究逐步增多，我們期待Irisin在不同疾病中發現更多的潛在的預防和治療價值。