抑瘤素M在炎癥性腸病中作用的研究進展

陶美慧 張 穎 付 妤

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一組胃腸道非特異性慢性炎性疾病，包括克羅恩病(crohn′s disease, CD)和潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis, UC)，臨床表現為反復發作的腹瀉、腹痛、便血，并可能并發腸道狹窄、膿腫、瘺管、癌變等，影響患者的生活質量。21世紀以來，包括中國在內的新興工業化國家的IBD發生率不斷升高，有研究預計2025年中國的IBD患者將達到150萬例，給國家的衛生保健系統帶來極大挑戰[1]。目前觀點認為IBD發病關鍵可能是腸黏膜屏障破壞及免疫紊亂，然而具體發病機制尚不明確。抑瘤素M(oncostatin M, OSM)屬于白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)家族成員，具有多種生物學活性。近年來研究表明OSM可參與上皮屏障功能，促進腸道炎性因子分泌和纖維化，并可以預測IBD患者對抗腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)治療的應答，與IBD發生、發展關系密切。本文將綜述OSM在IBD中的研究進展，以期進一步研究其在炎癥性腸病中的作用及具體機制。

一、抑瘤素及其受體

1986年Zarling等[2]從佛波醇12-肉豆蔻酸鹽13-乙酸酯活化的U-937淋巴瘤細胞上清液中分離純化得到OSM，并發現其可以抑制A375黑色素瘤和其他腫瘤細胞增殖。OSM屬于IL-6家族，該家族成員還包括IL-6、IL-27、IL-11、IL-31、心臟營養素-1(cardiotrophin 1, CT-1)、白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor, LIF)、睫狀神經營養因子(ciliary neurotrophic factor, CNTF)以及心肌營養蛋白樣細胞因子(cardiotrophin-like cytokine factor 1, CLCF1),其中OSM和LIF基因位點相鄰，在蛋白結構、結合受體及生物學功能等方面具有相似性[3]?；蚪MDNA分析顯示，編碼人源OSM的基因位于22號染色體q12 區。人源OSM多肽經蛋白酶裂解后，產生由196個氨基酸殘基構成的成熟分子，其中包含5個半胱氨酸殘基，形成四螺旋束二級結構，并且半胱氨酸殘基之間構成兩個二硫鍵[4]。腸道組織中，OSM主要由包括CD4+T淋巴細胞和抗原遞呈細胞在內的造血細胞表達[5]。

作為IL-6家族成員，OSM以低親和力結合家族共有受體亞基gp130的同時，必須與第二受體LIFRα或OSMRβ結合才能發揮生物學活性。其受體包括兩種類型：Ⅰ型受體為gp130/LIFRα復合物，可以結合OSM和LIF；Ⅱ型受體為gp130/OSMRβ復合物，是OSM特異性受體[3]。研究表明，在人類腸道黏膜組織中，OSMR主要表達于基質細胞，而上皮細胞、造血細胞、內皮細胞的表達較少甚至無表達。IBD患者中OSMR增多主要是由于表達OSMR的腸道基質細胞累積，而非單個基質細胞上OSMR表達量增多[5]。

二、抑瘤素的作用機制及生物學功能

OSM通過OSMR活化細胞內信號分子來發揮生物學功能。受體激活的第一步是OSM配體結合gp130受體亞基，使得gp130和OSMRβ受體亞基同源或異源二聚體化，進而相互磷酸化，活化結合于受體胞質區的Janus激酶，從而磷酸化酪氨酸殘基，最后選擇性激活下游多種信號轉導通路,包括信號轉導與轉錄激活子(signal transducers and activators of transcription, STAT)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)、磷脂酰肌醇-3-激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶(phosphatidyl-inositol 3-kinase/serine-threonine kinase, PI3K/AKT)等，啟動細胞內的信號級聯反應，調節基因表達，介導相應效應[3,4]。目前的研究表明，OSM是一種具有多效性的細胞因子，通過在不同的組織和細胞中激活相應信號轉導通路，參與免疫和炎性反應、造血、骨代謝、纖維化以及細胞增殖分化等多種生物學功能。

有研究報道在細菌性肺炎中，OSM特異性作用于肺泡上皮細胞，激活轉錄因子STAT3，誘導趨化因子CXCL5產生，募集中性粒細胞，參與固有免疫反應[6]。另有研究顯示在慢性自身免疫性蕁麻疹中，OSM-OSMR通過JAK/STAT通路介導自身免疫反應，促進IL-1、IL-6和IFN-γ等炎性因子產生[7]。此外，OSM可磷酸化MAPK信號通路，誘導肌成纖維細胞分泌金屬蛋白酶組織抑制因子-1，促進肝臟纖維化[8]?？傊琌SM具有多種生物學活性，參與機體重要的生理過程及許多疾病的發生、發展。目前越來越多研究關注OSM在自身免疫性疾病和炎性疾病中的作用。

三、抑瘤素與炎癥性腸病

近年來研究顯示，OSM與IBD關系密切。Jostins等[9]通過全基因組關聯研究和Meta分析發現，22號染色體上OSM的單核苷酸多態性(rs2412970)與IBD易感性相關。OSM在急慢性結腸炎小鼠模型的炎性結腸組織中表達顯著增加，且在血清和糞便中也發現表達上調[10,11]。此外，在IBD患者的血清和炎性腸道黏膜中OSM蛋白表達顯著高于健康對照組[12]。越來越多的研究發現，OSM在多個方面參與IBD的發生、發展，并且對選擇IBD的治療方案以及探究新的治療靶點有一定的啟示作用。

1.OSM與腸黏膜屏障：腸黏膜屏障功能破壞是IBD發生、發展的關鍵因素之一。腸黏膜屏障包括機械屏障、化學屏障、免疫屏障及生物屏障，其中機械屏障由完整的腸上皮細胞和細胞間連接構成，occludin、claudin-1、ZO-1、cadherin及連接黏附分子等緊密連接蛋白對維持屏障功能的完整性發揮重要作用。研究表明OSM對上皮屏障功能具有重要的調控作用。Pothoven 等[13]使用重組人OSM刺激呼吸道上皮細胞后，上皮跨膜電阻下降，異硫氰酸熒光素葡聚糖4(fluorescein isothiocyanate dextran 4, FITC-dextran)水平升高，緊密連接結構破壞，并在體內研究發現OSM水平與上皮滲漏標志物α2-巨球蛋白的表達呈顯著正相關，這些結果說明OSM可誘導上皮屏障功能障礙。另外，OSM可通過介導上皮-間充質細胞轉化，使上皮細胞獲得某些間充質細胞的特性，進而上皮細胞極性、細胞間緊密連接和黏附連接喪失，導致上皮屏障功能受損[14]。

遺傳關聯研究指出，IBD易感基因OSMR與腸道上皮屏障功能和修復有關[15]。細胞和動物實驗都發現OSM可以影響腸黏膜屏障功能。有研究顯示OSM以濃度依賴的方式下調Caco-2細胞緊密連接蛋白ZO-1、occludin和claudin-1的表達，誘導腸道屏障功能障礙[10]。除此之外，Li等[11]使用可以干預OSM途徑的小檗堿處理慢性結腸炎小鼠，結果顯示血清中FITC-dextran下降，ZO-1、E-cadherin和occludin等緊密連接蛋白升高，腸黏膜屏障功能改善。這些發現表明OSM通過破壞腸黏膜屏障，使腸道直接暴露于外界有害物質和病原體，最終導致不受控制的腸道炎性反應。但也有研究發現OSM通過STAT3依賴的途徑，促進腸上皮細胞增殖，并抑制其凋亡，調節腸道屏障功能紊亂[16]。

2.OSM的促炎作用：IL-6可上調促炎性細胞因子產生，并抑制T細胞凋亡，是介導慢性腸道炎癥的重要介質之一。OSM屬于IL-6家族，該家族成員的受體大多含有亞基gp130糖蛋白，因此在生物學活性上有相似作用。研究證實在腸道基質細胞中，OSM與OSMR結合后驅動下游通路，促進IL-6、細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM 1)、趨化因子等多種促炎性分子產生，增加腸道炎癥活動度，并且OSM和OSMR的表達水平與IBD患者組織病理學嚴重程度密切相關[5]。此外，Vossenkamper等[12]使用抗OSM抗體處理IBD患者腸道外植體，發現IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎性細胞因子減少。盡管部分研究表明，OSM是具有雙向調節作用的細胞因子，作用形式很大程度依賴于其細胞來源、靶細胞類型及周圍的免疫微環境。但目前在IBD中研究證據顯示OSM主要發揮促炎的作用，通過上調趨化因子、黏附分子及炎性細胞因子的表達，促進腸道炎癥，阻斷OSM對這一效應有一定的抑制作用。

3.OSM與腸道纖維化：IBD患者腸道纖維化是長期炎性反應和異常損傷修復導致過度細胞外基質(extracellular matrix, ECM)沉積的結果。OSM可以調節基質金屬蛋白酶與基質金屬蛋白酶組織抑制因子的平衡，影響ECM沉積，并且可以誘導的上皮-間充質細胞轉化，在多種器官中具有促纖維化的作用。研究顯示在特發性肺纖維化患者的肺泡灌洗液中，OSM蛋白水平顯著上調。研究者進一步通過動物實驗發現經鼻腔給予小鼠重組鼠OSM后，出現劑量依賴性的膠原沉積，提示OSM在肺纖維化形成過程中發揮重要作用[17]。另外，OSM可通過刺激肝巨噬細胞，上調轉化生長因子β1和血小板衍生生長因子B，促進肝星狀細胞Ⅰ型膠原分泌，參與肝臟纖維化形成[18]。

研究表明，OSM對腸道慢性炎癥纖維化也發揮重要作用。Haberman等[19]在兒童CD患者中發現，OSM炎癥基因與ECM/膠原炎癥基因標志緊密相關，這與將來腸道狹窄的發生有關。研究證實OSMR主要表達于腸道基質細胞，并且OSMR的表達與成纖維細胞產物Ⅰ型膠原α1鏈(collagen type 1 alpha 1 chain, COL1A1)、成纖維細胞激活蛋白-α(fibroblast activation protein-α, FAP)、平足蛋白(podoplanin, PDPN)及ICAM 1呈顯著正相關,其中COL1A1是ECM的主要成分，FAP和PDPN表達于成纖維細胞表面，ICAM 1是伴腸道狹窄的CD患者成纖維細胞上表達增高的黏附因子，提示OSMR可能參與ECM沉積、成纖維細胞激活及聚集[5]。此外，Li等[11]提出小檗堿可能通過抑制OSM通路，減少膠原沉積，下調FAP、PDPN和α平滑肌肌動蛋白的表達，從而減輕葡聚糖硫酸鈉誘導的慢性結腸炎腸道纖維化。這些證據表明OSM可促進IBD患者腸道纖維化，進而引起腸腔狹窄、腸梗阻等并發癥，但是目前具體機制研究較少，進一步研究OSM在IBD中的促纖維化作用，以期尋找治療腸道纖維化狹窄的新靶點。

4.抗TNF療效預測：目前，抗TNF是對IBD患者治療有效的一線生物制劑，但高達40%的患者對抗TNF治療耐藥，迫切需要可以預測抗TNF療效的生物學標志物，以期在治療前識別療效不佳的患者，實現個體化治療。West等[5]提出治療前腸道黏膜高水平的OSM與IBD患者對抗TNF治療應答下降密切相關，OSM可作為抗TNF療效的預測標志物，其預測患者對英夫利昔單抗不良初始應答的ROC曲線下面積達0.99，敏感度和特異性分別為100%和91.7%。中國IBD患者，OSM和OSMR在炎癥和潰瘍部位的結腸組織中高表達，且其表達水平與抗TNF 治療耐藥有關[20]。然而腸道黏膜OSM水平檢測是侵入性的檢查，在臨床運用上有所局限。另有研究發現血清OSM水平也能有效預測抗TNF療效[21,22]。Bertani等[21]通過對接受英夫利昔單抗單藥治療的CD患者進行療效預測標志物研究，發現第54周黏膜愈合患者的基線血清OSM基本為0，而黏膜不愈合患者的血清OSM水平較高，差異有統計學意義，并且當基線血清OSM水平臨界點取14pg/ml時，預測黏膜愈合的ROC曲線下面積為0.91，敏感度和特異性分別為96%和89%，與腸道黏膜OSM水平預測效果相差不大。OSM除了可以預測抗TNF治療療效，對于IBD其他生物治療也有一定的預測價值。Zhou等[23]在TURANDOT臨床試驗中發現UC患者外周血和腸道炎性組織中OSM mRNA表達、以及血清中OSM濃度與抗MAdCAM-1單克隆抗體(PF-00547659)治療療效相關，提示OSM是預測PF-00547659臨床療效的生物學標志物?？傊?，血清OSM是一種非侵入性、價廉、可靠的評價IBD生物治療療效的生物學標志物?；颊哐錙SM水平有助于評估生物制劑的選擇及優化，以利于實現個體化治療，提高治療效果和生活質量，降低醫療保健負擔。

此外，OSM可能成為IBD治療新靶點。West等[5]使用Fc標記的可溶性OSMR-gp130融合蛋白處理Hh+α-IL-10R模型小鼠，有效中和OSM，同時OSM相關的炎性因子減少，對抗TNF治療耐藥的小鼠結腸炎嚴重程度減輕。Bordon[24]提出對于抗TNF治療耐藥的IBD患者，靶向OSM-OSMR途徑可能是潛在有效的治療策略。Du等[25]探究OSM-OSMR相互作用位點和三維結構以及OSM-OSMR藥物干預位點，發現包含兩個“熱點”殘基Phe160和Tyr214的3個藥物結合靶點，為設計阻斷OSM-OSMR相互作用的小分子抑制劑提供思路，以提供更安全有效的靶向治療。因此，OSM可能是IBD新的治療靶點，但是目前的證據較少，期待進一步開展動物實驗和臨床試驗以證實其療效。

四、展 望

綜上所述，OSM作為IL-6家族中的一員，通過影響腸黏膜屏障功能，促進炎性反應和腸道纖維化，參與IBD腸道炎癥的發生、發展。此外，OSM可以作為預測IBD患者抗TNF治療療效的生物學標志物，有利于實現患者的個體化治療。但目前有關OSM在IBD中作用的研究尚不足，OSM對腸道屏障的影響存在爭議，并且對其具體分子機制的研究不夠深入，有待于進一步探討IBD中OSM的信號轉導通路及OSM與抗TNF治療相互聯系的網絡?？筄SM治療可能開拓新的生物制劑，為目前40%對抗TNF治療耐藥的患者提供新的選擇。