潰瘍性結腸炎生物標志物的研究進展

孔夢玉，劉成義，武金寶

(1.內蒙古科技大學包頭醫學院2018級碩士研究生，內蒙古 包頭 014060；2.內蒙古科技大學包頭醫學院第二附屬醫院內蒙古消化病研究所)

潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis,UC)是一種慢性特發性炎癥性疾病。在病理學上UC是一種局限于結腸黏膜和結腸黏膜下層的慢性炎癥性腸病，累及部分或全部結腸，主要表現為腹痛、腹瀉、里急后重、黏液膿血便，該病為慢性病程，病情輕重不等，有終生復發傾向。全球UC患病率為2.42～298.5/100 000，其中北美和北歐的發病率最高，且UC發病率在全球范圍內呈現上升趨勢。UC的發病機制尚未明確，目前認為由多種因素相互作用所致，包括腸上皮屏障破壞、腸道反應相關通路中的遺傳缺陷、益生菌群失調在內的環境影響及免疫等因素[1-2]。

UC治療的目標是最大程度地減少皮質類固醇的使用和手術，并以最小的不良反應達到臨床和內鏡緩解[2]。目前，UC患者長期維持治療用藥主要為以下幾類：氨基水楊酸制劑是治療UC的最常用藥物；糖皮質激素是中到重度UC患者治療的一線用藥，但其引起皮膚效應、腎上腺抑制、高血壓、糖耐量低減、感染、骨壞死、骨質疏松等不良反應，不能用于UC的長期維持治療；免疫抑制劑和生物制劑治療通常用于傳統治療無效的UC患者[3]。UC患者可以選擇多種治療方案，但常出現療效不佳或出現嚴重的不良反應，且UC患者患結、直腸癌的高風險被世界公認[4]。所以我們需要研發治療UC的新方法及發掘用來監測UC患者復發和預測臨床預后的有用生物標志物。

近幾年學術研究中發現腸道內促炎和抗炎途徑失衡是UC炎癥發展和持續的關鍵，而腸上皮屏障功能受損，加之上皮炎性介質的聚集，也是導致炎癥持續存在的重要因素。本文就近幾年來關于腸道免疫調節失衡及腸上皮屏障受損相關的一些重要生物標志物在潰瘍性結腸炎的最新研究進展進行介紹。

1 水通道蛋白4(Aquaporin4,AQP4)

水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一種跨膜通道蛋白，負責水和/或小分子溶質跨疏水細胞膜的高效、選擇性轉運。水通道蛋白也在調節細胞的體積和細胞內滲透壓中起著關鍵作用。水通道蛋白4(Aquaporin4,AQP4)作為水通道蛋白家族的重要成員，于1994年首次被發現。AQP4是大腦中主要的水選擇性膜轉運蛋白,在整個大腦和脊髓的星形膠質細胞以及腦室周圍的室管膜細胞中表達最強，參與大腦中水穩態的調節。近幾年越來越多的證據表明，AQP4表達異常可致中樞神經系統以外的外周器官組織，如骨骼肌、胃腸道、血液、腎、肺和胎盤的功能受損。AQP4在腸組織多表達于橫結腸和結腸遠端上皮細胞基底膜[5]。

AQP4通過調節腸上皮細胞的細胞內特性而參與結腸炎癥反應，腸上皮細胞組成了阻擋腔內微生物群的重要屏障。在UC中，腸道上皮通透性增加，與疾病復發風險升高相關。國外學者[6]在葡聚糖硫酸鈉法誘導小鼠結腸炎模型和炎癥性腸病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)患者中，通過逆轉錄/聚合酶鏈反應、蛋白質印跡和免疫組織化學檢測AQP4及AQP其他亞型的表達。結果顯示AQP4的表達在葡聚糖硫酸鈉(Dextran Sodium Sulfate,DSS)直接刺激暴露12～24 h后降低，并在整個治療期間保持抑制狀態，同時發現結腸液分泌的變化與AQP亞型的表達減少相關。IBD患者研究發現，中度至重度UC和結腸克羅恩病(Crohn's Disease,CD)患者的活組織檢查中，AQP7和AQP8-mRNA水平降低。因此小鼠和人的結腸損傷均與AQP表達下調有關。

2 熱休克蛋白70(Heat shock protein 70，Hsp70)

熱休克蛋白(Hsp)是一個在人類細胞中普遍表達的高度保守的蛋白質家族。熱休克蛋白的功能主要是在各種生理應激條件下(如感染、缺血等)給予細胞保護，具有強大的抗炎作用，是機體關鍵抗炎分子之一。熱休克蛋白70是一種誘導性熱休克蛋白，參與不同細胞應激反應，通過挽救重要的細胞蛋白和防止變性蛋白的聚集起到分子伴侶的作用，抑制細胞凋亡。與家族其他成員相比，Hsp70與腸黏膜的保護作用關系更密切，因此推測該種蛋白表達下調可能與UC的發生及發展有關。有學者研究證明實驗性結腸炎大鼠結腸組織中Hsp70含量較正常大鼠減少。免疫組織化學結果顯示UC患者活動期的樣本與對照組(無UC病史的患者)相比，Hsp在腸黏膜中的表達顯著減少，其差異有統計學意義，對同一患者的黏膜活檢標本進行Western blot分析定量評估，結果顯示該患者活動性炎癥組織中的Hsp70水平低于非受累黏膜區域[7]。結果表明Hsp70在腸上皮細胞表達下調，會使腸黏膜容易受到免疫和炎癥過程的影響。

3 腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)

腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是由巨噬細胞、T淋巴細胞等炎癥細胞在各種炎癥或組織損傷的刺激下產生，作為主要的細胞因子參與炎癥反應的整個過程。TNF-α是腸道上皮細胞增殖和凋亡的主要促炎因子，腸道黏膜屏障破壞及上皮炎癥激活巨噬細胞，激活的巨噬細胞產生大量TNF-α招募和激活效應性T細胞，激活的效應性T細胞繼續產生大量TNF-α，通過正反饋調節使炎癥放大[8]。

TNF-α信號轉導的關鍵組成部分之一是NF-κB的激活促進炎癥蛋白(如TNF-α等)的表達，導致炎癥和氧化應激。學者在炎癥性腸病患者的黏膜和小鼠炎癥性腸病模型中，已經檢測到NF-κB信號的持續激活。可見TNF-α通過激活經典的NF-κB通路參與UC腸道的炎癥反應[9]。

臨床證據表明針對TNF-α的單克隆抗體英夫利昔單抗(Infliximab)或阿達利單抗(Adalimumab)已被證明對中、重度UC的治療有效[10]。其他研究者[11]運用實時定量聚合酶鏈反應檢測TNF-α在DSS誘導的小鼠腸黏膜中的表達。在DSS處理下的小鼠，腸黏膜中TNF-α的表達增加，說明TNF-α與結腸炎癥有關。目前已知裂菌素(Schizophyllan，SPG)反義TNF-α可抑制TNF-α產生。對DSS模型組小鼠進行SPG-反義TNF-α灌腸給藥治療，用藥第14 d評價治療效果，結果顯示，局部應用SPG-反義TNF-α可抑制體重減輕和結腸縮短。經內窺鏡檢查，腸內水腫和糜爛在使用SPG-反義TNF-α治療后有所改善。組織學檢查顯示，使用SPG-反義TNF-α治療后，黏膜損傷和炎癥明顯改善。實驗證明抑制結腸中TNF-α等促炎細胞因子的產生，能改善腸道炎癥。因此我們可以繼續尋找某些新型TNF-α的靶向藥物用于UC炎癥緩解的治療。

4 緊密連接(Tight Junction，TJ)

上皮細胞(包括腸上皮細胞，杯狀細胞，神經內分泌細胞，Paneth細胞和M細胞)被細胞間緊密連接(tight junction，TJ)密封，起到屏障作用，形成腸上皮屏障(Intestinal epithelial barrier)。腸上皮屏障是一種選擇性屏障，在健康人體中，腸上皮屏障可以有效阻擋微生物、毒素、病原體和過敏原進入黏膜組織和血液循環，保護宿主免受腸腔內容物和微生物的侵襲，調節營養物質、離子和水在腔環境之間的運輸。反復發生的腸上皮損傷或細胞旁途徑先天缺陷，均可以使腸上皮細胞細胞旁路徑通透性增加，從而導致外源性有害大分子大量進入上皮下層，導致上皮屏障功能破壞，此過程參與了UC的發生及發展。

緊密連接結構位于上皮屏障的最頂端，是腸上皮屏障的主要物理決定因素之一。緊密連接主要由跨膜蛋白和細胞質接頭蛋白(如Zonula Occludens，ZOs)組成。在跨膜蛋白中，Occludin、Claudins(主要作用為調節細胞旁通透性)、連接粘附因子(Junctional Adhesion Molecule-A,JAM-A)(主要作用為調節上皮屏障、細胞遷移和增殖)的作用最為重要。學者[11]已證明在UC患者中，單層結腸細胞中的ZO-1缺失會延遲TJ組裝，從而破壞對大分子的屏障，加重腸道的炎癥反應。Kuo等[12]的實驗顯示Occludin可增加Caspase-3的表達，誘導細胞凋亡。在UC患者結腸組織中，Occludin表達減少會導致Caspase-3下調，從而限制上皮細胞凋亡并引起結腸炎，其體內和體外研究均表明，Occludin丟失是炎癥刺激引起的上皮緊密連接破壞、腸道通透性增加的關鍵。研究發現JAM-A基因敲除小鼠的腸道上皮屏障功能受損，表明JAM-A在調節腸道通透性方面的重要性。ZOs是一種與緊密連接細胞質表面相關的蛋白，具有多結構域的支架蛋白，作用于緊密連接、細胞質和細胞核。緊密連接功能的完整對于建立腸上皮屏障起到至關重要的作用。

5 展望與小結

潰瘍性結腸炎的發病機制尚不明確，但腸道促炎和抗炎途徑失衡、腸上皮屏障受損被認為是UC發生發展的關鍵。大量實驗研究表明AQP4與細胞膜的水通透性、HSP70、TNF-α和COX-2等細胞因子，TJ與腸上皮屏障這些因素的異常貫穿UC始終。這些有關腸道免疫調節失衡及腸上皮屏障受損機制方面的實驗研究，旨在發掘潛在的生物標志物及更具針對性的新治療方法，優化潰瘍性結腸炎患者的管理。雖然目前取得眾多進展，但有許多問題仍需要進一步探索。但我相信越來越多的研究者會投入到對抗UC的戰役中來，而UC發病機制的神秘面紗也會被逐漸揭開。