腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子在炎癥性腸病中的作用

許瑞雪 李瓊羽 連海峰

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，濱州 256600

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一種慢性非特異性炎癥性疾病，臨床分型包括潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Crohn’s disease，CD）。流行病學(xué)調(diào)查研究顯示，21世紀(jì)亞洲IBD總發(fā)病率和流行率呈上升趨勢，但仍低于西方國家［1］。目前中國缺少IBD系統(tǒng)性流行病學(xué)研究，但據(jù)一項研究估計，到2025年，中國的IBD患者將達到150萬人［2］。然而，我國各地區(qū)的IBD發(fā)病率存在明顯差異，Ng等［3］在對中國9個城市和地區(qū)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在人口密集的城市IBD發(fā)病率明顯升高；IBD發(fā)病率與區(qū)域國內(nèi)生產(chǎn)總值呈正相關(guān)；IBD發(fā)病率南方高于北方。IBD病程遷延反復(fù)，臨床上常用氨基水楊酸、激素、硫唑嘌呤、環(huán)孢素、生物制劑等藥物，目前仍無法根治，對患者的身心健康造成了嚴重傷害，常引起患者生活質(zhì)量下降，甚至引起患者產(chǎn)生焦慮、抑郁等。因此，從IBD的發(fā)病機制方面深入研究，對于IBD防治有著重要意義。

IBD的病因尚不明確，但有研究表明，個體的遺傳易感性、外部環(huán)境、腸道微生物因素和免疫反應(yīng)均參與了IBD的發(fā)病過程［4］。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）是神經(jīng)營養(yǎng)因子（neurotrophin，NT）家族成員之一，參與多種腸道疾病的病理生理過程，在IBD炎癥腸道組織中表達明顯升高［5］。BDNF可通過特定信號通路參與腸道超敏反應(yīng)及腸道動力等方面，深入研究BDNF信號通路和IBD的關(guān)系，為更好地認識BDNF在IBD中的作用及可能為其治療提供新的思路。

BDNF起源及在腸道中的表達

BDNF是一種神經(jīng)蛋白生長因子，廣泛表達于神經(jīng)系統(tǒng)，在神經(jīng)元的存活和分化中起著重要作用［6］。BDNF最初是以前體-BDNF（pro-BDNF）形式合成的，由129個氨基酸組成的前結(jié)構(gòu)域和118個氨基酸組成的成熟結(jié)構(gòu)域組成。成熟結(jié)構(gòu)域形成半胱氨酸結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致成熟結(jié)構(gòu)域非共價二聚化［7］。當(dāng)前結(jié)構(gòu)域從完整的pro-BDNF中分裂時，通過保守的RVRR序列前轉(zhuǎn)化酶的作用，二聚體從成熟結(jié)構(gòu)域被釋放，被稱為成熟BDNF，簡稱BDNF［8］。BDNF在人腦發(fā)育和神經(jīng)發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用，并影響細胞增殖和血管生成。它不僅參與胎兒神經(jīng)元的遷移和分化、成年神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)可塑性，還調(diào)節(jié)能量代謝、攝食行為，參與學(xué)習(xí)和記憶［9］。

Lommatzsch等［10］通過原位雜交檢測了腸道BDNF的來源，發(fā)現(xiàn)腸上皮、環(huán)形肌和肌間神經(jīng)叢的神經(jīng)元均有大量BDNF mRNA表達，但腸上皮細胞并不表達TrkB和P75NTR受體。Konturek等［11］通過酶聯(lián)免疫檢測法（ELISA）和蛋白質(zhì)印跡法（Western Blot）發(fā)現(xiàn)腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）患者腸黏膜BDNF表達水平明顯高于正常對照。Al-Qudah等［12］以飲用水中加右旋糖苷硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）誘導(dǎo)建立結(jié)腸炎大鼠模型，并采用ELISA法檢測結(jié)腸平滑肌細胞中BDNF的表達，結(jié)果顯示DSS誘導(dǎo)炎癥后大鼠結(jié)腸平滑肌細胞中BDNF表達增加。Al Qudah等［13］通過ELISA法發(fā)現(xiàn)在IBD期間升高的促炎細胞因子以Ca2+的方式直接刺激BDNF的表達和分泌。總之，BDNF在腸道黏膜上皮和腸肌層中高表達，且在炎性狀態(tài)較正常表達明顯升高，提示BDNF很可能參與腸道的炎性反應(yīng)。

BDNF與IBD內(nèi)臟超敏反應(yīng)

內(nèi)臟超敏反應(yīng)主要表現(xiàn)為引起內(nèi)臟疼痛或不適的閾值降低，內(nèi)臟組織對生理性刺激及傷害性刺激的敏感性及反應(yīng)性增強［14］。IBD臨床表現(xiàn)為腹痛、腹瀉等癥狀。大鼠背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglia，DRG）是內(nèi)臟感覺傳導(dǎo)的第一級神經(jīng)元，BDNF可通過TrkB-PI3K∕Akt信號通路調(diào)節(jié)DRG中感覺神經(jīng)元的表達，當(dāng)BDNF表達升高時，則出現(xiàn)內(nèi)臟敏超敏反應(yīng)和慢性疼痛［15］。Delafoy等［16］在大鼠遠端結(jié)腸內(nèi)注射三硝基苯磺酸（trinitro benzene sulfonic，TNBS）建立結(jié)腸炎模型，并通過腹腔注射BDNF、BDNF抗體檢測BDNF在大鼠內(nèi)臟超敏反應(yīng)中的作用，發(fā)現(xiàn)BDNF誘導(dǎo)了內(nèi)臟超敏反應(yīng)，且注射BDNF抗體后內(nèi)臟超敏反應(yīng)降低，提示BDNF參與了內(nèi)臟超敏反應(yīng)。Yang等［17］建立TNBS誘導(dǎo)的BDNF+∕-小鼠和BDNF+∕+小 鼠結(jié) 腸炎模型，發(fā)現(xiàn)兩種基因型小鼠DRG的BDNF表達水平均升高，但BDNF+∕-小 鼠BDNF的上調(diào)水平明顯低于BDNF+∕+小鼠；當(dāng)結(jié)腸擴張的 壓力≥30 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）時，BDNF+∕-小鼠結(jié)腸的內(nèi)臟超敏反應(yīng)明顯低于BDNF+∕+小鼠。Matayoshi等［18］的研究顯示，向大鼠腹腔內(nèi)注射抗BDNF抗體可顯著降低炎癥誘導(dǎo)的痛覺過敏。有文獻提示，大鼠∕小鼠誘導(dǎo)結(jié)腸炎后局部可釋放炎性介質(zhì)如P物質(zhì)、緩激肽、前列腺素E2、降鈣素基因相關(guān)肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）等。分布于消化道壁的初級傳入纖維末梢受到這些炎性介質(zhì)的刺激活化，將感覺信號放大傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)。BDNF可能與上述炎性介質(zhì)共同協(xié)作參與炎性內(nèi)臟高敏感的調(diào)控，在IBD腹痛中起作用［19］。

BDNF與IBD腸道動力

從病理生理角度分析，引起IBD慢性腹瀉的病因有腸黏膜炎癥導(dǎo)致的滲出性腹瀉，同時亦有腸道分泌增加、通透性改變及運動障礙等4種機制的綜合作用［20］。先前有文獻報道，BDNF可以通過改變腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system，ENS）神經(jīng)纖維密度和超微結(jié)構(gòu)，以及通過激活TrkB-PLC∕IP3通路而導(dǎo)致平滑肌的繼發(fā)性變性來推進腸道運動［21］。還有研究發(fā)現(xiàn)BDNF可以通過促進5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）和CGRP的釋放而增強結(jié)腸蠕動反射［22］。

IBD緩解期會出現(xiàn)類似于IBS相關(guān)腹瀉、腹痛癥狀，稱IBD-IBS，表明IBD與IBS可能共享相同的風(fēng)險因素。樊菡等［23］建立IBS模型，發(fā)現(xiàn)IBS組血清BDNF水平顯著增高，且腸道肌層BDNF高親和力受體TrkB表達上調(diào)，提示BDNF可通過作用于TrkB受體在IBS大鼠結(jié)腸動力紊亂中發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。賴華梅等［24］建立乳鼠結(jié)腸擴張模型，通過活性炭懸液灌胃法檢測全胃腸和小腸傳輸功能，發(fā)現(xiàn)成年期模型大鼠腹腔注射BDNF抗體后腸道動力減慢。這提示新生期應(yīng)激大鼠成年后BDNF表達異常增高與慢性腸道動力增強密切相關(guān)，BDNF在增強腸道動力方面起一定作用。已有文獻提示，在IBD期間BDNF表達升高［12］，而BNDF可以增強腸道動力［21］。我們推測BDNF可以促進IBD腸道動力，研究BDNF∕TrkB-PI3K∕Akt通路致內(nèi)臟超敏反應(yīng)的機制可以解釋臨床上IBD患者出現(xiàn)腹瀉的原因。

BDNF與IBD腸道屏障

完整的腸上皮屏障在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和防止過度免疫反應(yīng)發(fā)生慢性腸炎中發(fā)揮著重要作用［25］。腸上皮屏障通透性的改變在結(jié)腸炎的發(fā)病及進展中起著重要作用［26］。緊密連接（tight junction，TJ）是調(diào)節(jié)腸上皮屏障的一種細胞間連接復(fù)合體［27］，通過促進細胞與細胞的接觸而起到物理屏障的作用。TJ蛋白的損傷可以導(dǎo)致跨上皮阻力下降和腸屏障通透性增加，從而導(dǎo)致黏膜免疫激活和腸道紊亂［28］。Yu等［29］以TNBS誘導(dǎo)IBD-IBS小鼠模型，發(fā)現(xiàn)小鼠腸道黏膜中BDNF蛋白表達顯著增加，閉合蛋白（occludin）、閉鎖小帶蛋白-1（zonula occludens，ZO-1）和密封蛋白-1（claudin-1）等TJ蛋白的表達顯著下調(diào)，密封蛋白-2（claudin-2）的表達顯著上調(diào)。此外，還利用腸上皮細胞（HT-29細胞）證明了BDNF對腸上皮屏障的調(diào)節(jié)與TJ蛋白表達的改變有關(guān)。然而，BDNF誘導(dǎo)TJ蛋白表達上調(diào)的確切機制尚未被探討，有待于未來進一步研究。腸膠質(zhì)細胞（enteric glial cell，EGC）不僅是對腸神經(jīng)元起支持作用的細胞，而且是參與調(diào)節(jié)腸道屏障的重要細胞［30］。Bassotti等［31］通過免疫組織化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)UC患者病變結(jié)腸和CD患者病變回腸的黏膜下和肌間神經(jīng)叢EGC凋亡明顯增加。Li等［32］在DSS誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎中，發(fā)現(xiàn)EGC數(shù)量顯著減少。黃連素可以通過抑制EGC的凋亡，抑制BDNF激活的EGC中P物質(zhì)的表達，及增加膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glia-derived neurotrophic factor，GDNF）的表達來維持腸道屏障功能。Martin等［33］建立EGC原代培養(yǎng)體系進行培養(yǎng)，將EGC與BDNF或BDNF抗體共同孵育后，檢測EGC凋亡率，發(fā)現(xiàn)BDNF在一定程度上抑制EGC的凋亡，BDNF抗體可顯著增加EGC的凋亡，提示BDNF對EGC有保護作用。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)為BDNF在調(diào)節(jié)腸道屏障動態(tài)平衡中的作用提供了機制支持。

BDNF與IBD情緒障礙

流行病學(xué)調(diào)查顯示IBD患者存在廣泛的焦慮與抑郁情緒障礙；長期處于情緒障礙中，不但會加重患者的病情，降低患者的生活質(zhì)量，同時還會增加IBD復(fù)發(fā)的風(fēng)險［34-36］。有研究表明BDNF及其受體TrkB與結(jié)腸炎患者情緒障礙有關(guān)［37］。Nakagawasai等［38］在DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中，通過Western Blot檢測海馬區(qū)磷酸化-磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）、BDNF的表達，并使用懸尾試驗和強迫游泳試驗來證實黃體生成素是否可以預(yù)防IBD樣癥狀和抑郁樣行為，發(fā)現(xiàn)小鼠在給予黃體生成素后，海馬區(qū)AMPK和BDNF的表達增強，提示黃體生成素可能通過AMPK∕BDNF信號通路促進海馬區(qū)神經(jīng)再生，從而發(fā)揮抗抑郁作用。Han等［39］建立小鼠結(jié)腸炎模型，發(fā)現(xiàn)小鼠口服魯氏乳桿菌（lactobacillus reuteri，NK33）、青春型雙歧桿 菌（bifidobacterium adolescentis，NK98）及其混合物可增加海馬區(qū)BDNF+∕NeuN+細胞數(shù)量，抑制NF-κB的作用，來緩解小鼠結(jié)腸炎和抑郁行為。

Xia等［40］研究發(fā)現(xiàn)，芝麻酚可抑制DSS干預(yù)誘導(dǎo)的海馬區(qū)BDNF的下降，并介導(dǎo)BDNF∕TrkB∕CREB信號通路，參與結(jié)腸炎抑郁和焦慮的發(fā)病機制。Jang等［41］研究發(fā)現(xiàn)，IBD伴抑郁患者的糞便微生物群移植會導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生腸道滲漏的結(jié)腸炎，并加速糞便內(nèi)脂多糖進入血液的吸收，抑制腦內(nèi)NF-κB介導(dǎo)的BDNF的表達，從而通過調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥而導(dǎo)致焦慮∕抑郁的發(fā)生。上述研究表明BDNF在調(diào)節(jié)情緒障礙中發(fā)揮著重要作用，BDNF信號通路可能成為未來治療IBD情緒障礙的靶點。

BDNF與IBD患者心臟功能

IBD是一種慢性、復(fù)發(fā)性腸道炎癥性疾病，但也有超過半數(shù)的IBD患者可以出現(xiàn)心臟、關(guān)節(jié)、皮膚、骨骼、眼睛、腎臟、肝臟等腸外癥狀。越來越多的數(shù)據(jù)表明，IBD與心力衰竭和心肌梗死患者住院風(fēng)險增加有關(guān)［42-43］。還有研究表明，確診1年以上的IBD患者冠心病發(fā)病率明顯高于未患IBD者［44］。有文獻提示，BDNF的合成和功能的改變與心力衰竭、心律失常和心肌梗死的發(fā)病有關(guān)［45］。BDNF在IBD心臟功能改變中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，Tang等［5］在DSS誘導(dǎo)的大鼠慢性結(jié)腸炎模型中研究發(fā)現(xiàn)慢性結(jié)腸炎是通過IL-1β→miR-155→BDNF信號軸損害心臟功能。這提示BDNF是導(dǎo)致IBD出現(xiàn)心力衰竭的重要環(huán)節(jié)之一，阻斷BDNF信號可能會防止心力衰竭，使IBD患者受益。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，慢性結(jié)腸炎中腸道過度表達的miR-29b外泌體可以破壞BDNF信號通路，最終導(dǎo)致心臟功能障礙［46］。總之，BDNF與結(jié)腸炎心血管疾病發(fā)生有關(guān)，干預(yù)BDNF信號通路可能為IBD患者在預(yù)防和治療方面提供思路。

綜上所述，雖然目前有關(guān)于BDNF在IBD發(fā)病機制中所起作用的研究還處于起步階段，但從腸神經(jīng)系統(tǒng)方面，以不同于以往的另一角度來探討炎癥性腸病的發(fā)病本質(zhì)，從而提示BDNF有可能參與了IBD發(fā)病的環(huán)節(jié)，始發(fā)或加重、持續(xù)腸道炎癥，將有可能為臨床上IBD的治療提供新的方向和策略。