小腸潘氏細胞的功能特性及與畜禽腸道疾病的關系研究

薛才斌，謝 偉，胡利琴，彭艷憐，周可磊，王 鋼，沈雪梅*

（1.四川省樂山市農業農村局，四川 樂山 614000；2.四川省夾江縣農業農村局，四川 夾江 614100；3.四川省涼山州動物疫病預防控制中心，四川 西昌 615000；4.樂山師范學院，川南地方品種雞產業化四川省高等學校工程研究中心，四川 樂山 614000）

潘氏細胞（Paneth cell）最早由Schwalbe 在1872年發現，是組成腸道上皮的重要細胞類型之一，隨著一些抗菌肽和模式識別受體的發現，潘氏細胞的免疫功能越來越受到廣泛關注［1］。現有的研究表明，潘氏細胞不僅直接參與清除病原體，還參與調節正常腸道共生微生物群［2］。本文就小腸潘氏細胞的分泌功能及其在維持腸道穩態中的作用進行綜述，旨在為畜禽健康養殖提供新思路。

1 潘氏細胞概述

各種畜禽腸道結構基本相似，腸黏膜上皮向腸腔突起形成腸絨毛，上皮向固有層凹陷形成腸隱窩（又名小腸腺）。其中，腸絨毛主要包含吸收細胞和杯狀細胞，分別行使消化吸收和黏液分泌的功能，而干細胞和潘氏細胞位于腸隱窩基底部［3］。腸道長時間暴露于食糜、消化液、共生微生物群和毒素等復雜環境中，需要腸上皮形成強大的物理和免疫屏障，以抵御腸腔內物質對機體的感染和毒害作用。潘氏細胞具有調節腸道菌群，保護干細胞微環境穩態，維持腸上皮免疫機能等功能［4］。

潘氏細胞是高度特化的分泌型上皮細胞，主要特征是細胞內廣泛存在內質網、高爾基體和頂部粗大的嗜酸性分泌顆粒。這種分泌型結構保證了潘氏細胞具有強大的分泌功能，能夠分泌α-防御素和溶菌酶等一系列天然抗菌肽類。這些嗜酸性分泌顆粒可被伊紅或Lendrum氏熒光桃紅-酒石黃染成紅色。在光鏡下，可見染色后的潘氏細胞與干細胞相間排布于隱窩基底部，每個腸隱窩基底部可見3～6 個潘氏細胞。在電鏡下，潘氏細胞呈頂部尖、基部寬的錐體形，細胞頂部散布存在大量分泌顆粒，細胞核位于細胞底部，核周圍有豐富的粗面內質網和高爾基體［5］。

2 潘氏細胞的功能

2.1 殺菌功能 潘氏細胞的分泌顆粒中含有大量生物活性分子，包括α-防御素、溶菌酶、ⅡA型分泌型磷脂酶A2（ⅡAsPLA2）、血管生成素、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等［6］。α-防御素由潘氏細胞合成后，暫時儲存于分泌顆粒內，在受到腸腔內信號刺激時通過脫顆粒方式持續分泌入腸腔［7］。α-防御素的抑菌作用具有選擇性，對腸道中的致病菌殺滅能力較強，而對共生菌影響較小，在調節體內腸道微生物群的組成和體內平衡中發揮著重要作用［8］。

α-防御素是針對革蘭氏陽性和陰性細菌、某些真菌、螺旋體、原生動物和包膜病毒的殺菌劑。防御素可以通過螯合脂質分子和抑制細菌細胞壁生物合成來殺死細菌，還可以通過肽誘導鉀離子從細菌細胞中流出來促進膜破裂和細菌死亡［9］。已有的研究指出不同動物中α-防御素略有不同。恒河猴的腸道中發現有6 種α-防御素，分別為RED-1～RED-6。小鼠小腸中的α-防御素又稱為隱窩素（Cryptdins），目前發現小鼠隱窩素種類多達19種，其中Cryptdin-1～-6的含量最高，Cryptdin-3 和-4 的含量最少［10］?，F有研究指出，這些動物中分泌量較大的防御素種類具有較強的殺菌功能，而那些較少的防御素種類可能在腸腔內作為信號分子調節免疫反應或對病毒、真菌等發揮抑制作用。

2.2 免疫調節活性 潘氏細胞是腸道非特異性免疫的重要組成單元，在機體天然免疫中具有重要作用。小腸隱窩基底部分布有腸道干細胞，潘氏細胞分泌的抗菌物質可以在隱窩基底部維持較高的抑菌濃度，從而保障干細胞免受腸腔中入侵微生物的影響。最新研究指出，潘氏細胞分泌的表皮生長因子、轉化生長因子α和Wnt3信號因子可以顯著維持腸道干細胞的生態位，保證腸細胞的譜系起源。在生態位中，潘氏細胞產生生長因子和Wnt 信號分子，導致Wnt 信號被遞送到腸干細胞并誘導特定上皮細胞譜系的分化［11］。因此，潘氏細胞在先天性腸道免疫和小腸上皮細胞的再生和分化中都起作用。

成熟的潘氏細胞可由NOD2 和TLR9 受體介導，接收隱窩腔中膽堿能和細菌因子信號。信號通過MyD88蛋白傳遞，直接傳感和分泌抗菌分泌物，以限制微生物粘附和侵襲。除細菌衍生物外，潘氏細胞還可以接收自身細胞因子的刺激。例如淋巴細胞衍生的白細胞介素可以觸發潘氏細胞分泌抗菌肽及血管生成素4［12］。單核細胞也可以通過Wnt 因子誘導潘氏細胞防御素的分泌，干擾素信號也可通過潘氏細胞影響微生物生態學。潘氏細胞還是白介素IL-17 以及腫瘤壞死因子TNF 的主要來源，TNF 進一步影響下游的炎癥反應［13］。研究表明，小鼠小腸潘氏細胞的Cryptdins-7～Cryptdins-19 的合成量很少，且不具有殺菌活性，但是這些隱窩素可以在腸腔內發揮信號分子的功能招募樹突細胞和淋巴細胞，使這些免疫細胞向炎癥區域聚集，產生初級免疫反應。

3 潘氏細胞與畜禽腸道疾病的關系

3.1 潘氏細胞與炎癥性腸病 隨著微生物宏基因組測序技術的發展，確定與腸道微生物群失調相關的疾病數量不斷增加，包括II 型糖尿病，代謝綜合征、動脈粥樣硬化、非酒精性脂肪性肝炎、自閉癥、肝硬化、肝癌、炎癥性腸?。↖BD）等。其中，IBD 是一類累及腸道的慢性非特異性炎癥疾病的統稱，主要臨床癥狀表現為腹痛、嘔吐、腹瀉、血便或全身敗血性癥狀。目前的研究普遍認為IBD 與三個因素有關：潘氏細胞的α-防御素、腸道微生物群和飲食因素。潘氏細胞α-防御素與炎癥性腸病相關的證據之一是IBD常伴隨潘氏細胞功能異常，IBD 患者經常因細菌過度生長或生態失調而發生腸道局部感染或全身感染［14］。

回腸克羅恩?。–D）是炎癥性腸病中的重要疾病，影響整個消化道尤其是小腸內平衡狀態，并引起透壁性腸炎、縱向潰瘍和腸狹窄。目前CD 發病機制尚不明確，但已經揭示出許多克羅恩病的易感基因，如自噬相關基因和ER 應激反應因子，均在潘氏細胞中表達。例如CD 的標志易感基因NOD2的遺傳缺陷會顯著影響潘氏細胞的功能，并促進IBD發生［15］。在自噬基因Atg16L1遺傳缺陷的小鼠中，潘氏細胞表現出形態學異常并且存在分泌缺陷［16］。潘氏細胞在畜禽炎癥性腸病中的研究報道較少，但我們可以從人類及模式實驗動物的研究結果中洞悉潘氏細胞及其抗菌肽對IBD 的重要作用，為生產實踐中畜禽腸道疾病的預防提供新思路。

3.2 潘氏細胞與消化道功能障礙 研究表明，腸腔內環境穩態及微生物區系對飼料轉化率具有重要影響，微生物區系的組成及種類配比的變化會對畜禽飼料轉化率帶來不同的影響效果，而腸道微生物區系的組成與種類配比受到腸道潘氏細胞的調節［17］。潘氏細胞分泌的抗菌肽類不僅直接參與清除病原體，還參與建立正常腸道微生物共生區系，維持腸道穩態。研究表明，在小鼠移植物抗宿主病模型中，潘氏細胞減少，導致α-防御素的表達和分泌明顯減少，腸道微生物群的多樣性喪失，大腸桿菌發生壓倒性的擴張，小鼠死于大腸桿菌敗血癥［18］。此外，在人類腸道微生物區系的研究中發現，與健康受試者相比，肥胖受試者的防御素水平降低［19］。最新的研究中，潘氏細胞溶菌酶缺陷以及過表達等小鼠模型，也揭示了潘氏細胞溶菌酶作為腸腔內溶菌酶的主要來源，通過調節腸道菌群尤其是嗜黏液菌種組成進而調控腸道黏膜炎癥免疫。從這些研究進展中，我們可以看出潘氏細胞在維持腸道正常微生物區系的穩態中具有重要作用，潘氏細胞功能障礙導致的α-防御素分泌異?；蛉壗Y構的破壞，均會引起腸道微生態失調，進而影響腸道消化吸收功能。

4 結論與展望

畜禽腸道是機體消化吸收的主要場所，也是重要的免疫屏障，多種外源或內源的因素均會損害腸道正常微生物區系和滲透功能，嚴重的誘發腸道炎癥，最終影響畜禽生長性能。潘氏細胞是腸道天然屏障的重要組成部分，可以分泌一系列抗菌物質。這些抗菌肽具有廣譜高效的抗菌活性，能夠調節腸道共生微生物區系，維持腸道內環境穩態。近年來，關于潘氏細胞在人類腸道疾病中的研究不斷增多，潘氏細胞的生物學、抗菌肽的功能、腸黏膜免疫和宿主-微生物互作等方面的研究為人類戰勝多種疾病提供了新思路?；谶@些研究理論，未來我們可以圍繞潘氏細胞的功能進行新型抗病畜禽的選種選育，也可以針對潘氏細胞防御素進行畜禽抗生素替代品的開發研究。