克罗恩病肠壁纤维化机制的研究进展

伏桂香　陈尼维

200233　上海交通大学附属第六人民医院消化内科



·综述·

克罗恩病肠壁纤维化机制的研究进展

伏桂香陈尼维

200233上海交通大学附属第六人民医院消化内科

摘要：克罗恩病(CD)的肠道炎性反应可累及肠壁全层，病变肠壁的纤维化更易发生肠腔狭窄，甚至肠梗阻及肠瘘，其发生机制尚未完全明确。近年来国内外的研究显示，CD肠壁纤维化的发生可能与细胞外基质(ECM)的降解失衡、细胞及其产生的细胞因子、敏感基因、氧化应激、肠道菌群等因素有关。此文就近年来CD肠壁纤维化机制的研究进展作一综述。

关键词：克罗恩病；肠壁纤维化；细胞外基质；细胞因子；基因；氧化应激；肠道菌群

炎症性肠病(IBD)是一种慢性非特异性肠道炎性疾病，具有长期、慢性、易反复的特点。IBD包括两种类型，即克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。肠壁纤维化是IBD的常见并发症，CD的肠道炎性反应可累及肠壁全层，更易发生肠腔狭窄，甚至肠梗阻及肠瘘，需手术治疗的患者高达1/3，因此对CD肠壁纤维化发生机制的研究具有重要的临床意义。

1细胞外基质与肠壁纤维化

近年来研究发现细胞外基质(ECM)过度沉积是肠壁纤维化和狭窄的必要条件，纤维化肠段的胶原蛋白含量明显高于对照组，同时ⅩⅥ型胶原蛋白表达水平与肠道炎性反应的严重程度呈正相关[1-2]。大量研究证实IBD的肠壁纤维化主要是由于ECM的沉积和降解失衡，参与其降解的是一种肽链内切酶——基质金属蛋白酶(MMP)，此酶的活性受到基质金属蛋白酶抑制剂(TIMP)的调控，许多细胞因子通过影响MMP和TIMP的表达来调控ECM的降解。Di Sabatino等[1]对CD患者狭窄与非狭窄肠段进行对比分析，发现狭窄组中TIMP-1含量显著高于非狭窄组，MMP-3、MMP-12含量显著低于非狭窄组，肌成纤维细胞体外培养显示转化生长因子-β(TGF-β)阻滞剂可促进MMP-12合成。ECM过度沉积是肠壁纤维化的主要表现，但导致ECM沉积的原因仍有待研究。

2细胞与肠壁纤维化

2.1纤维细胞

纤维细胞在肠壁纤维化过程中起关键作用，其主要作用是产生ECM的主要成分即胶原蛋白，其有3种亚型，即成纤维细胞、平滑肌细胞和肌成纤维细胞。纤维细胞有多种来源，可以来自循环纤维细胞，也可以由骨髓干细胞、周皮细胞、上皮细胞、内皮细胞转化而来。骨髓和间充质源性的纤维细胞共表达造血细胞标志物CD14和间质细胞标志物CD34，不仅可以合成Ⅰ型胶原蛋白，而且在体内外研究中具有分化为成纤维细胞的能力。

2.2上皮细胞

上皮细胞也参与了组织的纤维化过程，主要通过上皮细胞-间质细胞转化(EMT)实现。所谓EMT，就是上皮细胞失去其特异性标志物，转变成细长的具有纤维细胞标志物的间质细胞，这些标志物包括成纤维细胞特异性蛋白-1(FSP-1)、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)和波形蛋白，同时具有分泌胶原蛋白的能力。炎性反应同样可以诱导内皮细胞通过内皮-间质的转化(EndoMT)，参与组织器官的纤维化过程[2]。

2.3星状细胞

星状细胞可以参与肝脏、胰腺、肾脏、肠道等多个脏器的纤维化过程，早期研究发现星状细胞可以携带已知的参与人类天然免疫应答的Toll样受体(TLR)，被TLR4的配体激活，TLR4的配体也可以通过下调TGF-β1诱导型受体BAMBI来增强星状细胞对TGF-β1的敏感性。Rieder等[3]的研究发现，来自IBD肠黏膜的星状细胞与正常肠黏膜的星状细胞相比，前者增殖更快，分化为肌成纤维细胞更快，能够更早、更多地产生胶原蛋白。

2.4其他细胞

来自UC和CD活动性病变的肠黏膜中，脂肪组织中的巨噬细胞和T细胞释放白细胞介素-6(IL-6)、IL-4、IL-13显著增多，IL-4、IL-13通过增加诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和精氨酸酶-Ⅰ(Arg-Ⅰ)的表达来促进胶原蛋白形成[4]。

3细胞因子与肠壁纤维化

3.1IL

IL-10具有多种生理功能，既参与机体免疫反应，又在炎性反应中发挥重要的作用。IL-10可以抑制炎性介质的产生，下调与活化T细胞有关的分子的表达。Yuan等[5]对野生型、IL-10基因敲除型以及用IL-10治疗的IL-10基因敲除型3组CD鼠模型进行对照实验，发现IL-10基因敲除组与野生组相比，组织病理学评分增加，而用IL-10治疗的IL-10基因敲除组则介于两者之间，两两之间差异均有统计学意义，证明IL-10具有抑制炎性反应和肠壁纤维化的作用。抗增殖蛋白能抑制氧化应激和线粒体的功能紊乱，应用IL-10后，肠黏膜抗增殖蛋白的表达明显升高，IL-10可能通过促进抗增殖蛋白的表达来发挥抗纤维化作用。

近年来IL-13在过敏反应及其他炎性反应中的作用被逐渐认可。Bailey等[6]通过对纤维化的CD(fCD)、非纤维化的CD、UC和结直肠癌的肠黏膜比较，发现fCD组肠壁肌层的纤维细胞表达IL-13和IL-13受体α1(IL-13Rα1)明显升高，使信号转导和转录激活因子6(STAT6)磷酸化，下调MMP-2、MMP-1、MMP-9的合成，ECM降解下降，导致过多的胶原蛋白沉积。然而，Biancheri等[7]对CD狭窄肠段黏膜固有层单核细胞进行体外培养，发现只产生了少量IL-13，但IL-1β和胶原蛋白产生明显增多。今后仍需进一步研究以明确IL-13与IBD肠壁纤维化的关系。

近年来的研究也提示，IL-8、IL-12、IL-17A、IL-21、IL-23等在CD患者狭窄肠段的表达显著高于对照组，但具体作用机制尚未完全明确。

3.2胰岛素样生长因子

胰岛素样生长因子(IGF-Ⅰ)基因+/-鼠的IGF-Ⅰ表达下降70%，三硝基苯磺酸(TNBS)诱导结肠炎的模型中，IGF-Ⅰ+/-组的IGF-Ⅰ、胰岛素样生长因子结合蛋白-3(IGFBP-3)、IGFBP-5及Ⅰ型胶原蛋白α1链(COL1A1)表达显著低于对照组，而TGF-β1无显著差异，证明了IGF-Ⅰ的促纤维化作用[8]。CD患者狭窄与非狭窄肠段的平滑肌细胞培养发现，内源性IGFBP-3表达显著上调，通过TGF-βRⅡ/Ⅰ途径或Smad2/3途径导致COL1A1过度表达[1]。但对CD和UC患者的血清及肠黏膜IGF-Ⅰ进行检测，结果显示IGF-Ⅰ与IBD的分型、活动度、病变部位的相关性较小[9]。

3.3TGF-β

TGF-β有3种亚型TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，TGF-β1是纤维化的主要参与者，TGF-β2较小程度地参与了皮肤、肺和肝脏的病理性纤维化过程，TGF-β3可能具有抗纤维化的作用。多项研究表明TGF-β参与了类风湿性关节炎、糖尿病肾病等多种疾病的组织纤维化过程。有研究发现，在狭窄肠段中TGF-β和TIMP-1的水平显著高于对照组，而Smad7、MMP-12、MMP-3则低于对照组，肌成纤维细胞培养的结果同上，胶原蛋白合成增加，加入TGF-β阻滞剂可增加MMP-12的产生及转运[3]。目前研究表明，TGF-β既有促纤维化作用，又有抗炎作用，在肠黏膜中可以抑制病理性炎性反应，这种双重作用使得抗TGF-β制剂抑制组织纤维化的同时，又有导致炎性反应加重的风险。

3.4肿瘤坏死因子样配体1A

肿瘤坏死因子样配体1A(TL1A)是肿瘤坏死因子(TNF)超家族的一员，小鼠研究发现TL1A在淋巴细胞或骨髓细胞的表达可使肠道T淋巴细胞表达趋化因子受体CCR9、CCR10增加，Foxp3+调节性T细胞(Treg)增加，提高Th1细胞因子的活性，其持续表达可促进黏膜炎性反应和肠壁纤维化的发生[10]。Barrett等[11]在TL1A转基因鼠的结肠炎模型中证实，TL1A持续表达可影响黏膜炎性反应的范围和严重程度，诱导纤维性狭窄的发生。Shih等[12]研究发现，在硫酸葡聚糖诱导的慢性结肠炎动物模型中，TL1A抗体的干预可下调ECM沉积相关基因的表达，减少ECM的沉积，从另一个角度证实了TL1A的促纤维化作用。目前研究仅提示TL1A与慢性结肠炎及肠壁纤维化有关，但关于TL1A与CD的相关性尚未见报道。

3.5结缔组织生长因子

结缔组织生长因子(CTGF)是TGF-β的下游效应分子，CTGF在纤维细胞增殖和ECM合成中起重要的作用。CTGF在CD患者狭窄肠段纤维细胞中的表达显著升高[13]，在TNBS诱导的肠纤维化动物模型中也发现其在病变肠段中高表达[14]。Günther等[15]的研究发现，CTGF在CD病变肠黏膜中的表达比正常对照组高10倍，在胶原蛋白沉积处的表达较为显著。多项研究均提示CTGF与肠壁纤维化有关，但其具体作用机制仍有待研究。

3.6其他蛋白分子

CD患者狭窄肠段纤维细胞表达纤维连接蛋白、N-钙黏蛋白显著升高，纤维连接蛋白和N-钙黏蛋白参与了纤维细胞迁移[16-17]。CCD-18Co细胞系培养也显示P物质与其受体NK-1R结合，可以通过蛋白激酶B(Akt)信号途径促进纤维细胞迁移[16]。在此之前，Keely等[17]的研究发现，炎性反应可导致组织缺氧，由此产生的缺氧诱导因子(HIF)可选择性诱导成纤维细胞表达整合素-β1，促进成纤维细胞收缩和上皮细胞迁移。纤维细胞迁移行为的改变有可能解释CD肠壁纤维化的形成。

热休克蛋白47(HSP47)是胶原蛋白特异的分子伴侣，对野生型和IL-10基因敲除型两组结肠炎小鼠模型的研究发现，IL-10基因敲除组的HSP47基因表达明显高于野生组，且与炎性反应程度呈正相关。分离炎性反应部位的肌成纤维细胞进行培养，并用几种细胞因子刺激，HSP47在两组培养细胞中的基因表达差异具有统计学意义。这表明了HSP47与IBD肠壁纤维化有关，可能成为今后治疗的潜在靶点[18]。

S100A4是EF-hand钙结合蛋白的一种，是参与组织慢性重塑的活性T淋巴细胞和纤维细胞的标志物，在CD患者中其表达显著升高，可能参与了EMT过程[19]。TWEAK/Fn14是TNF超家族的一对配体/受体，Fn14上调IL-13、TNF-α、IL-1β、干扰素-γ(IFN-γ)、TGF-β的表达，TWEAK既与这些介质有协同作用，也是一种独立的促炎介质[20]。此外，有研究证明Wnt诱导分泌蛋白-1与CD肠壁纤维化呈正相关[21]。

4基因与肠壁纤维化

4.1微小RNA

微小RNA(microRNA)可调节胚胎生长、细胞分化、细胞凋亡、细胞增殖。miRNA-200b作用于上皮细胞，通过下调波形蛋白的表达，上调E-钙黏蛋白的表达，从而抑制EMT过程。在IBD患者尤其是UC患者中，miRNA-200b含量明显下降，钙黏蛋白、细胞周期蛋白D1与之同步下降，TGF-β1转录上调[22]。miRNA-29在CD患者狭窄肠段的表达显著下降，其中miRNA-29b下降幅度最明显，miRNA-29b作用于纤维细胞，下调Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的转录，但对MMP-3、MMP-12及TIMP-1表达的影响较小，可逆转TGF-β1诱导的胶原蛋白沉积[23]。

4.2其他基因

McLarren等[24]研究发现，含SH2的肌醇-5′磷酸酶(SHIP)基因缺失可引起自发性结肠炎，其组织病理学表现类似于CD，SHIP-/-小鼠Th2和Th17细胞表达细胞因子升高，促进胶原蛋白沉积，用精氨酸酶抑制剂可减轻实验鼠的炎性反应，提示SHIP基因有保护作用。

Carvalho等[25]对里约热内卢的IBD患者进行研究，发现多重耐药基因C3435T与CD肠壁纤维化狭窄型有关，与瘘管型无明显相关性。此外，也有近年的研究发现，NOD2/CARD15、DLG5、OCTN-1、OCTN-2、MMP-3-1613的5T5T基因型、IBD5、ATG16L1、IL-23R对CD肠纤维狭窄有提示作用[26]。

自我吞噬相关基因[TTG16L1和免疫相关鸟苷三磷酸酶基因(IRGM)]和识别致病菌有关基因的突变，可导致与CD有关的致病菌清除缺陷，并产生较多促炎细胞因子，可能与CD肠壁纤维化有关[27]。

5氧化应激与肠壁纤维化

氧自由基和脂质过氧化物是具有高度活性的有害化合物。氧化应激是CD组织损伤和纤维化的重要因素。Kruidenier等[28]对黏膜脂质过氧化物进行定量和定位研究，发现IBD患者炎性反应部位肠黏膜中的过氧化物含量比健康人群以及IBD患者的正常部位肠黏膜显著升高，在一定程度上证明了氧化应激在IBD肠壁纤维化中的作用。

6肠道菌群与肠壁纤维化

肠道的免疫和非免疫细胞可通过TLR和NOD样受体(NLR)识别微生物源性、病原体相关的分子结构，诱发先天和后天的免疫反应。在动物模型的研究中，黏附侵袭性大肠杆菌(AIEC)能侵袭上皮细胞，促进炎性反应，显著提高TNF-α、IFN-γ、IL-17的表达，而这3种细胞因子在CD的肠壁炎性反应和纤维化中起着重要作用[29]。有研究使用鼠伤寒沙门菌SL1344及胆型幽门螺杆菌诱导结肠炎，但两者与CD肠壁纤维化的相关性未见报道。恢复肠道细菌的完整性或选用TLR和NLR拮抗剂或可以有效降低由环境和微生物因素导致的肠壁纤维化，但仍有待进一步研究证实。

7小结

CD是一种慢性、易反复的肠道炎性疾病，其较严重的并发症是肠壁纤维化狭窄，而肠壁纤维化与肠道微生物、物理化学因素、易感基因刺激肠道炎性细胞，产生炎性介质，同时经多种途径影响MMP和TIMP的表达来参与ECM产生与降解的失衡有较密切的关系。近年来研究证实，纤维细胞、TGF-β、IL、IGF-Ⅰ等细胞及细胞因子在CD肠壁纤维化的发展中起着重要作用，但肠道微生物、易感基因、氧化应激在肠壁纤维化中的作用机制仍需进一步研究。

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(本文编辑：林磊)

(收稿日期：2015-02-25)

通信作者：陈尼维，Email: chenniwei@163.com

DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2016.01.003