上皮间质转化与炎症性肠病肠道纤维化研究进展

潘宜久 孟立娜

炎症性肠病（IBD）是消化系统热点研究的疾病之一，它主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。IBD是一种慢性复发性肠道炎性疾病，肠道纤维化是其严重并发症之一。纤维化是器官或组织慢性损伤后的共同不良结局[1-2]，也是最终引起器官功能障碍的最主要的病理生理基础[3]。近年来有研究表明，上皮间质转化（EMT）与IBD肠道纤维化之间有密切的关系[4]。

1 EM T的概念

EMT的概念首先由Greenburg等[5]在眼晶状体上皮细胞的研究中提出来，EMT是指在某些病理、生理以及环境和免疫等因素的作用下，使上皮细胞失去细胞极性，丢失了细胞间连接如紧密连接和黏附连接，获得间质细胞的表型特征[6]。在形态学上发生由上皮细胞向间质细胞转变的过程，在此过程中上皮细胞的表面标志物如E细胞钙黏蛋白（E-cadherin）、细胞角蛋白（CK）等逐渐减少或者消失，而间质细胞表面标志物如成纤维细胞特异蛋白 1（FSP1）、平滑肌肌动蛋白（α-SMA）等逐渐增多[7]。EMT根据其在病理生理学上的不同作用，可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3种亚型，其中Ⅱ型EMT在组织器官发生纤维化的过程中起到了重要的作用，同时Ⅱ型主要与肠道持续性炎症反应有关，即在肠道炎症反复刺激的作用下，表达于上皮细胞中的E-cadherin数量大量减少，细胞间紧密连接遭到破坏，上皮细胞脱离上皮层，穿过炎症过程中受损的基底膜，导致大量上皮细胞集聚于间质组织中，发生EMT。E-cadherin能维系稳定的细胞连接，其表达抑制或下调可启动EMT并导致细胞转移，这也是EMT的特征性变化[8]。

2 EM T与IB D肠道纤维化的关系

反复慢性炎症刺激肠道导致EMT的发生贯穿于肠纤维化的整个过程。慢性炎症刺激导致生理性的纤维形成，最终是发生组织修复还是纤维化的形成主要取决于细胞外基质（ECM）的降解与生成之间的平衡[9]。一旦EMT打破了ECM降解与生成之间的平衡，就会导致大量的ECM合成并且异常沉积于肠组织中，形成肠道纤维化。研究表明肠成纤维细胞是产生ECM的关键细胞，它的主要来源是组织中的间质细胞、EMT的间质细胞以及骨髓干细胞分化为存在外周血中的纤维细胞[10]。其中EMT而来的间质细胞来源是肠道纤维化形成最主要的细胞来源，也是目前研究者普遍接受的一条途径[11]。在国外学者的细胞实验中，采用晚期氧化蛋白产物[12]和转化生长因子-β（TGF-β）[13]分别刺激小肠隐窝细胞系（IEC-6），可以观察到细胞形态由不规则多角形的上皮细胞变为细长纺锤形的间质细胞形态，同时还可以检测到上皮细胞表面标志物如E-cadherin、CK等明显下降甚至消失，而间质细胞表面标志物如FSP1、α-SMA明显升高。由此可以知道EMT的确在肠道纤维化中发挥了作用。另外，Flier等[14]通过基因工程的方法构建出的双转基因小鼠，这种小鼠的肠上皮细胞可以表达β-半乳糖苷酶（β-gal，由上皮细胞分泌,通过基因构建得到的双转基因小鼠可以同时分泌β-gal+、FSP1+两种蛋白质），接下来研究者通过三硝基苯磺酸（TNBS）诱导双转基因小鼠，使这些小鼠肠道发生炎症反应进而产生纤维化，结果研究者发现实验诱导组的小鼠不仅肠上皮区域出现了结肠β-gal+上皮细胞，而且在ECM沉积的区域也出现了大量的结肠β-gal+上皮细胞，为了进一步验证，研究者统计出了β-gal+FSP1+细胞数大约占FSP1+总细胞数的三分之一。由此可以得出结论，大约有三分之一的肠成纤维细胞来自于EMT。同样，在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的实验性结肠炎的小鼠中也可以得出上述相似的结论[15]。因此，通过上述研究证实了EMT的具体过程以及在实验性结肠炎小鼠肠道的纤维化中发挥了重要的作用。

为了进一步研究EMT是否也发生在人类IBD患者的肠道纤维化过程中，Flier等[14]将IBD患者的慢性炎症肠组织标本进行免疫荧光染色，通过观察可以看到同时含有E-cadherin+和α-SMA+两种标志物的双标细胞[16]。同时，CD患者肠道纤维化程度明显比非IBD肠道纤维化程度重，而且可以观察到CD患者上皮细胞标志物E-cadherin不仅见于上皮细胞层，还可大量见于黏膜下层以及在纤维化区细胞中也有表达[17]。通过以上研究可以得出在肠道纤维化区域同时有E-cadherin和α-SMA的表达，说明EMT与IBD患者肠道纤维化之间有着密切的联系。通过Yu等[18]研究可以发现EMT与肝脏的纤维化也有着密切的联系。此外，国内外学者的研究还发现EMT与肺纤维化、肾脏纤维化都有密切关联[19-22]。因此可以充分相信EMT在IBD肠道纤维化过程中亦具有重要作用，可能是IBD患者肠道纤维化形成的重要机制。

3 EM T促进IB D肠纤维化发生的机制

EMT在分子、细胞、器官水平均参与了IBD肠道纤维化的形成，其中涉及到数量众多及非常复杂的信号通路和基因调控过程，如TGF-β、Wnt、Notch等信号传导途径，其中TGF-β是纤维化形成过程中最为核心的一种因子[23]，同时也是所有器官纤维化的强驱动因子，在IBD患者的肠道黏膜组织中TGF-β表达水平明显高于正常人[24]，而且在肺纤维化、肝纤维化的患者中也明显高于正常人。TGF-β 包括 TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3种亚型，其中TGF-β1是表达量最多的一种亚型，同时也是与肠道纤维化以及EMT关系最为密切的一种亚型。目前所发现的TGF-β信号通路主要有两种信号传导途径：（1）Smad依赖的通路：Smad蛋白是 TGF-β 信号通路中的中心介质，同时也是EMT过程中最为关键的调控因子[25]。Smad蛋白能够发挥将TGF-β信号从细胞膜上转入到细胞核内的重要作用，它和TGF-β1因子共同组成的信号转导通路称为TGF-β1/Smad信号通路。TGF-β1与其相应的受体结合后，与受体相关的Smad蛋白磷酸化，磷酸化后的相关Smad蛋白形成复合物进入细胞核内促进EMT的发生[26]，并且可以诱导锌指转录因子（Snail）、E盒结合锌指蛋白以及基本螺旋-环-螺旋蛋白质3大转录家族。例如Snail可以通过TNF-α-NF-κB-Snail途径调控肠 EMT，其中 TNF-α 是肠EMT发生的主要促炎因子,也是此途径的启动因子。TNF-α激活下游相关因子,启动骨牌效应的信号传导,促进核因子κB抑制蛋白（NF-κB）基因转录,Snail水平上调,靶向抑制E-cadherin、CK蛋白的表达，促进间质细胞表达 FSP1、α-SMA，最终发生 EMT。（2）非 Smad依赖通路：TGF-β不仅能通过Smad的通路促进EMT，它还能够通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，如巨丝裂原活化蛋白激酶（ERK5/BMK1）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）、c-Jun氨基端激酶（INK）/应激活化蛋白激酶（SAPK）促进EMT的发生。ERK被激活后可以磷酸化一系列蛋白及转录因子，并且可以启动有丝分裂促进细胞增殖。蛋白激酶C（PKC）方式可通过调节基因转录来激活ERK信号通路。同时TGF-β还可以激活其他细胞因子和信号通路在肠纤维化中发挥作用。TGF-β可以促进其他促纤维因子（如表皮生长因子、结缔组织生长因子等）的分泌，上调胰岛素样生长因子1（IGF1）mRNA的表达，从而促进了纤维化的进程。IGF1与TGF-β协同促进成纤维细胞增殖与胶原沉积，并共同参与纤维化过程中ECM的增加和重分布，其表达增加取决于炎症浸润的存在和部位，暴露在炎症刺激中的胶原TGF-β和IGF1的分泌增加。在CD中，TGF-β和IGF1m RNA的表达为透壁性，而在UC中，它们的表达局限于黏膜固有层和黏膜下层。同时TGF-β对结缔组织生长因子（CTGF）有明显的调控作用，在TGF-β作用下肠成纤维细胞表达CTGF增加，CTGF作为TGF-β的下游因子，两者的相互作用在纤维化中有重要的影响。目前，TGF-β信号通路被研究得较多的是S mad蛋白通路、MAPK通路和蛋白激酶C通路。其中，TGF-β活化的MAPK通路有很强的致纤维化效应。近年来，已经有MAPK抑制剂进行抗纤维化的研究，其抑制剂在对抗实验性结肠炎小鼠肠纤维化上取得了一定的效果。

4 小结与展望

EMT在IBD患者肠道纤维化形成中发挥了重要作用，其中TGF-β因子及其信号通路是影响EMT过程中最重要的因素，并与发生肠纤维化的诸多因素有关联。根据国外学者Seithel等[27]小鼠实验研究表明肠道纤维化是一个“自动传输”的过程，一旦肠道纤维化发生，即使减少甚至消除炎症刺激也只能延缓肠道纤维化的发生过程，最终不能够扭转肠道纤维化发生的结局。但是如果能够明确肠纤维化发生的主要原因以及具体机制，对预防IBD患者发生肠纤维化及肠道狭窄将具有重要的意义。