TNF-α在炎症性肠病发生、发展中的作用机制

2020-12-29陈明琪陈晓宇

胃肠病学 2020年3期

陈明琪崔云陈晓宇

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科上海市消化疾病研究所(200001)

炎症性肠病(IBD)是由自身免疫紊乱所导致的一种慢性、复发性肠道炎症，主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。随着社会经济的发展，亚洲IBD的发病率逐年增加，导致社会、经济负担日益加重[1]。目前TNF-α单抗在IBD的临床实践中得到了广泛应用和认可。TNF-α单抗不仅可降低IBD患者的手术风险，而且有利于改善CD所导致的狭窄、穿孔等并发症[2-3]。本文就TNF-α在IBD发生、发展中的作用作一综述。

一、TNF-α概述

TNF和TNF受体超家族包含19种配体和29种受体，在调节细胞分化、生长、凋亡、炎症因子、趋化因子的生成等方面起有重要作用[4]。TNF-α又分为分泌型和跨膜型，其中跨膜型是分泌型的前体，表达于激活的单核巨噬细胞、淋巴细胞等，经一系列金属蛋白酶的处理后，由跨膜型转变为分泌型并行使生物功能[5]。TNF不仅可由活化的单核巨噬细胞、NK细胞、T细胞等免疫细胞分泌，而且可由各种非免疫细胞如内皮细胞、成纤维细胞等分泌[6]。

二、TNF-α在IBD发生、发展中的机制

1.在肠道局部的作用机制：TNF-α可在病变部位聚集。有研究发现UC患者TNF-α mRNA水平明显升高，尤其是中重度疾病患者，同时CD和UC病变固有层淋巴细胞和巨噬细胞中TNF-α染色增加[7]。

①TNF-α参与肠道局部损伤和炎症反应：有研究[8]发现IBD患者病变黏膜组织中分泌炎症介质的中性粒细胞数量增加，TNF-α抗体片段可明显减少中性粒细胞的迁移及其产生的以TNF-α为主的促炎介质。TNF-α主要与TNFR1结合发挥效应，TNFR1细胞外部分富含同型半胱氨酸结构域，通过NF-κB途径下游引起瀑布反应。活化的TNFR1胞内部分形成TNFR1相关死亡结构域(TRADD)，促进受体相互作用蛋白激酶1(RIPK1)产生，RIPK1在被泛素化后产生活性，为TAK1/TAB2/3复合体和NEMO/IKKα/β复合体提供重要的结合位点，同时NF-κB可被这两个复合体转移至细胞核，进而激活NF-κB转导途径，影响基因转录，调控下游的炎症反应和细胞凋亡[9-10]。NF-κB经典途径与急性炎症反应有关，可促进COX-2、IL-1β、IL-6等炎症因子的分泌。另一方面，跨膜型TNF-α可促进细胞内STAT1与TNFR1结合，活化DNA水解酶从而诱导细胞DNA降解，促进细胞凋亡和炎症反应瀑布的发生，从而引起急性炎症反应以及组织损伤[5]。由此可见，TNF-α参与肠道黏膜炎性反应并在促进肠道黏膜上皮细胞坏死脱落中起有重要作用。

②TNF-α增加局部肠黏膜的通透性：细胞间紧密连接主要通过3个部分组成，包括顶端的紧密连接(TJs)、下面的黏附连接(AJs)以及两者之间的细胞桥粒，任意部分缺失或结构异常均可能造成细胞间紧密连接的缺陷，从而增加上皮细胞通透性。研究表明TNF-α在体内外均可降低TJs蛋白表达，促进TJs分解，进而影响细胞间紧密连接的稳定[11]。有研究[12]证实TNF-α可明显提高肠上皮细胞内肌球蛋白轻链(MLC)的磷酸化水平，促进F-actin重组，而F-actin是AJs/TJs与细胞骨架之间重要的连接，其结构变化会影响AJs/TJs之间连接的稳定性，从而导致肠上皮细胞通透性增高。

③TNF-α可促进局部小血栓的形成：TNF-α对凝血系统的影响一方面通过活化NF-κB途径来促进因子Ⅷ、尿激酶型纤溶酶原激活物、纤溶酶原激活物抑制物等凝血因子产生[13]。另一方面，TNF-α可降低血栓调节蛋白和内皮蛋白C受体mRNA和蛋白表达，从而抑制纤溶系统活性[14]。此外，有实验发现TNF-α可促进血小板的聚集和活化，局部微小血栓的形成可造成低氧和损伤[15]。

④TNF-α促进局部小血管的收缩：TNF-α可通过多种氧化还原途径促进微血管内皮细胞以及血管周围巨噬细胞分泌内皮素1(ET-1)[16-17]。TNF-α首先激活小分子GTP酶，然后激活下游MAPKKK、MAPKK、MAPK，进而激活p38α/MAPK14，促进ET-1相关基因的转录和表达[18]。无论是在IBD患者或小鼠结肠炎模型中，肠道局部ET浓度均高于正常值，可加重IBD局部小血管炎情况，导致持续的小血管收缩和肠道缺血[19]。

⑤TNF-α促进局部纤维化进展以及过度修复：肠道不可逆性纤维化和狭窄是IBD进展过程中常见的并发症。TNF-α通常在单核细胞株的细胞内合成，成熟后插入细胞脂质膜成为跨膜TNF-α，继而由金属蛋白酶水解后转变为可溶性TNF-α(sTNF-α)，由细胞释放后与TNFR1或TNFR2结合，发挥炎症因子的功能。Szondy等[20]的研究发现跨膜TNF-α可作为胞膜受体，介导细胞内的信号途径，促进巨噬细胞分泌TGF-β。TGF-β在诱导纤维化进程中起有重要作用，可诱导成纤维细胞活动和细胞外基质的沉积，同时还可诱导软骨寡聚基质蛋白(COMP)表达[21]。COMP不但可直接促进细胞外基质沉积，还可影响间质细胞的功能，促进增殖并分泌胶原纤维，进一步促进纤维化的形成[22]。有实验证实在纤维化病变肠段的黏膜下层和肌层存在大量COMP和胶原沉积[23]。另一方面跨膜TNF-α又可以作为信号分子，充分激活TNFR2，诱导细胞存活途径，有助于细胞增殖[24]。局部过度修复亦与TNF-α有关。TNF-α可诱导血管内皮细胞表达血管内皮生长因子(VEGF)以及内皮黏附分子VCAM1的形成。VCAM1促进血管内皮祖细胞的黏附和募集，从而促进新生血管形成，VEGF在组织生长发育、损伤修复过程中可诱导血管形成，高浓度VEGF可能会导致微血管网和畸形血管团的形成[25]。

⑥TNF-α影响肠黏膜上皮的分泌功能：腹泻是IBD常见的标志性症状，Na+的吸收功能受到破坏是导致腹泻最主要的机制，IBD患者肠上皮的离子交换泵如Na+-H+交换体(NHE)、钠离子电通道和Na+-K+-ATP酶的功能和表达均受到影响[26]。NHE对维持细胞内外的离子平衡起有重要作用，其中NHE2、NHE3、NHE8分布于上皮细胞肠腔侧膜，NHE1分布于基底膜。TNF-α可抑制NHE2表达并大幅降低其活性[27]。NHE3基因敲除的小鼠即使暴露于低剂量DSS也会发生严重结肠炎导致的腹泻、低血容量性休克等症状，甚至自发性结肠炎伴腹泻[28-29]。说明NHE3在腹泻发生中起有重要作用。人活检标本和DSS致结肠炎小鼠模型中均可见NHE3蛋白表达下调[30]。有研究[31]证实TNF-α通过蛋白激酶A(PKA)介导Sp1和Sp3磷酸化来抑制NHE3启动子活性，从而降低C2BBe1细胞中NHE3的转录。TNF-α可下调NHE8表达，NHE8缺失会减少肠上皮Paneth细胞和杯状细胞的数量，从而影响肠道黏液和碳酸氢盐的分泌，导致肠道表面黏液保护层受损，损伤肠上皮细胞[32]。TNF-α还会通过各种细胞旁路和细胞内途径促进上皮细胞分泌氯离子和水，从而引起腹泻。活化T细胞分泌的TNF-α会引起Na+-K+-ATP酶活性降低，从而影响钠离子依赖的葡萄糖和水分的吸收，引起细胞内外电解质平衡的紊乱[33]。由此可见，TNF-α引起的肠道上皮细胞分泌功能紊乱可导致IBD患者发生腹泻症状。

2.TNF-α引起IBD肠外表现：一项对照研究[34]发现，约38.1%的IBD患者出现肠外症状，其中CD患者发生率为43%，UC为31%，且超过30%的患者有2种以上的肠外表现。IBD的肠外累及部位主要为骨骼、皮肤、眼部、胆管，目前较常见的理论为肠道菌群或其他分子形式的抗原与某些部位的组织存在类似抗原结构，在TNF-α的促进下引起交叉反应[35-36]。超过40%的IBD患者会出现骨关节相关的症状[34]。骨关节相关并发症一方面是由于交叉免疫反应所造成的损伤，另一方面破骨细胞的功能由高水平TNF-α激活，从而造成破骨细胞的过度活跃，引发相应的溶骨性并发症[37]。TNF还可抑制骨矿化基因的表达，从而影响成骨细胞的作用，造成骨密度降低[38]。与肠道炎症活动相关的常见IBD皮肤表现包括结节性红斑、坏疽性脓皮病、急性发热性嗜中性皮病、口腔黏膜溃疡。Vavricka等[39]发现在结节性红斑和坏疽性脓皮病的活检标本中，TNF-α诱导NF-κB途径产生的产物表达相较于正常组织上调。眼睛是第三大容易受到自身免疫紊乱累及的IBD肠外表现，2%～5%的IBD患者伴有眼部表现，主要包括巩膜外层炎和前葡萄膜炎。前葡萄膜炎相较巩膜外层炎对视力的损伤更大[40]，且更容易发生于IBD肠道症状表现前[41]。实验证实TNF-α可诱导ICAM-1在视网膜色素上皮细胞中的表达，导致眼部炎症反应[42]。