中性粒细胞在溃疡性结肠炎中的作用机制及靶向治疗策略

颜湘冀　张玉洁　张明真

[专家介绍]张明真，研究员，博士生导师，西安交通大学医学工程研究所副所长。主要从事结肠炎及结肠癌的精准诊疗研究。入选陕西省“青年杰出人才支持计划”、西安交通大学“青年拔尖人才计划”及西安交通大学医学部“国家级后备人才支持计划”。为美国胃肠病协会、中国生物材料学会、中国医学工程学会会员。主持/参与国家自然科学基金、美国CCFA基金会基金、科技部国家重点研发计划、陕西省自然科学基金等项目10余项，发表学术论文40余篇，论文引用1400余次，申请发明专利2项。

【摘要】 溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种常见的自身免疫性疾病，中性粒细胞（PMN）在UC的发病机制中发挥着重要作用。PMN作为先天性免疫中的第一道防线，通过招募其他炎症细胞吞噬、脱颗粒及氧化应激，有效地清除入侵病原体，但PMN不受控制的激活又使炎症扩大。该文描述了PMN的机制和在UC发生发展进程中的双向功能，并总结了以PMN为靶点治疗UC的新策略，为UC的诊断、治疗和预后提供了新思路。

【关键词】 中性粒细胞;溃疡性结肠炎;作用机制;靶向治疗

中图分类号：R574.62   文献标志码：A   DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2021.02.002

【Abstract】   Ulcerative colitis （UC） is a common autoimmune disease， and neutrophil （PMN） plays an important role in the pathogenesis of UC. PMN， as the first line of defense in innate immunity， effectively clears invading pathogens by recruiting other inflammatory cells for phagocytosis， degranulation， and oxidative stress， but uncontrolled activation of PMN can expand inflammation. This paper describes the mechanism of PMN and its two-way function in the development of UC， and summarizes new strategies for the treatment of UC with PMN as the target.

【Key words】 PMN; UC; mechanism of action; targeted therapy

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）的两种主要亚型之一。UC的发病机制目前尚不清楚，但肠道免疫异常、肠道屏障功能破坏、肠道菌群失调和遗传学都是重要的影响因素[1]。UC的病变主要位于结肠和直肠，并局限于黏膜和黏膜下层，是一种慢性非特异性炎症。炎症是免疫系统被激活，防止人体受到细菌或病毒等外来物质入侵的过程。在这过程中，白细胞被激活，直接迁移到病原体入侵的部位，然后将其进行隔离。中性粒细胞（PMN）是人体先天免疫中的第一道防線，是数量最多的白细胞（40%～75%）。PMN可以通过引发炎症从而对感染或组织损伤的病理生理变化做出反应。在炎症环境中，PMN募集其他炎症细胞，通过氧化应激、形成细胞外诱捕网及脱颗粒作用清除入侵病原体，促进炎症消退[2]。相反，除了抗炎作用外，PMN不断被激活和过度浸润会破坏组织结构，使炎症放大。本文描述了PMN的机制和在UC发生发展进程中的双向功能，并总结了以PMN为靶点治疗UC的新策略。

1 PMN参与UC发病及炎症过程

UC病理诊断的主要组织学依据是肠黏膜慢性炎症引起的形态学改变。典型组织学表现为杯状细胞减少、上皮损伤和隐窝脓肿。炎性细胞大量浸润于UC患者肠黏膜的固有层中，包括PMN、巨噬细胞、淋巴细胞等均参与UC的发病及炎症过程[3]。其中，骨髓造血干细胞来源的PMN在骨髓中分化发育成熟后转移到血液和组织中。成年人血液中的PMN是白细胞中数量最多的，占总数的40%～75%。在UC中，当细胞穿过隐窝腔产生隐窝脓肿时，会有大量PMN浸润，随后产生活性氧（ROS），释放丝氨酸蛋白酶、基质金属蛋白酶（MMP）和髓过氧化物酶（MPO）[4]。因此，明确UC的发病及炎症过程的变化具有重要意义。

研究表明，促炎和抗炎细胞因子之间的不平衡产生是UC发病过程中的主要变化[5]。促炎细胞因子由肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素（interleukin，IL）等组成。IL-1、IL-2、IL-8和TNF是介导UC发病的细胞因子，且对PMN等炎性细胞有趋化作用。在这些因子的趋化作用下，PMN不断向结肠病变黏膜迁移，从而引起一系列肠道病变。同时IL-8能活化PMN并通过呼吸爆发机制生成大量毒性产物，加重炎症反应，最终导致UC发病[6]。所以说，PMN的活化以及不断浸润是UC活动期的突出特点。

2 PMN在UC中是把双刃剑

2.1 PMN有助于炎症缓解 在急性感染中，PMN作为先天性免疫最重要的组成部分，通过招募其余炎症细胞吞噬、脱颗粒作用，形成NET及氧化应激有效地清除入侵病原体;通过相关炎症调节通路等级联反应，调节炎症状态，维持人体稳态。

当微生物入侵时，PMN会迅速募集吞噬微生物，吞噬体形成后PMN激活，发生脱颗粒，成熟颗粒被释放出来，清除微生物。PMN在成熟的过程会生成三种颗粒物质。初级颗粒组成了MPO、PMN弹性蛋白酶和溶酶体，次级颗粒组成了乳铁蛋白和MMP-8等，第三种颗粒包括MMP-9。颗粒物质在恰当的时间产生在恰当的部位，便会发挥有利的作用，相反则有害[7]。随着UC发生发展过程中PMN的不断活化，PMN将诱捕网释放到细胞外环境中，入侵的微生物被PMN外诱捕网吞噬，并被ROS、活性氮、抗菌肽和蛋白酶进一步杀死。ROS是有氧代谢的副产物，当PMN被激活时大量分泌ROS。IBD患者结肠黏膜中ROS的产生增强[8]。IBD的特点是ROS和抗氧化剂产生不平衡，从而影响肠道内稳态。调节ROS产生水平的机制发生功能障碍，也可导致结肠组织的持续炎症。在IBD急性炎症反应中，ROS通过对蛋白质、脂类及DNA修饰，进而杀死细菌，促进炎性因子到达炎症部位。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶产生的ROS对PMN凋亡和组织稳态的恢复也起重要作用。因此，PMN衍生的相关炎症反应因子对于维持肠道内稳态可能是不可缺少的。

此外，PMN还分泌大量细胞因子和趋化因子，使PMN自身趋化被抑制，促进PMN及其他炎性细胞被清除，从而缓解炎症，在维持组织生理稳态及组织生理结构再生过程中起到关键作用。PMN表达的一个重要的“eat me”信号是膜联蛋白A1 （AnxA1）。AnxA1由凋亡的PMN表达，促进PMN进一步凋亡，诱导巨噬细胞吞噬，并抑制PMN黏附和跨内皮迁移，有助于炎症的解决。在炎症发生时，PMN先释放促炎脂质介质，再产生促炎症消退脂质介质，如脂氧素、消退素和保护素[9]。促炎症消退脂质介质是炎症的“刹车信号”，能够促进清除PMN，诱导巨噬细胞吞噬微生物及凋亡的细胞，通过调节人体固有免疫系统来激活机体保护机制。其中脂氧素通过调节白介素等趋化因子和细胞因子来抑制PMN募集及跨膜转运。消退素E1可以减少PMN跨上皮迁移，保护素D1可以促进凋亡PMN的吞噬[10]。它们还介导凋亡PMN上趋化因子受体-5受体的上调，抑制促炎趋化因子，清除炎症部位的PMN，有助于炎症的解决和组织修复。

2.2 PMN过度浸润可使炎症加剧 尽管PMN是维持组织内稳态所必需的，但是它们的活性需要严格调控，以限制对组织的附带损害，避免向慢性疾病发展[11～12]。在UC中可观察到PMN凋亡能力降低，寿命异常延长，并导致疾病严重程度增加。另外，PMN失去控制的激活和在炎症部位的过度募集会使组织结构被破坏和症状迁延不愈[13]，如慢性炎症中，ROS通过正反馈使炎性因子在炎症部位诱导ROS产生过量，进一步加重肠道组织损伤[7]。由于IBD患者肠道组织内长期不平衡的抗氧化与氧化应激机制，产生的ROS与肿瘤相关基因和转录因子相互作用，从而引发基因的错配及甲基化，诱发IBD相关性肠癌[14]。MMP是一组可分解胞外基质（ECM）的蛋白酶，在炎症相关组织损伤和生理结构修复中发挥重要作用，可通过ECM分泌促炎细胞因子及趋化因子使炎症扩大。MMP-8的趋化活性和趋化动力使成纤维细胞增生，细胞膜的通透性被改变，上皮细胞被破坏，促进更多的PMN浸润使炎症加剧。MMP-9是血管生成和组织再生所必需的，但也会造成严重的结构损伤，并在炎症后期吸引PMN不断浸润。防御素是PMN释放的所有颗粒物质中最丰富、细胞毒性最强的，并且与ROS协同毒性更大[15]。综上所述，PMN对炎症反应具有双向作用。

3 靶向PMN的UC治疗策略

PMN是UC发病过程中的关键因素，PMN靶向干预方法如调控PMN的治疗策略、抗体治疗、PMN清除等已证实可用于UC治疗，也为UC的临床治疗提供了新靶点和新策略。3.1 PMN调控治疗UC的策略 丹参酮IIA是从中药丹参中提取的主要脂溶性有效成分，具有广泛的生物学活性，例如抗炎、抗氧化、清除自由基等作用[16～17]。丹参酮IIA在心脑血管疾病治疗中已取得一定成效，但其在结肠炎症病理环境下是否能够缓解炎症及其病理生理机制尚不明确。ROBERSTON等人[18]首次发现，丹参酮IIA能在不影响正常PMN生理功能前提下，直接调控PMN在炎症部位的活性及功能，比清除PMN的消炎效果更佳。周艳等人[19]鉴于在UC发病过程中PMN募集、活化所起的重要作用，提出丹参酮IIA的抗炎能力可能是通过调控PMN的活性而发挥的。这是由于在给予丹参酮IIA干预后，PMN在小鼠结肠黏膜活化和浸润程度明显下降，同时伴随炎症因子水平的同步降低。此外，利物浦大学和AKL研发有限公司（AKLRD）研发出一种新药物APPA，强调APPA对人体免疫反应的潜在益处，通过靶向PMN能够有选择地控制人体的免疫反应[20]。APPA有可能抑制导致风湿性疾病的严重炎症，但不会影响PMN的关键抗菌作用。

3.2 TNF-α抗体治疗UC的策略 UC的免疫反应及病理过程中有多种炎性细胞及炎症介质的参与，导致了组织结构发生病变。炎性细胞及其释放的炎症介质的持续激活是炎症迁延不愈的主要原因，细胞凋亡是炎症病灶中PMN清除的主要机制，在炎症病灶中PMN发生凋亡后被巨噬细胞识别、吞噬而清除[21～22]。针对PMN在IBD患者外周血和结肠组织中的凋亡研究表明，IBD患者中PMN受到抑制。在另一体外实验中证实除了氧自由基可以诱导凋亡外，IL-2、IL-6、IL-1β、TNF和G-CSF等对健康人外周血中的PMN凋亡亦有抑制作用[23]。TNF-α有加速PMN凋亡的作用，可能是由于细胞膜上的两种TNF受体参与了诱导凋亡和抑制凋亡。随后的研究中亦证实，UC患者的外周血、结肠黏膜组织以及幼童患者粪便中TNF-α的含量增加明显[24]。TNF-α可以促进黏附因子表达，增加炎性细胞浸润，同时如IL-1、IL-6和其他趋化因子的产生也可由TNF-α诱导单核细胞活化进而分泌，最终诱导白细胞迁移，使得症状加重。抗TNF-α抗体进入体后，可以迅速与循环中的TNF-α结合，从而诱导炎性细胞凋亡，发挥其中断炎症通路的作用，促进黏附分子下调[25]。目前有3种TNF-α抗体已获美国食品及药物管理局（FDA）批准可用于IBD治疗，英利西单抗就是一种用于治疗UC的抗体。除此之外，刘时光等人[26]发现5-氨基水杨酸可以加速诱导患者PMN的凋亡，是除抑制环氧化物酶和脂质过氧化物酶的合成、减轻氧自由基对组织损伤等抗炎机制外的又一抗炎机制。因此，选择性地减少肠上皮细胞凋亡造成组织损伤的同时，针对性地诱导UC中炎性细胞的凋亡，将成为新的缓解炎症、治疗UC的新方法。

3.3 白細胞分离法治疗UC的策略 白细胞吸附疗法是一种通过过滤和选择性吸附的方法，选择性地清除血液中的PMN、单核细胞和淋巴细胞，这种疗法增加了促炎细胞的清除效率，减轻了炎性细胞和炎症因子对组织的侵袭。选择性白细胞吸附疗法最先在日本及欧美国家用于尝试治疗IBD，目前已投入临床使用[27]。用于治疗UC主要有两种装置：滤过型白细胞分离装置，是一种非选择性吸附，以PMN和淋巴细胞为主。白细胞吸附分离装置，选择性高，以吸附PMN和单核巨噬细胞为主[28～29]。由于白细胞分离疗法对难治性UC效果佳，并发症少，因此可作为传统治疗方法失败后的治疗选择，而且提高了临床缓解率，减少了激素的使用，促进了黏膜病变部位愈合，其疗效及安全性也被广泛认同。

4 总结与展望

近年来，越来越多研究表明PMN在UC发生发展过程中是把“双刃剑”，使得在PMN相关的生理机制研究中可能会获得不同的结果。也许这种“双重性”可以通过疾病中特殊中性粒细胞群来解释。事实上，和其他免疫细胞一样，PMN是由促炎和抗炎组成的异质细胞群。而如何观测、控制并利用这两种细胞群，使其在UC的治疗中发挥重要作用还有待进一步研究。随着病理生理学的发展，更多的PMN生物标志物和靶点被发现，这种通过调控PMN来治疗UC的策略有望为UC的诊断、治疗和预后评估提供重要的技术手段。

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（收稿日期：2020-12-08 修回日期：2020-12-27）

（编辑：潘明志）