溃疡性结肠炎生物标志物的研究进展

孔梦玉，刘成义，武金宝

(1.内蒙古科技大学包头医学院2018级硕士研究生，内蒙古 包头 014060；2.内蒙古科技大学包头医学院第二附属医院内蒙古消化病研究所)

溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC)是一种慢性特发性炎症性疾病。在病理学上UC是一种局限于结肠黏膜和结肠黏膜下层的慢性炎症性肠病，累及部分或全部结肠，主要表现为腹痛、腹泻、里急后重、黏液脓血便，该病为慢性病程，病情轻重不等，有终生复发倾向。全球UC患病率为2.42～298.5/100 000，其中北美和北欧的发病率最高，且UC发病率在全球范围内呈现上升趋势。UC的发病机制尚未明确，目前认为由多种因素相互作用所致，包括肠上皮屏障破坏、肠道反应相关通路中的遗传缺陷、益生菌群失调在内的环境影响及免疫等因素[1-2]。

UC治疗的目标是最大程度地减少皮质类固醇的使用和手术，并以最小的不良反应达到临床和内镜缓解[2]。目前，UC患者长期维持治疗用药主要为以下几类：氨基水杨酸制剂是治疗UC的最常用药物；糖皮质激素是中到重度UC患者治疗的一线用药，但其引起皮肤效应、肾上腺抑制、高血压、糖耐量低减、感染、骨坏死、骨质疏松等不良反应，不能用于UC的长期维持治疗；免疫抑制剂和生物制剂治疗通常用于传统治疗无效的UC患者[3]。UC患者可以选择多种治疗方案，但常出现疗效不佳或出现严重的不良反应，且UC患者患结、直肠癌的高风险被世界公认[4]。所以我们需要研发治疗UC的新方法及发掘用来监测UC患者复发和预测临床预后的有用生物标志物。

近几年学术研究中发现肠道内促炎和抗炎途径失衡是UC炎症发展和持续的关键，而肠上皮屏障功能受损，加之上皮炎性介质的聚集，也是导致炎症持续存在的重要因素。本文就近几年来关于肠道免疫调节失衡及肠上皮屏障受损相关的一些重要生物标志物在溃疡性结肠炎的最新研究进展进行介绍。

1 水通道蛋白4(Aquaporin4,AQP4)

水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一种跨膜通道蛋白，负责水和/或小分子溶质跨疏水细胞膜的高效、选择性转运。水通道蛋白也在调节细胞的体积和细胞内渗透压中起着关键作用。水通道蛋白4(Aquaporin4,AQP4)作为水通道蛋白家族的重要成员，于1994年首次被发现。AQP4是大脑中主要的水选择性膜转运蛋白,在整个大脑和脊髓的星形胶质细胞以及脑室周围的室管膜细胞中表达最强，参与大脑中水稳态的调节。近几年越来越多的证据表明，AQP4表达异常可致中枢神经系统以外的外周器官组织，如骨骼肌、胃肠道、血液、肾、肺和胎盘的功能受损。AQP4在肠组织多表达于横结肠和结肠远端上皮细胞基底膜[5]。

AQP4通过调节肠上皮细胞的细胞内特性而参与结肠炎症反应，肠上皮细胞组成了阻挡腔内微生物群的重要屏障。在UC中，肠道上皮通透性增加，与疾病复发风险升高相关。国外学者[6]在葡聚糖硫酸钠法诱导小鼠结肠炎模型和炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)患者中，通过逆转录/聚合酶链反应、蛋白质印迹和免疫组织化学检测AQP4及AQP其他亚型的表达。结果显示AQP4的表达在葡聚糖硫酸钠(Dextran Sodium Sulfate,DSS)直接刺激暴露12～24 h后降低，并在整个治疗期间保持抑制状态，同时发现结肠液分泌的变化与AQP亚型的表达减少相关。IBD患者研究发现，中度至重度UC和结肠克罗恩病(Crohn's Disease,CD)患者的活组织检查中，AQP7和AQP8-mRNA水平降低。因此小鼠和人的结肠损伤均与AQP表达下调有关。

2 热休克蛋白70(Heat shock protein 70，Hsp70)

热休克蛋白(Hsp)是一个在人类细胞中普遍表达的高度保守的蛋白质家族。热休克蛋白的功能主要是在各种生理应激条件下(如感染、缺血等)给予细胞保护，具有强大的抗炎作用，是机体关键抗炎分子之一。热休克蛋白70是一种诱导性热休克蛋白，参与不同细胞应激反应，通过挽救重要的细胞蛋白和防止变性蛋白的聚集起到分子伴侣的作用，抑制细胞凋亡。与家族其他成员相比，Hsp70与肠黏膜的保护作用关系更密切，因此推测该种蛋白表达下调可能与UC的发生及发展有关。有学者研究证明实验性结肠炎大鼠结肠组织中Hsp70含量较正常大鼠减少。免疫组织化学结果显示UC患者活动期的样本与对照组(无UC病史的患者)相比，Hsp在肠黏膜中的表达显著减少，其差异有统计学意义，对同一患者的黏膜活检标本进行Western blot分析定量评估，结果显示该患者活动性炎症组织中的Hsp70水平低于非受累黏膜区域[7]。结果表明Hsp70在肠上皮细胞表达下调，会使肠黏膜容易受到免疫和炎症过程的影响。

3 肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是由巨噬细胞、T淋巴细胞等炎症细胞在各种炎症或组织损伤的刺激下产生，作为主要的细胞因子参与炎症反应的整个过程。TNF-α是肠道上皮细胞增殖和凋亡的主要促炎因子，肠道黏膜屏障破坏及上皮炎症激活巨噬细胞，激活的巨噬细胞产生大量TNF-α招募和激活效应性T细胞，激活的效应性T细胞继续产生大量TNF-α，通过正反馈调节使炎症放大[8]。

TNF-α信号转导的关键组成部分之一是NF-κB的激活促进炎症蛋白(如TNF-α等)的表达，导致炎症和氧化应激。学者在炎症性肠病患者的黏膜和小鼠炎症性肠病模型中，已经检测到NF-κB信号的持续激活。可见TNF-α通过激活经典的NF-κB通路参与UC肠道的炎症反应[9]。

临床证据表明针对TNF-α的单克隆抗体英夫利昔单抗(Infliximab)或阿达利单抗(Adalimumab)已被证明对中、重度UC的治疗有效[10]。其他研究者[11]运用实时定量聚合酶链反应检测TNF-α在DSS诱导的小鼠肠黏膜中的表达。在DSS处理下的小鼠，肠黏膜中TNF-α的表达增加，说明TNF-α与结肠炎症有关。目前已知裂菌素(Schizophyllan，SPG)反义TNF-α可抑制TNF-α产生。对DSS模型组小鼠进行SPG-反义TNF-α灌肠给药治疗，用药第14 d评价治疗效果，结果显示，局部应用SPG-反义TNF-α可抑制体重减轻和结肠缩短。经内窥镜检查，肠内水肿和糜烂在使用SPG-反义TNF-α治疗后有所改善。组织学检查显示，使用SPG-反义TNF-α治疗后，黏膜损伤和炎症明显改善。实验证明抑制结肠中TNF-α等促炎细胞因子的产生，能改善肠道炎症。因此我们可以继续寻找某些新型TNF-α的靶向药物用于UC炎症缓解的治疗。

4 紧密连接(Tight Junction，TJ)

上皮细胞(包括肠上皮细胞，杯状细胞，神经内分泌细胞，Paneth细胞和M细胞)被细胞间紧密连接(tight junction，TJ)密封，起到屏障作用，形成肠上皮屏障(Intestinal epithelial barrier)。肠上皮屏障是一种选择性屏障，在健康人体中，肠上皮屏障可以有效阻挡微生物、毒素、病原体和过敏原进入黏膜组织和血液循环，保护宿主免受肠腔内容物和微生物的侵袭，调节营养物质、离子和水在腔环境之间的运输。反复发生的肠上皮损伤或细胞旁途径先天缺陷，均可以使肠上皮细胞细胞旁路径通透性增加，从而导致外源性有害大分子大量进入上皮下层，导致上皮屏障功能破坏，此过程参与了UC的发生及发展。

紧密连接结构位于上皮屏障的最顶端，是肠上皮屏障的主要物理决定因素之一。紧密连接主要由跨膜蛋白和细胞质接头蛋白(如Zonula Occludens，ZOs)组成。在跨膜蛋白中，Occludin、Claudins(主要作用为调节细胞旁通透性)、连接粘附因子(Junctional Adhesion Molecule-A,JAM-A)(主要作用为调节上皮屏障、细胞迁移和增殖)的作用最为重要。学者[11]已证明在UC患者中，单层结肠细胞中的ZO-1缺失会延迟TJ组装，从而破坏对大分子的屏障，加重肠道的炎症反应。Kuo等[12]的实验显示Occludin可增加Caspase-3的表达，诱导细胞凋亡。在UC患者结肠组织中，Occludin表达减少会导致Caspase-3下调，从而限制上皮细胞凋亡并引起结肠炎，其体内和体外研究均表明，Occludin丢失是炎症刺激引起的上皮紧密连接破坏、肠道通透性增加的关键。研究发现JAM-A基因敲除小鼠的肠道上皮屏障功能受损，表明JAM-A在调节肠道通透性方面的重要性。ZOs是一种与紧密连接细胞质表面相关的蛋白，具有多结构域的支架蛋白，作用于紧密连接、细胞质和细胞核。紧密连接功能的完整对于建立肠上皮屏障起到至关重要的作用。

5 展望与小结

溃疡性结肠炎的发病机制尚不明确，但肠道促炎和抗炎途径失衡、肠上皮屏障受损被认为是UC发生发展的关键。大量实验研究表明AQP4与细胞膜的水通透性、HSP70、TNF-α和COX-2等细胞因子，TJ与肠上皮屏障这些因素的异常贯穿UC始终。这些有关肠道免疫调节失衡及肠上皮屏障受损机制方面的实验研究，旨在发掘潜在的生物标志物及更具针对性的新治疗方法，优化溃疡性结肠炎患者的管理。虽然目前取得众多进展，但有许多问题仍需要进一步探索。但我相信越来越多的研究者会投入到对抗UC的战役中来，而UC发病机制的神秘面纱也会被逐渐揭开。