炎症性肠病发病机制(下): 肠道屏障和免疫应答

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炎症性肠病的发病机制(下): 肠道屏障和免疫应答

文献来源: Mayo Clin Proc. 2019 Jan;94(1):155-165

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三、肠道屏障：黏膜上皮和固有免疫

肠黏膜与肠腔内容物存在功能的平衡，这种平衡的紊乱可导致IBD等疾病。肠屏障由肠上皮细胞（IEC）和固有免疫细胞组成，在腔内容物和黏膜之间保持这种平衡。 

IBD易感性上皮屏障的重要性，得到了CD患者和一些一级亲属的肠道通透性异常的研究支持。

此外，对CD患者的肠黏膜活检组织标本的分析，发现连接蛋白上皮钙粘蛋白的下调，尤其是肠上皮物理屏障的紧密连接破环。

其他研究还发现，IBD与几种涉及上皮再生的转录因子存在相关性，例如HNF4A和NKX2-3。

除了在肠腔腔和黏膜之间物理屏障之外，肠上皮细胞构成的屏障，实际上由不同类型的细胞组成，通过不同的机制维持肠腔黏膜屏障的平衡。这些细胞包括肠上皮细胞、杯状细胞、神经内分泌细胞、潘氏细胞（Paneth cells）和M细胞（见下图）。

杯状细胞可以产生覆盖肠上皮的粘液基质，这对黏膜防御和屏障修复都是必需的。 

Muc2（粘蛋白2）的遗传缺陷，会导致杯状细胞分泌的粘蛋白受损，在小鼠模型观察到会导致自发性结肠炎。

另一种杯状细胞产生的特异性蛋白：抵抗素样分子β（RELMβ），会直接影响Th2细胞免疫，并可将肠腔抗原传递给树突细胞，从而调节免疫系统。研究显示干扰RELMβ基因表达，可以降低小鼠模型中结肠炎的严重程度。

肠上皮杯状细胞似乎具有保护个体降低结肠炎症的作用，而潘氏细胞（Paneth cell）的生物学缺陷，则与CD风险增加有关。 

Paneth细胞位于小肠隐窝的基部，在维持隐窝稳态、肠干细胞功能，同时分泌抗菌效应物制以控制微生物群和黏膜之间的平衡。 

IBD的几个关键遗传风险因素，均与Paneth细胞功能受损相关并导致结肠炎，最明显的是NOD2基因和自噬。 

NOD2蛋白是由Paneth细胞、树突细胞、巨噬细胞和吸收性肠上皮细胞表达。NOD2基因变异会降低Paneth细胞分泌的α-防御素水平，从而影响抗微生物的功能。

除了NOD2之外，研究还发现CD患者的ATG16L1基因变异，会使Paneth细胞的自噬功能受损。

自噬是细胞内的“自我同化”的过程，涉及细胞溶质内容物和细胞器的降解和再循环，以及抗感染和去除细胞内微生物的过程。

通过研究ATG16L1基因和NOD2基因突变的小鼠和患者，同时发现了Paneth细胞的分泌功能异常和抗菌自噬功能缺陷。

此外，在肠黏膜树突细胞中，这些基因中的缺陷也会导致将外源抗原呈递给T细胞的能力受损。

树突状细胞、巨噬细胞、固有淋巴细胞和中性粒细胞，是肠上皮细胞物理屏障的补充，是人体肠黏膜固有免疫系统的第一道防线。

在健康的人肠道中，以CD14表达阴性的肠巨噬细胞，以低反应性状态存在，对于微生物或宿主细胞因子的免疫应答，表现出较弱的增殖和趋化活性，同时保留吞噬和杀菌功能。

此外，这类巨噬细胞还具有产生抗炎细胞因子的能力，这种抗炎细胞因子会促进调节性T细胞分化并，并抑制Th1细胞和Th17细胞的免疫应答。

已发现部分CD患者具有固有免疫应答缺陷，例如巨噬细胞活性和中性粒细胞募集受损，会使肠道微生物更容易通过黏膜。

另一方面，这类CD患者还存在另一种特殊的炎性巨噬细胞群，会产生大量促炎细胞因子，例如TNFα和IL-6。

与吞噬性的巨噬细胞相反，树突细胞构成了监测环境的免疫信号，以启动适当的获得性免疫反应网络。

树突状细胞对微生物抗原的获取，是由CX3CR1基因依赖性的生物学机制介导的，该机制允许树突状细胞直接与微生物接触。

CX3CR1的基因缺失，会导致肠黏膜固有层巨噬细胞数量减少和易位，增加细菌对肠系膜淋巴结的影响。

目前的研究已发现，树突状细胞在IBD患者的黏膜中积聚。如果阻断树突状细胞和效应T细胞群之间的CD40 / CD40L相互作用，则会阻止T细胞介导的结肠炎。

四、获得性免疫应答：效应T细胞和调节T细胞

在遇到通过肠黏膜屏障进入的抗原和微生物产物后，树突状细胞和其他抗原呈递细胞（APC）会启动一系列促炎和抗炎信号，激活局部和循环淋巴细胞的不同亚群，迁移到炎症的效应部位。

淋巴细胞向发炎肠段的迁移过程，是通过位于淋巴细胞表面的整合素分子，与血管内皮细胞表面表达的细胞粘附分子的相互作用。

这些血管内皮细胞在感知到肠黏膜中炎症信号后，本身也可以产生趋化因子，将淋巴细胞吸引到发生炎症的部位。

整合素αLβ2、α4β1、α4β7和αEβ7是循环淋巴细胞表面表达的异二聚体受体，能够与不同的粘附分子相互作用，将特异性淋巴细胞运输至肠道。

目前在临床实践中已经有多种药物，靶向结合上述整合素分子，以阻止淋巴细胞向肠道迁移，并控制IBD患者的炎症。

目前正在进行的临床试验，正在评估通过靶向内皮细胞细胞粘附分子抑制淋巴细胞从淋巴结进入血液循环，对控制CD和UC肠道炎症的效果

肠黏膜中抗炎和促炎信号之间平衡的打破，以及随后淋巴细胞向肠黏膜的迁移，会不断放大T细胞免疫应答，从而使炎症持续存在。这在CD和UC中均可以看到。

但重要的是，不同患者参与这些炎症疾病过程免疫应答的T细胞似乎是不同的，这可以解释在临床实践看到的患者疾病表型差异，以及不同患者新型靶向药物的疗效差异。

虽然CD的透壁性炎症是由过量的Th1细胞和Th17细胞免疫应答引起，但在UC中看到的弥漫性黏膜炎症，主要是由于Th2细胞的功能异常。

在UC中，Th2细胞分泌特异性细胞因子IL-5，与Th1细胞免疫应答相比可以更有效的诱导B细胞的活化和免疫应答。

值得注意的是，UC特异性的Th细胞仅产生低水平的IL-4，提示它们不显示经典Th2细胞的所有特征。

在CD患者中，在抗原呈递细胞（APC）和巨噬细胞产生炎症因子（如IL-12、IL-18、IL-23和TGFβ）后，会诱导Th0细胞分化成Th1和Th17细胞。

反过来，Th1和Th17细胞又会分泌促炎细胞因子IL-17、干扰素γ和TNFα，进入自我增殖的循环，从而刺激抗原呈递细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和内皮细胞产生更多的炎症因子（如TNFa、IL-1、IL-6、IL-8、IL-12和IL-18）。

除了分泌效应细胞因子的功能外，Th17细胞还在肠道中发挥重要的稳态功能，这可以解释一些相互矛盾的结果。

在这种情况下，IL-17A也可能在保护肠黏膜屏障完整性和Treg细胞功能方面发挥作用，这对控制免疫激活和限制炎症反应至关重要。 

Treg细胞和Th17细胞的具有相反的生物学功能，但都经历了共同的转化生长因子β（TGF-β）的刺激。

肠组织中的TGF-β，可以促进固有层初级CD4+ T细胞分化为Treg，从而促进正常的免疫功能平衡。

在IBD的炎性状态中，黏膜中TGF-β等多种信号（包括细胞因子、代谢物和微生物信号）的组合，促进了Th17细胞分化。

因此，在肠道中TGF-β信号通路可以调节T细胞的分化，达到促炎或抗炎的结果，这取决于肠道局部不同细胞因子和微生物的存在。这可能是IBD发病、持续和复发的原因。 

Treg细胞和Th17细胞分化所需的许多基因，都与IBD的发病机制有关。

在实验模型中，由Th17细胞驱动的炎症反应会导致结肠炎，但可以被Tregs细胞抑制。

在这种情况下，Tregs细胞不仅具有抑制效应T细胞群的重要功能，而且还具有控制固有免疫炎症机制的重要功能。

Treg关键转录因子FOXP3的功能缺失性基因突变，会导致免疫紊乱、多内分泌疾病、肠病、X连锁综合征，其中可伴有肠道炎症。 

Treg细胞可能在调节炎症疾病过程起关键作用。因此，已经有学者提出使用Treg细胞作为控制IBD过度炎症的替代治疗策略。

目前正在实验研发和临床试验中的新免疫疗法，旨在通过阻断不同细胞因子相关的下游信号传导通路，来降低IBD的炎症反应。 

Janus激酶（JAKs）是一个酪氨酸激酶家族，包括：JAK1、JAK2、JAK3和TYK2 [酪氨酸激酶2]，介导细胞因子受体和核信号之间的细胞内通讯。

这些分子充当细胞因子受体和核内蛋白之间的桥梁，最著名的是：信号转导和转录激活因子（STATs）。 

STAT蛋白家族包括7个不同成员（STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6），与不同的JAK激酶的组合，可以介导特定细胞因子的细胞内作用。因此STATs是潜在的调节炎症的治疗治疗靶点。

在IL-12和IL-23存在的情况下，JAK2和TYK会被膜受体激活，募集STAT3和STAT4以传递与控制Th1 / Th17细胞免疫应答相关的核内信号。这一过程已经在IBD患者中得到证实。

此外，最近的研究还显示JAK抑制剂在控制难治性UC肠道炎症方面的潜在作用。

五、未来前景：评估目标和治疗

了解IBD的发病机制，对于寻找新的治疗靶点和制订新的治疗策略至关重要。

除了发现潜在的治疗靶点之外，新的基因组研究还应帮助患者进行风险分层，并分析目前治疗药物对不同人群的应答差异，并开发更个性化的药物。

从环境因素的角度进行有针对性的评估，相关研究应该尝试在数量和功能（代谢组）方面分析肠道微生物组的组成，以评估它如何干扰肠道炎症的机制，以及对治疗的反应。

在粪菌移植的小型试验中，肠道微生物调节已经取得了有希望的结果，尤其是在UC患者中。

此外，细胞疗法（尤其是干细胞治疗）正处于IBD个体化疗法的视野中，目的是帮助黏膜愈合，恢复肠道屏障，控制异常免疫应答。

此外，多种新型的靶向免疫疗法，已经进入或接近临床使用。

未来的研究应该基于不同个体的炎症反应特征，考虑个体化治疗方法。因为不同患者发生炎症反应的机制不同，并且同一个患者的炎症反应也随时间的推移发生变化。

（完）