肠道干细胞与炎症性肠病的关系

祝 芳，曲 波，金世柱，连丽莹

哈尔滨医科大学附属第二医院消化内科，黑龙江 哈尔滨 150086

炎症性肠病 (inflammatory bowel disease，IBD)是一类反复发作的慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括克罗恩病(Crohn’s disease，CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)。IBD的确切病因和发病机制尚不十分清楚，可能是遗传易感者在环境因素和肠道菌群作用下，免疫和炎症反应失调所致。IBD病程迁延，随着生活水平的不断提高，其发病率逐渐呈上升趋势。肠道上皮组织是成年哺乳动物自我更新最活跃的组织之一，更新过程主要依赖于肠道干细胞的不断分裂和补充。肠道干细胞是成体干细胞的一种，具有不对称分裂、自我更新和多向分化的特征，主要分布在肠道的隐窝内，对修复损伤的肠道黏膜发挥重要的作用。

1 IBD的临床特点及治疗方法

1.1 临床特点 IBD是一类反复发作的慢性非特异性的肠道炎症性疾病，它严重影响患者的生活质量。在西方，IBD的发病率和患病率在增长，虽然我国仍未有以人群为基础的IBD的流行病学调查报告，但近十年来有关临床报道及系统分析研究表明IBD的病例数量上升了约3.1倍，其中UC患病率约为11.6/10万，而CD的患病率则为1.38/10万[1]。CD主要累及回肠和结肠，其在肠镜检查表现为黏膜隆起、肠腔狭窄、狭小化等，在组织学上表现为全肠壁的炎症反应，易并发瘘管、脓肿和狭窄。而UC主要累及直肠到结肠，其在结肠镜下表现为弥漫性、多发性糜烂或溃疡，炎症仅仅局限在黏膜层，但如果治疗不当，如不恰当的服用抗腹泻药物或鸦片类麻醉性镇痛剂等易并发中毒性巨结肠。两者都是由于黏膜的改变而引起相应的临床症状[2]，包括腹痛、黏液脓血便、发热等，CD主要表现为右下腹或脐周的疼痛，而UC则表现为左下腹的疼痛，具有疼痛－便意－便后缓解的规律。

1.2 目前主要治疗方法 IBD发病机制复杂，病程较长且易反复发作。目前，IBD的治疗主要针对控制活动性炎症和调节免疫紊乱，传统的治疗药物有5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂等。上述药物对CD和UC的缓解率分别为70%和80%，但是临床疗效欠佳，且长期应用不良反应多，存在停药后复发等问题。随之在传统药物的基础上出现了生物制剂、转基因方法及抗凝治疗等新的治疗方法，而对生物制剂，虽然对IBD的治疗有积极作用，但有研究表明长期应用会对患者产生严重的不良反应。近几年研究比较多的是干细胞移植来治疗IBD，其治疗目标主要是改变自然病程，使肠黏膜愈合并试图最终恢复肠道黏膜的正常功能，甚至治愈疾病[3]。

2 肠道干细胞在肠道黏膜中的作用

肠道上皮组织是成年哺乳动物自我更新最活跃的组织之一，肠道上皮细胞每5 d更新一次[4]，这个过程主要依赖于肠道干细胞的不断分裂和补充。肠道干细胞是成体干细胞的一种，在哺乳动物体内主要分布在肠道的隐窝。肠道干细胞具有不对称分裂、自我更新能力和多潜能性即增殖分化为多种细胞类型包括吸收细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞和潘氏细胞[5]。肠黏膜的每个隐窝有4～6个独立的肠道干细胞。在形态学上以隐窝底部细胞开始计数，肠道干细胞位于隐窝的第四层，该位置的干细胞具有非常活跃的细胞循环周期[6]。肠道干细胞首先分化为短暂扩充细胞，其是一类具有有限分裂循环能力的子代细胞。短暂扩充细胞定居在隐窝底部约48～72 h，随后逐渐向上迁移，经历约6轮的细胞分裂，最终分化为终末细胞[7]。Potten等[8]研究表明，在小肠放射性损伤模型中，小肠隐窝干细胞在胰岛素样生长因子和肝细胞生长因子的作用下能够迅速分化修复损伤。Amcheslavsky等[9]通过葡聚糖硫酸钠诱导果蝇肠黏膜损伤后发现，损伤的肠道可以分泌信号蛋白而加速肠道干细胞的分裂，以促进黏膜的修复。

3 肠道干细胞对肠道黏膜的修复机制

3.1 肠道干细胞的标记 每个肠道干细胞表面都被特殊的蛋白受体所覆盖，可以选择性的结合或黏附其他“信号”分子，这种细胞表面受体即为干细胞标记[10]。目前研究发现肠道干细胞标记物主要有Musashi-1、TERT(端粒酶逆转录酶)以及最新发现的ID14[11]。Musashi-1是一种神经 RNA结合蛋白，但研究表明其除了神经系统外，也是肠道干细胞的选择性标记。Kayahara等[12]描述了在小鼠小肠的Musashi-1阳性细胞，Potten等[13]研究发现反射损伤后小鼠肠道标本的Musashi-1明显增加。TERT是一种核糖核蛋白酶复合物，有研究表明，免疫组化TERT阳性细胞主要分布在小肠隐窝基底部，距隐窝底部4～7个细胞位置，也有部分细胞分布在隐窝周围的间质中[14]。ID14是一种在非洲爪蟾中发现的新基因，它编码一个含有315个氨基酸的蛋白[15]。成体ID14大部分在肠道被发现，而在胃、肺和睾丸仅有微弱的表达，其在肠道的表达到变态期才开始，与成体肠道上皮细胞分化密切相关[16]。

3.2 肠道干细胞的不对称分裂 肠道干细胞通过不对称分裂来不断增加干细胞的数量，促进损伤的肠道组织自我更新和修复，以此来维持肠道黏膜的动态平衡。干细胞通过不对称分裂形成一个与母细胞完全一致的子细胞和一个具有分化能力的子细胞。此分裂过程中干细胞DNA双链倾向于进入与母细胞一致的子细胞中，使维持干细胞特征的子细胞保留母链DNA，从而维持基因的稳定性[6]。

3.3 干细胞的分子调控 肠道干细胞的生物学行为是多种信号通路和基因家族相互联系、相互影响、共同作用的结果，包括 Wnt/β-连环蛋白-Tcf4信号途径、Math1基因、BMP信号途径、Notch信号通路等。(1)Wnt/β-连环蛋白信号通路是研究较早的信号途径之一，可能是调节肠道上皮隐窝－绒毛轴上细胞命运最主要的基因。Wnt通过一系列的反应使得β-连环蛋白含量升高，而β-连环蛋白跨过细胞核膜与Tcf/LEF家族的DNA结合蛋白结合后成为一种转录激活因子来启动靶细胞的增殖[17]。(2)Math1基因:Math1是一种转录因子，有研究表明在敲除小鼠Math1基因后导致杯状细胞、潘氏细胞及肠内分泌细胞的缺失，说明Math1是干细胞分化成终末细胞必不可少的[18]。(3)BMP信号途径在肠道的发育和维持组织的内稳态过程中也发挥着重要作用，其能调控肠道干细胞的复制，从而阻止隐窝分裂的发生和隐窝数目的增加。BMP信号途径的机制是能够抑制Wnt信号途径来保证肠道干细胞的自我更新的平衡状态[19]。(4)Hes-1是Notch信号通路的下游靶基因，Kayahara等[12]研究表明胃肠干细胞在分化为胃肠黏膜上皮细胞的过程中，Hes-1仅表达在处于增殖、分化状态的干细胞中，推测Notch信号通路在干细胞的繁华过程中发挥一定的作用，但其具体机制尚不明确。

3.4 干细胞的神经调控 肠道活动受交感神经、副交感神经和肠神经系统共同支配。交感、副交感神经丛可以通过生长因子、炎症介质等促进肠黏膜上皮细胞的增殖和再生，加快隐窝细胞的分裂。肠神经系统由肌间神经丛和黏膜下神经丛组成，其大部分神经元位于肠道壁内。Lundgren等[20]通过化学切除肠道肌间神经丛观察到会加快肠道干细胞的增生，表明肌间神经丛对肠道黏膜细胞更新有抑制作用。

4 展望

IBD病程迁延，反复发作，严重影响患者的生活质量，近年来随着人们生活水平的不断提高，IBD在我国的发病率也呈上升趋势。而到目前为止不论是内科药物治疗还是外科手术治疗，都无法达到彻底的治愈。肠道干细胞在肠道黏膜自我更新和修复损伤中的作用受到越来越多学者的关注和重视，通过刺激肠道干细胞的增殖和分化，能够改变IBD的自然病程、修复损伤的肠道黏膜、恢复肠道的正常功能并提高患者的生活质量。尽管目前对干细胞的作用机制尚未完全明了，但随着不断的研究和探索，肠道干细胞在IBD中的应用一定会造福广大的患者。

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