炎症性肠病肠壁纤维化机制研究进展

李 颖 戴 夫 彭 琼 甘惠中

安徽医科大学第三附属医院消化内科(230061)

炎症性肠病(IBD)是一组病因未明的慢性非特异性肠道疾病，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)。遗传、环境和免疫因素及其相互作用在IBD发病机制中占主导地位，IBD的主要病理变化是在肠道慢性炎症反复发作过程中，黏膜不断被破坏和修复，导致肠道间质细胞活化，产生大量细胞外基质(ECM)并发生沉积，从而发生肠壁纤维化。UC中ECM的积聚主要局限于结直肠黏膜和黏膜下层，CD肠壁纤维化发生于受累肠段的各层，包括黏膜层、黏膜下层、肌层黏膜层、肌层和浆膜层［1］。肠壁纤维化导致肠道变形缩短，结肠带消失，肠腔狭窄，甚至引起肠梗阻。约75%的CD患者至少需接受一次手术以缓解症状，但肠道狭窄复发率达45%，重复手术操作引起的严重肠损伤、短肠综合征等的发病风险亦相应增加［2］。药物如皮质类固醇、氨基水杨酸盐、免疫抑制剂(硫唑嘌呤、甲氨蝶呤)以及最新的生物制剂抗肿瘤坏死因子(TNF)抗体能改善肠道炎症，须长期服用但疗效欠佳，且慢性炎症导致的肠壁纤维化仍不可避免［3］。对IBD纤维化形成机制及其早期干预的研究已成为当今热点。

IBD肠壁纤维化涉及多种细胞和分子机制，细胞机制主要包括成纤维细胞与肌成纤维细胞、上皮间质转化(EMT)和内皮间质转化(EdnoMT);分子机制主要包括转化生长因子(TGF)-β/Smad蛋白以及基质金属蛋白酶/基质金属蛋白酶抑制因子(MMPs/TIMPs)失衡。这些机制共同促进间质ECM沉积增加(主要为胶原和纤连蛋白等)，导致肠壁纤维化，最终引起肠道狭窄和肠梗阻。本文就此作一简要综述。

一、IBD肠壁纤维化主要的细胞机制

1.成纤维细胞与肌成纤维细胞:成纤维细胞在维持组织结构的完整性、调节基质稳态和创伤修复再生中起重要作用。IBD肠道慢性炎症可激发成纤维细胞活化，参与肠壁的正常修复或形成纤维化，其活化的特征是ECM过度沉积。成纤维细胞共表达波形蛋白(其特异性蛋白)、N-钙黏蛋白和脯氨酰4-羟化酶，这些蛋白表达上调是肠纤维化的重要机制［4］。TGF-β1对成纤维细胞的增殖具有促进或抑制的双重作用，取决于TGF-β1浓度和组织来源［3］。细胞迁移是创伤修复的重要过程，亦是IBD肠壁纤维化的基本过程，自分泌刺激物质(如纤连蛋白)和旁分泌因子(如PDGF-AB、IGF-Ⅰ、EGF和 TGF-β1)均能诱导成纤维细胞向肠道间质迁移［3］。在IBD慢性炎症刺激下，成纤维细胞被激活，使其转变为合成ECM能力更强的肌成纤维细胞［5］。

生理状态下肠黏膜存在两种肌成纤维细胞，即肠Cajal间质细胞(ICC)和肠上皮下肌成纤维细胞，其是一类高收缩性细胞，在组织修复和纤维性疾病发病机制中起十分重要的作用。肌成纤维细胞活化时能合成大量ECM，尤其是胶原蛋白、腱糖蛋白和纤连蛋白［6］。

正常情况下，肌成纤维细胞通过分泌炎症趋化因子和细胞因子对炎症反应起调节作用;但在一些纤维增生性疾病中炎症反应应答失控、发生混乱以及调解程序的反复进行均使间质基质不能正常溶解，但肌成纤维细胞增殖仍在继续，使ECM过度积聚，导致组织结构改变以及纤维化，最终发生器官衰竭。大部分组织中纤维性变是肌成纤维细胞活化和增殖的主要病理结果之一［7］。

2.EMT和EndoMT:EMT和EndoMT是组织形成、癌症发生以及器官纤维化的关键中间过程，其特征为细胞表型和功能的强烈改变，即局部基膜破坏、上皮细胞黏附力丧失、信号肽重组、α-SMA重新合成、细胞骨架蛋白重组、上皮细胞通过基膜向间质迁移等［8］。典型的上皮细胞和内皮细胞具有较高的可塑性，上皮间质转化时其梭状形态发生改变，细胞表型丢失，并获得成纤维细胞和肌成纤维细胞表型，表达成纤维细胞特异蛋白-1、α-SMA和波形蛋白，并具有类似于成纤维细胞和肌成纤维细胞的功能，能产生间质胶原和纤连蛋白。动物模型和细胞实验均证实了EMT和EndoMT能促进肠道纤维化［9，10］。

二、IBD肠壁纤维化主要的分子机制

1.TGF-β/Smad蛋白:TGF-β 参与细胞增殖、分化、凋亡、免疫调节、炎症反应调节、创伤愈合以及纤维化等过程，并在细胞水平影响慢性炎症和纤维化的各个阶段。过表达TGF-β的转基因小鼠可出现多器官的纤维性变，包括皮肤、肾、肺、血管、肝、胰胰和肠道［11］。目前普遍认为 TGF-β 在IBD肠壁纤维化形成中起决定性调节作用，可通过直接和间接机制促进肠壁纤维化进程，主要包括诱导ECM生成细胞的迁移和活化、促进EMT和EndoMT过程。TGF-β不仅能促进ECM蛋白的合成，同时能调节其降解［5］。

哺乳动物 TGF-β 分为 TGF-β1、TGF-β2 和 TGF-β3，均以无活性前体形式(LTGF-β)分泌。LTGF-β通常与TGF-β结合蛋白(LTBP)结合，其从结合体释放并活化为成熟形式，随后激活TGF-β信号转导途径。TGF-β受体分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，其中Ⅰ型和Ⅱ型受体是两个不同的跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶受体，并有一个跨膜区与TGF-β结合形成同源或异源二聚体，诱导Smad蛋白家族磷酸化，转导细胞表面的配体信号进入细胞核，参与细胞核内的相关蛋白表达。

Samd蛋白主要功能是介导TGF-β超家族配体的信号转导。TGF-βRⅠ特异性识别并磷酸化 Smad蛋白(R-Smad)。磷酸化的Smad2/Smad3与共同调节蛋白Smad(Co-Smad)，如Smad4结合形成混合物。Co-Smad作为Smad途径下游的汇聚点络合R-Smad。R-Smad/Smad4混合物通过细胞质的核转运蛋白转移定位到细胞核，作为转录因子直接结合到DNA或与其他DNA结合蛋白结合［12］。

目前已发现多种Smad基因靶点，如COL1A1、COL3A1、COL5A2、COL6A1、COL6A3 和 TIMP-1，表明 Smad 信号途径对TGF-β介导的多种胶原原纤维基因的同步活化十分重要。多项研究表明TGF-β/Smad信号途径的破坏，如Smad3表达减少或 Smad7表达升高能抑制IBD肠壁纤维化［13］。TGF-β通过Smad蛋白优先转导细胞内信号，激发细胞核内ECM相关蛋白基因的表达从而促进纤维化进程。TGF-β1还可能影响ECM积聚与降解之间的平衡，IBD患者纤维化结肠标本中MMP-1、-2、-3 和-9 表达上调［14］。应用 TGF-β 抗体培养正常人类肠道活检组织标本和黏膜固有层细胞后，MMP-3表达增加而TIMP-1表达未上调［15］，TGF-β对MMPs/TIMPs平衡的调节在IBD纤维化中的作用机制至今仍不十分清楚。

2.MMPs/TIMPs失衡:ECM的合成与降解存在微妙的平衡，如打破该平衡就会发生肠道进行性损害(溃疡和肠瘘)、或ECM过度沉积［16］。ECM的合成和降解主要受到MMPs/TIMPs平衡的调节，MMPs是一组活性钙和锌依赖的内肽酶类，以无活性的形式分泌，通过蛋白水解的裂解作用活化。IL-1、TNF-α、TGF-β1 刺激时，MMPs在多种细胞，包括间质细胞、T细胞、单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞中表达［17］。TIMPs能抑制MMPs活性，从而抑制ECM降解。

MMPs/TIMPs平衡能调节生理状态下以及炎症和创伤修复时组织重塑中的ECM合成和降解。MMPs活性下降或(和)TIMPs表达增高可引起MMPs/TIMPs失衡，导致ECM过度沉积，促进组织纤维化形成。MMPs表达可能引起IBD肠壁炎症和组织损伤，促进肠壁成纤维细胞的迁移和侵袭，最终发生纤维化。重组MMP-3转染体外培养的人肠组织可加重组织损伤，抑制其活性可使组织损伤基本恢复［18］。在UC和CD患者肠道溃疡边缘组织中，MMP-1、MMP-3、MMP-7、TIMP-1、TIMP-3表达均增加。与IBD患者的正常结肠组织相比，炎性组织无论是否发生纤维化，MMP-1、-2、-3和-9的升高水平较TIMP-1和-2更明显［14］。CD患者狭窄肠段肌成纤维细胞过表达 TIMP-1，而MMP-3和-12表达下调［19］。在纤维化过程中，胶原、MMPs和TIMPs表达常同时增加，但胶原净沉积量增加。慢性炎症引起肠壁纤维的过程中，ECM合成过程被活化的同时，其溶解过程亦被活化。故纤维化组织不是固有的瘢痕性组织，而是动态的重塑过程。有报道认为MMPs和TIMPs的单核苷酸多态性(SNPs)与肠壁纤维化有关，如TIMP-1的SNPs与CD易感性增加相关，而MMP-3的SNPs可能与肠道狭窄的发生率增加有关［20］。

总之，组织降解酶类及其抑制剂的失衡可能引起肠纤维化，MMPs和TIMPs可能成为抗纤维化治疗的新靶点。

三、总结

综上所述，IBD肠壁纤维化是一个复杂的综合性过程，涉及多种因素及其相互作用。ECM主要由肠间质成纤维细胞和肌成纤维细胞产生，亦可由上皮和内皮细胞通过EMT和EndoMT转化而来，其降解受MMPs/TIMPs的调控。TGF-β可直接促进间质细胞的增生，也可通过间接方式发生作用，如通过促进PDGF受体的上调、CTGF合成的增加和促进IGF-Ⅰ的表达，所有这些因素均直接影响成纤维细胞的增殖［21］，从而使ECM合成增加。现今预防和治疗IBD纤维化的研究已开始从分子水平着手，如TGF-β1靶向疫苗能使结肠炎大鼠体内TGF-β1水平下降，并能抑制肠壁纤维化形成［22］。但存在一些尚未解决的问题，抑制TGF-β1表达的同时其促进炎症修复的作用亦被抑制，可能会导致溃疡加重甚至肠瘘形成，但相关机制尚不十分明确。相信随着对IBD肠壁纤维化的细胞和分子机制的不断深入研究，相关问题能得到进一步解决，有助于寻找治疗IBD的靶点及其治疗方案。

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