溃疡性结肠炎发病机制的研究进展

溃疡性结肠炎发病机制的研究进展

分离的非特异性炎症溃疡性胃炎（iu）也称为非特异性生殖器性胃炎或特发性生殖器性胃炎。这是一种常见的慢性肠疾病，也是一种非特异性炎症，多因素少，难以找出。病变主要在结肠的黏膜及黏膜下层,呈连续性弥漫性分布,多数累及直肠和乙状结肠。主要临床表现为腹痛、腹泻、黏液脓血便、里急后重等,部分患者有肠外表现,如关节、肝胆管类疾病及眼睛、皮肤的损伤;病程迁延不愈,轻重不等;发病的年龄段主要在20~50岁之间,但无显著性的性别差异。国内外流行病学统计数据显示,UC的发病率和和患病率均呈现明显的增高趋势,被世界卫生组织列为现代难治病之一,其病因和发病机理一直是学者们的研究热点。现就UC的发病机制进展作一综述。1自身免疫因素近年来,随着对UC发病机制免疫学研究的不断深入,发现溃疡性结肠炎患者常伴有结节性红斑、类风湿性脊柱炎、硬化性胆管炎等自身免疫性疾病,特别是UC的临床特征、组织病理学检查、免疫抑制剂治疗的有效性等,充分说明免疫因素在UC的发生与发展中发挥重要作用。1.1不同抗体的遗传多样性在UC患者血清中,可检测到多种自身抗体,其中抗结肠上皮细胞抗体(如核旁型抗中性粒细胞胞质抗体,pANCA)与抗肌球蛋白抗体是最常见的两种自身抗体。特别是pANCA作为UC患者重要的一种自身抗体,不同的报道表明UC患者血清中其阳性率为30%~83%;同时研究显示,在决定UC患者ANCA产生的众多基因中,ANCA合成与IL-10和TNF-α的遗传多态性有显著相关性。此外,在巨细胞病毒(HCMV)诱导的自身免疫导致的炎症性肠病(IBD)中,细胞毒素CD13被认为可能是IBD的一种特异性自身抗体,在HCMV-IgG阳性的UC患者血清中CD13的阳性率约占66%,重度UC患者中可达85%;而且在UC患者的肠、眼睛、关节等处均发现CD13,而正常对照组中没有发现。1.2细胞免疫在UC患者的结肠黏膜中,可以检测到树突状细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞等。1.2.1dc与微生物的相互作用是具有最强抗原提呈功能的专职抗原提呈细胞(APC),能有效摄取和处理抗原,迁至T细胞区,使T淋巴细胞致敏,从而使机体处于免疫应答状态。正常情况下,机体内绝大多数DC处于未成熟状态,广泛分布于机体所有组织和器官中,能诱导免疫耐受并参与T细胞分化,可以分泌多种细胞因子参与免疫功能调节,而且控制着免疫反应的许多方面,如免疫反应的类型(Th1、Th2、Th3、Tr)、抗原特异性效应细胞的归巢等。研究显示,对于UC患者,DC可以通过TOLL样受体(toll-likereceptors,TLRs)识别微生物作出的反应,表现为DC对TRLs表达上调,特别是正常对照组的肠道上皮DC几乎不表达TRL2和TRL4,而UC患者的DC对TRL2和TRL4高度表达,因而充分表明DC与微生物之间存在密切的反应,而且这种反应决定不同的免疫反应类型;此外,结肠黏膜DC浸润的频率与UC活动性炎症的严重性有显著的关联。1.2.2调节性t细胞在uc治疗T细胞是胸腺依赖性淋巴细胞的简称,是免疫反应中抗原呈递的核心环节,更是最重要的免疫调节剂。T细胞是不均一的细胞群体,各细胞成分之间的比例平衡是正常免疫反应的生理学基础,依据其细胞表面标志及功能特征,可将T细胞分为不同亚群。CD为T细胞表面的分化抗原,依据CD4和CD8分子表达情况,可将成熟T细胞分为CD4+或CD8+细胞。研究显示,正常人肠道炎症反应时,免疫细胞选择性激活CD8+的抑制T细胞,而在IBD患者可能优先刺激CD4+的辅助T细胞(Th);活动性UC患者的CD8+T细胞较正常或缓解组明显下降,CD4+/CD8+比值上升,而在活动性CD患者,上述变化与UC组呈相反趋势。同时,根据Th功能和产生的细胞因子种类的不同,可以分为Th1和Th2,在机体正常状态下两者处于动态平衡,各自产生细胞因子相互调节;在一定条件下两者互为抑制,其中Th1调节细胞免疫应答并分泌IL-2、IL-12和INF-γ,Th2调节体液免疫应答并分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IL-13,由Th1产生的INF-γ能够抑制Th2细胞的增殖,而由Th2细胞分泌的IL-4、IL-10和IL-13能抑制Th1反应;而且现已证实,UC发病是以Th2细胞占优的免疫异常的结果,在早期可能是Th1反应增强,而晚期以Th2反应占优势,因此Th1/Th2比例失衡是UC发病的重要原因之一。此外,CD4+CD25+T细胞是调节性T细胞亚群之一,存在于溃疡性结肠炎患者的肠系膜淋巴结中,能表达FoxP3mRNA和蛋白质,并能有效抑制自身肠系膜淋巴结CD4+T细胞的增殖,具有T调节细胞的典型特征,即使在持续性黏膜炎症中也具有有效的抑制能力,表明调节性T细胞在UC发生机制中也起着重要作用。自然杀伤T细胞(naturalkillerT,NKT)是近年来发现的一类表达NK细胞表面分子NK1.1和T-细胞受体(Tcellrecepror,TCR)-CD3复合物的T细胞亚群,称为NK1.1+T细胞,简称NKT细胞。研究显示,与正常对照组比较,UC患者的肠固有层T细胞产生大量的IL-13,而INF-γ的产生量则减少;刺激具有NK细胞标志CD161并具有抗CD2/CD28的T细胞或B细胞转染的CD1d的T细胞均可以产生大量的IL-13,证明在UC中NKT细胞是IL-13的产生细胞,且这类细胞并不表达绝大多数NKT细胞表达的固定的NKT细胞受体;人类NKT细胞和UC的CD161+肠黏膜固有层T细胞都对HT-29肠上皮细胞具有细胞毒性作用,且这种作用可以被IL-13放大。这些结果表明,由非典型性NKT细胞介导的非典型的Th2反应是UC发病的重要原因之一。1.2.3t细胞活化剂共刺激分子和抗原提呈细胞(APC)相互作用,为T细胞激活提供共刺激信号,在T细胞活化过程中起着重要作用。T细胞表面CD28是重要的共刺激分子,与APC表面相应配体的B7-1和B7-2相互作用。活化T细胞还表达CTLA-4分子,该分子与CD28高度同源但作用相反,与B7亲和力也比CD28高,而且能有效地制约特异性T细胞克隆过度增殖。研究显示,共刺激分子OX40具有选择性地表达于炎症部位的CD4+T细胞,而并不表达在正常组织T细胞上,在UC患者病变部位黏膜固有层的CD4+T细胞上表达尤为明显。1.3生物活性蛋白质细胞因子(CK)是由免疫细胞(淋巴细胞、浆细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等)和某些非免疫细胞(如血管内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等)经刺激而合成、分泌的一类具有广泛生物活性的小分子蛋白质,作为细胞间信号传递分子,主要调节免疫应答、参与免疫细胞分化发育、介导炎症反应、刺激造血功能并参与组织修复等;不同的细胞因子具有不同的生物学作用,可以作用于局部的微血管系统,使粘附分子上调并加强辅助效应细胞的聚集,从而使炎症反应扩散并导致组织损伤。对于UC患者,细胞因子作用于炎症介质,介导结肠黏膜的病理性损伤,表明其在UC发病的机制中起重要作用。按CK功能可分为:白细胞介素(IL)、干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、生长因子(GF)、趋化性细胞因子等。1.3.1抗il-17单抗的生物免疫作用正常人的抗炎与促炎因子应该处于动态平衡状态,一旦平衡状态被破坏,如促炎因子一方占优势,则导致疾病的发生。研究显示,IL-1、IL-6、IL-8利肿瘤坏死因子(TNF)等促炎症细胞因子是公认能介导UC发病的细胞因子,而IL-4、IL-10等是具有抗炎作用的细胞因子,因而它们间的平衡在维持肠道正常的免疫功能中起重要作用。对于UC患者,肠道病变部位的固有层单个核细胞(LPMC)分泌的IL-6和IL-8浓度均明显高于非病变部位,且IL-6浓度与该部位黏膜固有层分泌的IL-17浓度呈正比关系;在病变部位LPMC培养液中,加入抗IL-17单抗共同培养,结果显示抗IL-17抗体能有效抑制IL-6和IL-8的分泌,其作用与抗体剂量有关;也证明IL-17在肠道炎性细胞因子的产生过程中起重要作用,而且阻断IL-17的产生可能是治疗UC的一种新的有效方法。此外,在IBD患者中,IL-22作用于结肠上皮的肌纤维母细胞(SEMFs),可以促进炎症前细胞因子和基质降解分子的表达,说明IL-22的促炎作用;IL-13是抗炎细胞因子,其过量产生能损害上皮细胞屏障作用,通过增加上皮细胞凋亡、降低细胞间紧密连接和上皮细胞重建速度而起作用,而且其对存在于结肠上皮细胞和HT-29/B6细胞中的IL-13Rα1单层上皮的抵抗有剂量依赖效应关系。1.3.2mif在uc患者血清中的浓度变化是近年来才发现的一种细胞因子,活化的T细胞、巨噬细胞以及树突状细胞均可以产生MIF,其在体外可以抑制外周血巨噬细胞的随意运动,在体内可以增强巨噬细胞的聚集能力。巨噬细胞作为MIF的一个来源,在UC患者的结肠道黏膜上聚集,并产生大量的TNF-α、IL-1β、IL-6等细胞因子,造成了肠道黏膜的损伤,因而它们在UC的发病中具有重要作用。研究显示,UC患者血清中MIF的浓度要远高于正常人(P<0.05);在血清C反应蛋白(炎症的标志物)阳性的UC患者血清中的浓度要高于血清C反应蛋白阴性的UC患者(P<0.05),MIF在UC严重患者血清中的浓度要高于不严重的患者(P<0.05)。同时,MIF的功能与DC的数量在UC患者外周血中均增强,且表达MIF的细胞数量与成熟DC的数量在结肠黏膜上大量增加。1.3.3tnf-和tgf-是一种具有多种生物活性的促炎细胞因子和免疫调节剂,主要由激活的单核细胞产生,在介导免疫炎症反应中具有重要作用。根据其来源不同可分为TNF-α和TNF-β,分别位于人染色体6q21.1-p22和6p23-q12,其编码基因位于HLA-Ⅲ类区。研究显示,TNF-α在UC中的作用是激活上皮细胞,诱导趋化因子,促使中性粒细胞聚集在结肠黏膜炎症区域;TNF-α与TLR2在UC中存在一定的关联性;TNF-α可刺激炎症细胞分泌IL-8,在UC患者血清中TNF-α、IL-8的浓度明显增高,且与病情呈正相关。同时,UC患者TNF-α-308位点和TNF-β-252位点均存在GA多态性,但这种多态性不存在于CD患者,并且这两个位点的等位基因和UC的发病有相关性。对我国汉族人群IBD患者的研究亦发现,TNF-α-308等位基因与UC发病的易感性相关。转化生长因子(TGF)-β1是一种调节细胞生长和分化的抗炎性细胞因子,主要由淋巴细胞和单核细胞产生,具有多种生物学活性,可抑制淋巴细胞增殖及功能,并抑制巨噬细胞激活;同时,TGF-β1还可促进基质蛋白的合成与分泌,促进上皮损伤后修复。研究显示,TGβ1和TGβ1mRNA在UC中表达显著增高,并与UC组织学分级呈正相关;TGF-β1和TGF-β1mRNA主要在靠近腔面的固有层炎症细胞中表达,也表明TGF-β1在促进上皮愈合过程中具有重要作用。1.4uc对cox-2表达的调控环氧合酶(COX)是花生四烯酸转化为前列腺素和其他十二烷类的限速酶,也是一种与炎症反应密切相关的诱导型关键酶,可分为三种亚型:COX-1、COX-2、COX-3。通常COX-1呈原生性表达,COX-2呈诱导性表达。研究显示,COX-2在正常的黏膜固有层表面上皮细胞和单核细胞几乎没有表达,而在三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的结肠炎中浸润的炎症细胞和表面上皮细胞发现COX-2明显表达,对于UC患者在溃疡性结肠炎组织中呈高表达;炎性细胞因子、脂多糖、TNF、表皮生长因子(EGF)、活性氧和幽门螺杆菌感染等多种因素均可诱导COX-2表达,提高COX-2mRNA水平,可以促进炎症反应。同时,IBD等上皮细胞中COX-2表达是损伤愈合过程的一种保护性反应,由COX-2合成的前列腺素能促进胃肠黏膜损伤的愈合。因此,对COX-2在UC发病机制的进一步研究,可以加以调控,并可能为最终治愈UC提供切入点。基质金属蛋白酶(MMP)是一群与锌有关的内肽酶,参与细胞外基质的降解和重建,在正常情况下含量很少并处于潜伏状态。根据对底物特异性作用不同分为:胶原蛋白酶(MMP1、8、13、18)、明胶酶(MMP2、9)、间质溶解素(MMP3、7、10、11)、弹性酶(MMP12)等,至今已发现20多种。研究显示,MMPs产生过多和金属蛋白酶组织抑制因子(TIMPs)对MMPs活性控制失败可能是溃疡形成的主要原因,例如:MMP1主要由巨噬细胞产生,UC的病变结肠组织中MMP1表达增加与组织损伤程度有关,而且MMP1可以作为评价UC患者病情严重程度的生物学指标;MMP2和MMP9蛋白及mRNA在UC中明显增加,在重度炎症组织达最高水平,并且免疫组织化学染色法显示MMP2存在于黏膜下层细胞外基质,而MMP9在多形核白细胞中最明显。1.5氧化氮合酶氧自由基是一类只有高度化学反应活性的含氧基团,主要包括超氧阴离子自由基(O2-)和羟自由基(OH)等,他们在引起脂质氧化的同时,可增加黏膜的通透性,使吞噬细胞活动进一步加强,产生更多的氧自由基,从而导致组织细胞的损伤。研究显示,在UC发病时,肠黏膜中大量吞噬细胞耗氧量增加,通过一系列反应,产生大量O2-、OH及脂质过氧化物(ROO-),损伤肠黏膜。一氧化氮(NO)是一种在宿主防御和炎症反应中起重要作用的气体分子,具有较强的生物学活性,是体内重要的生物活性分子和信号分子,也是免疫分子和炎症递质。研究显示,炎症黏膜NO增多是由于急性炎症反应时,细胞免疫系统中大量中性粒细胞和少量巨噬细胞在细胞因子和内毒素的诱导下激活诱生型一氧化氮合酶(iNOS),由精氨酸转化产生NO;大量NO释放,一方面可通过伴随产生的自由基损伤组织,另一方面则启动机体免疫防御系统,因而NO在UC发病机制中同时具有保护和损伤作用。此外,一氧化氮合酶(NOS)可分为结构型NOS(cNOS)和诱生型NOS(iNOS)两类,在UC中主要是iN-OS起作用。因此,测定结肠黏膜iNOS、NO水平可作为反映UC病变程度和判断预后的一个客观指标。1.6引导免疫细胞与细胞间的相互作用细胞黏附分子(AM)是一类位于细胞膜表面的受体型跨膜糖蛋白,具有通过介导细胞间、细胞与基质间的黏附传递信息以及促进淋巴细胞归巢等作用,参与炎症和免疫反应,发挥各种生理和病理作用。AM分为五大类:选择素家族、粘蛋白样家族、整合素家族、免疫球蛋白超家族(IgSF)、钙黏素,此外某些尚未归类的分子,如CD44、CD36等亦属于黏附分子。研究显示,已知有三类黏附分子受体参与淋巴细胞与周围间质或细胞之间的复杂的相互作用,这三类黏附分子受体家族包括免疫球蛋白超家族受体、整合素以及选择素。如黏附因子CD44是一种在淋巴细胞成熟和归巢过程中起重要作用的细胞黏附分子,参与淋巴细胞激活,调节淋巴组织再循环,介导调节T细胞与单核细胞的黏附,诱发T细胞释放IL-2,参与免疫调节作用;黏附因子CD54是存在于T、B淋巴细胞和单核细胞表面的细胞黏附分子,在炎症、免疫反应过程中参与淋巴细胞对相应抗原的识别和结合,促进白细胞与血管内皮细胞的黏附以及白细胞向炎症部位游走,介导免疫细胞与各种细胞以及免疫细胞之间的相互作用,促进和调节机体免疫功能,促进炎性细胞吸收,减轻肠组织损伤。微量免疫复合物是机体正常免疫反应的结果,是机体处理抗原的生理现象之一,如存在于循环中的免疫复合物IgG和补体C3C。研究显示,在某些胃肠疾病中,免疫复合物大量增加或沉淀于有病损的器官,则给机体带来不良影响,而某些肠道疾病与补体反应缺陷或过度有关,尤其是免疫复合物沉积时,补体是局部组织损伤机制的重要参与者;免疫复合物和补体在小血管壁、黏膜上皮基底层和部分间质呈线状或颗粒状沉积,且IgG与补体的表达明显一致,即C3C的表达随IgG表达的增强而增强,其特征是以活动期为著,非活动期减弱。因而表明UC患者免疫复合物的出现与UC的发病和活动性显著相关,并已成为UC免疫调节网络中的组成部分,揭示了UC免疫学发病的新观点。2低节点度遗传通过对双生子UC发病的研究,发现同卵双生子的患病率明显高于异卵双生子,证实了遗传因素是UC发病过程中的一个重要因素;而且溃疡性结肠炎具有复杂的遗传基础,存在多重的联合基因和不纯一性。因此,深入对溃疡性结肠炎遗传方面的研究,对溃疡性结肠炎诊断和治疗水平的提高,具有重要的作用。2.1uc发病的地区差异有关文献资料显示,从全球范围来看,UC的发病率和和患病率逐年增加,而且城市高于农村,特别是随着亚非国家生活水平的提高,表现尤其显著;但总体来说,UC发病以欧美国家为最高,而亚非国家相对较低。UC发生有地区差异,从世界范围来看,高发地区为斯堪的那维亚群岛和苏格兰、英格兰,北美地区居其次,中部南部欧洲地区最低;日本和我国大致相当于欧洲最低发生率地区。2.2算法2:黑种人与黑人的发病率种族的发病率研究显示,UC发病率在种族之间有着明显的差异性,欧美白种人发病率高,而黄种与黑种人相对较低,如黑人的发病率仅为白种人的1/3,而犹太人的发病率比非犹太人群高3~5倍,尤其是Ashkenazi族犹太人的患病率更高。同时,在同一种族内亦有地域的差异,比如欧美国家的犹太人就比以色列的犹太人患病率高,欧美的黑人和印第安人又较非洲国家的黑人为高。2.3uc患者的血缘家族发病率较高流行病学研究显示,IBD具有家族聚集现象,IBD患者家族中亲属发病率明显高于普通人群,其中CD发病的家族聚集性较UC更为明显,但IBD的家族聚集现象并不符合孟德尔遗传规律,而是属于多基因遗传。经系统的家系调查统计显示,UC患者的血缘家族发病率较高,有5%~15%的UC患者有家族史,如美国一项调查表明,约17.5%的UC患者有家族史;北欧的研究表明,在UC患者的一级血缘亲属(指子代、父母、兄弟姐妹)中,UC患病率为非亲属的15倍;Yang等对186例炎症性肠病患者的研究发现,UC患者中有阳性家族史者占19.8%,其家庭成员的发病情况分别为后代8.9%、姐妹8.8%、父母3.5%。此外,同卵双生子中CD发病的一致率为40%~50%,UC儿6%~14%,提示CD的遗传易感性强了UC;丹麦调查表明,单卵双生者中,UC发病率为18.2%,要明显高于双卵双生者4.5%的UC发病率。2.4hla-dr1、cd、cre基因位点及易感位点的发现人类白细胞抗原基因(HLA)是人类基因组中最复杂、最具多态性的基因,位于人类第6对染色体的短臂上,其编码的基因及其产物在免疫和炎症反应中发挥重要作用。虽然HLA系统的6种抗原HLA-A、B、C、DR、DQ和DP及其位点都或多或少与UC相关,但大多数学者认为HLA-Ⅱ抗原与UC最为密切,并且对HLA-DR抗原及基因位点的研究最为广泛和深入。研究显示,UC患者的HLA-DR2基因频率增加;HLA-Ⅱ类基因的DQA1亚区具有高度的多态性,其中DQA1*0301基因与UC有一定的关联性,而且DQA链在整个MHC区并非孤立存在,而是与DR、DQB座位基因紧密连锁;并且新近研究发现位于人第6染色体短臂上的HLA-DR3,对于UC是一个保护性基因。此外,采用微卫星标记研究显示,显示CD的易感位点位于第16条染色体,称为IBDl位点,位于IBDl链锁高发区域的NOD2基因是CD的易感基因,1/5的CD源于NOD2基因的突变;另外几个与IBD有关的基因位点也被确认,分别位于12号染色体(称IBD2)、6号染色体(1BD3)和14号染色体(1BD4),而且IBD5位点有SLC22A4和SLC22A5基因,分别编码OCTN1和OCTN2蛋白,可以转运组织阳离子,也可以转运脂类代谢的重要辅助因子肉毒碱,均与免疫抑制剂治疗UC有相关性。3遗传因素的影响辨证地分析UC的发病机制,免疫因素与遗传因素应该是内因,起到决定性作用,但其它的外界因素、个人饮食习惯、生活习惯等也会对UC的发病起到诱导和促进作用。3.1病料及手术治疗尽管迄今尚未分离出一种与UC发病密切相关的感染因子,但多数学者还是认为感染在UC的发病机制中起到一定作用。人们认为感染是UC致病因素的原因有:首先,炎症性肠病多发生在肠道感染之后,而UC包含于炎症性肠病;其次,针对UC的治疗,应用抗生素治疗可获良好效果;再次,粪便分流或旁路手术可以改善UC的症状,并有利于防止病情反复与复发。至于是何种感染源引起UC的发病,至今仍未确定,但有研究证实,与健康人相比,UC患者的结肠样本中黏膜存在严重的细菌感染,只是不能完全确定这种细菌感染是UC发病的原因还是UC发病的结果。3.2uc精神异常与人格个性特征临床上确实可以观察到一些UC患者常在精神应激状态后发病或复发。精神因素对UC发病的影响,被认为是人类高级精神活动可能对免疫和神经、内分泌系统的调节起一定作用,应激、忧虑等精神异常可能导致这些调节功能紊乱。但是,没有特定的精神异常或人格个性特征见于大多数UC患者;相当一部分UC患者的发病及复发与精神因素