董 穎， 邵圣文， 王 莎， 楊紅霞

(1.湖州師范學院 醫(yī)學院, 浙江 湖州 313000； 2.湖州市食品藥品檢驗研究院, 浙江 湖州 313000)

潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病新機制以及熱休克蛋白65的作用

董 穎1， 邵圣文1， 王 莎1， 楊紅霞2

(1.湖州師范學院 醫(yī)學院, 浙江 湖州 313000； 2.湖州市食品藥品檢驗研究院, 浙江 湖州 313000)

潰瘍性結(jié)腸炎是一種腸道非特異慢性炎癥疾病，被世界衛(wèi)生組織列為難治疾病，目前尚無特效治療手段.潰瘍性結(jié)腸炎病因和發(fā)病機制尚不十分清楚，限制了治療藥物的開發(fā).對腸道菌群、熱休克蛋白家族在潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病中的作用以及熱休克蛋白65的潛在治療作用，以期加深對潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病機制認識，為尋找潛在治療靶點及藥物開發(fā)提供借鑒.

潰瘍性結(jié)腸炎； 熱休克蛋白65； 腸道菌群； 免疫異常

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一種腸道非特異慢性炎癥疾病，其病因和發(fā)病機制都尚不明確.IBD具有癥狀隱匿、治愈難度大等特點，被世界衛(wèi)生組織列為難治疾病之一.根據(jù)臨床表現(xiàn)和病理組織學不同，IBD可分為潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn's disease，CD)兩個獨立的疾病.近年來我國UC發(fā)病呈增加趨勢，可能跟人們生活水平提高后的飲食結(jié)構(gòu)和生活習慣改變有關(guān)[1].目前對于UC尚無特效治療手段，一般采用對癥治療策略，常用藥物包括氨基水楊酸制劑、潑尼松以及環(huán)孢素等免疫抑制藥物[2].此外，益生菌制劑也被用于輔助治療UC.現(xiàn)有的UC治療手段面臨兩大困難：一是激素類藥物易產(chǎn)生依賴，復(fù)發(fā)率高；二是免疫抑制藥物容易導(dǎo)致機體免疫功能下降，繼發(fā)二次感染.為了克服這些困難，有必要深入研究UC發(fā)病機制.本文分析UC研究新進展，為加深對UC發(fā)病機制認識以及尋找潛在治療靶點提供借鑒.

1 UC特征

UC好發(fā)于青壯年期，我國發(fā)病高峰年齡為20～49歲[1]，臨床表現(xiàn)為持續(xù)或反復(fù)發(fā)作的腹瀉、黏液膿血便伴腹痛、里急后重和不同程度的全身癥狀，病程一般超過4～6周以上.病理檢查表明，UC病變部位主要局限于結(jié)腸，糜爛或潰瘍呈連續(xù)性、彌漫性分布，可見黏膜血管紋理模糊、紊亂或消失、充血、水腫、膿性分泌物附著，黏膜粗糙呈細顆粒狀，結(jié)腸袋變淺或消失以及假息肉和橋黏膜等[3].UC病因迄今尚未完全明確.多數(shù)學者認為UC屬于自身免疫病，系腸道菌群失調(diào)、免疫反應(yīng)異常、環(huán)境因素、遺傳因素、腸道屏障功能障礙等多種因素相互作用所致[3].

2 腸道菌群失調(diào)與UC發(fā)病

正常人體腸道內(nèi)寄居著數(shù)量龐大、種類繁多的微生物，包括細菌、古生菌、真菌、病毒等，通常把其中的細菌、古生菌和真菌統(tǒng)稱為腸道菌群.宏基因組測序證實，人類正常腸道微生物以細菌為主，細菌種類接近1 000～1 150種，細菌總數(shù)約1014個，含有基因數(shù)目大約為人類基因的150倍[4].正常情況下，腸道菌群與宿主之間處于動態(tài)的生態(tài)平衡狀態(tài)，參與機體多種生命活動，對維持機體健康起著不可或缺的作用.一旦受到宿主及外部環(huán)境變化的影響，腸道菌群與宿主之間兩者平衡狀態(tài)被打破，造成腸道菌群失調(diào)，表現(xiàn)為腸道菌群種類、數(shù)量、比例、定位及生物學特性等發(fā)生改變，就能夠引發(fā)機體發(fā)生多種疾病[5].

近年來學者認為，腸道菌群失調(diào)是UC發(fā)病的始動和持續(xù)因素，證據(jù)有[6,7]：①兒童UC患者腸道菌群的豐富性和多樣性均減少，成人UC患者腸道菌群組成與健康人顯著不同，擬桿菌增多；UC 患者腸道內(nèi)的柔嫩梭菌等正常共生菌數(shù)量顯著低于健康人，腸道雙歧桿菌比對照組減少約30倍；②UC的發(fā)病部位多為結(jié)腸、直腸、回腸等與細菌接觸最多的部位，使用廣譜抗生素可改善腸道炎癥；③實驗性UC動物模型都是在腸道細菌共存時發(fā)生的.應(yīng)用轉(zhuǎn)基因或基因敲除方法造成免疫缺陷的動物制備UC模型，在腸道無菌環(huán)境下不會發(fā)生腸道炎癥，但是如果給予干預(yù)措施使腸道菌群恢復(fù)正常后，這些動物則會重新發(fā)生腸道炎癥.

國外學者認為，腸道菌群失調(diào)誘發(fā)機體免疫反應(yīng)異常，從而引起UC發(fā)病[8].腸道菌群失調(diào)引起的免疫反應(yīng)異常主要包括自身免疫應(yīng)答、Th1/Th2型免疫反應(yīng)失衡以及免疫調(diào)節(jié)功能異常.正常情況下，腸黏膜對腸道正常菌群處于免疫耐受狀態(tài).腸道菌群失調(diào)時，宿主免疫系統(tǒng)對腸道菌群的耐受被打破，腸道出現(xiàn)針對正常腸黏膜組織的異常的自身免疫反應(yīng)，致使腸黏膜組織受損，臨床表現(xiàn)為UC疾病發(fā)作.腸道菌群失調(diào)時，異常的自身免疫反應(yīng)產(chǎn)生大量免疫分子，包括白介素6(IL-6)、干擾素γ(IFN-γ)等促炎因子，以及轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)、白介素10(IL-10)等抑炎因子，它們形成相互作用網(wǎng)絡(luò)，可能造成Th1/Th2型免疫反應(yīng)失衡，進一步參與UC發(fā)病進展過程.在UC患者體內(nèi)，Th2型免疫反應(yīng)為優(yōu)勢應(yīng)答，Th1型免疫反應(yīng)減弱.

腸道菌群失調(diào)引起腸道細菌代謝產(chǎn)物改變，繼而影響腸道免疫調(diào)節(jié)功能，造成免疫調(diào)節(jié)功能異常，參與UC發(fā)病.丁酸鹽是腸道共生菌柔嫩梭菌合成的代謝產(chǎn)物.丁酸鹽可為腸道上皮細胞提供能量，還可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，提高外周血和脾臟中活化的調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)比例，從而發(fā)揮抗炎作用[9].UC 患者腸道內(nèi)柔嫩梭菌減少引起丁酸鹽減少，抗炎作用減弱，是UC發(fā)病的原因之一[10].由上可知，腸道菌群失調(diào)造成的免疫反應(yīng)異常，尤其是異常的自身免疫應(yīng)答，是UC發(fā)病的重要因素.這也提示我們，糾正腸道菌群失調(diào)，改善機體異常自身免疫應(yīng)答是UC治療的重要潛在靶點.

3 熱休克蛋白家族在UC發(fā)病中的作用

熱休克蛋白(heat shock protein,HSP) 是一類功能相關(guān)的、高度保守的蛋白質(zhì)，廣泛存在于真核及原核生物細胞中.在細胞受外界刺激(高溫、缺氧、營養(yǎng)缺乏、炎癥狀態(tài)等)發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)時，HSP可以被大量誘導(dǎo)表達，從而維持細胞正常生理功能，保護細胞免受進一步損傷.HSP具有抗原性，過量表達的HSP能夠激發(fā)自身免疫反應(yīng)[11].HSP還具有免疫調(diào)節(jié)功能，可以誘導(dǎo)免疫耐受，可以使Th1和Th2免疫應(yīng)答類型發(fā)生轉(zhuǎn)化[12].根據(jù)分子量大小，熱休克蛋白可分為HSP60、HSP70、HSP90、鈣網(wǎng)蛋白等10多個家族.HSP60家族成員包括哺乳動物HSP60和結(jié)核桿菌HSP65，兩者高度同源，可以發(fā)生交叉免疫反應(yīng)[13].

研究表明，HSP60參與了動脈粥樣硬化(AS)、關(guān)節(jié)炎、Ⅰ型糖尿病等自身免疫病的發(fā)病和進展，主要證據(jù)有[11,14,15]：在脂類代謝異常導(dǎo)致的肥胖癥患者中，血清中HSP60含量明顯升高，并且與 BMI、血壓、瘦素水平和胰島素抵抗水平正相關(guān)；AS患者體內(nèi)HSP60抗體水平增加，通過自身免疫機制參與AS發(fā)病與進展；在新西蘭大白兔AS模型上，皮下或肌注免疫卡介苗來源的重組HSP65，能夠誘發(fā)或加劇動脈粥樣硬化.

UC發(fā)病跟HSP60家族蛋白引起的異常自身免疫應(yīng)答密切相關(guān).臨床上UC患者腸黏膜和血清中HSP60異常增多，CD和UC患者的結(jié)腸黏膜上皮細胞中的HSP60和HSP10蛋白含量增加[16].52%的CD病人和25%的UC病人血液中抗結(jié)核桿菌HSP65的抗體水平升高[17].以上研究結(jié)果均提示，包括UC在內(nèi)的IBD疾病發(fā)病可能與細菌HSP65和人HSP60的交叉免疫反應(yīng)有關(guān).學者認為，HSP60家族蛋白參與UC發(fā)病的可能機制是[18]：腸道細菌產(chǎn)生的外源性HSP引起宿主免疫反應(yīng)，人體內(nèi)出現(xiàn)抗細菌HSP抗體，該抗體與細菌形成免疫復(fù)合物，在腸道局部積累，引發(fā)腸道炎癥反應(yīng)和組織損傷，此過程為一次損傷；由于內(nèi)源性的人自身細胞HSP與外源性的細菌HSP具有同源性，隨著一次損傷的發(fā)生，人自身HSP轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨砜乖?，免疫系統(tǒng)對自身HSP作出自身免疫反應(yīng)，發(fā)生二次損傷，隨之引發(fā)UC發(fā)病.

4 HSP65蛋白在UC治療中的潛在作用

口服耐受是指口服食物等外源性抗原后，機體對該抗原產(chǎn)生特異性無或低免疫應(yīng)答，但對其他抗原仍可產(chǎn)生正常免疫反應(yīng).口服誘導(dǎo)免疫耐受為特異性治療自身免疫疾病提供了新的思路.口服誘導(dǎo)免疫耐受與喂食抗原的劑量有關(guān)，機制可能為[19]：高劑量抗原誘導(dǎo)T細胞克隆無能或消除，低劑量抗原誘導(dǎo)Treg細胞產(chǎn)生并分泌抑制性細胞因子.

Treg細胞屬于CD4+T 細胞亞群，高表達 CD25分子，主要發(fā)揮負向免疫調(diào)節(jié)作用，能夠抑制效應(yīng)T細胞的免疫活性發(fā)揮以及增殖，在維持免疫耐受、抑制過度炎癥反應(yīng)和免疫病理方面發(fā)揮重要作用[20].研究發(fā)現(xiàn)，核轉(zhuǎn)錄因子叉頭蛋白P3(forkhead box p3，F(xiàn)oxp3)是 Treg細胞發(fā)育和功能發(fā)揮的重要調(diào)控因子，F(xiàn)oxp3是Tregs 細胞的特異性標志[21].靜止Treg發(fā)生活化時，細胞內(nèi)表達Foxp3，細胞表型由CD4+CD25+轉(zhuǎn)變?yōu)镃D4+CD25+Foxp3+，同時活化Treg細胞還分泌抑制性細胞因子IL-10和TGF-β，還表達其他免疫分子.活化Treg細胞借助上述免疫分子參與機體免疫耐受以及發(fā)揮免疫抑制作用，起到阻止或減輕炎癥反應(yīng)的功效[21].在免疫性疾病動物模型上觀察到，口服抗原誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫耐受時，靜止的Treg細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨腡reg細胞是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要通過抑制性IL-10來維持免疫耐受[20].由此可見，活化的Treg細胞及其分泌的IL-10和TGF-β細胞因子在口服誘導(dǎo)免疫耐受過程中發(fā)揮重要作用.

多個研究報道，HSP60或HSP65經(jīng)粘膜途徑免疫宿主后，表現(xiàn)出不同的免疫效應(yīng)，包括誘導(dǎo)免疫耐受產(chǎn)生、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)以及抑制炎癥反應(yīng),主要是通過Treg細胞發(fā)揮多方面的免疫調(diào)節(jié)作用[20-21].口服HSP60或HSP65后，自身免疫性疾病得到緩解[22].預(yù)先經(jīng)鼻粘膜途徑對新西蘭大白兔給以重組HSP65，能阻止新西蘭大白兔AS發(fā)病與發(fā)展，原因可能是[23]：HSP65中存在AS相關(guān)的功能性表位肽段，這種表位在皮下或肌注免疫時會誘發(fā)AS，但通過粘膜免疫卻能激發(fā)旁路耐受，起到預(yù)防AS發(fā)病的作用.動脈粥樣硬化小鼠實驗也證實，動脈粥樣硬化小鼠經(jīng)滴鼻給予HSP65，小鼠動脈粥樣斑塊減小，病變部位IL-10增加，IFN-γ減少[24].

5 展 望

一方面HSP60家族蛋白借助異常免疫反應(yīng)參與UC發(fā)病，另一方面對患者經(jīng)黏膜給予HSP60家族蛋白，能夠誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生免疫耐受或者借助免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)而抑制炎癥.從理論上來講，UC疾病患者口服適量的HSP65蛋白，可能會誘發(fā)宿主產(chǎn)生特異性的針對HSP65蛋白的免疫耐受，同時也能產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)作用，使得腸道炎癥受到抑制，從而緩解UC疾病.據(jù)此，筆者認為口服HSP65可能是潛在的UC治療新手段.在未來研究中，需要關(guān)注的問題有：UC患者口服HSP65后，是否通過上調(diào)Treg細胞誘發(fā)免疫耐受？是否調(diào)節(jié)Th1/Th2免疫應(yīng)答類型發(fā)生轉(zhuǎn)化？是否改善了UC患者的腸道菌群失調(diào)？這些問題的解決，可能會給UC治療帶來新手段.

[1] WANG Y,OUYAN Q.Ulcerative colitis in China:retrospective analysis of 3 100 hospitalized patients[J].J Gastroenterol Hepatol,2007,22(9):1 450-1 455.

[2] BRESSLER B,MARSSHALL J K，BERNSTEIN C N,et al.Clinical practice guidelines for the medical management of nonhospitalized ulcerative colitis: the Toronto consensus[J].Gastroenterology,2015,148(5):1 035-1 058.

[3] DANESE S,FIOCCHI C.Ulcerative colitis[J].N Engl J Med,2011,365(18):1 713-1 725.

[4] QIN J, LI R,RAES J,et al.A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing[J].Natrue,2010,464(7 285):59-65.

[5] ROUND J L,MAZMANIAN S K.The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease[J].Nat Rev Immunol,2009,9(5):313-323.

[6] SCHULBERG J,DE C P.Characterisation and therapeutic manipulation of the gut microbiome in inflammatory bowel disease[J].Intern Med J,2016,46(3):266-273.

[7] KNIGHTS D,LASSEN KG,XAVIER R J.Advances in inflammatory bowel disease pathogenesis: linking host genetics and the microbiome[J].Gut,2013,62(10):1 505-1 510.

[8] DUPAUL-CHICOINE J,DAGENAIS M,SALEH M,et al.Crosstalk between the intestinal microbiota and the innate immune system in intestinal homeostasis and inflammatory bowel disease[J].Inflamm Bowel Dis,2013,19(10):2 227-2 237.

[9] LOUIS P,FLINT H J.Diversity,metabolism and microbial ecology of butyrate-producing bacteria from the human large intestine[J].FEMS Microbiol Lett,2009,294(1):1-8.

[10] THIBAULT R,BLACHIER F,DARCY-VRILLION B,et al.Butyrate utilization by the colonic mucosa in inflammatory bowel diseases: a transport deficiency[J].Inflamm Bowel Dis,2010,16(4):684-695.

[11] COELHO V,FARIA A M.HSP60:issues and insights on its therapeutic use as an immunoregulatory agent[J].Front Immunol,2012，2(2):97.

[12] KIM E Y,DURAI M,MIA Y,et al.Modulation of adjuvant arthritis by cellular and humoral immunity to HSP65[J].Front Immunol,2016(7):203.

[13] QUINTANA FJ,COHEN I R.The HSP60 immune system network[J].Trends Immunol,2011,32(2):89-95.

[15] ZHANG Y,XIONG Q,HU X,et al.A novel atherogenic epitope from Mycobacterium tuberculosis heat shock protein 65 enhancesatherosclerosis in rabbit and LDL receptor-deficient mice[J].Heart Vessels,2012,27(4):411-418.

[16] TOMASELLO G,RODOLICO V,ZERILLI M,et al.Changes in immunohistochemical levels and subcellular localization after therapy and correlation and colocalization with CD68 suggest a pathogenetic role of Hsp60 in ulcerative colitis[J].Appl Immunohistochem Mol Morphol,2011,19(6):552-561.

[17] HUSZTI Z,BENE L,KOVCS A,et al.Low levels of antibodies against E.coli and mycobacterial 65kDa heat shock proteins in patients with inflammatory bowel disease[J].Inflamm Res,2004,53(10):551-555.

[18] DE M A.Extracellular heat shock proteins,cellular export vesicles, and the Stress Observation System: a form of communication during injury, infection, and cell damage[J].Cell Stress Chaperones,2011,16(3):235-249.

[19] WAWRZYNIAK M,O'MAHONY L,AKDIS M.Role of regulatory cells in oral tolerance[J].Allergy Asthma Immunol Res,2017,9(2):107-115.

[20] CAMPBELL D J.Control of regulatory T cell migration, function, and homeostasis[J].J Immunol,2015,195(6):2 507-2 513.

[21] TAO J H,CHENG M,TANG J P,et al.Foxp3, regulatory T cell, and autoimmune diseases[J].Inflammation,2017,40(1):328-339.

[22] GOMESSANTOS A C,OLIVEIRA R P D,MOREIRA T G,et al.Hsp65-producing lactococcus iactis prevents inflammatory intestinal disease in mice by IL-10- and TLR2-dependent pathways[J].Front Immunol,2017,8(3):30.

[23] LONG J,LIN J,YANG X,et al.Nasal immunization with different forms of heat shock protein-65 reduced high-cholesterol-diet-driven rabbit atherosclerosis[J]. Int Immunopharmacol,2012,13(1):82-87.

[24] MARON R,SUKHOCA G,FARIA A M,et al.Mucosal administration of heat shock protein-6 decreases atherosclerosis and inflammation in aortic arch of low-density lipoprotein receptor-deficient mice[J].Circulation,2002,106(13):1 708-1 715.

TheNewPathogenesisofUlcerativeColitisandtheEffectofHeatShockProtein65onUlcerativeColitis

DONG Ying1， SHAO Shengwen1， WANG Sha1， YANG Hongxia2

(1.School of Medicine， Huzhou University， Huzhou 313000, China；2.Huzhou Institute of Food and Drug Inspection, Huzhou 313000, China)

Ulcerative colitis (UC) is a non-specific chronic inflammation of gut, listed as a kind of refractory disease by the world health organization, and up to now there is no special treatment for UC. Because the pathogenesis of UC has not been known clearly, the development of drug for UC is also restrainted. This review studies the effect of gut microbiota and heat shock protein families on the pathogenesis of UC, and the potential therapeutic effects of heat shock protein 65 for UC have also been studied. This review enhances the understanding to UC pathogenesis and provides clues to potential therapeutic targets and development of drug for UC treatment.

ulcerative colitis; heat shock protein 65; gut microbiota; abnormal immunity

2017-07-05

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究實驗動物計劃項目(2016C37126).

邵圣文，博士，教授，研究方向:感染與控制.E-mail：shaoshw@zjhu.edu.cn

R574

A

1009-1734(2017)08-00079-05

[責任編輯高俊娥]