【摘要】溃疡性结肠炎是一种肠道慢性炎症性疾病，其发病机制至今尚未完全阐明。目前研究认为表观遗传修饰可介导溃疡性结肠炎的易感基因与机体内、外环境间的相互影响，肠道菌群失调可影响肠道内环境稳态，免疫反应的异常可导致肠道持续性炎症反应，在溃结的发生发展中起重要作用。本文将从这三方面阐述溃疡性结肠炎的发病机制。
【关键词】溃疡性结肠炎；表观遗传学；肠道微生物；固有免疫；特异性免疫
溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）是发生在结直肠黏膜层的一种慢性炎症性病变，以腹泻、黏液脓血便、腹痛为主要临床表现。其世界范围内的发病率为0.6~20.3人/10万人每年，患病率为6.0~246人/10万人，且呈逐年上升趋势。UC的病因及发病机制至今尚未完全阐明，目前研究认为UC的发病主要与遗传易感性、肠道微环境及免疫调节有关，其中免疫调节与UC的发病关系密切。现在笔者就这三方面对UC的发病机制作一综述。
1 遗传易感性
许多研究显示IBD有家族聚集现象，但不符合简单的孟德尔遗传方式。一些研究表明在炎症性肠病家系的兄弟姐妹中IBD的发病率是社区普通人群的10~30倍。流行病学及家系研究提示UC是一种多基因参与的具有遗传易感性的疾病。有报道称UC患者兄弟姐妹间的患病率可能占40%，父母遗传子女者占32.6%。目前已确认与UC相关的易感基因位点有47个，如IL-23R，MST1，STAT3，IL-1R2，IL-12B，JAK2，IRF5等，其中19个位点是UC特有的，其余28个是与CD共有的易感位点。近年来，从表观遗传学的角度研究UC是个热点。表观遗传学是在DNA碱基序列不变前提下，基因表达或细胞表型出现可遗传的变化。这种可遗传的变化可通过表观遗传修饰实现，如DNA甲基化、组蛋白修饰、ncRNA所介导的基因沉默等。表观遗传修饰可介导UC的易感基因与机体内、外环境间的相互影响，可作用于机体先天免疫及特异性免疫，在UC的发生发展过程中起重要作用。
DNA甲基化是在UC发生发展中研究最早的一个表观遗传修饰机制。DNA甲基化与UC发病相关的第一个证据是由Gloria等人报道。他们发现3H甲基基团与DNA的结合体数目在UC病人中高出对照组10倍，处于疾病活动期的组织显著高于非活动期组织。两年后，Hsieh等人收集了89个曾接受结肠切除术的UC病人的结肠组织，分别观察相对正常组织区域、发育异常区域和癌变区域的p16INK4a(一种抑癌蛋白)的甲基化程度，观测结果分别是12.07%，70%，100%，表明DNA甲基化与UC病人肠道炎症和癌变发展具有正相关。已有研究表明MDR1(多药耐药基因)与UC的发生有关，在UC病人直肠炎症组织中发现MDR1启动子甲基化程度高达61.4%，并且，直肠粘膜组织比正常末端回肠组织的MDR1启动子甲基化程度更高。UC病人的临床表型、慢性持续活动性、广泛病变范围、较小发病年龄、高住院率等都与MDR1高度甲基化有关。全表观基因组甲基化关联研究策略（EWAS）研究发现了61个与UC相关联的DNA甲基化位点，如CFI、SPINK4、THY。组蛋白修饰是另一种研究较多的表观遗传学机制。组蛋白是染色质的结构蛋白，由一个球形结构域和N端氨基末端组成，而N端氨基末端可以发生共价修饰，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等，通常发生在精氨酸、赖氨酸、丝氨酸及苏氨酸的末端残基上。组蛋白乙酰化便于启动基因转录，而组蛋白的去乙酰化可引起基因沉默。有研究发现，UC模型小鼠大肠上皮细胞条件性敲除组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）后，UC小鼠表现出明显的结直肠炎症损害。组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化会同时发生在特定的核小体上，某部位的组蛋白修饰对其他邻近的修饰也会产生影响。非编码RNA（ncRNA）所介导的基因沉默也是另一个比较热门的表观遗传机制。miRNA作为ncRNA的一类，通过参与NF-κB通路、参与肠上皮屏障功能、参与细胞自噬等，介导了UC的发病。
2 肠道微生物
动物研究证实，肠道在无菌的环境下不会出现炎症，但重新恢复肠道微生物则可出现肠道炎症，提示肠道微生物的存在对肠道炎症的发生不可或缺。正常人体肠道中的微生物包括细菌、真菌和病毒等，狭义上主要指细菌。目前证实肠道含1000~1150种细菌种属，细菌群落平均重量约1.5kg，相当于肝脏的重量。依据其对人体的影响，大体分为三类，即有益菌、致病菌和中性菌，这些菌群互相制约、互相影响，共同维持着肠道微环境的稳定。有益菌能促进肠道物质代谢，保护机体免受病原微生物的入侵，可以通过定植、黏附、竞争、占位等非免疫调节作用来稳定微生态环境，还可以通过下调炎症因子和刺激抑炎因子水平，调节黏膜屏障功能等机制保护宿主避免炎症。致病菌包括沙门菌、空肠弯曲菌、分枝杆菌、普通拟杆菌等可能增加UC发生或复发的风险。有些致病菌通过分泌毒素侵袭肠黏膜，使黏膜发生异常免疫反应，黏膜的上皮细胞所形成的机械屏障遭到破坏甚至被瓦解。机械屏障被破坏的同时，一些表面黏附蛋白、紧密连接分泌粘液、防御素等形成化学屏障的能力减退，进而形成过度的黏膜免疫反应和肠道的慢性炎症。中性菌，即具有双重作用的细菌，如大肠杆菌、肠球菌等。在正常情况下，中性菌对人类健康有益，若是增殖失控，或是定植部位发生了改变，就可能引发许多问题。
近年来，很多研究表明肠道菌群失调与UC的发病密切相关。肠道菌群失调包括有益菌的减少，致病菌的增多，肠道不同部位细菌的易位及菌群多样性的减少等。Dotan等通过临床研究发现, 双歧杆菌和乳酸杆菌的数量在处于急性期和缓解期的UC患者体内明显减少。Wang等采用PCR技术在UC患者的结肠组织样本中发现大肠杆菌、脆弱拟杆菌等的数量远高于正常人, 并认为这是引起UC发病的重要原因。Kalischuk 等研究认为空肠弯曲菌可以通过肠上皮脂质筏这种介质在肠道内发生定植位置的转移，而转移过程会破坏肠道黏膜屏障功能，引起微环境稳态的破坏，使易感人群肠道发生慢性炎症反应。有证据表明，UC的发病与肠道菌群多样性减少有关。暴露于多样性减少的肠道微生物群，幼稚型树突状细胞将分化为免疫原性树突状细胞，这将会促进效应T细胞的产生，导致随后的炎症。
3 免疫调节
3．1 固有免疫
肠道固有免疫系统主要包括肠黏膜上皮屏障、固有免疫细胞、固有免疫分子等。肠黏膜上皮包括上皮细胞和细胞边缘的连接部分，如粘附连接、紧密连接和桥粒连接。在UC活动期，肠道组织的连接蛋白和相应的mRNA显著减少，而在UC非活动期，连接蛋白和mRNA减少并不明显，表明上皮细胞连接蛋白的异常与肠道炎症密切相关。巨噬细胞、树突状细胞作为固有免疫细胞的一部分，与UC的发病密切相关。有文献报道，在UC中，肠道微生物和活化的toll样受体（TLR）信号通路激活肠道固有层树突状细胞和巨噬细胞，使细胞因子诸如IL-1、IL-6、IL-12家族（IL-27、IL-35）、TNF、IFN-α和IFN-β的水平上升。IL-1β通过募集粒细胞并激活IL-17A分泌固有淋巴细胞和CD4+Th17细胞激发肠道炎症反应。IL-6通过与IL-6R结合形成一种化合物诱导TNF、IFN-γ和IL-1β的产生，而这些细胞因子将抑制黏膜T细胞的凋亡，产生持续的炎症反应。再者，来自CD14+巨噬细胞、T细胞、脂肪细胞和成纤维细胞的膜结合TNF在和TNFR1和TNFR2受体结合后通过激活NF-κB信号通路加剧炎症反应。目前，对IL-27在UC中的作用上尚存在争议。有研究认为IL-27R的高表达通过诱导IL-1、IL-6的产生和抑制调节性T细胞的产生增加结肠炎的活动性。而其他一些研究否认IL-27在实验性结肠炎中的促炎作用。相反，同为IL-12家族的一员，IL-35抑制T细胞炎症反应，减轻结肠炎活动性的作用已在动物模型中得到验证。与IL-35相似，IFN-α和IFN-β能促进黏膜愈合，并能诱导IL-10产生调节性T细胞减轻炎症反应。
3．2 特异性免疫
特异性免疫与固有免疫互相补充，共同抵御病原微生物的入侵。当受到抗原刺激后，原始T细胞增殖，并分化为不同的亚型，比如Th1、Th2、Th17和Treg细胞。T细胞反应异常、T细胞亚型的失衡及其分泌过多的细胞因子和趋化因子，将导致肠道炎症。Th1和Th2细胞在正常情况下处于动态平衡，并受相互分泌的细胞因子调节。Th1/Th2亚型的失衡与自身免疫性疾病有关，并且在UC的发展过程中起重要作用。Th1分泌的促炎细胞因子如IL-1、IL-2、IL-6、IL-8参与细胞免疫反应，Th2分泌的抑炎细胞因子如IL-4、IL-10和IL-13参与体液免疫反应。因此，Th1和Th2细胞的平衡决定促炎因子与抑炎因子的平衡，从而决定免疫反应是否进行以及出现何种类型的免疫反应。由此，找出调节Th1和Th2平衡的关键细胞因子将为今后UC的治疗提供新的思路。Th17细胞是一种以分泌IL-17为主的CD4+ T细胞，能分泌促炎因子参与肠黏膜的损伤，而Treg细胞是一类具有免疫负调节作用的淋巴细胞亚，与肠黏膜的修复有关。Th17和Treg的生成受TGF-β、IL-6等因子调节，当低浓度的TGF-β聚集且IL-6存在时，原始T细胞分化成Th17细胞，而Treg细胞的生成受到抑制。当高浓度的TGF-β聚集时，Th17的生成受到抑制，而Treg的生成却增多。在IL-6和/或IL-23存在时，Treg细胞转化为病原性Th17细胞。目前，尚没有研究报道Th17细胞能转化为Treg细胞，说明Treg转化为Th17是不可逆的。在UC病人外周血中，Th17细胞数量增加而Treg细胞数量减少，表明Th17/Treg免疫轴的异常与UC的发生发展密切相关。
溃疡性结肠炎的发病机制是一个多环节多因素共同参与的过程。表观遗传修饰可介导溃疡性结肠炎的易感基因与机体内、外环境间的相互影响，肠道菌群失调可影响肠道内环境稳态，免疫反应的异常可导致肠道持续性炎症反应，在溃结的发生发展中起重要作用。目前，UC的治疗包括氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂、生物制剂等，这些治疗主要针对于免疫方面发病机制而言，针对肠道微生物和表观遗传学发病机制的治疗还很少有文献报道。近年来，高通量测序技术的出现为全基因组相关研究（GWAS）提供了优质平台，促进了表观遗传学和宏基因组学的发展。表观遗传学的发展，为研究UC患者内在基因与外在环境搭建了桥梁，同时也为研究UC的诊断标志物、药物治疗靶点提供了方向。宏基因组学的研究，有助于揭示肠道微生物的特征，从而找到UC相关肠道微生态靶向治疗的新途径。
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论文作者:唐诚,杨巍
论文发表刊物:《医师在线》2017年10月下第20期
论文发表时间:2018/1/9
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