细胞因子表达与NF-κB活化在溃疡性结肠炎发病中的意义

　　作者：刘元山 综述，陈剑群，朱炳喜* 审校 作者单位：(徐州医学院附属医院消化科，江苏徐州221002)

　　【摘要】 溃疡性结肠炎( ulcerative colitis, UC)目前认为是由多因素共同作用所致,主要包括环境、遗传、感染和免疫等因素。其中活化的免疫细胞产生的细胞因子介导的异常免疫反应在UC发病机制中的作用及其与核因子-κB(NF-κB)的密切关系,越来越引起人们的关注。本文对常见的细胞因子及NF-κB在UC发病中的作用进行综述。

　　【关键词】 细胞因子;NF-κB;溃疡性结肠炎

　　溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种病因及发病机制尚不十分清楚的慢性非特异性结肠炎症。目前认为UC是环境、遗传、感染及免疫等多因素共同作用的结果,其中免疫学因素是UC研究中的热点。国内外许多研究已经证实细胞因子介导的异常免疫反应在UC的发生发展中起重要作用，并且发现NF-κB与细胞因子在UC中的作用关系密切。因此充分认识细胞因子表达与NF-κB活化在UC发病中的作用具有重要意义。

　　1 细胞因子与UC

　　1.1 白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1) IL-1主要由单核/巨噬细胞、中性粒细胞和内皮细胞分泌，是一种能激活多种免疫和炎症细胞的前炎性细胞因子。根据等电点不同, IL-1可分为IL-1α和IL-1β,前者为分泌型,而后者是其主要的活性形式。IL-1β可活化T细胞,通过B细胞与IL-4连接而增加抗体分泌,促进血管内皮-白细胞黏附分子的表达,趋化中性粒细胞等炎性细胞进入肠道病变部位,从而引起一系列肠道炎症反应和组织破坏,其细胞因子mRNA的表达与UC的炎症程度成正相关,可作为临床上判断疾病严重程度和疗效的指标[1]。IL-1尚能通过自分泌或旁分泌刺激其他细胞因子和炎症介质如IL-6、IL-8 等产生。Manida等[2]报道从UC患者结肠黏膜分离的单核巨噬细胞产生大量的IL-1β，在UC活动期明显升高。一组UC患者的ELISA检测结果显示急性期UC黏膜分泌的IL-1β水平较缓解期和正常对照组高[3]。Casellas 等[4]的双盲实验也证明UC急性期IL-1β分泌水平增高,缓解期则否。丁伟群等[5]采用成组t检验分析UC组不同病变程度、病变肠黏膜的IL表达,并与正常组、肿瘤组比较,结果发现IL-1β在受累黏膜显著升高。近年来,随着细胞因子在UC发病中作用的深入研究,生物治疗成为研究的热点,如使用重组IL-1受体拮抗剂治疗UC取得了很好的疗效[6]。以上均说明IL-1β确实参与了UC的发生、发展过程。

　　1.2 白细胞介素-2(interleukin-2,IL-2) IL-2主要由T细胞产生，是国内外研究最为活跃、最为广泛的一种淋巴因子。研究表明IL-2参与了UC的发病，IL-2基因敲除小鼠会发生与人类UC高度相似的慢性炎症[7]。可溶性IL-2受体(sIL-2R)作为一种封闭因子,可与膜IL-2R竞争结合IL-2,降低IL-2水平,影响细胞免疫功能。血清sIL-2R水平是反映机体细胞免疫功能的重要指标。sIL-2R的升高说明IL-2水平下降,导致细胞免疫功能障碍,同时sIL-2R又与B细胞结合, 产生更多的异常抗体,发生抗原-抗体反应,进而激活补体导致肠黏膜炎性损伤。研究证实sIL-2R可作为UC患者病情和判断预后的指标。邹阳等[8]实验观察发现溃疡性结肠炎模型大鼠血清IL-2水平比正常大鼠显著降低,而通过穴位埋线治疗后随着症状体征的好转,IL-2水平显著升高。说明随着治疗的进行增强了T细胞介导的细胞免疫和体液免疫功能, 减弱自身免疫反应, 从而减轻组织损伤而趋向愈合。陈垦等[9]经临床研究发现活动组UC患者血清sIL-2R水平明显升高,且与病情轻重程度及病变累及的部位有关,提示UC患者存在着细胞免疫功能的障碍,免疫系统处于激活状态。

　　1.3 白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6) IL-6主要由活化的巨噬细胞、淋巴细胞及上皮细胞分泌,是一种广泛的促炎性细胞因子,其生物学效应类似于IL-1β。一系列研究发现UC患者血清IL-6浓度明显升高,且与病变范围和病变严重程度成正相关[5]。利用免疫荧光技术可以检测到UC中炎症细胞质内的IL-6阳性颗粒。用生物素标记的IL-6 mRNA探针检测UC中IL-6 mRNA，阳性信号主要分布在巨噬细胞胞浆内，并且其表达的程度和分布随病变的严重性而增强[10]。

　　1.4 白细胞介素-8(interleukin-8,IL-8) IL-8主要由巨噬细胞和树突状细胞产生，是一种强有力的中性粒细胞趋化因子和活化因子[11], 主要生物学作用为趋化并激活中性粒细胞,促进中性粒细胞的溶酶体活性和吞噬作用，在中性粒细胞介导的组织损伤中起重要作用;IL-8对嗜碱性粒细胞和T细胞也有一定的趋化作用,这些生物学活性与UC的发生密切相关。目前认为肿瘤坏死因子-β(tumor necrosis factor-β，TNF-β)、IL-1、IL-6诱发的炎症反应在很大程度上是通过诱导以IL-8为代表的趋化因子的产生而实现的。IL-8是UC发生过程中必不可少的炎症介质,无论是在血清、粪便还是组织中,UC患者的IL-8含量均明显增高[12]，IL-8亦与UC炎症反应的持续与放大密切相关,UC患者外周血和结肠黏膜的IL-8浓度依炎症程度显著改变[13]。Daig等[14]研究发现UC病变肠黏膜的IL-8水平明显高于正常组织,且与黏膜的中性粒细胞数、病灶的大体炎症程度成正相关。陈垦等[9]则发现UC患者血清IL-8浓度高于正常者,并随病情缓解呈下降趋势。上述研究表明IL-8直接参与了UC的病理过程,且与炎症程度呈正相关,因此可作为临床上判断疾病严重程度和疗效的指标之一。

　　1.5 白细胞介素-12(interleukin-12,IL-12) IL-12是细胞免疫中重要的致炎细胞因子，激活形式的IL-12是由p35蛋白和p40蛋白组成的异二聚体,其作用的靶细胞主要是T细胞和自然杀伤细胞(NK细胞)，主要作用为促进Th1细胞分化和激活NK细胞，刺激T细胞和NK细胞分泌干扰素-γ(Interferon-γ，IFN-γ)、IL-2、IL-8等，然后再通过这些因子发挥作用。Ehrhardt等[15]研究发现三硝基苯磺酸(TNBS)诱发的UC模型与IL-12产生增加有关,用抗IL-12抗体可以缓解TNBS诱发的结肠炎。Nielsen等[16]发现急性期UC患者结肠活检标本IL-12mRNA表达增加，缓解期则与对照组无差异，提示IL-12与UC活动度密切相关。

　　1.6 肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α) TNF是由Carswell等[17]于1975年发现并命名的。1985年学者们根据细胞来源和分子结构的不同,将其分为α型和β型，目前研究较多的是TNF-α。TNF-a是一种重要的促炎因子和免疫调节因子，主要由活化的单核细胞和巨噬细胞所产生,具有广泛的生物学活性。TNF-α被公认为介导UC的细胞因子, 主要作用是使中性粒细胞聚集、内皮细胞黏附分子上调、凝血酶原效应等。在UC活动期,TNF-α在血浆和粪便中的水平均升高,其在肠道中能介导肠黏膜损伤作用。诸多报道[18-19]均显示UC中TNF-α分泌水平及其mRNA 表达高于正常组或未受累结肠黏膜。Guimband等[20]采用酶联免疫吸附试验(ELISA)法测定19例中重症UC结肠灌洗液,发现UC患者的结肠灌洗液中有大量TNF-α、IL-1β,两者有显著相关性且细胞因子的量与疾病的活动程度有关。宋瑛等[21]采用PCR、限制性片段长度多态性分析(RFLP)技术对我国汉族人群中131例炎症性肠病患者的TNF-α和TNF-β基因多态性进行分析，结果发现UC患者TNF-α-308位点基因型频率(15.5%)及等位基因频率(8.7%)显著高于正常人群的4.1%和2.0%(P<0.01),认为TNF-α-308等位基因与UC发病的易患性相关。另外,TNF-α还可诱导结肠上皮细胞凋亡,促进UC的发生。

　　2 NF-κB与UC

　　2.1 NF-κB的结构 NF-κB是一类能与多种基因启动子或增强子部位κB 位点发生特异性结合并促进其转录的蛋白质,1986年首先由Sen和Baltimore应用凝胶电泳迁移率的实验方法,从B细胞核提取物中检测到[22]。NF-κB是NF-κB/ Rel 蛋白质家族成员。NF-κB/ Rel蛋白根据其结构、功能和合成形式可分为2组:第1组包括NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52),分别由其前体蛋白p105和p100蛋白裂解而来;第2组包括RelA(p65) 、RelB 和c-Rel,它们没有前体。NF-κB/ Rel蛋白共同含有1个高保守的约300 bp的N-末端节段,即Rel同源结构域(Rel-homology domain,RHD),RHD内含有DNA结合区、二聚体化区、核定位和与抑制蛋白(inhibitoryκB,IκB)相互作用区,其中p65含有转录活化区域。上述2组NF-κB/ Rel蛋白成员间可形成同源二聚体或异源二聚体,其中发挥主要生理功能的是p50/RelA组成的异源二聚体，几乎存在于所有细胞中。

　　2.2 NF-κB的活化途径 静息状态下,NF-κB二聚体与一种被称为IκB 的抑制蛋白结合形成三聚体,以无活性的形式被“囚禁”于细胞质中，阻止NF-κB由细胞质进入细胞核。当肿瘤坏死因子(TNF-α)、细菌脂多糖(LPS)等细胞外刺激信号作用于NF-κB信号通路后,IκB氨基末端的丝氨酸在上游激酶的作用下发生磷酸化。磷酸化的IκB氨基末端21和22位赖氨酸在E3泛素连接酶的作用下与泛素分子共价结合,被泛素化。泛素化使IκB空间构象改变,从而使其可以被26S蛋白酶体复合物降解。IκB的降解,使得NF-κB从NF-κB-IκB复合物上解离释放,获得“自由”的NF-κB迅速从细胞质易位到细胞核,与相应基因启动子上的特定序列(κB位点)发生特异性结合,从而启动靶基因转录[23]。

　　2.3 NF-κB在UC中的异常活化及促炎作用 细胞因子在UC发病中的作用已经得到公认,但其释放和调控的机制尚不明确。UC中存在着上皮细胞、淋巴细胞、巨噬细胞的异常激活和细胞因子(促炎细胞因子与抗炎细胞因子)网络的失衡[24-25],这一过程与NF-κB的诱导及激活有关。研究表明,UC患者核内NF -κB DNA结合活性明显升高[26-27],NF -κB被活化并进入核内后具有很强的与基因κB位点相结合的能力,是细胞因子转录及释放的前提和关键。而且绝大多数细胞因子基因启动子或增强子部位均有NF-κB结合位点,活化入核的NF - κB 即可与之结合并促进这些细胞因子的转录。Schrieiber等[28]在UC患者肠道细胞核提取物中发现NF-κBp65水平明显升高。甘华田等[26]发现UC患者肠道上皮细胞、巨噬细胞及固有层细胞中p65的表达增加。在UC组织中,p65在细胞质中的表达是炎症状态的反映。UC中存在p65 mRNA的持续合成,也提供了胞质中游离p65的来源,新合成的p65移位至核,使NF-κB持续激活,从而使炎症慢性化。NF-κB可以调控任何含有κB 位点的基因转录[29],对UC起主要致病作用的细胞因子,如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-12等在转录水平由NF-κB调控[30]。有研究证实，NF-κB的激活导致TNF-α、IL-1β的转录增加,而TNF-α、IL-1β的释放又进一步激活NF-κB。后者通过正反馈进一步增加TNF-α、IL-1的分泌，同时使其他细胞因子如IL-6、IL-8等的表达也增加。由此产生级联反应,使炎症不断放大——形成“瀑布效应”，这可以解释TNF-α、IL-1β的促炎作用。病理实验也证实,在炎症部位的黏膜中存在NF-κB的高表达。抑制NF-κB活性能够抑制IL-1和TNF-α诱导的肠上皮细胞的诱导型一氧化氮合酶的表达[31]。更有研究表明应用NF-κB 抑制剂能够改变UC患者的炎症状态[32]。这些都说明NF-κB在UC的病理生理过程中可能起到枢纽作用。

　　3 小 结

　　现已证实，UC中细胞因子的表达是由NF-κB调控的，UC的发病和NF-κB有着密切的关系。UC患者中IL-1β mRNA和IL-8 mRNA的表达与NF-κB的活化呈显著正相关即为有力的佐证,同时NF-κB表达水平与TNF-α水平也显著相关。国外实验和研究表明,NF-κB在UC中呈现过度激活状态,并导致细胞因子的过度和持续表达,放大炎症反应。而细胞因子表达的增加，则可以引起UC的症状产生、组织损害和其他病理变化。临床经典用药如糖皮质激素、柳氮磺胺吡啶(SASP)及水杨酸类药物的药理作用新机制已被提出,即能抑制NF-κB活性,进而减少炎症前细胞因子而起到治疗UC的作用。这些均从反方向证实了NF-κB可调控细胞因子的表达。但细胞因子表达与NF-κB活化之间的因果关系尚无法确定，考虑可能为直接激活NF-κB再调控细胞因子的表达，或者先诱发细胞因子的表达再激活NF-κB，或者有其他的激活途径。这些激活途径可能包括：炎性细胞的浸润、肠道菌群的改变、直接的细胞毒作用等。

　　NF-κB是肠道黏膜感染的标志,它的水平高低可反映疾病严重程度,也可作为治疗效果的评估。因此NF-κB已成为研究和开发溃疡性结肠炎治疗新药物的靶标。许多研究已证实溃疡性结肠炎患者肠黏膜NF-κB含有P65这一重要的亚单位,它在调控靶基因的转录中起着关键性的作用。故采用P65反义寡核苷酸抑制或封闭P65 mRNA的表达,减少P65蛋白的合成,从而减少细胞因子的释放,无疑对溃疡性结肠炎具有十分重要的治疗价值。

　　综上所述，有必要对NF-κB在溃疡性结肠炎中的活化机制以及对炎性因子表达调控的具体过程进行进一步研究，以明确NF-κB与炎症因子之间的关系，进而从分子水平对UC的发生、发展做出根源性解释，以指导临床药物的开发与应用，从而寻找出具有Rel/ NF-κB 信号通路特定成员针对性和靶细胞特异性的可调控NF-κB活化阻断剂,实现抑制炎症和调控正常细胞功能之间的平衡，以便有效控制溃疡性结肠炎,同时降低药物毒副作用。

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