秦 謙，陳東風(fēng)，魏艷玲

第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科究所消化內(nèi)科，重慶 400042

潘氏細(xì)胞與潰瘍性結(jié)腸炎關(guān)系的研究進(jìn)展

秦 謙，陳東風(fēng)，魏艷玲

第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科究所消化內(nèi)科，重慶 400042

潘氏細(xì)胞(Paneth cells，PCs)是小腸腺的特征性細(xì)胞，可分泌防御素等多種抗菌物質(zhì)，抑制腸道細(xì)菌過度繁殖，在維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)、參與固有免疫方面發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)與PCs之間存在一定聯(lián)系，UC患者結(jié)腸黏膜存在不同程度的PCs化生(Paneth cell metaplasia, PCM)，提示PCs在UC的發(fā)生、發(fā)展過程中可能發(fā)揮重要作用。本文就PCs與UC關(guān)系的研究進(jìn)展作一概述，為PCs與UC發(fā)病機(jī)制的深入研究提供思路。

潘氏細(xì)胞；潰瘍性結(jié)腸炎

1872年德國(guó)解剖學(xué)家Schwalbe首先在小腸隱窩底部觀察到一種錐體形細(xì)胞[1]，隨后1888年奧地利醫(yī)師Joseph Paneth進(jìn)一步對(duì)這種細(xì)胞進(jìn)行了詳細(xì)觀察和描述，該細(xì)胞從此被命名為潘氏細(xì)胞[2]。潘氏細(xì)胞(Paneth cells，PCs)是小腸腺的特征性細(xì)胞，和隱窩干細(xì)胞間隔排列于腺底部，遍布于整個(gè)小腸，細(xì)胞呈錐體形，頂部胞質(zhì)充滿粗大嗜酸性的分泌顆粒，通過釋放防御素、磷脂酶、溶菌酶等抗菌物質(zhì)[3]抑制腸道致病微生物的繁殖，參與腸道免疫。自從發(fā)現(xiàn)第1例炎癥性腸病(IBD)患者存在潘氏細(xì)胞化生(PCM)以來，有關(guān)潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)與PCs相關(guān)研究一直在進(jìn)行，PCs在UC發(fā)病中的作用也引起人們的關(guān)注，本文就此作一概述。

1 PCs的發(fā)生

PCs起源于腸隱窩干細(xì)胞，其發(fā)生比其他類型的小腸上皮細(xì)胞要晚。人與鼠PCs的發(fā)生在時(shí)間上差異較大。在第20周、21周、24周以及5.2個(gè)月胎兒的小腸上皮中已可觀察到PCs。小鼠PCs最初見于生后第7天，至斷乳期(12～20 d)開始出現(xiàn)分泌功能。在斷乳期以前，PCs的數(shù)量增長(zhǎng)緩慢，至生后第10天，平均每個(gè)腸隱窩僅有0.38個(gè)PCs。Bry等[4]發(fā)現(xiàn)，小鼠在胚胎第15天，腸黏膜開始由假?gòu)?fù)層上皮轉(zhuǎn)化為單層上皮時(shí)，絨毛間區(qū)已有部分細(xì)胞表達(dá)隱窩素，但腸隱窩底部出現(xiàn)磷脂酶A2(phospho1ipase A2，sPLA2)，與溶菌酶陽性染色的時(shí)間分別為生后第7天、第10天，而凝集素Ulex europaeus agglutinin 1(UEA-1)和Maackia amurensis agglutinin(MAA)作為PCs發(fā)育成熟的標(biāo)志則要到生后第21天才能檢出。大鼠PCs的發(fā)生與小鼠相似：生后第2天，含PCs的腸隱窩不足2%；生后第6～8天，多數(shù)腸隱窩只有1個(gè)PCs。至生后第21天，即斷乳期結(jié)束時(shí)，PCs的數(shù)量與生后第28天已無顯著差異，基本達(dá)到成年水平。

2 PCs的抗菌功能

PCs嗜酸性顆粒的主要成分為防御素、溶菌酶、SPLA2、血管生成因子和Reg3-γ，其中以防御素最為豐富，占80%[5]。PCs可直接感受腸腔細(xì)菌，通過激活MyD88依賴的Toll-like receptors(TLR)，誘導(dǎo)表達(dá)大量抗菌因子。PCs分泌的防御素主要為α-防御素(HD-5和HD-6)，HD-5以前體形式儲(chǔ)存在PCs分泌顆粒內(nèi)，釋放后經(jīng)胰蛋白酶剪切成為成熟防御素[6-7]。同其他防御素一樣，HD-5主要通過以下兩種機(jī)制發(fā)揮抗菌作用，HD-5在高濃度狀態(tài)下，通過靜電力和疏水作用與細(xì)菌的細(xì)胞膜相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞膜的破裂。在低濃度狀態(tài)下，HD-5能使參與細(xì)菌胞壁生物合成的脂質(zhì)調(diào)節(jié)分子失活從而限制細(xì)菌的生長(zhǎng)。HD-6是由32個(gè)氨基酸組成的多肽，以往研究認(rèn)為，與其他防御素相比HD-6在體外幾乎沒有抗菌性[8]，然而Wehkamp 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)和體外HD-6能隨機(jī)與細(xì)菌表面膜蛋白的結(jié)合，然后聚合為四聚體甚至多聚體，進(jìn)而形成包裹纏繞細(xì)菌的納米網(wǎng)格，阻止細(xì)菌穿過腸黏膜膜屏障。在HD-6四聚體形成的過程中其27位的組氨酸發(fā)揮了關(guān)鍵作用，將組氨酸用色氨酸替換后HD6便失去了這種自我聚合的特性[10]。Hooper等[11]研究發(fā)現(xiàn)血管生成素4(Angiogenin-4，Ang4)是小鼠PCs分泌的另外一種抗菌肽，在腸道固有免疫中發(fā)揮重要作用。腸道主要的共生菌多形擬桿菌(bacteroides thetaiotaomicron)能夠誘導(dǎo)其表達(dá)，而其他抗菌肽如防御素不被細(xì)菌調(diào)控。另外PCs分泌的sPLA2也具有抗細(xì)菌、病毒和真菌的作用[12]。重建無菌小鼠腸道菌群后小腸和結(jié)腸部位腸上皮細(xì)胞、PCs和杯狀細(xì)胞表達(dá)的蛋白R(shí)eg3γ(胰島再生源蛋白3γ)表達(dá)增高[13]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Reg3γ能夠通過限制微生物在腸上皮定植抑制固有免疫反應(yīng)的激活，Reg3γ基因敲除小鼠腸黏膜革蘭陽性菌增多[14]，提示PCs除抗微生物作用外在調(diào)節(jié)固有免疫方面也發(fā)揮重要作用。

3 PCs組成腸干細(xì)胞微環(huán)境(niche)

腸黏膜上皮是哺乳動(dòng)物機(jī)體代謝最活躍的場(chǎng)所，研究顯示人類每天約產(chǎn)生5.6×109個(gè)腸上皮細(xì)胞以維持上皮的動(dòng)態(tài)平衡[15]，腸上皮進(jìn)行一次完全更新僅需4～5 d[16]。腸上皮細(xì)胞的持續(xù)更新與腸道隱窩內(nèi)干細(xì)胞增殖分化密不可分。而PCs在維持腸隱窩干細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。一方面PCs分泌的抗菌物質(zhì)能夠維持腸隱窩無菌環(huán)境，為干細(xì)胞增殖分化提供良好的環(huán)境。另一方面，PCs能表達(dá)表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α(TGF-α)、Wnt3 和Notch信號(hào)通路配體-DLL4維持腸干細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育，將PCs與分離出的干細(xì)胞共同培養(yǎng)能夠促進(jìn)干細(xì)胞的譜系分化[17]。最新研究[18]發(fā)現(xiàn)在小腸干細(xì)胞和小腸穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程中，Notch和Wnt信號(hào)通路還扮演了重要調(diào)控作用，阻斷Notch信號(hào)會(huì)引起小腸干細(xì)胞分化失衡，并且在這一過程中伴隨對(duì)Wnt信號(hào)途徑的抑制解除。在小鼠的小腸中，Notch和Wnt信號(hào)對(duì)于小腸干細(xì)胞維持以及腸道負(fù)責(zé)消化液分泌的細(xì)胞和負(fù)責(zé)營(yíng)養(yǎng)吸收的細(xì)胞之間的分化平衡都是非常必要的。研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)Notch信號(hào)受到抑制，小腸干細(xì)胞傾向于向分泌細(xì)胞方向分化，而影響營(yíng)養(yǎng)吸收細(xì)胞的分化過程。利用具有功能阻斷特性的抗體特異性阻斷Notch受體，發(fā)現(xiàn)阻斷Notch信號(hào)會(huì)解除對(duì)Wnt信號(hào)途徑的抑制作用，干擾小腸干細(xì)胞的正常功能，導(dǎo)致促分泌功能相關(guān)基因的錯(cuò)誤表達(dá)。

4 UC中PCs的化生

1937年Hertzog[19]首次在1例UC患者的結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)了PCs，隨后1961年P(guān)aterson等[20]描述了UC患者結(jié)腸PCM，比較10例UC患者與10例因其他疾病手術(shù)切除的結(jié)腸中PCs比例發(fā)現(xiàn)，UC患者結(jié)腸隱窩含有超過1個(gè)以上PCs占19.6%，最高達(dá)30%。而在靠近急性炎癥的區(qū)域和形成膿腫的隱窩中未發(fā)現(xiàn)PCs。Lewin[21]研究了44例UC患者發(fā)現(xiàn)41例(93%)患者在結(jié)腸或直腸中出現(xiàn)PCM。Haapam?ki等[22]發(fā)現(xiàn)在UC患者結(jié)腸化生的PCs存在PLA2-Ⅱ mRNA和PLA2-Ⅱ蛋白表達(dá)，炎癥較重者化生的PCs數(shù)量更多，PLA2-Ⅱ的合成似乎與炎癥的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。Tanaka等[23]通過比較866例人群(包括181例UC、159例CD和448例非IBD患者及78例對(duì)照)結(jié)直腸PCM發(fā)現(xiàn)，在非IBD組和對(duì)照組結(jié)腸遠(yuǎn)端很少出現(xiàn)PCs(<2%)，而升結(jié)腸和盲腸比較常見(最高達(dá)48.7%)，與非IBD患者和對(duì)照組相比，IBD患者遠(yuǎn)端結(jié)腸發(fā)生PCM的比例明顯增高，UC與CD的化生無明顯差異，PCM與疾病狀態(tài)(活動(dòng)期、緩解期和靜止期)也無明顯相關(guān)性。在UC直腸炎和左半結(jié)腸炎非炎癥區(qū)極少見PCM。進(jìn)一步回歸分析發(fā)現(xiàn)，PCM與隱窩扭曲和單核細(xì)胞浸潤(rùn)呈正相關(guān)，而與隱窩萎縮、黏液素缺乏無明顯相關(guān)性，提示腸黏膜的增生與修復(fù)可能是引起PCM最重要的因素。Simmonds等[24]觀察到在UC的發(fā)病早期結(jié)腸遠(yuǎn)端就有PCM，觀察了13例UC兒童患者，其中11例在遠(yuǎn)端結(jié)腸發(fā)現(xiàn)PCM。

5 PCs在UC病理過程中可能的作用機(jī)制

以往認(rèn)為UC中PCM是腸上皮慢性損傷、黏膜愈合與修復(fù)的標(biāo)志。然而本研究認(rèn)為PCs在結(jié)腸遠(yuǎn)端的出現(xiàn)有著十分重要的意義和背景。人體胃腸道各個(gè)部位定植的細(xì)菌數(shù)量和種類差異很大，其中胃內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量最少(0～103)，主要為需氧菌，回腸較多(103～107)，以厭氧菌為主，結(jié)腸最多(1011～1012)，98%由厭氧菌構(gòu)成,菌種多達(dá)300余種，大便干重近1/3由細(xì)菌組成[25]。另外，同一段腸道，不同種類細(xì)菌的空間分布也不同。人體消化道構(gòu)成了菌群生長(zhǎng)的外環(huán)境，不同節(jié)段的消化道細(xì)胞構(gòu)成、功能、pH等條件均不同，這些不同導(dǎo)致定植于此部位的菌群結(jié)構(gòu)與其他部位有差異，不同菌群結(jié)構(gòu)改變會(huì)對(duì)腸道產(chǎn)生一定的影響。如幽門螺桿菌(H.pylori)感染可引起慢性胃炎，慢性胃炎患者有不同程度的PCM，提示消化道細(xì)菌可能通過某種機(jī)制改變消化道上皮的細(xì)胞構(gòu)成與結(jié)構(gòu)。UC患者腸道菌群與健康人相比有很大差異[26]，盡管目前沒有直接證據(jù)表明腸道菌群能通過明確的機(jī)制誘導(dǎo)干細(xì)胞向PCs分化，我們認(rèn)為腸道菌群的改變可能引起了PCM。UC輕度的PCM對(duì)于維持腸隱窩干細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境起積極作用，促進(jìn)腸黏膜的損傷修復(fù)。然而，由于PCs本身也是由隱窩干細(xì)胞分化而來，過度的PCM必然會(huì)引起隱窩干細(xì)胞的過度消耗，從而限制干細(xì)胞向其他類型的細(xì)胞分化，延緩黏膜修復(fù)過程，而其他類型的腸上皮細(xì)胞對(duì)于維持腸黏膜屏障和正常功能十分重要。除了在小腸部位Notch和Wnt信號(hào)參與維持小腸干細(xì)胞分化平衡[18]，結(jié)腸部位化生的PCs也可能通過Notch和Wnt信號(hào)分子調(diào)節(jié)結(jié)腸干細(xì)胞的分化，而在正常的腸道這種調(diào)節(jié)作用不存在，提示PCs可能通過這些信號(hào)分子間接參與UC的病理過程。另有研究發(fā)現(xiàn)與正常小腸PCs相比，UC患者化生的PCs表達(dá)neutrophilic alkaline phosphatas(NALPs)，NALP1、7、8和11增加，提示PCs可能通過NALPs參與IBD的病理過程[27]。

6 PCM對(duì)UC治療的作用

UC患者可表現(xiàn)出不同程度的結(jié)腸PCM，而化生的PCs與正常小腸PCs的形態(tài)和分泌功能沒有明顯不同[23]，提示化生PCs的出現(xiàn)更像是機(jī)體的適應(yīng)性變化。目前在UC常規(guī)治療方法上并未認(rèn)真考慮PCs的功能，對(duì)PCM的認(rèn)識(shí)還不夠深，就目前研究來看，UC的PCM可能與腸道微生態(tài)改變、腸干細(xì)胞分化平衡等多種因素密切相關(guān)。盡管現(xiàn)在普遍認(rèn)為糞菌移植對(duì)UC的治療效果尚有爭(zhēng)議，我們認(rèn)為可以通過改變腸道菌群來調(diào)節(jié)腸道細(xì)胞構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)PCs作用于腸干細(xì)胞的信號(hào)分子可能會(huì)誘導(dǎo)干細(xì)胞向“健康”的方向分化，這些為UC的治療提供了新的靶點(diǎn)和思路，可能具有廣闊的前景。

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(責(zé)任編輯：李 健)

Advances in the correlation between Paneth cells and ulcerative colitis

QIN Qian， CHEN Dongfeng， WEI Yanling

Department of Gastroenterology， Daping Hospital， Research Institute of Surgery， the Third Military Medical University， Chongqing 400042， China

Paneth cells (PCs) are normally present in the mucosa of the small intestine, responsible for secreting various of antimicrobial to inhibit overgrowth of intestinal bacterial. They play a key role in the homeostasis of gut microbial and innate immunity. Many studies have investigated the correlations between ulcerative colitis(UC)and PCs. Paneth cell metaplasia (PCM) has been described in UC. This suggests that PCs play a crucial role in the development and progress of UC. In the following, the correlation between PCs and UC was reviewed to hopefully provide ideas for the further research of PCs and UC.

Paneth cells; Ulcerative colitis

“標(biāo)準(zhǔn)化糞菌移植”治療炎癥性腸病(IBD)有效性及安全性的隨機(jī)對(duì)照臨床研究；第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所臨床科研基金(2014YLC05)

秦謙，碩士研究生，研究方向：炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制。E-mail： suoliren@126.com

魏艷玲，醫(yī)學(xué)博士，講師，研究方向：炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制，糞菌移植相關(guān)臨床、科研工作。E-mail： lingzi016@126.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.03.002

R574.62

A

1006-5709(2016)03-0245-03

2015-12-10