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Research progress on role of mast cells in irritable bowel syndrome

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2024-09-15 23:51

张小雨, 高源, 齐云. 肥大细胞在肠易激综合征中的作用研究进展[J]. 中国药理学通报, 2020, 36(2): 149-153.

ZHANG Xiao-yu, GAO Yuan, QI Yun. Research progress on role of mast cells in irritable bowel syndrome[J]. Chinese Pharmacological Bulletin, 2020, 36(2): 149-153.

摘要: 肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）是一种多因素相互作用的胃肠道功能紊乱性疾病，全球范围内发病率较高。其发病机制复杂，如内脏高敏感、胃肠道动力异常、肠道屏障损坏、肠道免疫紊乱、神经免疫失调等。研究表明，肥大细胞（mast cells，MCs）在IBS的发生与发展中起到重要作用，在IBS治疗中也有初步尝试。该文就MCs在IBS发病机制中的作用及针对MCs的IBS治疗方案进行综述。

Abstract: Irritable bowel syndrome (IBS) is one kind of functional gastrointestinal tract disorders with high incidence in the world. IBS is induced by avariety of factors, such as visceral hypersensitivity, abnormal gastrointestinal motility, intestinal barrier dysfunction, intestinal inflammation, neuro-immunity disorder, etc. The pathogenesis of IBS is complex and diverse. Mast cells (MCs) play an important role in the occurrence and development of IBS. The present article reviews the role of MCs both in the pathogenesis and in the treatment of IBS.

Key words: irritable bowel syndrome mast cells pathogenesis therapy trypsin histamine

肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一种由多因素引发的胃肠道功能紊乱性疾病，临床症状主要为腹痛、腹胀，伴有排便规律改变或粪便形态异常，但无器质性病变。根据罗马Ⅲ诊断标准[1]，按照粪便形态将IBS分成腹泻型(IBS-D)、便秘型(IBS-C)、混合型(IBS-M)和不定型(IBS-U)，其中IBS-D在临床病例中最为常见，在全球范围内其发病率为1.1%~29.2%。IBS症状会对患者的日常生活、工作和情绪等方面造成困扰，严重影响其生活质量。IBS发病机制复杂多样，目前被广泛认可的假说有内脏高敏感性、胃肠道动力异常、免疫与炎症、脑-肠轴功能紊乱、肠道菌群失调等多种机制相互作用，因此治疗IBS一直是临床上的难题。目前，IBS的治疗通常是以缓解症状为主，一般给予患者药物治疗，如FDA批准的血清素(5-hydroxytryptamine，5-HT)3受体阻断剂阿洛司琼、抗生素利福昔明、阿片受体激动剂艾沙度林等，还有仍需考察的μ-阿片受体激动剂咯哌丁胺、胆汁酸阻断剂、三环抗抑郁剂等[2]。大量研究显示，肠道内的肥大细胞(mast cells，MCs)参与IBS的发生与发展，MCs在IBS发病机制中发挥作用的基础是活化后的MCs能够释放出活性介质和因子，通过多种活性介质的广泛作用，在调节内脏敏感性、胃肠道动力、肠道屏障损伤、免疫与炎症等方面扮演了重要的角色，因此，MCs可为IBS机制研究和临床干预提供有价值的参考。

1 肥大细胞及其活化过程简介

肥大细胞作为一类重要的免疫细胞，起源于骨髓CD34+前体细胞，并且在干细胞生长因子(stem cell growth factors，SCF)或其他调节发育的细胞因子诱导下分化，广泛分布于皮肤、消化道、气道等部位，以及时应对环境中的变应原作出免疫应答。根据MCs分布的位置，研究者将其分类为黏膜MCs和结缔组织MCs；而根据释放蛋白酶含量可将其分类为MCT(含有极少类胰蛋白酶或不含糜蛋白酶)和MCTC(含有类胰蛋白酶，类胰蛋白酶和羧肽酶)。胃肠道内含有大量MCs，其中黏膜层MCs含量最高，其次是黏膜下层。在人体小肠黏膜中的MCs几乎都是MCT，而黏膜下层以MCTC为主。

当机体受到不同的外界刺激时，肠道内大量MCs活化，合成并释放颗粒中的多种生物活性介质和细胞因子，如组胺、5-HT、类胰蛋白酶、白三烯、前列腺素等，因此MCs的活化是其发挥作用的前提条件。诱导MCs活化的途径，主要包括IgE-FcεRI途径、基础促分泌素介导的Mrg受体途径、补体及其受体途径、细胞因子及其受体途径等。

1.1 IgE-FcεRI介导的MCs活化

免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)E、G介导的免疫性刺激途径是变应原初次进入机体时，刺激B细胞产生特异性抗体，抗体以Fc段与MCs表面的FcεRI结合，使机体处于致敏状态。当同一变应原再次进入机体，与致敏肥大细胞表面的抗体结合，使FcεRI交联活化，诱导MCs脱颗粒，释放活性介质。

研究者认为大多数IBS患者症状的产生与饮食有关。一项研究中表明[3]，超过60%的IBS患者在进食后加重了IBS症状，其中28%的IBS患者表示在15min内立即出现症状，而93%患者的状况在3 h内也发生恶化。食物过敏是诱导MCs活化的最常见的因素之一，杨氏等[4]发现，IBS-D患者血清中IgE与IgG含量显著高于健康人群，提示IBS的发生可能与食物过敏产生的免疫球蛋白介导的MCs活化有关。

1.2 基础促分泌素通过Mrg受体家族受体介导的MCs活化

除了活化MCs的经典方式之外，MCs也对基础分泌素(P物质、C48/80和黄蜂毒素)和部分有不良反应的肽能药物有应答，即非过敏性速发超敏反应，临床上也称之为类过敏反应。它不依赖于IgE-FcεRI途径，而是通过G蛋白偶联受体MrgprX2介导MCs活化[5]。MCs表面上和细胞内均表达MrgprX2，其中表面上的受体可能通过活化百日咳毒素(Pertussis toxin，PTx)依赖的G蛋白(Gαi，Gαq)，继而影响磷脂酶C-γ、磷脂酰肌醇3激酶、磷脂酶A2传递信号，促进Ca2+动员，介导MCs脱颗粒；而细胞内的受体可能通过ORAI2 Ca2+通道活化MCs。

1.3 补体途径介导的MCs活化

健康人和动物的血清与组织液中含有补体系统，由膜结合型蛋白质、可溶性蛋白质和补体受体组成。补体系统主要通过三种途径活化：1)补体经典途径：由抗原与相应抗体(多种IgG或IgM)结合形成的免疫复合物激活；2)补体替代途径：无需依赖抗体，直接由C3开始的补体激活；3)凝集素途径：由炎症期产生的蛋白与病原体结合启动激活。补体系统活化后具有生物活性，在特异性免疫和固有免疫中起到了重要作用。MCs细胞膜上表达C3a和C5a受体，C3a和C5a在IBS中发挥作用主要依赖于它们能够激活MCs表面其相应G蛋白偶联受体，活化MCs，引起MCs释放组胺和其他活性介质。甚至血浆中C3a和C5a在微摩尔水平就可以引发急性补体活化，1~30 μmol·L-1 C3a和C5a能够引起大鼠腹腔MCs脱颗粒[6]。

1.4 细胞因子介导的MCs活化

部分IBS患者表示有急性胃肠道感染史，并在肠道感染恢复后仍然会出现IBS症状，因此临床上提出了感染后肠应激综合征(post-infectious irritabIe bowel syndrome，PI-IBS)的概念，提示IBS可能与感染和炎症有关。肠道感染恢复后，肠道内可能依旧存在低度炎症，炎症因子募集大量MCs并将其活化，释放生物活性介质，同时增加炎症因子表达，正反馈调节MCs可能是导致IBS迁延不愈的可能原因之一[7]。MCs表达白细胞介素(interleukin，IL)-3，IL-4，IL-5，IL-10等受体，当配体结合其受体，激活下游JAK-STAT信号通路，对IgE-FcεRI介导的MCs脱颗粒和释放细胞因子会产生不同的作用。细胞因子介导的MCs活化可能在PI-IBS患者的发病机制中发挥一定程度的作用。

1.5 其他受体介导的MCs活化

除上述途径之外，MCs表达的其他受体也参与其活化，如Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)、促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin releasing hormone，CRH)受体、1-磷酸神经鞘氨醇受体、c-kit受体等，在其相应配体浓度足够大时，可能会增强抗原介导的MCs活化途径，或直接导致MCs释放细胞因子[8]。

2 肥大细胞在IBS发病机制中可能的作用2.1 肥大细胞在IBS内脏高敏感中的作用

内脏高敏感即内脏组织对外界刺激的敏感性增强、反应性增加，会引起腹痛、肠道不适等症状，严重影响患者生活质量，被认为是诱导IBS的主要原因之一。外周MCs能够放大疼痛感觉，尤其是在损伤或炎症刺激之后。中枢MCs能够调控疼痛敏感性。当机体受到外界刺激时，活化的MCs脱颗粒，释放出一系列活性介质，例如组胺、5-HT、前列腺素、白三烯、类蛋白酶等，作用于邻近的内脏感受传入神经纤维上的疼痛感受相关受体，改变了传入神经的信息传递，降低了肠道对肠内容量和压力的阈值，导致了内脏高敏感的发生。组胺能降低痛觉感受器瞬态电压感受器阳离子通道(transient receptor potential cation channel V1，TRPV1)转导的阈值，使内脏痛觉更为敏感。Wouters等[9]发现，与健康志愿者相比，IBS患者黏膜下神经元的TRPV1活性增强。此外，组胺可使健康志愿者黏膜下神经元的TRPV1反应性增强，这种作用能被组胺H1受体拮抗剂阻断。提示了组胺受体活化TRPV1从而介导内脏超敏感可能参与IBS的发病机制。Park等[10]发现IBS-D患者肠道内神经纤维附近MCs的数量及活化的比例明显高于正常人群，并且MCs与P物质、降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)免疫阳性的神经纤维紧密相邻，提示MCs参与肠道神经-免疫调节，进而介导内脏高敏感。

2.2 肥大细胞在IBS肠道动力异常中的作用

部分IBS患者表示在应对食物、精神或身体上的压力等因素时经历过胃肠道动力方面的异常，体现在排便频率、粪便形态及腹部疼痛等方面[11]。与正常人相比，IBS-D患者结肠收缩蠕动增强，频率增加，导致腹泻；而IBS-C患者肠道动力情况与之相反，结肠传输缓慢，小肠消化期间移行性复合运动时程显著延长，导致食物在胃肠道内滞留，出现便秘的症状。但并未发现腹泻或便秘存在固定的动力模式。

有研究发现[12]，与对照组相比，IBS-D患者整段结肠或结肠中的某段(升结肠、横结肠、降结肠和乙状结肠)黏膜和黏膜下层的MCs都显著增多，并且5-HT含量显著高于正常人。5-HT具有激素和神经递质的双重性质，其受体广泛存在于胃肠道。其中，5-HT3受体和5-HT4受体参与肠道动力调控，主要与肠道蠕动反射有关，但是具体的机制尚未明确，可能是通过相应受体调节肠神经系统，进而影响肌肉组织，使肠道分泌、蠕动功能异常。而5-HT是MCs活化后脱颗粒释放的主要活性介质之一，5-HT的异常释放介导了IBS肠道动力紊乱的发生。

2.3 肥大细胞在IBS肠道屏障功能破坏中的作用2.3.1 MCs的活化在肠道黏膜通透性增加中的作用

23例直肠活组织样本检测结果显示[13]，与对照组相比，IBS-D患者直肠渗透性显著增加，类胰蛋白酶活性显著增加，并且肠道内MCs数量与肠道通透性显著正相关。Vanuytsel等[14]发现，MCs稳定剂色甘酸二钠能抑制压力介导的MCs活化所导致的肠上皮通透性增加，提示肠道MCs的活化对增加IBS-D患者肠道通透性有重要作用。

在一项综合性研究中[15]，研究者先将Caco-2/HMC-1细胞共培养，24 h内，随着肥大细胞脱颗粒，上皮完整性显著降低，通透性逐渐增加，紧密连接相关蛋白如封闭小带-1，链接黏附分子A(junctional adhesion molecule A，JAM-A)等表达减少，提示MCs活化释放的某些活性介质影响上皮通透性。而在培养体系中加入胰蛋白酶抑制剂显著地减少了MCs活化对上皮通透性的作用。基于体外实验结果，研究者通过超微电镜观察IBS患者肠道上皮细胞，发现其紧密连接间隙明显增宽，且示踪剂外渗，说明IBS患者的肠黏膜屏障发生损伤，黏膜通透性增加。更重要的是，IBS患者盲肠上皮细胞的JAM-A的表达明显低于对照组，且JAM-A数量与IBS症状之间存在关联，即：JAM-A表达量越低，IBS患者腹痛越严重，症状持续时间越长。所以，可能是活化的MCs释放的胰蛋白酶影响JAM-A等紧密连接相关蛋白的表达，进而改变肠道通透性，介导IBS症状的发生。

2.3.2 肥大细胞在IBS肠道分泌失调中的作用

IBS患者的肠道分泌能力发生改变，IBS-D患者肠道分泌增加，IBS-C与之相反。这可能与MC活化脱颗粒释放出的活性介质的生物学作用有关，比如颗粒中的组胺、胰蛋白酶、前列腺素等，可以激活肠上皮中水分子和氯离子通道，增加两者的分泌，水钠吸收不良，导致IBS-D患者腹泻[16]；总的来说，与通透性改变相似，肠道分泌异常也与MCs活化的程度、类胰蛋白酶释放的量有关。两者都会破坏肠道屏障功能，而肠道屏障功能的改变被认为是IBS的重要诱因之一。

2.4 肥大细胞在IBS肠道免疫紊乱中的作用

活化的MCs可以产生细胞因子，包括促炎因子(如：IL-1、IL-2、IL-6、IL-18、IL-1β、TNF-α、IFN-γ等)和抗炎因子(IL-4、IL-10、IL-13、IL-23等)。肠道内的促炎因子可招募粒细胞、单核细胞、巨噬细胞等炎性细胞浸润，进一步释放其他细胞因子，介导免疫炎症反应，损害肠道屏障功能。抗炎因子下调单核细胞、巨噬细胞促炎细胞因子的分泌，减少炎症反应对黏膜造成的损伤。炎症反应与IBS症状之间的直接联系尚未建立, 但有研究表明IBS患者体内多种炎症因子发生异常改变[17]，与对照组相比，大多数IBS患者体循环中IL-6、IL-8水平升高，IL-10水平下降或没有差异，TNF-α没有差异，但也有研究中IBS患者TNF-α水平高于对照组。细胞因子的变化可能与Th1型免疫与Th2型免疫调节失衡有关。有研究报道[8]，CRH刺激的野生型大鼠肠道内炎症细胞浸润，而在敲减MCs的大鼠肠道中炎症细胞浸润现象消失。另外，MCs活化介导的小鼠肠道炎症细胞浸润能够被肥大细胞稳定剂色甘酸钠抑制，但是这种作用在MCs缺失鼠中消失，提示MCs的活化会导致免疫紊乱。

2.5 肥大细胞与肠神经系统相互作用

对IBS发病的影响胃肠道内不仅拥有最广泛的免疫系统，同时也拥有除中枢神经以外最庞大的神经网络。人肠道中含有大量MCs，肠黏膜固有层中与内脏传入神经末梢之间有紧密连接的MCs占67%，与神经末梢间距小于2 μm MCs占20%。有研究报道显微电镜下观察到动物回肠中，神经元与免疫细胞之间相距20~100 nm，二者构成的突触样连接为MC与神经之间相互作用提供了结构基础，使神经系统和免疫系统之间能够双向信息交流，即神经对MCs的作用和MCs对神经的作用，这对于维持肠道内环境稳态是重要的。

在MCs向神经传递信号时，活化的MCs脱颗粒，释放生物活性物质，如组胺、5-HT、酶、细胞因子、生长因子和脂质代谢产物等，作用于神经末梢的相应受体，激活神经效应，如内脏高敏感、胃肠道动力异常等[18]；而神经对MCs的信号传递主要依赖于神经元受到各种刺激时产生的神经递质或神经肽，例如血管活性肠肽、P物质、cGRP、CRH等可以活化MCs脱颗粒，而生长抑素等物质则抑制MCs活化。值得注意的是，在肠道中神经元与MCs之间的相互交流依赖于活化的MCs，例如IgE敏化和IL-4或SCF启动的MCs。这种双向的交流形成了正反馈循环，放大了神经炎症。

3 以MCs为靶点的IBS治疗方案

MCs在IBS的发生和发展中起到重要作用，所以，有研究者将MCs作为治疗IBS的潜在靶点，针对MCs在发病机制中发挥作用的不同阶段开发相应药物，比如MCs的成熟与发展、MCs的活化和释放介质等阶段。以下对以MCs为靶点的治疗IBS相关药物的研究进展作一总结。

3.1 阻止MCs脱颗粒3.1.1 抗IgE单克隆抗体

针对大多数免疫球蛋白介导的MCs活化，人源的抗IgE单克隆抗体是一种新型有效的MCs稳定剂，可以通过特异性中和可溶性IgE，下调MCs和嗜碱性粒细胞表面的FcεRI密度，从源头阻止MCs活化的发生。

有病例报告显示[19]，1例患有严重哮喘和IBS的患者，给予IgE单克隆抗体后不仅改善了哮喘病情，而且几乎完全缓解了患者的腹痛，改善了粪便形态，并能够终止其他IBS用药。这一观察提示，某些由IgE介导的过敏过程，可能是某些患者产生IBS症状的驱动因素，因此阻断IgE活化MCs可能是有效的治疗思路。抗IgE人源单抗为复杂难治型IBS提供了治疗思路。

3.1.2 MCs膜稳定剂

色甘酸二钠(disodium cromoglycate，DSCG)和酮替芬作为两种经典的肥大细胞稳定剂，能够保护MCs的细胞膜，减少其在变应原攻击时的膜变构，从而抑制其脱颗粒减少活性介质的释放，阻断下游信号通路，因此在IBS治疗中被广泛应用。一项初步研究表明[20]，MCs稳定剂色甘酸钠能够使IBS患者体内MCs活性回到健康受试者相似水平，并且患者腹痛情况缓解，粪便稠度得到改善。一项安慰剂对照试验中[21]，60例IBS患者接受了为期8周的酮替芬治疗，结果显示内脏高敏感患者对肠道不适的的阈值明显提高，排便紧急性得到缓解，生活质量明显提高，但这种作用是由于酮替芬稳定了MCs, 还是阻断H1受体还需进一步研究。

3.1.3 CRH受体拮抗剂

精神因素也能诱导IBS症状的发生，CRH是介导应激反应的关键介质。胃肠道内的MCs表面表达CRH受体，压力相关的CRH受体活化会导致MCs释放类蛋白酶、组胺、5-HT等，进而导致胃肠动力改变(延缓胃排空、加速结肠转运、改变结肠动力)和增加肠道渗透性[14]等，CRH抑制剂可能成为治疗MCs的新型药物。在一项10例IBS患者和10例正常人的研究中[22]，电刺激显著升高了IBS患者结肠的运动指数，而外周给予非选择性CRH受体拮抗剂α-helical CRH抑制了这种效果，显著改善压力扩张介导的IBS患者胃肠道动力改变和内脏感受异常。一项双盲、随机、安慰剂对照，Ⅱ期研究中[23]，治疗组IBS患者接受选择性CRH受体2拮抗剂ibodutant，与安慰剂组相比，治疗组患者的腹痛情况得到剂量依赖性的缓解。然而，CRH受体除了活化MCs之外还有广泛的作用，所以还需进一步研究其受体拮抗剂的有效性和安全性。

3.2 阻断MCs释放介质对效应细胞的作用

MCs活化后释放出的活性介质在诱导IBS的发生中扮演了重要的角色，因此，利用MCs分泌的活性介质的抑制剂或者其相应受体拮抗剂来阻断活性介质的作用，成为治疗IBS的可能方案之一，常见的有抗组胺剂、抗白三烯剂、类蛋白酶抑制剂等。一项双盲、随机、安慰剂对照试验显示[24]，与安慰剂组相比，服用12周的组胺H1受体拮抗剂依巴斯汀的IBS患者内脏敏感性降低，腹痛症状减轻，生活质量显著提高。有研究证明[25]，在IBS患者肠道，MCs释放的蛋白酶通过作用于神经元上的蛋白酶激活受体2(protease activated receptors，PAR2)，直接激活刺激感觉神经元，产生超敏症状。丝氨酸蛋白酶抑制剂、PAR2受体拮抗剂能减轻小鼠内脏疼痛，可能会对IBS有良好的治疗作用。但是目前仍不清楚活化的MCs释放出大量且多种活性介质中，究竟是哪种活性介质在诱导IBS的发生与发展中起到关键作用。

4 结语与展望

综上所述，基础研究到临床试验研究结果都显示MCs的活化及释放出活性介质可能参与内脏高敏感性、肠道动力异常、肠道屏障损坏、肠道免疫失衡等多种病理过程，进而介导了IBS的发生与发展。所以，MCs有望成为治疗IBS的潜在靶细胞，从而为IBS患者提供更为安全有效的治疗药物。虽然目前国际上的研究取得了一定的进展，但多环节的病理生理机制仍不明确，这在一定程度上制约了应用的突破。