韓怡敏, 高 晗, 華嶸暄, 梁 宸, 郭玥昕, 尚宏偉, 路 欣, 徐敬東

0 引言

潘氏細(xì)胞(paneth cell, PC)由腸道干細(xì)胞(intestinal stem cells, ISC)分化而來并定居于小腸隱窩底部, 作為一種分泌性細(xì)胞在腸道健康與粘液細(xì)胞之間的平衡中發(fā)揮了不可或缺的作用. PC不僅可以分泌多種抗菌肽調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)與免疫反應(yīng), 還可以分泌生長因子以維持腸道干細(xì)胞的生態(tài)位, 甚至作為靜態(tài)干細(xì)胞庫, 參與腸道上皮損傷后的再生, 與一些長久以來困擾醫(yī)務(wù)人員的腸道疾病, 如炎癥性腸病和結(jié)直腸癌密切相關(guān). 本文基于對PC的形態(tài)、分化、功能以及與腸道疾病關(guān)系的研究進(jìn)展, 對PC在腸道健康的重要作用予以綜述.

1 潘氏細(xì)胞生物學(xué)特征

1.1 PC的形態(tài)與分布PC最初在1872年由Schwalbe發(fā)現(xiàn), 后在1888年由Josef Paneth完全表征并被描述為富含胞質(zhì)顆粒的錐體形上皮細(xì)胞, 常三五成群聚集于小腸隱窩(即“Lieberkühn隱窩”)底部[1]. 電鏡下PC具有分泌型細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 胞質(zhì)富含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體以及特征性的頂端聚集圓形分泌顆粒[2], 顆粒大小和電子密度稍有不同, 在2.9萬倍電鏡下可看到大多數(shù)為細(xì)小點(diǎn)狀顆粒, 少部分為粗顆粒[3]. 人在妊娠13.5周的結(jié)腸和小腸中可明顯觀察到PC, 而17周后主要局限于小腸[4]. 成人PC主要位于胃十二指腸交界處至回腸瓣, 并向回腸方向增加, 胃中沒有PC, 盲腸至橫結(jié)腸含有少數(shù), 而在乙狀結(jié)腸或直腸罕見[5]. 但病理情況下, PC可出現(xiàn)在胃和結(jié)腸上皮化生部位, 特別值得關(guān)注的是PC可出現(xiàn)在前列腺或者尿道等非消化器官, 而這些部位多與細(xì)菌感染的適應(yīng)性反應(yīng)有關(guān)[1].

1.2 PC分化腸上皮細(xì)胞的快速更新依賴于隱窩部ISC的增殖分化, 而現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)兩種ISC: 一種是特異表達(dá)Lgr5+的隱窩基底柱狀干細(xì)胞(crypt base columnar stem cell, CBC)(見圖1)[6], 可分裂并產(chǎn)生祖細(xì)胞進(jìn)入過渡擴(kuò)增(transitamplifying, TA)區(qū)域, TA細(xì)胞繼續(xù)增殖并向上遷移至隱窩-絨毛連接處分化為不同類型細(xì)胞: 腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞和PC. 繼而PC向下遷移至隱窩底部, 壽命長達(dá)1個月或更長時間, 而其他3種細(xì)胞會像“傳送帶”一樣向上移動至絨毛頂端發(fā)揮各自的生物學(xué)作用, 并最終脫落到腸腔, 平均壽命約4-5天[2,6,7]; 另一種是特異表達(dá)Bmi1 4+的標(biāo)記滯留細(xì)胞(label retaining cells, LRC)(見圖1)[8], 分裂周期較長, 但可因Lgr5+CBC受損而被激活, 進(jìn)行快速增殖分化[9].

圖1 腸上皮分化示意圖. 腸上皮不斷由ISC增殖分化進(jìn)行補(bǔ)充, ISC分裂產(chǎn)生的祖細(xì)胞進(jìn)入TA區(qū)域, 繼續(xù)增殖并向上遷移至隱窩-絨毛連接處, 分化為四種細(xì)胞類型, PC向下遷移到隱窩底部, 而其他細(xì)胞則向上移動到達(dá)絨毛頂端. ISC: 腸道干細(xì)胞; TA: 過渡擴(kuò)增; PC: 潘氏細(xì)胞.

ISC增殖分化為PC的過程受多種信號通路調(diào)節(jié), 其中Wnt通路發(fā)揮了重要作用. 經(jīng)典Wnt信號通路(見圖2)的核心是β-catenin的穩(wěn)定及其與T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子(T cell transcription factor 4, TCF-4)的相互作用[10,11]. 在缺乏Wnt配體(見表1)時, β-catenin可被結(jié)腸腺瘤樣息肉蛋白(adenomatosis polyposis coli, APC)、GSK-3β、Axin, DVL和CK1形成的APC復(fù)合體磷酸化, 繼而經(jīng)泛素化并被蛋白酶體降解失去活性[12,13]. Wnt信號減少的Tcf7L2-/-小鼠小腸絨毛和上皮細(xì)胞數(shù)量減少, 存活率顯著降低[14]. 而當(dāng)Wnt配體與Wnt受體FZD或LRP5/6結(jié)合時[13], 可抑制APC復(fù)合體對β-catenin磷酸化作用, 從而β-catenin可移入細(xì)胞核與TCF-4相互作用后調(diào)控下游靶基因的表達(dá)[10,11,13]. 與PC分化相關(guān)的下游靶基因有:Cdx1[15]、Math1[16]、c-Myc[17]、Sox9[18]、EphB2、EphB3[19],Rac1[20]. 研究發(fā)現(xiàn)隱窩中Cdx1和絨毛中Cdx2的相對表達(dá)在誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞分化中發(fā)揮了重要作用[15,18], 與受β-catenin-TCF4復(fù)合體直接調(diào)控的Cdx1不同的是,Cdx2受Sox9的調(diào)控,Sox9可通過抑制成熟絨毛細(xì)胞中Cdx2和Muc2的表達(dá)來間接抑制分化過程[18].Math1和Rac1可調(diào)控腸上皮細(xì)胞分化但均不影響細(xì)胞增殖, 通過對Math1-/-小鼠的研究表明PC、杯狀細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞的分化取決于Math-1[16];Rac1突變則會抑制腸上皮分化和其沿隱窩-絨毛的遷移[20]. 有研究表明EphB2-/-/EphB3-/-小鼠的腸道增殖區(qū)域和分化區(qū)域混雜在一起, 在EphB3-/-的成年鼠中, PC未遵循向下的遷移路徑而是沿隱窩和絨毛散布, 導(dǎo)致腸道原有細(xì)胞分布發(fā)生紊亂[19], 由此可見,Ephb2和Ephb3對于PC在隱窩底部的定位發(fā)揮關(guān)鍵作用. 此外, Wnt信號還可直接影響絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase, MAPK)的活性, MAPK具有調(diào)節(jié)譜系分化和使PC成熟的作用, 當(dāng)MAPK受損時, 只有未成熟的PC存在. MAPK也可以通過TCF-4間接影響Wnt信號[21,22]. 由此可見, PC的分化成熟直接或間接地依賴于Wnt通路.

圖2 Wnt信號傳導(dǎo)通路介導(dǎo)腸道干細(xì)胞增殖分化為潘氏細(xì)胞的示意圖. A: Wnt配體與Wnt受體FZD或LRP5/6結(jié)合時, 在R-spondin參與下, 抑制APC復(fù)合體對β-catenin磷酸化作用, 使β-catenin進(jìn)入細(xì)胞核與T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子(TCF-4)相互作用以調(diào)控下游靶基因的表達(dá), 包括Cdx1、Math1、c-MYC、SOX9、EphB2、EphB3、Rac1以及編碼基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-7和α-防御素的基因; B: 當(dāng)缺乏Wnt配體時, 由APC、GSK-3β、AXIN, DVL和CK1等組成的APC復(fù)合體使β-catenin磷酸化后經(jīng)泛素化被蛋白酶體降解, 導(dǎo)致下游靶基因調(diào)控表達(dá)受到影響. APC: 結(jié)腸腺瘤樣息肉蛋白.

表1 Wnt配體與Notch配體來源比較

Notch信號通路在調(diào)節(jié)ISC和祖細(xì)胞的增殖和分化, 促進(jìn)向吸收性細(xì)胞而非分泌性細(xì)胞的分化中發(fā)揮重要的作用. Notch受體及其配體屬于Delta/Serrate/Lag-2(DSL)家族, 與Wnt信號傳導(dǎo)不同, Notch信號是通過相鄰細(xì)胞表面的Notch配體(表1)與受體相互作用進(jìn)行傳導(dǎo)[23]. 有實(shí)驗(yàn)證明給予Notch通路抑制劑DBZ的Lgr5-GFP小鼠發(fā)生CBC凋亡和類器官萌生的效率降低, 且腸道隱窩中出現(xiàn)共表達(dá)杯狀細(xì)胞和PC標(biāo)志物的“中間細(xì)胞”, 超微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)DBZ處理后腸道缺乏正常的具有分泌顆粒的PC, 表明Notch信號可能在決定祖細(xì)胞是向杯狀細(xì)胞還是PC分化和維持成熟PC的分化狀態(tài)中發(fā)揮重要的作用, 但具體的機(jī)制尚不明確[24]. 關(guān)于Notch信號通路是如何影響祖細(xì)胞分化方向的, VanDussen等[24]認(rèn)為Notch信號通過抑制Atoh1表達(dá)來誘導(dǎo)CBC分化為吸收性腸上皮細(xì)胞, 但Jensen等發(fā)現(xiàn)[25]HES-1-/-小鼠分泌粘液, 和腸內(nèi)分泌細(xì)胞的數(shù)量均增加, 但腸上皮細(xì)胞數(shù)量卻減少, 并通過對編碼bHLH轉(zhuǎn)錄激活因子的RT-PCR分析證明Notch–HES1通路抑制Math-1的表達(dá)而影響CBC分化方向. 通過對可表達(dá)Notch受體的Tcf-4-/-小鼠的研究, 發(fā)現(xiàn)在Tcf-4-/-和Notch激活情況下, 小鼠出生時死亡, 隱窩區(qū)域沒有發(fā)生任何分裂增殖, 但僅Tcf-4-/-時不影響杯狀細(xì)胞的分化, 表明Notch信號對杯狀細(xì)胞分化的影響與Wnt信號無關(guān), 而隱窩的增殖依賴于Notch/Wnt/Tcf4共同作用[26]. 鑒于Notch和Wnt信號通路之間存在相互作用, 使得腸上皮細(xì)胞分化成熟的作用機(jī)制繁雜, 因此有待進(jìn)一步的研究.

2 潘氏細(xì)胞功能

2.1 分泌多種抗菌肽和細(xì)胞因子調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)與免疫反應(yīng)成熟PC頂端有豐富的嗜酸性顆粒, 通過免疫組化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其中包含由PC分泌的多種抗菌肽(antimicrobial peptides, AMP): α-防御素(α-defense)、溶菌酶C(lysozyme C)、胰蛋白酶、再生胰島衍生蛋白3α(REG3α)、人分泌型磷脂酶A2(Phospholipase A2, sPLA2)以及與宿主防御相關(guān)的RNases, 如小鼠血管生成素(Angiopoietin 4, Ang4)等. 這些AMP和PC分泌的細(xì)胞因子IL17[33]、TNF[34]共同作用, 調(diào)節(jié)腸道微生物穩(wěn)態(tài)和免疫應(yīng)答, 維持腸道微環(huán)境的穩(wěn)態(tài).

在AMP中最引人關(guān)注的是α-防御素, 在人類和其他哺乳動物的PC和中性粒細(xì)胞中高表達(dá), 在小鼠中被稱為隱蛋白肽(cryptdins)[35]. 人PC分泌的α-防御素主要有兩種: HD-5和HD-6[36]. HD-5是富含半胱氨酸的陽離子肽, 可與帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合, 像“打孔”一樣以二聚體形式插入細(xì)胞膜形成跨膜的離子通道, 增加細(xì)胞膜通透性, 使細(xì)菌內(nèi)容物流出而死亡[37], 對革蘭陽性菌的抵抗作用要強(qiáng)于革蘭陰性菌[36,38]. 有研究發(fā)現(xiàn)HD-5轉(zhuǎn)基因小鼠對鼠傷寒沙門氏菌產(chǎn)生明顯抗性, 從而證明了HD-5不僅可維持正常腸道菌群的組成, 又可保護(hù)腸道菌群不受入侵者的侵襲[39,40]. 與HD-5的直接抗菌作用不同, HD-6不直接殺死細(xì)菌, 而是與細(xì)菌表面蛋白結(jié)合, 經(jīng)相應(yīng)配體識別后發(fā)生自組裝并形成圍繞和纏結(jié)細(xì)菌的纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu), 抑制細(xì)菌的運(yùn)動而發(fā)揮保護(hù)腸道作用[41].

在PC中, 人HD-5以未成熟形式儲存在分泌顆粒中, 分泌后需經(jīng)過水解才具有活性[42].但水解過程在小鼠和人之間存在顯著差異: 小鼠PC可表達(dá)一種蛋白酶-基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase 7, MMP-7), 不僅對HD-5水解過程至關(guān)重要, 而且其裂解位點(diǎn)的突變會影響翻譯后加工, 產(chǎn)生cryptdins 1/2/3/5/6等多態(tài)同工型[43]; 而人PC中未檢測到MMP-7[43], 但通過將體外重組未成熟HD-5與牛胰蛋白酶孵育, 對產(chǎn)物進(jìn)行AU-PAGE和質(zhì)譜分析, 鑒定產(chǎn)物為成熟HD-5, 從而提出了參與人類HD-5蛋白質(zhì)加工的酶可能是絲氨酸蛋白酶[44]. 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)未成熟HD-5與回腸組織來源的純化胰蛋白酶在體外孵育后可被水解為成熟HD-5, 體內(nèi)則發(fā)現(xiàn)胰蛋白酶與HD5共存在于人末端回腸隱窩底部的PC中, 推測胰蛋白酶可能參與了未成熟HD-5的水解加工過程[44]. 經(jīng)過水解成熟的HD-5具有較強(qiáng)抗菌活性, 但未成熟HD-5也具有一定抗菌活性, 尤其是針對李斯特菌, 兩者抗菌活性的差異提示: 蛋白水解過程可能是使單一基因產(chǎn)物的抗菌活性多樣化的一種機(jī)制[44].

除了α-防御素, 首個被發(fā)現(xiàn)在PC中表達(dá)的AMPlysozyme C是一種專門水解肽聚糖的糖苷酶[45], 不同于人類只有一種編碼lysozyme C的基因, 小鼠中有兩種基因分別編碼lysozyme P和lysozyme M, 在PC和白細(xì)胞中選擇性表達(dá).通過對LysM-/-小鼠的研究發(fā)現(xiàn)lysozyme M可抑制肽聚糖在組織中積累, 從而避免細(xì)菌細(xì)胞壁抗原持續(xù)存在而導(dǎo)致慢性炎癥反應(yīng)[46], 猜測lysozyme P在腸道組織可能發(fā)揮同樣作用, 但有待進(jìn)一步研究證實(shí). 另外, PC還可分泌REG3α、sPLA2和Ang4等. 人源REG3α和鼠源REG3γ45可通過Toll樣受體(toll-like receptor, TLR)在PC中被大量誘導(dǎo)表達(dá)[47-50], 經(jīng)胰蛋白酶加工成熟后激活結(jié)合肽聚糖的能力,與細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖結(jié)合, 發(fā)揮抗菌作用[48,51,52]; sPLA2可催化細(xì)菌細(xì)胞膜磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油的甘油骨架sn-2處的酯鍵斷裂從而發(fā)揮抗菌作用, 尤其針對革蘭陽性菌[53-55]; 小鼠Ang4屬于具有抗菌和抗病毒活性的RNase亞家族[56], 除具有核糖核酸溶解活性及抗菌作用外[57], 還具有取決于核糖核酸溶解活性的血管生成活性, 該功能或可解釋無菌成年小鼠已停止發(fā)育的腸道絨毛毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)在細(xì)菌定殖后可被重新啟動, 繼續(xù)發(fā)育[58,59], 或許也可為今后心血管疾病研究提供一些新思路.

2.2 分泌生長因子維持腸道干細(xì)胞生態(tài)位腸上皮細(xì)胞的不斷更新對于腸道健康是不可或缺的, 而ISC在其中扮演了至關(guān)重要的角色. ISC的穩(wěn)態(tài)、增殖和分化需要受到多種細(xì)胞、因子和信號通路的共同調(diào)節(jié), 如Notch、Wnt、BMP、EPH/ephrin、Hippo、Hedgehog等信號通路[60], 其中PC作為Lgr5+CBC的“鄰居”發(fā)揮了重要作用, 隱窩PC缺失的Gfi1-/-、CR2-tox176、Sox9-/-小鼠CBC的數(shù)目也會減少[7]. 此外, 有研究從單個Lgr5hiCBC的短期和長期克隆追蹤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)CBC每隔24小時進(jìn)行對稱分裂使其數(shù)量翻倍, 其子細(xì)胞爭奪“生存空間”[61], 故CBC總是穿插在PC之間, 盡可能增加與PC的接觸面積[7].

除PC分泌的AMP對維持CBC生長發(fā)育的環(huán)境發(fā)揮作用外, 基因表達(dá)譜分析還顯示PC可產(chǎn)生大量表皮細(xì)胞生長因子(epidermal growth factor, EGF)、TGF-α、Wnt3和Notch配體Dll4等[7]關(guān)鍵因子來維持CBC穩(wěn)態(tài). 后來也有研究發(fā)現(xiàn)PC還可分泌Notch配體Dll1, 與ISC上的Notch受體Notch1和Notch2結(jié)合, 調(diào)節(jié)ISC增殖分化[32]. 盡管PC來源的Wnt3對于體外腸類器官的培養(yǎng)是必不可少的, 但對于維持腸道穩(wěn)態(tài)卻顯得不是那么重要, 因?yàn)殚g充質(zhì)來源的Wnt配體可以進(jìn)行補(bǔ)充[62,63]. 在Wnt介導(dǎo)的ISC增殖分化中, Lgr4/5配體R-spondin可作為Wnt激動劑, 通過LGR依賴性機(jī)制增強(qiáng)Wnt信號傳導(dǎo)[64], 但也有研究認(rèn)為R-spondin不僅發(fā)揮了激動作用, 而且與Wnt一起協(xié)調(diào)PC增殖, 當(dāng)其缺乏時Wnt無法單獨(dú)誘導(dǎo)ISC自我更新和體內(nèi)擴(kuò)增[63,65]. EGF是體外類器官培養(yǎng)的必要組成成分, Basak等[22,66]通過PathScan陣列分析發(fā)現(xiàn)EGF是經(jīng)MAPK/ERK信號通路調(diào)控ISC的增殖和腸道的生長, 抑制EGF受體功能不利于腸道隱窩受損后的恢復(fù), 且發(fā)現(xiàn)在類器官中阻斷EGF或MAPK信號通路會導(dǎo)致ISC的增殖受到抑制并誘導(dǎo)向腸內(nèi)分泌細(xì)胞系的分化. 但PC不足以提供ISC增殖所需的全部EGF, 最近已有研究表明腸成纖維細(xì)胞來源的細(xì)胞外囊泡中攜帶EGF家族成員, 如雙調(diào)蛋白(amphiregulin), 對于維持ISC生態(tài)位發(fā)揮重要作用[67].

近年來研究發(fā)現(xiàn)受食物熱量限制的小鼠PC中mTORC1信號傳導(dǎo)受抑制, 進(jìn)而使Bst1表達(dá)增加, 表達(dá)產(chǎn)物Bst1可作為一種胞外酶將NAD+轉(zhuǎn)化為環(huán)狀A(yù)DP核糖(cyclic ADP ribose, cADPR), cADPR是一種旁分泌因子, 可通過核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入ISC以激活鈣信號傳導(dǎo)并促進(jìn)ISC增殖[68]; PC還可通過糖酵解提供乳酸給鄰近的Lgr5+CBC, 維持Lgr5+CBC增強(qiáng)的線粒體氧化磷酸化, 進(jìn)而通過線粒體來源的ROS信號激活p38MAPK活化, 促進(jìn)Lgr5+CBC的分化[69]. 此外, L-精氨酸可以使PC分泌的Wnt3a增加, 進(jìn)而通過Wnt3a激活的途徑間接刺激ISC增殖[70].

2.3 作為靜態(tài)干細(xì)胞庫PC參與上皮損傷后修復(fù)再生除了充當(dāng)腸道菌群調(diào)節(jié)劑和維持干細(xì)胞生態(tài)位, PC還可以作為靜態(tài)干細(xì)胞庫參與上皮損傷后修復(fù). Yu等人[71]通過給Lyz1-/-小鼠全身進(jìn)行γ輻照, 發(fā)現(xiàn)輻照激活了Notch途徑, 導(dǎo)致Notch靶基因Hes1,Ift74,Dtx4,Creb1和Adam17的mRNA水平顯著增加并在PC中表達(dá)NICD(Notch intracellular domain), 誘導(dǎo)成熟PC去分化, 獲得Axin2,Lgr5,Ascl2,Olfm4干細(xì)胞樣轉(zhuǎn)錄組, 擁有短暫增殖和再分化能力來修復(fù)損傷組織[71], 該作用對于腸道的炎性損傷具有非常重要的意義. 另有研究發(fā)現(xiàn)小鼠在DSS誘導(dǎo)的小腸急性炎癥之后Lgr5+CBC急劇減少, 但成熟的PC則可通過SCF/c-Kit信號軸的激活誘導(dǎo)重新進(jìn)入細(xì)胞周期, 通過PI3K/Akt激活和GSK3β抑制作用來增強(qiáng)Wnt途徑, 獲得干細(xì)胞樣特性促進(jìn)組織再生, 從而有助于修復(fù)受損的腸組織并使其再生[72]. 由于Hes1是Wnt信號通路靶基因, Notch1是Wnt途徑的激活劑[73]以及GSK3β抑制的多效性作用, 故猜測PC在去分化過程中可能存在多種信號傳導(dǎo)途徑的激活與協(xié)同作用[72]. 由此可見, 對于PC細(xì)胞的研究有助于對一些疾病的治療提供新的思路和靶點(diǎn).

3 PC與消化道疾病

腸道健康不僅僅是我們?nèi)庋鬯姷臎]有疾病存在, 還應(yīng)包括腸道的結(jié)構(gòu)和功能的正常, 具有細(xì)長絨毛和短隱窩以及固有黏膜層中有數(shù)量豐富的炎癥細(xì)胞, 具有含較高濃度的抗菌肽、抗體和消化酶的保護(hù)屏障-黏液層, 且腸道微生物群落保持生態(tài)平衡, 具有種類多樣性和功能多樣性.而如今包括炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)、結(jié)直腸癌等在內(nèi)的腸道健康問題引起醫(yī)護(hù)人員高度關(guān)注, 已有不少研究表明PC與這些威脅腸道健康的消化道疾病密切相關(guān).

3.1 PC與炎癥性腸病有研究認(rèn)為IBD作為一種免疫介導(dǎo)的疾病, 可累及各段消化道的非特異性、容易反復(fù)發(fā)作的腸道炎癥性疾病. 作為IBD的其中一種, 潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)是結(jié)腸黏膜層和黏膜下層連續(xù)性炎癥, 疾病主要局限于結(jié)腸和直腸[74,75], 屬于結(jié)直腸癌的癌前病變[76]. UC發(fā)病高峰年齡為20-49歲, 預(yù)計(jì)中國已有近58萬患者, 而UC的發(fā)病機(jī)理, 現(xiàn)猜測與PC化生(paneth cells metaplastic, PCM)有關(guān)[77,78]. 最新研究發(fā)現(xiàn)[79], UC患者化生的PC在異位分泌溶菌酶, 溶菌酶含量增加一方面可增強(qiáng)腸道抗菌作用, 但另一方面也會加劇炎癥反應(yīng), 導(dǎo)致UC發(fā)生.

同樣屬于IBD的克羅恩病(Crohn’s disease, CD)可累及全消化道, 為非連續(xù)性全層炎癥, 最常累及部位為末端回腸、結(jié)腸和肛周[74,75]. CD發(fā)病高峰年齡為18-35歲, 預(yù)計(jì)中國已有近17萬患者. 腹痛、腹瀉是其最常見的癥狀, 嚴(yán)重時會有腸梗阻、腸穿孔, 甚至癌變發(fā)生.關(guān)于其發(fā)病機(jī)理, 目前普遍認(rèn)為是由基因與微環(huán)境相互作用所引起[80]. 最早鑒定出的CD易感基因之一是與免疫應(yīng)答相關(guān)的Nod2, 其表達(dá)產(chǎn)物主要位于PC[81], 可識別結(jié)合細(xì)菌胞壁酰二肽介導(dǎo)免疫應(yīng)答[82].Nod2-/-小鼠PC中的cryptdins水平降低且殺滅肝螺桿菌和李斯特菌能力下降[83,84]. 此外, 還有基因可影響正常Wnt通路從而減少α-defense的表達(dá)而引起CD[35,85], 如TCF7L2編碼產(chǎn)物Tcf-4蛋白在Wnt/β-catenin/Tcf-4信號通路中可作為轉(zhuǎn)錄因子控制MMP-7和α-defense的表達(dá)[86], 突變后會導(dǎo)致HD-5和HD-6的表達(dá)降低增加患病風(fēng)險[87]. 還有一些基因與PC分泌途徑的功能障礙有關(guān), 這些缺陷可能導(dǎo)致AMP表達(dá)降低或其他免疫異常, 從而增加CD的風(fēng)險. 如Kcnn4[88], 編碼鈣激活通道KCa3.1, 其活性降低會減少PC顆粒的分泌、α-defense釋放[89]; 編碼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵成分的Xbp1對于PC是必不可少的, 研究發(fā)現(xiàn)Xbp1-/-的小鼠出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激, 進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白量與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工蛋白質(zhì)的能力失衡, 導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速度減慢, 誘發(fā)細(xì)胞凋亡、焦亡、自噬[90]. 和自噬相關(guān)的ATG16L1與CD的發(fā)生也是密切相關(guān)[91,92], C57小鼠ATG16L1-/-突變將導(dǎo)致PC分泌顆粒減少[93]. 除了上述基因?qū)τ贑D發(fā)生的影響外, 腸道微環(huán)境因素也可通過影響PC的功能進(jìn)而增加CD發(fā)病風(fēng)險, 如吸煙所致的AMP生成減少[94,95]、急性抗生素治療降低PC溶菌酶和Reg3g的蛋白質(zhì)水平以及HD-5的mRNA水平[96]、維生素D缺乏所引起的腸道共生菌群紊亂等[97,98], 另外, 微生物[99]甚至病毒[100]與PC之間的相互作用對于CD發(fā)生也是至關(guān)重要的.

3.2 PC與結(jié)直腸癌隨著飲食習(xí)慣改變、生活節(jié)奏加快, 結(jié)直腸癌(colorectal cancer cell, CRC)的死亡率升高且出現(xiàn)年輕化, 引起廣大醫(yī)務(wù)工作者關(guān)注. 并有不少研究表明CRC與PCM相關(guān), 早在1967年就已發(fā)現(xiàn)結(jié)腸腫瘤中存在PC[101]且在后續(xù)研究中PC檢測率從0.2%到39%不等[1]. 有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸腫瘤細(xì)胞包含大量的異型PC和杯狀細(xì)胞, 還發(fā)現(xiàn)了一種既含PC顆粒又含嗜堿性粘蛋白“混合”的Paneth杯狀細(xì)胞, 提示可能是結(jié)腸干細(xì)胞分化不良的一種反映, 與細(xì)胞快速更新有關(guān)[3]. 隨著研究不斷深入, Wada等[102]從K-ras突變頻率和微衛(wèi)星標(biāo)記雜合性喪失的角度研究了PCM對右結(jié)腸黏膜的影響. 結(jié)果顯示PCM區(qū)域K-ras突變頻率明顯高于正常組織, 微衛(wèi)星標(biāo)記雜合性喪失的標(biāo)記物L(fēng)OH-MS檢出率明顯高于空白對照組, 提示PCM區(qū)域存在與CRC相關(guān)的基因異常, 從而認(rèn)為PCM是結(jié)腸粘膜癌變的原因之一[102-105].

Wnt信號通路與CRC的發(fā)生是密切相關(guān)的. 通過對CRC細(xì)胞的研究, 發(fā)現(xiàn)作為β-catenin/TCF-4所驅(qū)動的靶基因c-Myc可以直接抑制p21CIP1/WAF1啟動子, 從而阻斷了細(xì)胞周期抑制劑p21CIP1/WAF1的表達(dá), 導(dǎo)致CRC細(xì)胞異常增殖[17]. 有報(bào)道80%以上的散發(fā)性CRC都出現(xiàn)了APC突變,APC突變可通過抑制β-catenin被蛋白酶體降解間接促進(jìn)Wnt信號通路的激活[106]. 此外, 一些與Wnt受體相關(guān)基因Rnf43和Znrf3的突變也與腫瘤的發(fā)生相關(guān). 通過原位雜交和RT-PCR發(fā)現(xiàn)CBC細(xì)胞可表達(dá)Rnf43和Znrf3, 而流式細(xì)胞分析證實(shí)Rnf43和Znrf3的表達(dá)產(chǎn)物可使FZD泛素化, 通過減少CBC細(xì)胞膜表面FZD數(shù)量而抑制Wnt信號傳導(dǎo), 發(fā)生突變時則使Wnt信號通路過度激活從而引發(fā)腫瘤, 可能與Apc突變致癌機(jī)制不同,Rnf43、Znrf3突變引起的腫瘤依賴于Wnt信號[107]. 總之, Wnt信號通路激活受多種因素和環(huán)節(jié)的影響, 研究證實(shí)高脂、低鈣、低維生素D3喂養(yǎng)的小鼠PC發(fā)生了異位表達(dá), 而Fzd5、EphB2的表達(dá)升高, Wnt信號通路增強(qiáng), 與散發(fā)性腸癌有一定相關(guān)性[108].

上述提到的這些研究中可以為治療或診斷IBD、CRC等消化道疾病以及評估腸道腫瘤的風(fēng)險提供一些思路和方法, 但對于IBD、CRC的病因和治療方法依然所知有限, 尤其是相關(guān)分子機(jī)制的研究, 或許可以成為未來的研究方向.

4 結(jié)論

綜上所述, 潘氏細(xì)胞并非只是一種位于小腸隱窩底部的分泌性細(xì)胞如此簡單, 它在腸道健康與平衡中發(fā)揮的作用是不可小覷的, 是腸道健康的“守衛(wèi)者”. PC是在腸道干細(xì)胞在多種信號的作用下分化而來的, 可以分泌多種抗菌肽和因子以維持腸道干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)、調(diào)控干細(xì)胞的增殖分化, 在調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)與免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用.當(dāng)腸道上皮受到損傷時, PC又可以化身為靜態(tài)干細(xì)胞庫, 參與腸道上皮損傷后的再生.由此可見, 對于PC的研究為IBD和CRC的發(fā)生與治療提供新的靶點(diǎn).