姜玉瑩，楊 碩

南京醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)系，生殖醫(yī)學(xué)與子代健康全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211166

腸道是機(jī)體中主要的消化器官以及重要的防御器官。腸上皮是哺乳動(dòng)物中更新最快的組織之一，在食物消化與營(yíng)養(yǎng)吸收、黏膜屏障維持、免疫調(diào)節(jié)以及腸道微生物防御等方面發(fā)揮著重要作用［1-2］。腸上皮功能受損會(huì)引起相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，如炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）及腸道腫瘤等［3-4］。腸上皮中存在著豐富的腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cell，IEC）類型，這些細(xì)胞各自發(fā)揮著獨(dú)特的作用共同維持腸上皮穩(wěn)態(tài)。這些細(xì)胞的分化發(fā)育是一個(gè)精密調(diào)控的過程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失調(diào)都會(huì)引起腸上皮功能損傷。IEC的發(fā)育受到多種機(jī)制共同調(diào)控，包括Wnt、Notch、表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）以及Hippo 等信號(hào)通路，同時(shí)，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、免疫炎癥信號(hào)、腸道共生菌以及線粒體調(diào)節(jié)等也參與腸上皮發(fā)育穩(wěn)態(tài)的維持，進(jìn)而對(duì)腸上皮發(fā)育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。了解這些腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)腸道疾病防治具有重要意義。

1 腸上皮功能

位于腸道內(nèi)壁的IEC吸收有益物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)并限制有害物質(zhì)進(jìn)入，參與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)吸收過程。同時(shí)，腸上皮通過其固有的先天免疫功能形成腸黏膜屏障，調(diào)節(jié)腸道共生菌穩(wěn)態(tài)，并參與機(jī)體免疫應(yīng)答。

1.1 營(yíng)養(yǎng)吸收功能

腸道是消化和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要器官［5］，幾乎95%的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都被小腸吸收［6］。在人類小腸中，吸收食物成分的部位長(zhǎng)約6 m，內(nèi)壁上有0.5～1.5 mm 長(zhǎng)的絨毛。每個(gè)絨毛被一層IEC 覆蓋，表面有約1 μm 長(zhǎng)的微絨毛［7］。腸道內(nèi)壁可以有效吸收包括營(yíng)養(yǎng)素和非營(yíng)養(yǎng)素在內(nèi)的食物成分，腸道上皮每天分泌大量液體，其中含有消化酶、離子、水和黏液，用于對(duì)攝入食物的消化和吸收。蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物被消化酶分解成更小的單位，被位于小腸絨毛上的小腸上皮細(xì)胞吸收到毛細(xì)血管和淋巴管網(wǎng)絡(luò)中。任何未被小腸吸收的剩余物質(zhì)通過回盲瓣進(jìn)入結(jié)腸。大腸上皮細(xì)胞負(fù)責(zé)吸收水分，將結(jié)腸內(nèi)容物凝固成糞便，并在排出前儲(chǔ)存［6］。因此，IEC在機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

1.2 黏膜屏障功能

腸道也是重要的免疫器官，處于機(jī)體免疫防御的最前線。共生菌、病原體以及食物中多種抗原的持續(xù)暴露，促進(jìn)了腸道黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能形成［8］。黏膜屏障在消化、吸收和代謝等許多生理功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這個(gè)屏障允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過和吸收，但與此同時(shí)，將不需要的產(chǎn)物限制在管腔內(nèi)［9］。腸道黏膜屏障主要由腸上皮、黏液層、腸道免疫細(xì)胞、腸道共生菌、腸道抗菌肽等組成［10］，其中腸上皮是腸道黏膜屏障的主要構(gòu)成部分，對(duì)維持腸道黏膜免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。

1.2.1 腸上皮

腸上皮是人體最大的黏膜，約覆蓋400 m2的表面積，是腸黏膜屏障的關(guān)鍵組成部分［11］。它由不同類型細(xì)胞組成。腸細(xì)胞最豐富，形成保護(hù)內(nèi)部環(huán)境的有效屏障。除了保護(hù)功能外，腸細(xì)胞還從管腔選擇性攝取有益離子、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)到體內(nèi)［9］。盡管與腸腔相鄰的大多數(shù)細(xì)胞是吸收性腸細(xì)胞，但腸上皮執(zhí)行功能多樣，存在不同的IEC 譜系。分泌性IEC，包括腸內(nèi)分泌細(xì)胞（endocrine cell，EC）、杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)胞，專門用于維持上皮的消化或屏障功能。EC 通過分泌多種消化功能激素調(diào)節(jié)劑，介導(dǎo)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和腸神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)之間的聯(lián)系。杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)胞分別在腔內(nèi)分泌黏蛋白和抗菌蛋白，為微生物與上皮表面和下層免疫細(xì)胞接觸建立物理和生化屏障［12-14］?？偟膩碚f，多種功能的IEC 形成了動(dòng)態(tài)屏障，保護(hù)宿主免受感染和潛在的炎癥刺激。

1.2.2 其他黏膜屏障組成部分

除腸上皮外，腸道共生菌、黏液層、抗菌肽及腸道免疫細(xì)胞也是構(gòu)成黏膜屏障的組成部分。腸道微生物是腸道內(nèi)復(fù)雜的微生物群落，塑造腸道免疫反應(yīng)并抑制病原菌定植［15］，在健康人體和疾病的免疫防御機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。黏液層將管腔內(nèi)容物與腸上皮分開，阻止微生物群和大分子接觸上皮細(xì)胞，但同時(shí)允許小分子通過，避免上皮接觸酸、消化酶和微生物［16］。潘氏細(xì)胞分泌的抗菌肽（antimicrobial peptide，AMP）可防止微生物附著在上皮細(xì)胞邊界，并通過破壞革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌細(xì)胞膜的完整性達(dá)到抗菌目的［15］。在腸道中還存在著樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞，這些固有免疫細(xì)胞在應(yīng)對(duì)病原體負(fù)荷和維持腸道屏障功能方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用［17］，共同保護(hù)機(jī)體免受外來刺激的傷害。

1.3 腸上皮對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)

IEC 產(chǎn)生大量免疫調(diào)節(jié)信號(hào)，這些信號(hào)對(duì)于誘導(dǎo)適當(dāng)?shù)南忍煨院瓦m應(yīng)性免疫反應(yīng)以對(duì)抗病原體和共生細(xì)菌是必需的。

1.3.1 影響單核巨噬細(xì)胞和DC抗原遞呈

IEC 通過與抗原遞呈單核巨噬細(xì)胞的持續(xù)對(duì)話，對(duì)細(xì)胞和體液適應(yīng)性免疫反應(yīng)的啟動(dòng)產(chǎn)生影響。IEC分泌的細(xì)胞因子胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）-β和視黃酸受共生細(xì)菌影響，促進(jìn)具有致耐受性的DC 和巨噬細(xì)胞的發(fā)育，產(chǎn)生白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-10 和視黃酸［18-20］。CD103+DC作為遷移性抗原遞呈細(xì)胞在激活后被運(yùn)輸?shù)酱渭?jí)淋巴組織，包括腸系膜淋巴結(jié)和Peyer 淋巴結(jié)，將攜帶的抗原物質(zhì)遞呈給適應(yīng)性免疫細(xì)胞。這些遷移性DC通過TGF-β和視黃酸依賴性機(jī)制促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）產(chǎn)生，從而促進(jìn)免疫耐受［21-22］。與CD103+DC 相比，CX3CR1hi腸道駐留巨噬細(xì)胞在穩(wěn)定狀態(tài)下缺乏遷移特性，與IEC 保持密切的物理接觸，通過吞噬功能介導(dǎo)病原體和共生細(xì)菌的清除［22］。CX3CR1hi巨噬細(xì)胞通過產(chǎn)生IL-10促進(jìn)腸道固有層的耐受性，從而抑制致結(jié)腸炎T細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子并促進(jìn)Treg功能［23-24］。IEC 通過產(chǎn)生可溶性因子（如TSLP、TGF-β和視黃酸）來維持這種致耐受性，誘導(dǎo)CX3CR1hi巨噬細(xì)胞表達(dá)IL-10并促進(jìn)腸道穩(wěn)態(tài)［19-20］。

1.3.2 影響先天性淋巴細(xì)胞功能

先天性淋巴樣細(xì)胞（innate lymphocyte，ILC）在腸道免疫穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。ILC缺乏適應(yīng)性淋巴細(xì)胞的特性，如重組的抗原特異性受體［25］。ILC存在于屏障表面，包括小鼠和人類的肺［26］、皮膚［27］和腸道［28］，作為組織穩(wěn)態(tài)、炎癥和對(duì)感染的早期先天反應(yīng)的調(diào)節(jié)劑而發(fā)揮作用。ILC部分受上皮細(xì)胞發(fā)出的免疫調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)節(jié)。ILC2產(chǎn)生T輔助細(xì)胞2（T helper 2，Th2）相關(guān)細(xì)胞因子IL-5和IL-13［29］，這些因素有助于對(duì)腸道蠕蟲感染的早期先天性反應(yīng)，并引發(fā)保護(hù)性上皮反應(yīng)，包括杯狀細(xì)胞增生和黏液分泌增強(qiáng)［30-32］。IEC 分泌的IL-25、IL-33 和TSLP 對(duì)ILC2 有刺激作用［32］，因此在抗蠕蟲感染中發(fā)揮積極作用。ILC3 產(chǎn)生Th17 和Th22 相關(guān)細(xì)胞因子，包括IL-17A 和IL-22，以響應(yīng)IL-23 的刺激［29］。ILC3分泌的IL-17 在腸道中主要起促炎作用，與小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生相關(guān)［33］。IEC 分泌的IL-25 會(huì)抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-23，并減少ILC3 產(chǎn)生的IL-22，進(jìn)而抑制過度炎癥反應(yīng)［34］。

1.3.3 影響組織駐留T細(xì)胞

在次級(jí)淋巴組織中被腸源性抗原遞呈細(xì)胞啟動(dòng)后，常規(guī)效應(yīng)T細(xì)胞在體內(nèi)循環(huán)，然后進(jìn)入腸道對(duì)局部環(huán)境發(fā)揮致耐受性或炎癥作用。在這里，成熟的T細(xì)胞在固有層中的存活和功能維持受到IEC的直接影響。上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（intraepithelial lymphocytes，IEL）與IEC 密切接觸，IEL 和IEC 之間的雙向作用維持腸道屏障的免疫穩(wěn)態(tài)［35］，IEC 產(chǎn)生的信號(hào)促進(jìn)IEL的維持和功能，維持腸道免疫微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

1.3.4 影響IgA漿細(xì)胞分泌

幼稚B 細(xì)胞通過重鏈類別轉(zhuǎn)換重組（classswitch recombination，CSR）成熟為分泌IgA 的漿細(xì)胞，這個(gè)過程受攜帶抗原的黏膜DC 和來自腸上皮的活細(xì)菌調(diào)節(jié)［36-37］。IEC 分泌的信號(hào)調(diào)節(jié)DC 細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮（nitric oxide，NO）、IL-10 和視黃酸，促進(jìn)IgA 類別轉(zhuǎn)換和腸道歸巢［36-37］。此外，IEC 通過TSLP 信號(hào)誘導(dǎo)黏膜DC 產(chǎn)生增殖誘導(dǎo)配體（aproliferation-inducing ligand，APRIL）和B 細(xì)胞激活因子（B cell-activating factor，BAFF），放大對(duì)B 細(xì)胞的刺激作用，進(jìn)而促進(jìn)IgA的產(chǎn)生。

1.4 介導(dǎo)微生物與宿主免疫之間的串?dāng)_

腸道微環(huán)境，包括腸道微生物群及其代謝物，很容易因飲食、藥物、壓力、細(xì)菌或病毒病原體感染甚至?xí)r差反應(yīng)而迅速改變［38-39］。宿主免疫必須適應(yīng)腸道環(huán)境的變化，如生態(tài)失調(diào)和致病菌感染。上皮細(xì)胞是協(xié)調(diào)腸道防御的核心。腸上皮不僅是微生物易位的屏障，還是宿主與微生物群之間的傳感器和管道。

分節(jié)絲狀菌（Segmented filamentous bacteria，SFB）是在小鼠或大鼠腸道中發(fā)現(xiàn)的共生細(xì)菌，其中大部分附著在回腸中的IEC 上。SFB 通過誘導(dǎo)IEC產(chǎn)生血清淀粉樣蛋白A（serum amyloid A，SAA）促進(jìn)Th17 細(xì)胞分化［40-41］。SFB 還通過激活的ILC3 刺激IL-23受體依賴性IL-22的產(chǎn)生［42］。此外，檸檬酸桿菌參與活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，促進(jìn)結(jié)腸固有層中Th1細(xì)胞的分化［40］。來自Th17細(xì)胞或ILC3的IL-17和IL-22促進(jìn)抗菌分子的產(chǎn)生，以控制腸道微生物。IL-22 還通過誘導(dǎo)巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶2（fucosyltransferase，F(xiàn)ut2）的表達(dá)來影響IEC表面蛋白的糖基化［43］，對(duì)阻止鼠傷寒沙門菌等腸道病原體感染至關(guān)重要。

IEC可通過分泌細(xì)胞因子和趨化因子調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)。由革蘭陰性桿狀細(xì)菌（如埃希氏菌和變形桿菌）的鞭毛蛋白刺激的TLR5/MyD88 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8，從而將中性粒細(xì)胞募集到固有層［44］。IEC還產(chǎn)生調(diào)節(jié)腸道免疫反應(yīng)的細(xì)胞因子和趨化因子以外的介質(zhì)。黏蛋白2（mucin 2，MUC2）由杯狀細(xì)胞產(chǎn)生，不僅是黏液層的重要組成部分，還可以通過向DC 傳遞致耐受性信號(hào)來限制腸道抗原的免疫原性［45］。除了產(chǎn)生調(diào)節(jié)腸道免疫的體液因子外，IEC 還可以通過向腸道免疫細(xì)胞遞送抗原來促進(jìn)腸道適應(yīng)性免疫反應(yīng)。M細(xì)胞專門負(fù)責(zé)從管腔攝取抗原并遞送至抗原遞呈細(xì)胞，在抗原特異性IgA的誘導(dǎo)中具有關(guān)鍵作用［46］。

因此，IEC 產(chǎn)生各種黏膜屏障以“隔離”腸道微生物和腸道免疫細(xì)胞，并感知來自兩個(gè)群體的信號(hào)并分泌體液因子以“調(diào)節(jié)”兩個(gè)群體之間的平衡，維持腸道穩(wěn)態(tài)［47］。

2 腸上皮功能異常與疾病

腸道屏障的破壞與多種疾病密切相關(guān)，研究表明腸上皮黏膜屏障功能失調(diào)會(huì)導(dǎo)致多種腸道系統(tǒng)疾病發(fā)生，如IBD、結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）等［3-4］。因此，腸上皮對(duì)維持腸道健康至關(guān)重要，其功能異常與腸道疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

2.1 IBD

IBD主要包括克羅恩?。–rohn’s disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC），是一組慢性、復(fù)發(fā)性消化道炎癥性疾?。?8］。IBD 主要累及回腸、直腸和結(jié)腸等部位，患者會(huì)出現(xiàn)腹痛、嘔吐、腹瀉、便血等臨床癥狀［49］。其中UC 的特征是炎癥彌漫，主要累及結(jié)腸、直腸的黏膜表層和黏膜下層并反復(fù)發(fā)作；CD 則是累及從口腔到肛周部位的整個(gè)消化道或任意部分消化道。UC 和CD 雖在病因及臨床表現(xiàn)上有所差別，但都是腸道黏膜免疫異常引起的疾?。?0］?，F(xiàn)有IBD 治療方法主要是使用激素、抗生素和免疫抑制劑等控制炎癥［51］，但這些藥物在恢復(fù)腸上皮屏障功能方面效果有限，都不能有效治愈該病。近年來，我國(guó)IBD發(fā)病率呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，已成為影響國(guó)民健康的常見消化系統(tǒng)疾病。IBD的發(fā)病率和患病率隨著時(shí)間的推移而增加，表明闡明IBD的發(fā)病機(jī)制已迫在眉睫［52］。

長(zhǎng)期以來，IBD 的病理生理學(xué)機(jī)制研究一直集中在免疫細(xì)胞上。然而，最近證據(jù)表明，腸上皮屏障功能受損是IBD 發(fā)生和復(fù)發(fā)的重要誘因，IEC 在IBD的發(fā)展和長(zhǎng)期存在中發(fā)揮重要作用［53］。屏障功能障礙定義為腸上皮連續(xù)層的丟失，以及上皮間連接和上皮間隙的中斷，進(jìn)而破壞腸上皮屏障完整性，增加腸上皮通透性。腸上皮通透性的增加促使微生物、膳食抗原和其他有害顆粒滲透到黏膜固有層［54］，導(dǎo)致黏膜免疫系統(tǒng)激活并最終誘發(fā)腸道炎癥［55］。因此，腸上皮屏障完整性在IBD 的發(fā)生過程中具有保護(hù)作用。

2.2 腹瀉

腹瀉為每天排出≥3次稀便，持續(xù)數(shù)天，并且會(huì)使身體失去所必需的水和鹽分。2017年世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在全球范圍內(nèi)，每年有近17 億兒童腹瀉病例，腹瀉是導(dǎo)致5 歲以下兒童死亡的第二大原因，每年約525 000名兒童死于腹瀉。感染性腹瀉由多種細(xì)菌、病毒和寄生蟲等引起，是最常見的腹瀉，也是兒童死亡的主要原因［56］。

腸上皮的主要功能之一是將液體和電解質(zhì)進(jìn)行跨上皮轉(zhuǎn)運(yùn)。在正常情況下，吸收和分泌過程受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)，因此吸收占主導(dǎo)地位，從而能夠保存每天通過腸道的大量水分。然而，腹瀉時(shí)這種平衡被打破，液體的分泌量超過吸收量，導(dǎo)致糞便中水分增加［57］。志賀菌、沙氏菌、耶爾森菌和腸侵襲性大腸桿菌感染腸道時(shí)，會(huì)侵入上皮細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)繁殖，破壞表面上皮細(xì)胞并引起炎癥，誘發(fā)腹瀉［58］。同時(shí)，腸上皮的滲透作用、主動(dòng)分泌、滲出和運(yùn)動(dòng)改變也會(huì)導(dǎo)致腹瀉［58］。因此，腸上皮屏障受損是腹瀉易感的重要原因之一。

2.3 腸道腫瘤

CRC 是世界上最常見的3種癌癥之一，臨床癥狀主要有便秘、便血、食欲不振、疲倦、體重減輕等，與其他癌癥相似，可侵襲或擴(kuò)散到身體其他部位。近年來我國(guó)CRC的發(fā)病率和病死率持續(xù)上升，2020年我國(guó)有超過55萬人被確診為CRC，占新確診癌癥人數(shù)的12.2%［59］。

目前CRC發(fā)病機(jī)制尚未完全明晰，但越來越多的證據(jù)表明，遺傳易感性、環(huán)境暴露、代謝功能障礙、免疫和炎癥因子、微生物組成和腸道屏障完整性破壞在CRC病因?qū)W中起著重要作用［60］，其中腸上皮屏障穩(wěn)態(tài)失調(diào)是結(jié)腸癌發(fā)生的重要原因。結(jié)腸屏障完整性破壞可能會(huì)增加結(jié)腸細(xì)胞對(duì)結(jié)腸環(huán)境毒素的暴露，從而增強(qiáng)結(jié)腸上皮細(xì)胞的炎癥和氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞過度修復(fù)，引發(fā)CRC［61-62］。此外，研究發(fā)現(xiàn)腸道干細(xì)胞（intestinal stem cell，ISC）是CRC的起源細(xì)胞［63］，ISC 異常增殖也可引起腸道腫瘤發(fā)生［4］。因此，腸上皮屏障功能異常是引起腸道腫瘤發(fā)生的重要原因，探討腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)CRC防治具有重要指導(dǎo)意義。

3 腸上皮結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成

腸上皮是哺乳動(dòng)物中更新最快的組織之一，具有廣泛的適應(yīng)性［64］。腸上皮的隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)以及豐富的細(xì)胞組成是其維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)并對(duì)外來刺激做出反應(yīng)的基礎(chǔ)。

3.1 隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)

腸上皮表面由數(shù)百萬個(gè)特殊結(jié)構(gòu)組成：小腸中的隱窩-絨毛單位或大腸中的隱窩單位［65］，由IEC單層緊密有序排列并折疊形成［66］。隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效吸收。絨毛是指狀突起，伸入管腔以增加表面積進(jìn)而促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，并含有功能性非分裂細(xì)胞。絨毛長(zhǎng)度從近端十二指腸的1.5 mm以上逐漸減少到遠(yuǎn)端回腸的0.5 mm。隱窩是圍繞絨毛基部的上皮內(nèi)陷，是細(xì)胞增殖的場(chǎng)所。在小腸中，每個(gè)腸絨毛都被至少6 個(gè)隱窩包圍，這些隱窩容納專門的干細(xì)胞和祖細(xì)胞群，這些細(xì)胞自我更新以維持上皮功能［67］。

3.2 腸道細(xì)胞類型及各自功能

腸上皮主要由各種IEC 構(gòu)成，包括ISC、過渡態(tài)擴(kuò)增（transit-amplifying，TA）細(xì)胞、吸收譜系細(xì)胞（腸細(xì)胞）、分泌譜系細(xì)胞（潘氏細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、EC、Tuft細(xì)胞）等［67］。

3.2.1 ISC

腸上皮的更新由位于隱窩底部的ISC每日增殖推動(dòng)，以產(chǎn)生快速分裂的子細(xì)胞［68］。ISC具有持續(xù)增殖分化能力，負(fù)責(zé)腸上皮在整個(gè)生命過程中的有效更新和自我修復(fù)。腸道隱窩底部分布著一類不斷分裂的隱窩基底部柱狀細(xì)胞（crypt base columnar cells，CBC），被稱為L(zhǎng)gr5+（Leu-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 5）干細(xì)胞［69-70］。Lgr5+干細(xì)胞具有多潛能性，可自我更新。研究表明Lgr5+干細(xì)胞可不斷快速增殖分化以補(bǔ)充絨毛頂端失巢凋亡脫落的上皮細(xì)胞［67］。

3.2.2 TA細(xì)胞

TA 細(xì)胞是由ISC 定期分裂產(chǎn)生的高度增殖祖細(xì)胞。新生的TA 細(xì)胞分裂2～3 次并逐漸形成吸收或分泌譜系細(xì)胞，同時(shí)向上遷移至絨毛基部［67］。

3.2.3 腸細(xì)胞

腸細(xì)胞是腸道吸收型細(xì)胞，是排列在小腸和大腸內(nèi)表面的簡(jiǎn)單柱狀上皮細(xì)胞。腸細(xì)胞是腸道中的主要細(xì)胞類型，負(fù)責(zé)食物消化和營(yíng)養(yǎng)吸收。腸細(xì)胞表面有微絨毛結(jié)構(gòu)，同時(shí)分泌多種蛋白質(zhì)降解酶，可對(duì)腸腔中的蛋白質(zhì)等進(jìn)行充分降解和吸收［19］。腸細(xì)胞的主要功能有吸收離子，攝取糖、氨基酸、脂質(zhì)、維生素，再吸收膽汁酸鹽以及分泌免疫球蛋白等［71］。

3.2.4 潘氏細(xì)胞

潘氏細(xì)胞是高度特化的分泌性上皮細(xì)胞，位于小腸隱窩中。潘氏細(xì)胞產(chǎn)生的致密顆粒中含有豐富的抗菌肽和免疫調(diào)節(jié)蛋白，在抗菌過程中具有重要作用。潘氏細(xì)胞可分泌Wnt信號(hào)分子和乳酸代謝分子等來調(diào)節(jié)ISC 增殖和分化［72］，在維持腸上皮屏障更新中發(fā)揮重要作用。潘氏細(xì)胞僅存在于小腸中，結(jié)腸中包含深部分泌細(xì)胞（deep secretory cell，DSC），這些細(xì)胞插入CBC之間并高表達(dá)再生家族成員4（regenerating family member 4，REG4）分子。這些細(xì)胞可能在分泌EGF和表達(dá)Notch 配體方面履行與潘氏細(xì)胞相似的功能，但它們不產(chǎn)生Wnt配體，而Wnt配體完全來源于結(jié)腸間質(zhì)。

3.2.5 杯狀細(xì)胞

杯狀細(xì)胞是IEC 中最豐富的分泌譜系細(xì)胞，占小腸上皮細(xì)胞的10%～15%和結(jié)腸上皮細(xì)胞的50%。杯狀細(xì)胞可分泌多種黏液蛋白，組成腸上皮組織黏液屏障，并通過疏水作用結(jié)合腸道細(xì)菌抗原，來限制細(xì)菌侵入腸黏膜［73-74］。不同的杯狀細(xì)胞在腸道中具有不同的功能。在小腸中，隱窩和絨毛中的杯狀細(xì)胞形成杯狀細(xì)胞相關(guān)抗原通道，將抗原傳遞至固有層中的單核巨噬細(xì)胞。在遠(yuǎn)端結(jié)腸中，隱窩杯狀細(xì)胞分泌致密的黏液層來保護(hù)隱窩，而隱窩間杯狀細(xì)胞分泌更具滲透性的黏液，隔離細(xì)菌［75］。

3.2.6 EC

腸道EC 約占小腸和大腸上皮細(xì)胞的1%，作為單個(gè)細(xì)胞散布在整個(gè)黏膜中。據(jù)報(bào)道，EC包含8個(gè)不同的亞類，表達(dá)促胰液素、膽囊收縮素、胰高血糖素原、葡萄糖依賴性促胰島素多肽、生長(zhǎng)抑素、神經(jīng)降壓素、生長(zhǎng)素釋放肽和血清素，傳統(tǒng)上分別稱為S、I、L、K、D、N、A 和腸嗜鉻細(xì)胞［76］。EC在抗原刺激下會(huì)釋放小分子遞質(zhì)如5-羥色胺、組胺等，促進(jìn)腸道神經(jīng)和免疫系統(tǒng)發(fā)揮功能，進(jìn)而幫助腸道蠕動(dòng)和消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫防御［77］。EC 可釋放20 多種激素，這些激素可以局部作用于其他細(xì)胞、神經(jīng)末梢或遠(yuǎn)處的器官，包括胰島和中樞神經(jīng)系統(tǒng)［78］。

3.2.7 Tuft細(xì)胞

Tuft 細(xì)胞是一種罕見且未被充分研究的腸細(xì)胞，具有特征性形狀，包括長(zhǎng)而厚的微絨毛，可將肌動(dòng)蛋白束延伸到其頂端細(xì)胞質(zhì)中。Tuft細(xì)胞是黏膜上皮細(xì)胞中罕見的孤立化學(xué)感應(yīng)細(xì)胞，可作為“感受器”被腸道內(nèi)寄生蟲激活，繼而促進(jìn)Ⅱ型固有免疫細(xì)胞增殖和分泌IL-13，最終清除寄生蟲［79-80］。在腸道中，Tuft細(xì)胞是分泌型IL-25 的唯一來源［81］。而IL-25則是ILC2的關(guān)鍵激活劑，有助于清除寄生蟲［81］。

4 IEC分化發(fā)育過程

在小鼠中，成體上皮快速更新以維持最佳功能。暴露于嚴(yán)酷管腔環(huán)境的上皮細(xì)胞死亡，并通過復(fù)雜的細(xì)胞骨架重塑過程從絨毛尖端排出［83］。每天僅在小腸中就必須產(chǎn)生超過3 億個(gè)新的上皮細(xì)胞，以代償死亡的絨毛上皮細(xì)胞［67］。這種細(xì)胞再生過程發(fā)生于隱窩基底部，研究表明Lgr5+干細(xì)胞可不斷快速產(chǎn)生增殖的TA 細(xì)胞。新生的TA 細(xì)胞分裂2～3 次并逐漸形成吸收或分泌細(xì)胞譜系，同時(shí)向上遷移至絨毛基部。當(dāng)分化細(xì)胞離開隱窩時(shí)，細(xì)胞增殖停止，然后這些上皮細(xì)胞繼續(xù)沿著絨毛向上遷移，形成具有特定功能的腸細(xì)胞、EC、杯狀細(xì)胞、Tuft細(xì)胞。這種上皮細(xì)胞更新周期需要3～5 d，在近交小鼠的平均2 年壽命期間會(huì)重復(fù)數(shù)百次［67］，而小腸潘氏細(xì)胞例外，潘氏細(xì)胞每3～6周從位于TA室底部的分泌細(xì)胞祖細(xì)胞更新1次，這些祖細(xì)胞成熟為完全分化的潘氏細(xì)胞，同時(shí)沿著向下遷移路徑到達(dá)隱窩［84］。

早期研究認(rèn)為，位于隱窩底部的Lgr5+細(xì)胞是腸道中唯一的干細(xì)胞來源［69］。然而，將小鼠腸道Lgr5+細(xì)胞去除后，腸道組織仍能從中底部進(jìn)行自我更新修復(fù)，說明存在其他干細(xì)胞或者機(jī)制參與調(diào)節(jié)IEC發(fā)育和組織修復(fù)［85］。最近研究發(fā)現(xiàn)一種Clu+細(xì)胞可在腸道受損狀態(tài)下發(fā)揮腸組織修復(fù)功能，這一過程受Yes 相關(guān)蛋白（Yes-associated protein，YAP）信號(hào)調(diào)控［86］；此外，組織損傷和應(yīng)激條件下，如炎癥和腫瘤發(fā)生過程中，導(dǎo)致Lgr5+細(xì)胞丟失的急性損傷會(huì)觸發(fā)再生反應(yīng)以恢復(fù)自我更新，此時(shí)，IEC內(nèi)的各種細(xì)胞類型可以去分化，并作為干細(xì)胞的替代來源發(fā)揮作用［64］。IEC 在應(yīng)激狀態(tài)下表現(xiàn)出較強(qiáng)的可塑性，這種可塑性在腸上皮應(yīng)對(duì)外來?yè)p傷信號(hào)并保護(hù)機(jī)體中具有重要作用。

5 腸上皮發(fā)育分子調(diào)節(jié)信號(hào)

在生理狀態(tài)下，為了維持腸上皮屏障的完整性，小鼠IEC 每3～5 d 沿著隱窩-絨毛軸自我更新1 次［14，67］。腸上皮快速更替的特性由ISC 持續(xù)增殖、分化取代凋亡的終末分化細(xì)胞來完成，這種動(dòng)態(tài)平衡是腸道結(jié)構(gòu)和功能維持以及損傷后修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并且依賴細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)的精密調(diào)控。因此，探究IEC 分化發(fā)育過程中的關(guān)鍵信號(hào)通路和分子事件對(duì)理解腸上皮屏障形成機(jī)制有重要作用。

腸上皮中存在多種調(diào)節(jié)信號(hào)，共同維持腸道發(fā)育穩(wěn)態(tài)：Wnt 信號(hào)促進(jìn)TA/干細(xì)胞的增殖并驅(qū)動(dòng)潘氏細(xì)胞成熟；Notch信號(hào)與Wnt協(xié)同驅(qū)動(dòng)ISC的增殖并調(diào)節(jié)未分化TA/干細(xì)胞的維持；EGF 促進(jìn)IEC 增殖；Hippo 和BMP 抑制增殖并誘導(dǎo)所有分泌譜系細(xì)胞的成熟［87］。

5.1 Wnt信號(hào)

Wnt通路對(duì)于上皮增殖和隱窩維持至關(guān)重要［89］。7 次跨膜卷曲蛋白（frizzled，F(xiàn)ZD）和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（low-density lipoprotein receptor related protein，LRP）-5/-6 的復(fù)合物是分泌型Wnt 的受體［90］。當(dāng)Wnt 配體與FZD-LRP5/6 受體復(fù)合物結(jié)合時(shí)，腺瘤性大腸息肉（adenomatous polyposis coli，Apc）破壞復(fù)合物受到抑制，導(dǎo)致Wnt信號(hào)的關(guān)鍵介質(zhì)β-連環(huán)蛋白積累。未磷酸化的β-連環(huán)蛋白易位到細(xì)胞核中，與TCF/LEF 家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而將Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)化為TCF靶基因的轉(zhuǎn)錄［91］。

在小腸ISC 生態(tài)位中，Wnt 由潘氏細(xì)胞和隱窩底部周圍的間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。Wnt的活性在隱窩底部的ISC 中最高，Wnt 是ISC 自我更新和分化的主要調(diào)節(jié)因子，并沿隱窩-絨毛軸呈梯度下降［92］。Wnt信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)因子Apc的基因突變會(huì)導(dǎo)致上皮細(xì)胞過度增殖，隨后發(fā)生腺瘤［93］。同時(shí)，潘氏細(xì)胞作為構(gòu)成ISC 生態(tài)位的一部分，也需要高Wnt 信號(hào)水平才能成熟［94］。因此，Wnt 信號(hào)在調(diào)節(jié)ISC 增殖及潘氏細(xì)胞分化中具有重要作用。

5.2 Notch信號(hào)

Notch 通路是維持IEC 增殖和分化之間平衡的關(guān)鍵信號(hào)通路之一［95］。Notch 通過相鄰細(xì)胞之間的通訊調(diào)節(jié)關(guān)鍵的細(xì)胞過程，例如增殖和分化。Notch信號(hào)可在相鄰細(xì)胞之間傳遞，并通過側(cè)向抑制來快速調(diào)節(jié)細(xì)胞的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，以維持生理動(dòng)態(tài)平衡［96］。

潘氏細(xì)胞表達(dá)Notch 受體的配體Delta-like 1 和Delta-like 4（Dll 1和Dll 4），Notch受體與其配體結(jié)合時(shí)，Notch 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（Notch intracellular domain，NCID）通過蛋白水解釋放。NCID 隨后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核進(jìn)而激活目標(biāo)基因，如HES-1、HES-3和HES-5，促進(jìn)吸收細(xì)胞的分化。轉(zhuǎn)錄因子MATH-1 是腸道中HES-1 抑制的下游靶標(biāo)，其活性導(dǎo)致分泌譜系細(xì)胞的產(chǎn)生。同時(shí)，Notch抑制導(dǎo)致所有增殖性細(xì)胞快速轉(zhuǎn)化為杯狀細(xì)胞。因此，Notch信號(hào)調(diào)控吸收性與分泌性上皮細(xì)胞類型。

5.3 BMP信號(hào)

BMP 包含一類屬于TGF-β蛋白超家族的細(xì)胞外信號(hào)分子。BMP 通過經(jīng)典的Smad依賴性通路發(fā)出信號(hào)，也可以誘導(dǎo)各種非經(jīng)典信號(hào)通路。在經(jīng)典途徑中，BMP通過與形成異四聚體復(fù)合物的BMP Ⅰ型和Ⅱ型受體結(jié)合啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。BMP 受體是單次跨膜蛋白，其胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域中攜帶絲氨酸/蘇氨酸激酶活性。BMP 與之結(jié)合后，使Smad1/5/8磷酸化，磷酸化的Smad1/5/8與Smad4結(jié)合，Smad4隨后入核并誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)。

BMP信號(hào)可作為隱窩分化的誘導(dǎo)劑。ISC周圍的間充質(zhì)通過分泌BMP 抑制劑進(jìn)而在隱窩附近創(chuàng)建一個(gè)“低BMP 信號(hào)”的環(huán)境，而在絨毛中表達(dá)的BMP 創(chuàng)建一個(gè)“高BMP 信號(hào)”環(huán)境以促進(jìn)分化［97］。與此一致，BMP 抑制劑Noggin的表達(dá)導(dǎo)致過度的隱窩形成，因此Noggin是類器官培養(yǎng)基的重要成分［98］。

5.4 EGF信號(hào)

EGF 是一種細(xì)胞外配體，通過與其同源受體表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）結(jié)合來刺激細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化。EGFR也稱為ErbB1/HER，是受體酪氨酸激酶ErbB家族的成員。EGFR二聚化刺激其細(xì)胞內(nèi)蛋白酪氨酸激酶活性，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)下游通路激活［99］。

EGFR在ISC中高表達(dá)，而其配體在潘氏細(xì)胞中表達(dá)［100］。EGF 信號(hào)通過激活Ras/Raf/Mek/Erk 信號(hào)軸對(duì)ISC 和TA 細(xì)胞發(fā)揮強(qiáng)烈的促有絲分裂作用，是ISC和IEC在整個(gè)隱窩-絨毛軸上增殖的有效刺激物［101］。因此，EGF是腸道類器官培養(yǎng)的重要成分［98］。

5.5 Hippo信號(hào)

Hippo 通路是調(diào)節(jié)器官大小的關(guān)鍵參與者。Hippo 通路激活后，下游效應(yīng)分子YAP 在S127 位被LAT1/2激酶磷酸化。磷酸化的YAP保留在細(xì)胞質(zhì)中并抑制其在細(xì)胞核中的增殖和抗凋亡功能。YAP是該通路的最終效應(yīng)蛋白，它作為TEAD轉(zhuǎn)錄因子的共激活因子，促進(jìn)TEAD靶基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖［102］。

在正常小鼠的小腸和結(jié)腸上皮細(xì)胞中，YAP 蛋白存在于隱窩中，正常情況下，YAP對(duì)IEC增殖沒有貢獻(xiàn)［103］。然而，YAP蛋白在損傷引起的組織再生中發(fā)揮著重要作用。腸上皮具有高度的靈活性和可塑性，可以應(yīng)對(duì)不同類型的損傷。當(dāng)干細(xì)胞受損時(shí)，許多源自Lgr5+干細(xì)胞的隱窩后代具有去分化和重新獲得多能性的能力［104］。YAP 信號(hào)在此再生過程中起著不可或缺的作用［104-105］。

Ayyaz 等［86］使用單細(xì)胞RNA 測(cè)序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）表征小鼠在輻照前后的腸道再生。該分析揭示了一種獨(dú)特的損傷誘導(dǎo)細(xì)胞群，其特征是表達(dá)高凝聚素（clusterin，Clu），這與穩(wěn)態(tài)期間存在的Lgr5+干細(xì)胞不同。對(duì)scRNA-seq數(shù)據(jù)的分析表明Clu+細(xì)胞YAP特征激活，表明Clu表達(dá)可能是YAP依賴性的。YAP的缺失消除了隱窩中輻射誘導(dǎo)的Clu 表達(dá)，而單獨(dú)激活YAP 能夠誘導(dǎo)Clu。YAP介導(dǎo)的促存活基因Clu在損傷后的表達(dá)可能是YAP依賴性再生的機(jī)制。

Serra 等［106］研究了單個(gè)Lgr5+干細(xì)胞如何生長(zhǎng)、發(fā)育和自我組織成復(fù)雜的腸道類器官，并探索了具有看似相同細(xì)胞的初始對(duì)稱球狀結(jié)構(gòu)如何在均質(zhì)培養(yǎng)條件下打破對(duì)稱性并形成第一個(gè)潘氏細(xì)胞。該研究發(fā)現(xiàn)類器官的發(fā)育遵循一種再生模型，該模型需要從早期瞬時(shí)激活YAP。YAP 亞細(xì)胞定位的變異通過Notch-Dll1 激活驅(qū)動(dòng)潘氏細(xì)胞分化，進(jìn)而誘導(dǎo)對(duì)稱性破壞。

這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了YAP 在再生特異性反應(yīng)中的關(guān)鍵和獨(dú)特作用，同時(shí)也凸顯了精確調(diào)節(jié)YAP 蛋白在腸道分化和發(fā)育啟動(dòng)中的重要性。

6 其他調(diào)節(jié)腸上皮發(fā)育的重要機(jī)制

腸道發(fā)育是一個(gè)精密調(diào)控的過程，在這個(gè)過程中，除了關(guān)鍵信號(hào)分子起作用外，還有其他調(diào)節(jié)腸上皮發(fā)育的重要機(jī)制，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、炎癥信號(hào)、微生物代謝物以及線粒體功能等在調(diào)節(jié)腸上皮發(fā)育中都發(fā)揮著重要作用。

6.1 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)節(jié)腸上皮發(fā)育

食物和營(yíng)養(yǎng)對(duì)機(jī)體健康和疾病有著深遠(yuǎn)的影響，新證據(jù)表明，成體ISC會(huì)根據(jù)飲食和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)主動(dòng)調(diào)整其功能及發(fā)育，以驅(qū)動(dòng)腸道適應(yīng)［108］。

熱量限制（caloric restriction，CR）是在沒有營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下限制食物的攝入［109］。CR 擴(kuò)增ISC 和鄰近的生態(tài)位細(xì)胞數(shù)量并增強(qiáng)干細(xì)胞自我更新能力，以響應(yīng)來自潘氏細(xì)胞的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶標(biāo)（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的降低［110］。CR促進(jìn)潘氏細(xì)胞骨基質(zhì)抗原1（bone stromal antigen 1，Bst-1）的表達(dá)，以產(chǎn)生環(huán)ADP-核糖（cyclic ADP-ribose，cADPR），進(jìn)而以mTORC1 依賴性方式促進(jìn)ISC增殖［111］。

高糖飲食會(huì)導(dǎo)致肥胖、糖尿病和癌癥［112］。在小鼠飲用水中補(bǔ)充葡萄糖（13%葡萄糖，持續(xù)4 周）減少了ISC的數(shù)量和功能，并促進(jìn)了它們向潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞的分化。此外，葡萄糖補(bǔ)充劑還會(huì)抑制ISC在輻射誘導(dǎo)損傷后腸道再生的能力。葡萄糖通過胰島素介導(dǎo)的抑制腸道生酮機(jī)制來抑制腸道干性［108］。

過量的高脂肪食物攝入被認(rèn)為在肥胖和多種危及生命的疾?。ㄈ缧难芗膊　? 型糖尿病、高膽固醇血癥、代謝綜合征和人類癌癥）的發(fā)展中起重要作用。高脂肪飲食（high-fat diet，HFD）通過PPAR-d信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來誘導(dǎo)Lgr5+細(xì)胞數(shù)量增多和自我更新功能，HFD 喂養(yǎng)小鼠的腸隱窩在體外和體內(nèi)受到輻射誘導(dǎo)損傷后再生能力增強(qiáng)［113］。在小鼠中，促肥胖的HFD 會(huì)增加腫瘤發(fā)病率，這可能與ISC 過度增殖相關(guān)［114］。

6.2 炎癥信號(hào)參與腸上皮再生調(diào)節(jié)

腸道炎癥后，存活的ISC 劇烈擴(kuò)增進(jìn)而促進(jìn)腸上皮修復(fù)，提示ISC可以感知腸道中炎癥信號(hào)并作出反應(yīng)，因此，炎癥信號(hào)對(duì)ISC狀態(tài)具有調(diào)節(jié)作用［115］。最近研究表明免疫細(xì)胞參與腸道再生，免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子也參與ISC調(diào)節(jié)［116-119］。

哺乳動(dòng)物的腸道ILC3細(xì)胞位于腸隱窩附近，是IL-22 的有效生產(chǎn)者，IL-22 先前已被證明在受傷后上調(diào)并支持隨后的上皮再生［120］。在腸道類器官中，IL-22增加ISC 中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，Stat3）的磷酸化并促進(jìn)增殖［117］。Treg 細(xì)胞產(chǎn)生IL-10 促進(jìn)ISC更新，而T 輔助細(xì)胞1（T helper 1，Th1）產(chǎn)生的干擾素（interferon，IFN）-γ、Th2 產(chǎn)生的IL-4 和IL-13、T 輔助細(xì)胞17（T helper 17，Th17）產(chǎn)生的IL-17α以及ILC2 產(chǎn)生的IL-4 和IL-13 抑制ISC 更新并促進(jìn)向杯狀細(xì)胞和Tuft細(xì)胞的特異性分化。在IBD小鼠模型中，巨噬細(xì)胞已被證明可通過激活Wnt 信號(hào)來促進(jìn)黏膜修復(fù)［121］。骨髓來源DC釋放的細(xì)胞因子可以通過NF-κB信號(hào)調(diào)節(jié)腸屏障完整性、腸細(xì)胞增殖和細(xì)胞死亡［122］?？偟膩碚f，腸道中的免疫細(xì)胞參與腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)，并在維持腸上皮屏障穩(wěn)態(tài)中具有重要作用。

6.3 腸道微生物參與腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)

人體腸道內(nèi)大約有100 萬億個(gè)細(xì)菌，其中大部分寄居在結(jié)腸中。厭氧菌，尤其是那些只能在缺氧情況下存活的細(xì)菌（即專性厭氧菌）占大多數(shù)。這些共生細(xì)菌一起形成了一個(gè)復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)，不僅支持它們自身的生存，還參與塑造胃腸道系統(tǒng)的生理環(huán)境和免疫反應(yīng)［2］。

腸道微生物群被證明具有影響IEC 發(fā)育的能力。與常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠相比，無菌和抗生素處理的小鼠絨毛高度縮短和隱窩深度減少［124］。此外，接觸共生微生物群可促進(jìn)無菌動(dòng)物的腸細(xì)胞增殖［125］。特定的細(xì)菌種類影響上皮增殖。益生菌如乳酸桿菌可以通過加速上皮增殖來保護(hù)腸上皮免受輻射損傷［126］，相反，致病菌株，如沙門菌，可能會(huì)導(dǎo)致上皮細(xì)胞增殖減少。

微生物群通過微生物代謝物實(shí)現(xiàn)對(duì)上皮增殖的調(diào)節(jié)。這些微生物代謝物可以作為ISC生態(tài)位信號(hào)的配體，調(diào)節(jié)上皮增殖［2］。據(jù)報(bào)道，乳酸桿菌和雙歧桿菌等產(chǎn)乳酸菌能促進(jìn)急性腸道炎癥小鼠的ISC增殖［127］。事實(shí)證明，乳酸刺激了ISC 增殖的主要驅(qū)動(dòng)因素，即Wnt信號(hào)［128］。3-吲哚乙醛是另一種由乳酸桿菌產(chǎn)生的代謝物，它可以刺激固有層淋巴細(xì)胞分泌IL-22，IL-22 刺激JAK/STAT 信號(hào)以加速ISC 的擴(kuò)張，從而促進(jìn)上皮再生以應(yīng)對(duì)線粒體功能紊亂，是胃腸道功能障礙的基礎(chǔ)，甚至可能導(dǎo)致腸道炎癥［129］。在葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎［130］，抗生素治療可能會(huì)擾亂腸道細(xì)菌的組成和代謝，進(jìn)而干擾上皮細(xì)胞增殖。研究表明，氨芐西林和萬古霉素的聯(lián)合治療會(huì)干擾谷氨酸的代謝，谷氨酸是腸細(xì)胞的能量來源，能刺激細(xì)胞增殖，抗生素引起的谷氨酸水平降低可能導(dǎo)致上皮細(xì)胞增殖缺陷［131］。以上研究說明，腸道微生物的存在對(duì)腸上皮發(fā)育有重要調(diào)節(jié)作用。

6.4 線粒體功能——腸上皮穩(wěn)態(tài)的守門人

IEC經(jīng)歷連續(xù)的增殖、分化步驟，最后在向上遷移到絨毛尖端的過程中失巢凋亡。在這些細(xì)胞轉(zhuǎn)變過程中，IEC具有不同的代謝特征，反映在線粒體活性變化上。線粒體功能成為決定細(xì)胞命運(yùn)以及協(xié)調(diào)細(xì)胞代謝、免疫、應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素。線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)伴隨的新陳代謝變化有助于腸道穩(wěn)態(tài)維持［132］。

線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的介質(zhì)包括ATP 和ROS 等分子，并與線粒體未折疊蛋白反應(yīng)（mitochondrial unfolded protein response，MT-UPR）和AMP激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)而影響細(xì)胞周期進(jìn)程和干性。線粒體功能改變和MT-UPR激活是IBD和癌癥發(fā)生不可缺少的環(huán)節(jié)。線粒體通過MT-UPR、ATP和ROS等介質(zhì)不僅控制細(xì)胞功能和可塑性，還調(diào)節(jié)表型轉(zhuǎn)變。線粒體伴侶HSP60 的IEC 特異性缺失導(dǎo)致MT-UPR 激活和線粒體功能障礙，誘導(dǎo)谷氨酰胺向瓜氨酸的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致腸隱窩中干細(xì)胞的完全喪失［133］。此外，線粒體能夠調(diào)節(jié)腸細(xì)胞內(nèi)ROS的含量，過量的ROS可以阻斷細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞死亡，進(jìn)而控制細(xì)胞凋亡過程。以上結(jié)論表明線粒體功能在Lgr5+ISC和IEC增殖中起著重要作用［132］。

與此相一致，從小鼠小腸中分離出的Lgr5+ISC表現(xiàn)出高線粒體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）活性，而潘氏細(xì)胞具有糖酵解表型，OXPHOS 的抑制減少了小鼠腸道類器官中的干細(xì)胞功能［72］。類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)揭示潘氏細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸可能提供呼吸鏈底物以維持Lgr5+ISC 中的OXPHOS，進(jìn)而維持ISC 的功能［72］，表明線粒體代謝在腸上皮穩(wěn)態(tài)中也發(fā)揮著重要作用。綜上所述，線粒體通過多種機(jī)制參與腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)并在上皮穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用［132］。

7 腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)信號(hào)與腸道疾病發(fā)生

多種信號(hào)參與IEC發(fā)育調(diào)節(jié)，這些信號(hào)的異常會(huì)導(dǎo)致腸上皮功能受損，進(jìn)而引起相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，如IBD及腸道腫瘤等。了解這些調(diào)節(jié)信號(hào)在腸道相關(guān)疾病中的角色對(duì)疾病防治具有重要指導(dǎo)意義。

7.1 IBD中的線粒體功能

線粒體功能紊亂可能是胃腸道功能障礙的基礎(chǔ)，甚至可能導(dǎo)致腸道炎癥［134］。在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中觀察到線粒體動(dòng)力學(xué)受到干擾。在小鼠的結(jié)腸組織中檢測(cè)到參與線粒體變化的蛋白質(zhì)（如FIS1、OPA1、MFN1和MFN2）的mRNA水平升高，表明在結(jié)腸炎中線粒體裂變和融合過程受到干擾［135］。此外在UC中發(fā)現(xiàn)線粒體呼吸鏈復(fù)合物的功能明顯降低［136］。這一系列證據(jù)證明線粒體功能紊亂參與IBD 的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，促炎細(xì)胞因子和細(xì)菌毒素與IBD期間的線粒體改變有關(guān)。在IBD患者的上皮線粒體中，電子傳遞鏈（electron transport chain，ETC）復(fù)合物活性降低、ATP 水平降低、mtROS積累、基質(zhì)中錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)的積累以及溶解嵴等超微結(jié)構(gòu)變化已被報(bào)道［136-139］。上皮細(xì)胞中的線粒體功能障礙導(dǎo)致上皮屏障完整性喪失、上皮細(xì)胞凋亡和細(xì)菌入侵［140］。此外，受損的線粒體可以產(chǎn)生炎癥小體激活信號(hào)，從而導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，加重炎癥進(jìn)展［141］。因此，線粒體功能障礙通過多種機(jī)制促進(jìn)IBD的發(fā)展。

7.2 IBD中的腸道微生物

IBD 的一個(gè)典型特征是腸道菌群失調(diào)，有益菌群和有害菌群的失衡導(dǎo)致腸道微生物屏障受損［142］。與健康對(duì)照相比，UC 患者腸道中長(zhǎng)雙歧桿菌、直腸真桿菌，CD 和UC 患者腸道中的普拉梭菌、羅氏菌等有益菌顯著減少，而脆弱擬桿菌等有害菌的相對(duì)豐度和生長(zhǎng)速度增加［143］。研究發(fā)現(xiàn)無菌環(huán)境可防止遺傳易感小鼠發(fā)生結(jié)腸炎，將促炎細(xì)菌或微生物群從患病小鼠轉(zhuǎn)移到健康小鼠會(huì)誘發(fā)炎癥［144］，說明腸道微生物群的組成和多樣性是導(dǎo)致IBD 發(fā)展的關(guān)鍵因素［142，145］。腸道微生物的變化通過多種機(jī)制導(dǎo)致IBD 發(fā)展：菌群改變破壞腸上皮屏障完整性，增加感染性細(xì)菌的入侵；微生物與免疫細(xì)胞間進(jìn)行串?dāng)_，激活炎性免疫細(xì)胞及其應(yīng)答；微生物代謝物調(diào)控IEC發(fā)育，影響腸上皮功能完整性［146］。因此，維持腸道微生物穩(wěn)態(tài)以及避免濫用抗生素在IBD防治中具有重要指導(dǎo)意義。

7.3 IBD中的營(yíng)養(yǎng)攝入

飲食對(duì)微生物組成、腸道屏障形態(tài)功能的完整性和宿主免疫力有重要影響［147］。改變特定食物組的攝入量可能會(huì)促進(jìn)腸道菌群失調(diào)，導(dǎo)致腸道屏障改變、免疫激活和組織損傷，并在IBD的發(fā)展中發(fā)揮作用［148］。動(dòng)物模型表明，膳食血紅素［149］、飽和脂肪酸［149］、鹽［150］、糖［151］以及纖維不足的飲食［152］可通過微生物群途徑激活炎性細(xì)胞，如激活Th17細(xì)胞進(jìn)而促進(jìn)炎癥。此外，其他研究發(fā)現(xiàn)，在食品制備過程中加入的化學(xué)物質(zhì)，如抗菌添加劑［153］、乳化劑［154］和人造甜味劑［155］，會(huì)增加黏液溶解細(xì)菌和內(nèi)毒素，從而增加腸道通透性和腸道炎癥。另外，纖維［156］和色氨酸［157］的攝入增加通常有助于與結(jié)腸健康相關(guān)的免疫反應(yīng)。因此，合理健康的飲食習(xí)慣對(duì)防止IBD發(fā)生具有重要作用。

7.4 CRC中的Wnt信號(hào)

絕大多數(shù)遺傳性、散發(fā)性和炎癥相關(guān)的CRC在Wnt 通路中攜帶突變，導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白的核積累或直接影響β-連環(huán)蛋白的其他突變［158］。此外，CRC中發(fā)現(xiàn)了高水平的β-連環(huán)蛋白和E-鈣黏蛋白缺陷［159］，E-鈣黏蛋白與細(xì)胞核中的β-連環(huán)蛋白共定位，通過募集β-連環(huán)蛋白抑制β-連環(huán)蛋白與LEF-1之間的相互作用，減少Wnt下游靶基因的激活，進(jìn)而防止IEC過度增殖［160］。E-鈣黏蛋白的丟失導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中游離β-連環(huán)蛋白的積累，并促進(jìn)其與LEF-1 的相互作用。β-連環(huán)蛋白的這種異常核積累或突變進(jìn)一步激活其下游靶基因的表達(dá)，主要包括細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1，CCND1）、c-Myc、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-7、CD44 和Axin2等［120，161-163］，這些基因破壞上皮分化和干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)上皮干細(xì)胞區(qū)異常擴(kuò)張并出現(xiàn)腸增生，導(dǎo)致腺瘤性息肉和腺瘤的發(fā)生［164］。

7.5 CRC中的Hippo信號(hào)

Hippo 信號(hào)是調(diào)控干細(xì)胞增殖、形態(tài)、存活、遷移、自我更新、組織穩(wěn)態(tài)和器官大小的重要信號(hào)通路［165-166］。最近，Hippo 信號(hào)被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生中最重要的信號(hào)通路之一［167］。在CRC 中，Hippo 信號(hào)通路被抑制后促進(jìn)YAP的表達(dá)增加，從而誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移、侵襲、增殖［168］。YAP1/KLF5 可以結(jié)合Wnt 信號(hào)靶標(biāo)Achaete-Scute 家族BHLH 轉(zhuǎn)錄因子2（Achaete Scute-like 2，Ascl2）的啟動(dòng)子，并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而提高CRC 祖細(xì)胞的自我更新能力，促進(jìn)CRC 的發(fā)展［169］。此外，YAP 信號(hào)的下游分子如SCA1、CCND2 以及SOX9 均促進(jìn)IEC 增殖并在CRC組織中高表達(dá)［170-172］。因此，在Hippo 信號(hào)通路受到抑制的情況下，過度表達(dá)的YAP通過其靶標(biāo)分子促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展。

7.6 CRC中的EGF信號(hào)

EGFR 屬于ErbB 酪氨酸激酶受體家族，該家族包含4 種由c-ErbB 原癌基因編碼的蛋白質(zhì)［99］。EGFR可激活促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)過程的多種信號(hào)級(jí)聯(lián)通路，并已被證明在CRC 患者中過度表達(dá)［173］。EGFR激活的兩個(gè)主要途徑是RAS-RAF-MAP激酶途徑和PI3K-PTEN-Akt途徑。這些途徑通過調(diào)節(jié)幾種轉(zhuǎn)錄因子將促有絲分裂信號(hào)傳遞到細(xì)胞核中，進(jìn)而促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展［174］。

7.7 CRC中的Notch信號(hào)

由于點(diǎn)突變、基因擴(kuò)增、染色體易位和其他表觀遺傳修飾，Notch通路在多種類型癌癥中被激活［175］，以調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡和干細(xì)胞維持［176］。不同研究表明，Notch 通路與CRC 的發(fā)展有關(guān)。Notch細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（Notch intracellular domain，NICD）通過γ-分泌酶復(fù)合物從受體上切割下來，裂解的NICD 從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核［177-178］，NICD 與無毛重組結(jié)合蛋白抑制因子（recombining binding protein suppressor of hairless，RBPJ）相互作用，激活致癌基因，如分裂毛發(fā)增強(qiáng)子（hairy enhancer of split，HES）家族蛋白、CDKN1A（也稱為p21）、HES 相關(guān)蛋白（HES-related protein，HEY）、Notch 調(diào)節(jié)的錨蛋白重復(fù)蛋白、細(xì)胞周期蛋白D1/3、c-Myc和HER2，進(jìn)而促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展［179-180］。

8 總結(jié)與展望

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)于腸上皮功能的探索越發(fā)深入，發(fā)現(xiàn)了腸上皮一些其他有趣的功能，如腸上皮可以通過迷走神經(jīng)和免疫內(nèi)分泌途徑作用于大腦，對(duì)神經(jīng)中樞功能進(jìn)行調(diào)節(jié)［181］。因此，探索IEC 其他未知功能是該領(lǐng)域研究的一個(gè)方向。

IEC 的發(fā)育受到多種關(guān)鍵分子信號(hào)調(diào)節(jié)：Wnt信號(hào)促進(jìn)TA/干細(xì)胞的增殖并驅(qū)動(dòng)潘氏細(xì)胞成熟；Notch信號(hào)與Wnt協(xié)同驅(qū)動(dòng)ISC的增殖并調(diào)節(jié)未分化TA/干細(xì)胞的維持；EGF促進(jìn)IEC增殖；Hippo和BMP抑制增殖并誘導(dǎo)所有分泌譜系細(xì)胞的成熟。此外，還有其他關(guān)鍵機(jī)制參與腸上皮發(fā)育調(diào)控，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、免疫炎癥信號(hào)、腸道共生菌以及線粒體功能等，均參與ISC 活性的調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)腸上皮發(fā)育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。腸上皮發(fā)育調(diào)節(jié)是一個(gè)多種機(jī)制共同參與的過程，然而，眾多機(jī)制如何協(xié)同調(diào)控進(jìn)而維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)尚不明確，探索各調(diào)控信號(hào)間關(guān)聯(lián)及其“總開關(guān)”具有重要意義。

將這些關(guān)于IEC的豐富知識(shí)應(yīng)用到疾病治療仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。營(yíng)養(yǎng)素影響ISC行為和生態(tài)位的概念為治療干預(yù)提供了另一個(gè)可能。例如，生酮飲食可能緩解化療期間胃腸道發(fā)癥［82］，降低腸道吸收致肥胖營(yíng)養(yǎng)素的能力進(jìn)而控制ISC過度增殖，避免腫瘤發(fā)生。

確定控制腸道細(xì)胞命運(yùn)的因素和機(jī)制能夠建立富含特定細(xì)胞類型的類器官，進(jìn)而用于研制新藥。例如，EC 通過它們?cè)谀c-腦軸中的作用影響食欲、胰島素釋放和腸道運(yùn)動(dòng)［82］。因此，類器官培養(yǎng)物可用于發(fā)現(xiàn)“促分泌素”，即改變激素分泌的分子［82］。同理，潘氏細(xì)胞產(chǎn)生的抗菌肽在抗菌中具有重要作用，可以通過體外誘導(dǎo)產(chǎn)生富含潘氏細(xì)胞的類器官，為抗腸道微生物感染提供新思路。

與傳統(tǒng)的干細(xì)胞理論相反，ISC 不是一個(gè)靜態(tài)群體，具有較強(qiáng)的可塑性，并且在組織損傷時(shí)，更多分化的細(xì)胞可以恢復(fù)到干細(xì)胞狀態(tài)并促進(jìn)腸道再生［182］。但是，若再生過度，則會(huì)引起腸上皮發(fā)育紊亂。很多腸道性疾病的發(fā)生與腸上皮發(fā)育失調(diào)相關(guān)，如ISC過度增殖或IEC過度去分化，將會(huì)促進(jìn)腸道腫瘤的發(fā)生發(fā)展［183］。因此，對(duì)腸上皮發(fā)育情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并評(píng)估其分化階段，將為防治腸道腫瘤提供新策略。