Notch信号通路在食物不耐受发病机制中的研究进展

Notch信号通路在食物不耐受发病机制中的研究进展

赖敏晋琼玉黄隽综述吴攀校审

（四川成都市郫都区人民医院消化内科，四川省成都市郫都区611730）

摘要：食物不耐受是消化内科常见病。食物不耐受患者出现腹痛腹泻等临床表现是因为肠道黏膜出现免疫损伤。肠道内的粘膜免疫系统由肠相关淋巴组织组成，含有大量B淋巴细胞。有证据表明，Notch2及DILL1在B细胞和Th2细胞的分化中起重要作用。Notch信号通路可能与食物不耐受的发病有关。

关键词：Notch、信号通路、食物不耐受

通讯作者：吴攀（E-mail：12283284@qq.com）

食物不耐受是一种复杂的变态反应性疾病，临床表现主要为头晕、头痛、睡眠障碍、腹痛等，常常影响患者的生活质量，甚至影响青少年的生长发育[1]。由于其发病时间滞后，常难以在早期发现病因、明确诊断。虽然许多研究者对食物不耐受进行了深入的研究，但是该病具体的发病机制仍不清楚。Notch信号通路在细胞分化、增殖等生理、病理过程中起着非常重要的作用[2]。其过度激活可能引起组织的免疫损伤，这可能参与了食物不耐受的发病。本文主要阐述Notch信号通路与食物不耐受的发生及发展的关系。

1、食物不耐受

1905年,从事环境医学的英国医师FrancesHar博士研究发现，很多疾病的发生都与食物有关，包括痛风、湿疹、腹绞痛等，去除了有问题食物后，相应的症状就会消失，于是提出了食物不耐受的概念。人的免疫系统把进入人体内的某种或多种食物当成过敏原，针对这些食物过敏原产生特异性的IgG抗体，这种抗体与食物中过敏原进行特异性结合后形成免疫复合物，从而引起组织出现炎性反应，表现为全身各系统的症状，称为食物不耐受[3]。由于其产生的症状无特异性，且这一过程又不会引发IgE介导的“Ⅰ型超敏反应”，所以常被忽略或误诊。

1.1食物不耐受与人体疾病的相关性

食物不耐受是由IgG介导的免疫反应。我国学者王玲等[4]在使用酶联免疫吸附法检测食物特异性IgG抗体的过程中发现，食物不耐受在人群中普遍存在，且以青少年及女性为主。英国过敏协会通过流行病学调查发现，普通人群食物不耐受的患病率在45%左右,其中婴儿与儿童的发生率明显高于成人[5]。食物不耐受的患者在进食后出现消化道或消化道之外其它部位的相应症状的时间为进食后数小时至数天。YORK（约克）营养学[6]实验室在对2567例怀疑有食物不耐受的英国人进行调查的过程中发现，多数病例表现为胃肠道症状，出现慢性腹泻、腹痛、溃疡、消化不良等，占44%，其余16%的人出现皮疹、红斑、皮肤瘙痒，12%的人出现偏头痛、失眠，10%的人患哮喘，7%的人有关节痛、肌肉骨骼等症状。约69%的病例均为慢性病[7]。

1.2食物不耐受的致病机制

食物不耐受的发生是由于食物刺激机体肠粘膜引发了免疫反应，最终导致肠道微环境紊乱。其发病机制考虑与食物抗原、肠道有害菌群等引起肠道黏膜免疫应答，肠粘膜长期处于低级别的炎症状态，特异性IgG抗体产生，肥大细胞浸润，生物活性介质的释放，肠内菌群代谢毒素，肠道神经内分泌功能紊乱等多因素相关，其相互作用共同导致的肠功能紊乱。德国科学家Fooker博士阐述的食物不耐受的发生机制得到了普遍的认可[8]。Fooker博士认为，理论上食物进入消化道后被消化分解为氨基酸、甘油和单糖，这样才能被人体吸收，完全转化为能量，提供人体所需。事实上，许多食物因为人体缺乏相应的特异性消化酶而不能被完全消化，常以多肽或其他分子形式进入肠道，即被肠道视为异物，从而产生特异性的IgG抗体，导致免疫反应。IgG抗体与食物分子结合形成的免疫复合物可通过肾脏排出，但某些大分子的免疫复合物无法通过肾小球滤膜，堵塞了肾脏的滤过结构，导致肾小球滤过压升高，继发肾性高血压。人体原尿不能正常通过肾脏排出而潴留在血管、组织、脂肪细胞中，会发生血管壁扩张、胆固醇沉积、水肿及肥胖。随着免疫复合物、液体等的不断增加，人体各系统出现一系列的症状及疾病，如慢性腹泻、疲劳、感染、高血压、头痛等。

2、Notch信号通路

Notch基因最早发现于果蝇体内，其部分功能缺失会导致果蝇翅缘缺刻，故得名。研究发现，Notch基因在无脊椎动物到脊椎动物多个物种中均有表达，其家族成员结构高度保守[9]。

2.1Notch信号通路的构成

Notch信号通路(Notchsignaling,N-S)由受体、配体和核效应器组成。哺乳动物的N-S包括4种跨膜受体:Notch1到Notch4,两类配体:Delta样配体(Dll1、Dll3、Dll4)和Serrate样配体(Jaggedl,Jaggged2)。Notch受体是一种由异二聚体组成的单次跨膜蛋白,其基本结构分为细胞外区、跨膜区和细胞内区(Notchintracellulardomain,NICD)。

2.2Notch信号通路的激活

Notch信号通路在进化过程中高度保守，通过与邻近细胞间的相互作用来精确调节各谱系细胞和组织的分化[10]。Notch信号转导可维持干细胞的储备数量，并在细胞分化中起着重要作用。其位于细胞膜表面的蛋白片断作为受体与配体结合后通过酶的作用可以释放其细胞内的片断,使该片断易位到细胞核与DNA结合因子相互作用激活多种启动因子，从而开启基因转录。Notch信号通路能对细胞分化进行精确的调控[11]，且无需第二信使、蛋白激酶的参与，无需放大信号。

2.3Notch信号通路的功能

Notch信号可上调或下调细胞膜表面的Notch受体、Delta配体的表达，Delta的表达对细胞自身Notch受体的表达则有下调作用。这种正反馈机制使发育早期细胞Notch及其配体表达的细微差别在发育过程中被逐渐放大，决定了细胞向不同方向的分化。

关于Notch信号通路的早期研究是其在各类组织细胞发育中的作用。许多实验证实，Notch信号通路通过调控细胞增殖、分化和凋亡来影响细胞的发育和生长，其在胚胎发育、造血干细胞的自我更新、淋巴细胞的分化，以及血管生成中均起重要作用。细胞的分化方向受细胞间相互作用的调节,Notch信号通路作为细胞间相互作用机制之一，其在造血干细胞自我更新的调控中起到重要的作用。研究发现，Notch及其配体的类型在不同的组织与细胞，以及不同组织的同种细胞中的表达不同，这种不同的分布可能与组织与细胞不同的生理功能有关[12]。据此推测，Notch信号通路可能是通过Notch配体与受体不同的结合来产生不一样的生物学效应。Notch信号通路在细胞发育的不同时期,其受体和配体的表达各不相同。骨髓基质细胞中可以检测到Jagged1、Dll1和Dll4，胸腺上皮细胞表面则主要表达Jagged1、Jagged2和Dll1。

2.4Notch与外周免疫细胞的分化

在T细胞、B细胞、单核细胞、巨噬细胞和抗原提呈细胞(APC)等免疫细胞的表面均有Notch受体和配体的表达。在外周淋巴组织中，可看到Notch低到中等水平的表达。在以免疫母细胞为主体的淋巴结生发中心,可观察到Notch的强阳性表达。近年研究发现，Notch信号通路参与外周免疫功能的调节，对B细胞的活化和增殖、Th细胞的极化、细胞因子分泌，以及诱导产生调节性T细胞等起着重要作用[13]。Notch在Thl/Th2失衡中起到重要作用。Th1/Th2细胞功能失衡和自身免疫损伤的发生相关[14]。Th1/Th2平衡消长是机体免疫反应调节的两类细胞分泌的细胞因子水平失衡。体外研究证实，Dll1能够提高淋巴系和髓系细胞的自我更新能力，促进细胞向淋巴系分化，进一步分化为T/NK细胞[15]。Dll1还能抑制单核细胞向巨噬细胞转变,使其转化为树突状细胞。Notch信号对外周免疫细胞的增殖、分化和死亡均有重要影响[16]。

Notch作用复杂，与外周免疫细胞的发育有关[17]，在免疫细胞发育的不同时期其作用不尽相同,如Deltalike可促进T细胞的激活和增殖,而Dll1和Jaggedl则对T细胞的激活和增殖起抑制作用[18]。

2.5Notch与B细胞发育

研究发现,在淋巴系干细胞分化过程中,Notch信号通路可以促进T细胞发育,在B细胞发育的终末阶段也起着重要作用。有实验证实，Notch2在成熟B细胞分化中起着重要作用。Notch2、Dll1在B细胞发育阶段和外周B细胞亚群中均有表达[19]。

B细胞来源于骨髓,在骨髓内环境的作用下,从骨髓干细胞、前B细胞、未成熟B细胞,最终分化为成熟的B细胞,离开骨髓,到外周免疫器官的非胸腺依赖区定居,参与淋巴细胞再循环[20]。Deltal通过与Notch2结合对边缘区B细胞的发育起重要作用。在小鼠出生后即敲除Deltal基因,小鼠的脾脏边缘区B细胞完全缺失,而T细胞的发育却不受影响。

B细胞受体(Bcellreceptor,BCR)信号通路与Notch信号通路之间相互影响。BCR信号通路可以影响Notch信号通路抑制子的表达，进而影响B细胞的分化发育[21]。反过来,Notch信号通路通过直接调节BCR的表达而影响B细胞的稳态。Notch信号通路可能对B细胞发育具有负调节作用。目前已有实验证明，Notch2在成熟B细胞分化中具有重要作用[22]。骨髓中的B细胞迁移到外周淋巴器官后形成边缘区(marginalzone,MZ)B细胞和滤泡型(follicular,Fo)B细胞这两群不成熟B细胞，其胞膜表面Notch2表达较多，Notch1、Notch3和Notch4表达较少甚至不表达。MZB细胞的分化需要Notch2信号通路的参与,但此通路又会损坏FoB细胞的形成,这是由Notch2与Dll1结合后,产生的NICD与RBP-J相互作用所致[23]。表达Notch受体的过渡性B细胞不是一定都会形成MZB细胞,高表达Notch通路抑制子MINT时,会促进FoB细胞的分化。

3、Notch信号通路与食物不耐受的关系

肠道是人体内环境与外环境直接交流的重要场所，肠道粘膜免疫系统是人体免疫系统内最大、最复杂的部分。肠道是人体最大的淋巴样器官，肠道内的粘膜免疫系统由肠相关淋巴组织组成，具有完善的免疫反应机制和严格的免疫调控机制，集合淋巴结是肠道黏膜固有层中的一种无被膜淋巴组织，富含B细胞、吞噬细胞和少量T细胞等，是抵御肠道病原微生物入侵的第一道防线。淋巴细胞在体内的不断循环，使全身的免疫系统形成了一个整体来共同应对从肠道侵犯机体的特异抗原。成熟的B细胞在抗原的刺激下形成具有分泌抗体功能的浆细胞,执行体液免疫。Notch2在肠道集合淋巴结的大多数B细胞中都有表达[24],因此认为，Notch2在B细胞功能中扮演重要角色。

Notch信号可直接调节IL-4基因的表达,IL-4可促进Th2细胞的分化。Th2细胞产生IL-4、IL-5、IL-6和IL-10,介导体液免疫。这些细胞因子在过敏反应中发挥主导作用,能使抗原特异性B细胞分泌IgG和IgE抗体。机体内细胞因子网络紊乱,影响B淋巴细胞形成抗原特异性免疫球蛋白，在免疫过程中发挥重要作用,最终引起免疫损伤，导致疾病的发生。因此可以推断,Notch信号过度激活可能通过直接作用于转录因子来调节细胞因子的表达,产生更多的细胞因子可能导致组织损伤。

认识自身和识别异体是免疫系统最基本的功能。正常的自身免疫反应主要是用来清除衰老退变的自身组织，然而这种免疫反应过强就可以导致严重组织免疫损伤。自身免疫损伤的主要发生机制可能与免疫调节机制紊乱相关，可通过III型超敏反应导致组织损伤，也可通过IV型免疫反应直接激活淋巴细胞导致免疫损伤。肠粘膜的免疫系统每天接触许多来源于细菌、病毒、食物的不同种类及种属的抗原，对食物抗原及正常肠腔内容物产生免疫耐受即口服耐受，对病原微生物产生免疫反应，这是肠道免疫系统的一种基本特征。肠黏膜的免疫损伤最终出现腹痛、腹泻、腹胀、肠功能紊乱等食物不耐受的常见症状[25]。

4、小结

Notch信号通路在诱导抗原特异性免疫耐受的体外以及体内动物实验中的表现，让人对其应用前景十分看好。人们已经开始尝试重组的Notch配体和抗体用于免疫治疗。Notch信号通路基因水平的研究更引人关注，参与Notch信号调控的一些小分子(如Fringe(N-乙酰糖基转移酶)、泛肽素连接酶等)有望成为免疫治疗的新的靶点[26]。尽管对Notch通路功能的探讨取得了很大的进展,但仍有一些问题需要解决，如TCR信号、共刺激信号和Notch信号如何相互作用来调控T细胞的分化和增殖，Notch信号通路与其他信号通路之间是否存在交叉作用；如何确定Notch信号通路中配体-受体的特异性，众多的Notch受体与配体之间如何相互作用，Jagged和Delta介导的Notch信号通路有何不同作用；如何在体内验证Notch信号通路体外的一些功能等。对Notch信号通路的深入研究将为免疫损伤相关性疾病的临床治疗打下基础。

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