肠纤维化的生物学标记物

对生物标记物的研究不仅影响IBD患者的整体管理，而且有助于回答肠纤维化潜在的发病机制中最基本的问题。

翻译：武汉中南医院 叶梅

来源：医学界消化频道（CCCF—IBD学习驿站出品）

肠纤维化的生物学标记物——狭窄型炎症性肠病临床研究中的一步

Biomarkers of intestinal fibrosis – one step towards clinical trials for stricturing

inflammatory bowel disease

Paolo Giuffrida, Massimo Pinzani, Gino R Corazza，Antonio Di Sabatino

摘要

肠纤维化由细胞外基质成分过量沉积引起，所导致的狭窄是IBD的常见并发症之一。然而，目前尚无可靠的生物学标记物能够在临床症状出现之前预测或辨别早期肠纤维化。目前肠纤维化的生物学标记物包括基因突变体（如NOD2）、血清microRNAs（miR-19、miR-29）、血清细胞外基质蛋白（如胶原、纤维连接蛋白）、酶（比如组织基质金属蛋白酶-1抑制剂）、血清生长因子（比如碱性成纤维细胞生长因子、YKL-40）、血清抗微生物抗体（比如抗酿酒酵母抗体）以及循环细胞（比如纤维细胞）等，然而在患者队列研究中，这些生物学标记物的预测结果存在冲突，而且迄今为止尚无一个标志物对纤维化高度特异，多数更倾向于对疾病不良预后的预测。

简介

肠纤维化是IBD自然病程中的一个常见并发症。1/3的CD患者以及约5%UC患者在病程中会发展为狭窄。特别在CD中，慢性透壁炎症诱导整个肠壁组织重建，在此过程中，产生细胞外基质（ECM）的细胞大量激活、纤维胶原过量沉积，致使基质金属蛋白酶（MMPs）及其组织抑制剂 (TIMPs)之间失去平衡，从而导致ECM过量沉积，最终导致CD病程终末期并发症—组织纤维化的发生。在UC患者，不论病程长短，肠组织中抑可见黏膜肌层胶原增加、增厚，继而肠道缩短、僵硬。

目前研究显示大量细胞因子在CD中具有促纤维化的作用。TGF-β1促进TIMP-1表达同时可降低MMP-12（又称巨噬细胞金属蛋白酶），在发生狭窄的CD患者的肌成纤维细胞中，其转录和蛋白水平明显增高；而抗TGF-β抗体能够上调MMP-12产生，促进肌成纤维细胞迁移。IL-17A在狭窄型CD患者肠组织中表达上调，从患者狭窄肠段分离出的肌成纤维细胞中，IL-17A能促进胶原以及TIMP-1、 MMP-3、 MMP-12的产生。但是一些细胞因子如IL-13促纤维化作用存在争议，而IL-33的促纤维化作用在小鼠模型中被证实，但在人类中未发现相同效应。

目前，尚未发现一种标记物能够预测IBD患者肠纤维化的风险。迄今为止所有肠纤维化非侵袭性生物学标记物，包括基因多态性或突变体分析、microRNAs (miRs)、ECM成分、生长因子和抗微生物抗体等，诊断和评估预后价值有限，而且目前为止多数研究结论不一致。根据发展为狭窄的风险对患者进行分层管理，以及诊断早期纤维化以便制定最优化的治疗方案，肠纤维化的生物学标志物都具有非常重要的作用。具有已知不良预后风险的患者，例如诊断时年龄小于40岁、较早需要类固醇和伴有肛周疾病的患者，发生纤维化的比率较高，这些高危患者更应该被严格随访。

基因

携带这些基因的CD患者更易发展为纤维狭窄。第一个发现的易感基因是NOD2，也称作半胱天冬酶募集结构域-15，参与α-防御素产生和细胞内细菌清除。携带NOD2突变体的CD患者更易发展为狭窄和/或穿透型，然而，任何单一NOD2基因突变体的预测价值都很低。NOD2基因突变体与CD早期回肠狭窄和术后复发有关。具有toll样受体（TLR）突变体的病人，特别是TLR4，常伴有小肠狭窄。另外，趋化因子曲动蛋白受体CX3CR1的T280M和V249I多态、MMP-3 基因SNP-1613 5 T/6 T的5T5T基因型以及自噬相关16L1基因突变体（rs2241879和rs2241880）等均与慢性炎症以及狭窄相关。总之，尽管基因突变或多态是很有前景的生物学标记物，但因其不完全外显率和出现的频率较低，限制了临床应用。

MicroRNAs

在表观遗传通路中，miRs是短链非编码RNA，在转录后水平负调控靶基因表达，在肠道纤维化发病机制中研究得最为广泛。目前仅仅发现MiR-200b、MiR-29家族、miR-19a-3p和miR-19b-3p等与CD患者肠纤维化、狭窄相关。

ECM 组分

尽管TIMP-1在CD狭窄的肠黏膜表达上调，但血清TIMP-1和纤维化表型之间没有发现相关性。虽然胶原I和III被认为是肠道纤维化中两大主要的ECM蛋白质，其前肽在CD患者的血清中并没有被检测到。III型胶原蛋白N末端前肽(PIIINP)在术前狭窄型CD患者血清中明显上升，而成功手术干预后6个月可显著下降。然而，一个更早的研究显示PIIINP在CD患者和对照组之间没有显著差异，而I型胶原蛋白C末端前肽和C末端端肽血清水平在CD患者中分别降低和升高。增强肝纤维化试验（ELF）包括3项循环标志物透明质酸、TIMP-1、PIIINP的检测，对于区分狭窄型CD和非狭窄型克罗恩病具有较好的价值（未发表数据）。同时，ELF试验也可预测IBD合并原发性硬化性胆管炎患者的预后。此外，层粘连蛋白是基底膜的一个组分，在CD患者血清中水平较高，但目前仅发现与疾病活动性相关，而与狭窄关系不显。纤维连接蛋白是一种高分子量的ECM糖蛋白，在狭窄型CD患者的血清中增高，手术后显著下降。然而，在术后一年随访期内，血浆纤维连接蛋白水平对术后狭窄进展没有预测价值。

生长因子

一些生长因子包括碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、人类几丁质酶3样1（也叫作YKL-40）、血管内皮生长因子（VEGF）以及血小板源性生长因子（PDGF）等，亦可作为潜在的肠纤维化分子标志物。bFGF通过调节肌成纤维细胞增殖、诱导损伤愈合，在CD患者血清中升高，并且与肠壁厚度、纤维化表型相关。YKL-40由活化的巨噬细胞和中性粒细胞释放，可促进肌成纤维细胞胶原分泌，在CD患者血清中增高。然而，在狭窄型和非狭窄型CD患者，血清YKL-40的改变在两个研究中结论并不一致。此外VEGF在肝脏纤维化中具有促血管生成和促纤维化作用，在CD患者血清中升高，并且与彩色多普勒信号强度相关，提示VEGF可作为CD血管生成的生物标志物。此外，PDGF具有促纤维化/促血管生成的作用，可促进胶原产生，但不能上调TIMP-1，也在IBD患者血清中表达增高。

抗微生物抗体

一些抗微生物抗体被认为来源于对腔内微生物的异常免疫反应，包括抗大肠埃希杆菌外膜蛋白C抗体（抗-OmpC）、抗假单胞菌相关序列I2抗体（抗- I2）、抗细菌鞭毛蛋白CBir1抗体（抗- CBir1）、抗多聚糖抗体，例如抗酿母菌抗体（ASCAs）、抗甘露二糖苷 IgG抗体（ALCAs）、抗海带二糖苷IgG抗体（ALCAs）、抗海带多糖抗体（抗-L）和抗几丁质碳水化合物抗体（抗-C）等。这些生物标记物可预测、并在定性和定量上均与CD疾病进展和并发症相关，包括成人和儿童的狭窄和/或穿透型。然而，最近一个研究显示抗多糖抗体ASCA、AMCA、ACCA、ALCA、抗-L和抗-C与疾病表型无相关性。抗酿酒酵母菌细胞壁成分ASCAs是在IBD中被研究得最广泛最深入的一个标志物，血循环中的ASCAs在鉴别CD和UC方面具有一定价值，其敏感性56%，特异性88%。并且ASCA血清阳性的CD患者更可能发展为纤维化或穿透型，其敏感性70%，特异性48%，而且病变多位于回肠或回结肠部位，手术风险增加。血循环中的ASCAs也与疾病早发以及肛周病变相关。

与ASCA相比，其他抗多糖抗体中， ACCAs与纤维化或瘘管表型相关，但敏感性较低（43%），特异性较高（75%）。ASCA、AMCA、抗-L阳性与并发症更早发生和手术风险相关，而血清ASCA、AMCA、ACCA 和抗-L阳性则预测更快地进展为并发症或手术。血清抗-CBir1、抗-OmpC、抗-I2 和ASCA阳性的CD儿童患者与阴性相比，进展为狭窄和/或穿透型的风险增加11倍。一个来自爱尔兰的研究提示血清抗CBirl阳性与疾病复杂性和回肠受累显著相关，但与手术风险无关。在一个以CD患者为基础的队列研究显示，抗微生物抗体包括ASCA IgA和IgG、抗I2、抗-OmpC、抗-CBirl和pANCA，多变量分析中只有ASCA IgG与狭窄/穿透行为显著相关。最近一个基于11个研究和4种抗体—ASCA、抗-OmpC、抗-I2和抗-CBir1的荟萃分析发现，在并发症和手术评估方面，ASCA敏感性最高，而抗-OmpC特异性最高。使用至少两种抗体预测疾病进展，比单用一种抗体更有效。所有的抗微生物抗体均可预测CD的不良预后，但尚不能区分狭窄型和非狭窄型。进一步前瞻性研究需要确定血循环中的抗体单独抑或与其他生物标记物联合应用，来预测疾病病程和IBD的纤维化进展。

其他因素

成纤维细胞激活蛋白(FAP)是在损伤修复过程中由激活的成纤维细胞表达的糖蛋白，在特发性肺纤维化和肝硬化中上调。FAP在CD肠道狭窄部分的肠黏膜下和肌层表达增高；而且在促纤维化细胞因子如TNF-α、TGF-β1作用下，来自于狭窄型CD肠黏膜的成肌纤维细胞表达FAP增加。尽管目前血清FAP已作为肝纤维化的标志物，但作为IBD病人肠道纤维化的生物标记物尚缺乏数据支持。

也有证据表明循环中的纤维细胞，即那些骨髓来源的间充质祖细胞，可作为特发性肺纤维化的生物学标记物。但就肠纤维化而言，目前尚未见肠纤维化的CD患者循环中纤维细胞水平的研究，仅有的数据显示外周血和炎症肠组织中纤维细胞比例增加。

狭窄型IBD的临床实验

肠纤维化的生物学标志物对于为患者制定抗纤的个体化治疗方案，以及根据肠纤维化、狭窄的风险对患者进行分层管理具有重要作用，然而为寻找这些生物学标志物而设计的临床试验受到一些限制，例如(i)肠道狭窄的长期演变，需要长期的临床实验和大规模患者的队列研究；(ii)疾病过程中与其他临床表现重叠 (i.e. 穿透)；(iii)免疫调节治疗的影响，可能掩盖血液中候选分子的变化；(iv) 疾病病程并不一定与肠道损伤程度相关，肠道损伤可能仍为早期，但疾病可能已处于晚期（狭窄）状态了。而且，基于纤维化发生过程中分子机制的高度复杂性，一组候选分子比单一生物标记物更适合，正如在其他器官中所证实的那样（ELF组）。尽管目前对纤维化尚缺乏一个清晰明确的定义、缺乏诊断纤维化的金标准，使得在相对短的时间内确定血清纤维化生物标记物以及研发狭窄型IBD患者的抗纤维化药物的临床实验均受到限制，但目前最可行的研究设计是针对纤维狭窄的CD患者术后严格随访。或许来自实验性的数据有助于根据纤维化风险对患者进行分层管理，以便确定开始抗纤治疗的最佳时机，也有助于合理应用药物，以达到既抑制组织重构又促进所希望的黏膜愈合的目的。

结论

肠道纤维化是一个生物学异构过程，涉及多种复杂机制。过去几年，肠纤维化的病理生理学机制上有了很大进展。然而，迄今为止缺乏足够依据支持任何一个生物学标志物对狭窄型IBD的诊断和预后价值。目前迫切需要采用血液样本的有效非侵袭性方法。对生物标记物的研究不仅影响IBD患者的整体管理，而且有助于回答肠纤维化潜在的发病机制中最基本的问题。因此肠纤维化生物标志物的确定，不仅有助于IBD患者的管理，而且在检验抗纤维化药物的临床试验中也具有重要的作用。

Abstract

Intestinal fibrosis, caused by an excessive deposition of extracellular matrix components, and subsequent stricture development are a common complication of inflammatory bowel disease. However, currently there are no biomarkers which

reliably predict the risk of developing intestinal strictures or identify early stages of fibrosis prior to clinical symptoms.Candidate biomarkers of intestinal fibrosis, including gene variants (i.e. nucleotide-binding oligomerization domain-2gene), serum microRNAs (miR-19, miR-29), serum extracellular matrix proteins (i.e. collagen, fibronectin) or enzymes (i.e. tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1), serum growth factors (i.e. basic fibroblast growth factor, YKL-40), serum anti-microbial antibodies (i.e. anti-Saccharomyces cerevisiae) and circulating cells (i.e. fibrocytes) have shown conflicting results on relatively heterogeneous patients’ cohorts, and none of them was proven to be strictly specific for fibrostenosis, but rather predictive of a disease disabling course. In this review we critically reassess the diagnostic and prognostic value of serum biomarkers of intestinal fibrosis in inflammatory bowel disease.

文献来源：United European Gastroenterology Journal 2016, 4(4) 523–530

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译者简介

叶 梅 武汉大学中南医院综合科消化病区主任，留美博士后，主任医师，副教授，硕士生导师。现任武汉市医学会消化专业委员会委员兼秘书，中华医学会消化病学分会老年消化协作组成员，中华医学会武汉老年学会常务理事，中华老年营养与肌少症协作组成员等职务，主要从事肠黏膜免疫及炎症、炎症性肠病发病机制和治疗靶点等研究。主持国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金、武汉大学创新种子基金等多项科研项目。

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