表皮生长因子(ＥＧＦ)与肠道黏膜损伤的修复
 |
| 第1页 |
参见附件(338KB，4页)。
[关键词] 表皮生长因子； 肠道黏膜； 损伤
肠黏膜由于缺氧、酸中毒、氧自由基、炎性介质等众多因素而导致细胞损伤、坏死脱落,机械屏障破坏,通透性增加,加上伴随的肠内菌群失调,细菌与内毒素移位,肠黏膜及系膜内免疫组织产生炎性反应,进一步损伤肠黏膜,增加肠通透性,促进细菌移位,进而形成恶性循环,导致全身炎症反应(SIRS)甚至多脏器功能障碍(MODS)[1]。表皮生长因子(Epithelial Growth Factor, EGF)家族成员是肠道损伤后细胞恢复正常和治疗的最重要因子之一,促进细胞的增殖和移植,抑制胃酸的分泌,对回肠黏膜的缺陷和胃、十二指肠溃疡的治疗起着重要的作用[2]。本文就EGF在肠道损伤修复过程中的作用作一综述。
1 EGF及其受体(EGFR)的一般特征
11 EGF的特征
11.1 EGF的结构和基因表达 EGF是由53个氨基酸组成的多肽,耐热,分子量为6 400,由唾液腺、胆汁、Paneth细胞、十二指肠Brunner’s腺和胰腺,也可由溃疡相关的细胞系(UACL)分泌至胃肠道[3~5]。在生长发育中的婴儿,EGF的主要来源是母乳、牛奶和唾液[4]。所有EGF家族成员都包含一个特殊的氨基酸结构,即由6个半胱氨酸残基所形成的3个二硫化键,称为EGF类似区域[2]。EGF属于EGF相关配合体家族,与EGF受体(EGFR)有高亲和力[6]。
大量研究证明,EGF和EGFR存在于许多不同的组织中,包括肾、骨髓、乳汁、胰腺、成人小肠和脑下垂体前叶腺中[3]。Bohuslav等[6]发现幼鼠小肠中处于稳定状态的EGF mRNA的水平是非常低的,但是其降解率小,具有较高的稳定性。尽管EGF mRNA的水平很低,但在整个肠道中仍可以检测出。
112 EGF的生物学作用 EGF是一种内生缩氨酸,分泌到胃肠道,能够影响内脏个体发育以及黏膜的修复[7]。EGF对于多种细胞有着不同的生物学作用,包括刺激细胞的有丝分裂活动和分化[8],大多数是加强上皮细胞的增殖和(或)分化[6],诱导皮肤、肺、气管、角膜和胃肠道上皮细胞的增殖[7]。此外,也有证据表明,EGF调节营养转运系统[9]。
12 EGFR的特征
EGFR分子量为170kDa(17 000),是一种横跨膜糖蛋白,由一个细胞外缩氨酸连接区域,单一疏水横跨膜区域,以及一个具有酪氨酸特异性蛋白激酶活性的细胞内区域所组成。它被认为是EGF反应的主要效应器[3,6]。
13 EGF及其受体的相互作用
当EGF与EGFR的细胞外区域(膜外部分)结合后,可引起后者构象发生变化。EGFR细胞内区域(膜内部分)末端的三个酪氨酸残基(Tyr)自身磷酸化位点发生磷酸化,结果导致受体酪氨酸激酶活化,使细胞内三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油增多,作为第二信使引起细胞内游离Ca2+增多,激活磷酸蛋白激酶C和磷酸蛋白激酶A,使细胞增殖和功能发生改变[10]。
2 肠道黏膜的损伤种类和现有的修复方法
21 肠道黏膜的损伤种类
肠黏膜上皮在全身组织中的更新代谢率较快,细胞的增生、分化、移行和凋亡过程易受多种因素影响,缺氧、外伤、酸中毒、氧自由基、炎性介质、放疗及禁食等众多因素均可导致黏膜损伤[1,11]。
22 肠道黏膜损伤的修复[11]
胃肠道激素、生长因子(GF)、细胞因子、前列腺素(PGs)、粘附分子、谷氨酰胺(GLN)及多胺在肠道黏膜损伤修复中有重要作用。
3 EGF在肠道黏膜损伤中的作用
31 EGF加强肠道功能
成人小肠由单层上皮细胞所环绕的内腔组成,广泛折叠形成隐窝和绒毛,被附支持性的间叶细胞组织,这些组织结构的生长发展和维持对于肠道上皮细胞功能来说是必须的。EGF的信号传导调节发育肠道上皮细胞的增殖和生存[12]。
311 EGF对肠道上皮细胞具有营养作用 Yoshifumi Kato[13]等运用皮下渗透性微型真空泵,经颈静脉导管对5只SpragueDawley大鼠灌注EGF(每天150 μg/kg)14 d,结果发现半乳糖的吸收,糖胶(氨基酸)的吸收,DNA内容物和蛋白内容物都明显增加。这说明EGF能加强肠道功能性恢复,提高黏膜的质量,对肠道上皮细胞具有营养作用,对于肠道功能不全的病人是有益的。另有报道,EGF能够刺激促胃液素的合成,增加大鼠循环促胃液素的水平,促胃液素经过特殊的跨膜促胃液素/CCKB受体,传递其促有丝分裂作用。因此,外源性EGF的营养作用的可能,至少部分是由于刺激促胃液素分泌而引起的。但是调控细胞内EGF增殖作用的机制在很大程度上仍然未知。
312 EGF对鼠肠道上皮细胞的增殖作用随位点的不同而不同 Fitzgerald AJ[14]通过全胃肠外营养使得肠道发育不全,肠道的增殖率降到基础水平,从而观察EGF对大鼠肠道修复的影响。首先,EGF可明显增加胃、小肠、盲肠、结肠的重量,其中小肠重量增加要比胃大,但对胰腺的重量无影响。其次,EGF能明显提高小肠和结肠的增殖,并且随着位点的不同,作用也不同。在结肠,EGF对近端和中间结肠的增殖作用较大。并且EGF对胃和结肠的营养性作用大于对小肠。此外,EGF还能降低远端小肠和结肠的分支。研究肠道生长的另一方面是隐窝分支,它是隐窝裂解过程中的可见状态,使得肠道隐窝数量发生改变。在生长发育过程中,当受到损伤和修复时,可被生长因子改变或在瘤形成过程中被改变。隐窝分支看来能产生新的隐窝,但尚存争议,因为分支的隐窝往往是结束或者静止状态。而且,当受到适当的刺激时,那些转变为新的隐窝的分支隐窝就会被保藏。因此,增殖和分支之间并无必然的联系。
313 EGF增加大鼠十二指肠表面疏水性和对酸的抵抗力 EGF是由Brunner’s腺分泌,营养性应用于十二指肠能明显增加十二指肠粘液层两性离子磷脂的浓度和增强表面黏膜的疏水性,促进黏膜对酸的保护,对治疗和修复十二指肠溃疡有重要作用,EGF和类EGF缩氨酸是黏膜保护和对损伤适应性的活性调节物。EGF对黏膜保护作用机制未完全清楚,可能与胃酸分泌的控制、黏膜血流量的改变及粘液的分泌有关[15]。
314 EGF影响鼠小肠增量杨氏模量的研究 消化道的力学性质对其功能是非常重要的,它会影响消化道壁的蠕动和膨胀。小肠的力学性质是各向异性的,因为小肠具有分层的非均匀结构及网状胶原纤维组织。对于消化道,当发生空腹、进食及肠梗阻等情况时,其几何与结构重建也会出现。近期研究显示,EGF治疗会引起小肠的生长并改变小肠的被动生物力学性质。Liao D[16]等基于双轴拉伸方法(膨胀与轴向拉伸组合)研究了经过2,4,7,14天的EGF处理后鼠小肠所发生的生物力学重建,用最小二乘法计算了近似在体内状态下环向、纵向及交叉向增量杨氏模量。结果发现各组环向和纵向模量均不相等,即正常状态和EGF处理后的小肠是各向异性的。在EGF处理期间,各向的杨氏模量随时间的变化而变化(P<005)。在EGF处理的最初7天中,环向模量减小,在处理14天后,几乎又恢复到对照组的水平。增量模量介于174 kPa与242 kPa之间。纵向模量的值介于229 kPa与324 kPa之间,在处理4天后,比对照值显著增大(P<002)。交叉模量的值介于47 kPa与66 kPa之间,在最初EGF处理的4天中降低,此后增加并于第7天达到最大值。可以得出结论,肠壁的力学性质呈各向异性且在EGF处理期间会发生重建。值得注意的是,在14天的处理后肠壁的模量会再恢复正常,这可能是某种功能性适应,它类似于其他器官中所观察到的重建。临床上,当EGF或其他生长因子作用在肿瘤附近时, 这种类似食管重建的过程就可能出现。
32 EGF对不同类型肠道损伤的修复作用
321 EGF与手术修补后的肠壁 正常情况下,受损的肠道进行缺口修补以后,黏膜轻微增厚,肌肉显著增厚,EGF在其产生器官有所增加,在整个小肠中也呈弥漫性增加。Thompson JS等[17]在兔体内实验中发现:EGF扩张黏膜的厚度,刺激黏膜的增殖,抑制肌肉的变化和减少胶原质内容。黏膜的增殖性活动是通过测量黏膜鸟氨酸脱羧酶(ODC)活动和隐窝细胞生长率(CCPR)而进行评估的,而在损伤肠道的浆膜修补后,无论是否接受EGF的治疗,ODC的活动都有增加,而CCPR的增加仅存在接受EGF的动物体内,这说明,EGF是通过增加受损伤的肠道黏膜中的CCPR,从而使得黏膜增厚。且在其再生期间,EGF是以一种剂量依赖的方式,刺激上皮细胞的增长和迁移的。肠结构的评价,是通过对组织区的形态学度量和组织羟基脯氨酸水平的测量而进行的,从而评估胶原质内容。EGF的使用可以抑制肠道修补后黏膜中羟基脯氨酸的内容,减少胶原质内容抑制肌肉层的增厚。EGF对上皮下层也有作用,在肠道再生时,抑制修补区的收缩。也有发现,EGF并未刺激平滑肌细胞中的胶原合成物,而是通过刺激纤维原细胞增加胶原酶的分泌,促进胶原的降解[17]。
322 EGF与肠移植(SBT) EGF对SBT大鼠模型的移植适应发挥重要的作用[5,8]。
(1)形态学改变:EGF能够使同基因移植和同种异体移植小鼠在形态学上适应,加强肠道细胞增殖率和黏膜结构的恢复。EGF能够明显增加SBT鼠黏膜绒毛高度,隐窝细胞增殖率,增加隐窝细胞的深度。
(2)功能性吸收适应:加强葡萄糖的吸收和Na+-葡萄糖协同转运蛋白(SGLT1)的感应达2~3倍,促进肠道水的吸收呈双重增加(不仅较未用EGF处理的小鼠高,而且较正常小鼠高)。此外,EGF刺激双糖酶(麦芽糖酶和蔗糖酶)的活性以及二肽转运载体(PepT1)的感应现象。经EGF处理的小鼠移植物在形态和功能上都进行了有效的适应,从而弥补移植后所失去的吸收能力,对于进行肠移植的短肠综合征病人来说,可能也是有益的。
323 EGF与肠切除(SBR)后残余小肠的功能 外源性EGF可促进SBR后肠道的增殖,减少程序化的细胞凋亡,增加绒毛的高度和隐窝的深度,加强黏膜吸收性表面区域和刷状缘运送营养物质的能力。通过口-胃途径,一天2次,每天50 mg/kg使用外源性EGF最大化地增加肠道的适应性。外源性EGF只在肠道的适应性阶段有效,在切除术前或最大适应期以后使用都不发挥作用,肠道只能在有限的时间内对EGF诱导性增加有反应[7]。
SBR后,其唾液中的EGF有明显的增加,同时尿中EGF的水平下降,血浆中的EGF无明显变化。运用免疫沉淀方法,从肠上皮细胞中所测出的EGFR的数量和活性都有增加。此外,EGF相关受体CNEU的表达和活性也有增加[7,18]。另一方面,在EGFR信号传导能力削弱的基因突变Waved2小鼠,经SBR后适应性明显削弱,而且在SBR前内源性EGF来源(下颌下腺)的切除也导致适应性的削弱。David P等[19]人在小肠大部分切除术后,运用ZD1839从药理学上部分抑制EGFR,削弱了肠道正常的适应性反应,使得残余小肠的重量、绒毛高度、隐窝深度和增殖的增加降低,且在EGFR抑制组肠道的细胞凋亡率最高。这些说明小肠大部分切除后,功能性EGFR对于残余肠道的适应性来说是必不可少的条件[19]。进一步说明,EGF在小肠SBR后,与残余小肠的适应性有着密切的关系。
324 EGF与坏死性小肠结肠炎(NEC) EGF是一类显示对肠道黏膜有营养性、成熟性和治疗性作用的缩氨酸[4]。EGF在肠道中的作用是潜在最重要的,能够影响胃肠道上皮细胞的增殖、分化和移植。当给先天性微绒毛萎缩或坏死性小肠结肠炎的儿童静脉应用EGF时可增加上皮细胞的增殖。肠腔上皮细胞中EGFR的存在增加了应用EGF预防或治疗NEC的可能性[3]。
EGF降低NEC的发生率,但EGF调节保护抗NEC的机制并不清楚。虽然后期NEC组织病理学是以广泛的坏死为特征,但最近报道显示在疾病完全发展以前,凋亡或程序性细胞死亡是顶端绒毛中细胞最初的。EGFR信号通路的活化削弱了凋亡,保存了绒毛的结构。Jessica A等在NEC发展过程中运用EGF处理,观察到末端回肠绒毛结构正常,上皮细胞增生。通过测定PCNA发现EGF并未诱导末端回肠上皮细胞的增殖,而是通过抑制上皮细胞的凋亡而加强肠道黏膜的增生的。而且还观察到,在末端回肠抗凋亡基因Bcl2 mRNA和蛋白水平明显增加,促凋亡基因Bax mRNA和蛋白水平明显降低,BaxtoBcl2 的mRNA和蛋白比例明显下降,凋亡调节因子caspase3阳性的上皮细胞的存在也明显下降,且血浆肾上腺酮水平与无EGF处理组的NEC动物相比,并无多大变化。这些数据显示,损伤部位促和抗凋亡蛋白平衡的改变,是EGF维持肠道完整性和保护肠道上皮细胞免受NEC损伤的可能机制。调节性减少上皮细胞的凋亡可能是EGF降低新生NEC鼠模型的一个重要因素。此外,EGF调节NEC的下降可能与损伤部位促炎性IL18的下调和抗炎性IL10产生的增加有关[4]。在实验性坏死性小肠结肠炎中,回肠促炎性细胞因子IL18和IL12上调,在肠内使用EGF后将会降低IL18的过度产生,增加抗炎性的IL10的产生,有助于维持肠道细胞的生长和表达。Sp1信使核糖核酸的形成因子也随着IL10的增加而增加[18]。
4 展 望
肠道黏膜损伤是一个复杂的过程,EGF在促进其修复方面起了非常重要的作用。由于机体存在许多代偿性修复渠道,因此EGF单独促进肠道功能恢复有些困难。EGF和KGF联合应用时对要素膳引起的萎缩的肠道的营养性作用更大[20]。有些报道表明,静脉内而不是肠内应用EGF则能更好地发挥EGF的营养性作用[2]。此外,EGF对SBT后肠道PepT1感应的增加,可能提供了新的药理方法去改善SBT后肠道的适应性[5]。随着对EGF生理作用的揭示,其对肠道损伤的修复作用将会得到进一步的应用。
[参考文献]
[1] 石 刚.肠道黏膜屏障的损伤与保护[J].肠外与肠内营养, 2004, 11(1): 61-63.
[2] Pillai SB,Hinman CE,Luquette MH,et al.Heparinbinding epidermal growth factorlike growth factor protects rat intestine from ischemia/reperfusion injury[J].J Surg Res, 1999, 87:225-231.
[3] Fagbemi AO,Wright N,Lakhoo K,et al.Immunoreactive epidermal growth factor receptors are present in gastrointestinal epithelial cells of preterm infants with necrotising enterocolitis[J].Early Hum Dev, 2001, 65: 1-9.
[4] Clark JA,Lane RH,MacLennan NK,et al.Epidermal growth factor reduces intestinal apoptosis in an experimental model of necrotizing enterocolitis[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2005, 288: 755-762.
[5] Nakai K,Hamada Y,Kato Y,et al.Further evidence that epidermal growth factor enhances the intestinal adaptation following small bowel transplantation[J].Life Sci, 2004, 75: 2091-2102.
[6] Dvorak B,Kolinska J,McWilliam DL,et al.The expression of epidermal growth factor and transforming growth factorα mRNA in the small intestine of suckling rats: organ culture study[J].FEBS Lett, 1998, 435: 119-124.
[7] Stern LE,Erwin CR,O’Brien DP,et al.Epidermal growth factor is critical for intestinal adaptation following small bowel resection[J].Microsc Res Tec, 2000, 51: 138-148.
[8] Kato Y,Hamada Y,Ito S,et al.Epidermal growth factor stimulates the recovery of glucose absorption after small bowel transplantation[J].J Surg Res, 1998, 80: 315-319.
[9] Ray EC,Avissar NE,Vukcevic D,et al.Growth hormone and epidermal growth factor together enhance amino acid transport systems B0,+ and A in remnant small intestine after massive enterectomy[J].J Surg Res， 2003, 113: 257-263.
[10] Wiley LM,Adamson ED,Tsark EC,et al.Epidermal growth factor receptor function in early mammalian development[J].Bio Essays, 1995, 17: 839-846.
[11] 刘海霞,孟德胜.胃肠道黏膜损伤再修复研究进展[J].现代护理,2002,8(4):288-289.
[12] Abud HE,Watson N,Heath JK.Growth of intestinal epithelium in organ culture is dependent on EGF signaling[J].Exp Cell Res, 2005, 303: 252-262.
[13] Kato Y,Yu DH,Schwartz MZ.Growth factor enhancement of intestinal function: dramatic response but lack of synergism[J].J Pediatr Surg, 1997, 32(11): 1598-1600.
[14] Fitzgerald AJ,Jordinson M,Rhodes JM,et al.Comparison of the effects of concanavalinA and epidermal growth factor on epithelial cell proliferation in the rat intestine[J].Aliment Pharmacol Ther, 2001, 15: 1077-1084.
[15] Lugea A,Mourelle M,Domingo A,et al.Epidermal growth factor increases surface hydrophobicity and resistance to acid in the rat duodenum[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2001, 43: 774-779.
[16] Liao D,Yang J,Zhao J,et al.The effect of epidermal growth factor on the incremental Young’s moduli in the rat small intestine[J].Med Eng Phys, 2003, 25: 413-418.
[17] Thompson JS.Differential effect of growth factors on intestinal wall components[J].J Surg Res, 1996, 61: 514-520.
[18] Walters JRF.Cell and molecular biology of the small intestine: new insights into differentiation, growth and repair[J].Curr Opin Gastroenterol, 2004, 20(2): 70-76.
[19] O’Brien DP,Nelson LA,Williams JL,et al.Selective inhibition of the epidermal growth factor receptor impairs intestinal adaptation after small bowel resection[J].J Surg Res, 2002, 105:25-30.
[20] Sasaki M,FitzGerald AJ,Mandir N,et al.Keratinocyte growth factor and eoidermal growth factor can reverse the intestinal atrophy associated with elemental diets in mice[J].Exp Physiol, 2003, 88(2): 261-267.
(江苏大学附属医院烧伤整形科，江苏 镇江 212001)
您现在查看是摘要介绍页，详见PDF附件(338KB，4页)。