炎性肠病（IBD）是慢性肠道疾病，一般分为克罗恩病和溃疡性结肠炎两种亚型。溃疡性结肠炎局限于结肠，浅表黏膜炎症向近端连续延伸，可导致溃疡、大出血、中毒性巨结肠和暴发性结肠炎。而克罗恩病可累及消化道任何部分，病变通常不连续，以透壁性炎症为特征，可导致纤维化狭窄、瘘管和脓肿等并发症。虽然我们已在溃疡性结肠炎和克罗恩病之间观察到可能具有重要意义的差异，但对导致这些不同临床表现的基础病理生理机制仍缺乏全面了解。此外，除这两种IBD亚型外，可能还有其他异质性。IBD的治疗手段包括非靶向疗法（如氨基水杨酸盐、糖皮质激素和免疫调节剂），以及通过以下机制之一发挥作用的靶向生物疗法：中和可促进炎症（如抗TNF抗体）或者驱动特化免疫细胞亚群分化和功能（抗IL12和抗IL23抗体）的细胞因子，阻断这些通路下游的信号传导级联（如JAK抑制剂），或者调节淋巴细胞迁移（如抗α4β7整合素抗体）。IBD异质性可能是导致生物疗法失败的一个重要因素。IBD的病理生理学涉及复杂的遗传、环境、上皮、微生物和免疫因素。《新英格兰医学杂志》（NEJM）去年12月31日发表的综述介绍了上述领域的一些最新进展(N Engl J Med 2020; 383:2652-2664)。我们在此发布综述简介。阅读全文，请访问NEJM医学前沿官网、APP或点击微信小程序图片。肠上皮由单层上皮细胞组成，上皮细胞通过紧密连接相连，并间插免疫细胞（图1）。最近的一项单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究表明，活动性溃疡性结肠炎患者的结肠杯状细胞分泌蛋白WFDC2下调可能导致黏液层形成过程异常、微生物群定植和入侵增加以及上皮屏障破坏。这些发现提示WFDC2和杯状细胞产生的其他分子可能在溃疡性结肠炎中发挥保护作用。基质细胞是非造血间充质细胞，包括成纤维细胞、肌成纤维细胞和血管周围周细胞；基质细胞位于固有层上皮之下，在纤维化和伤口愈合过程中发挥重要作用。最近的一篇文献指出，一个以前未知的成纤维细胞亚群在加重溃疡性结肠炎方面发挥作用，其机制是免疫细胞吸引物趋化因子CCL19和CCL21表达增加，此外可诱导某些免疫细胞亚群产生2型细胞因子的白介素-33也表达增加9。因此，旨在增强上皮屏障功能的方法可能成为IBD的潜在治疗策略。迄今全基因组关联研究已识别出超过240个影响以下几个方面的风险变异：识别微生物产物的细胞内通路（如NOD2），促进细胞内细胞器再循环和细胞内微生物清除（如ATG16L1）的自噬通路，调节上皮屏障功能的基因（如ECM1），以及调节固有免疫和适应性免疫通路（如IL23R和IL10）。在克罗恩病和溃疡性结肠炎中，分别仅有8%～13%和4%～7%的变异可用已知的IBD风险位点解释，但遗传因素（如抗炎IL10信号通路的变异）可能在极早发型IBD患儿中起更重要的作用。全基因组分析侧重于识别旨在达到以下目的的分子特征（如基因表达和表观遗传修饰）：在克罗恩病或溃疡性结肠炎这一经典分类中区分其他亚型，鉴别克罗恩病和溃疡性结肠炎，或者区分IBD和健康状态。对结肠组织样本的基因表达和染色质可及性所做的分析已用于识别克罗恩病的两种分子亚型，这两种亚型在细胞代谢（如葡萄糖和脂质代谢途径）和免疫信号传导通路（如白介素受体、G蛋白偶联受体和Toll样受体）方面存在差异。其他研究已经识别出IBD患者组织中表达水平较高的基因，如在IBD患者的发炎肠组织中，细胞因子抑瘤素M的表达水平升高，这预示了后续抗TNF疗法的失败。技术的进步使我们可以在单细胞水平进行转录谱分析（如scRNA-seq）和高维蛋白质分析（如质谱流式细胞术），这样可以识别出IBD相关标签，并发现IBD中富集或减少的成纤维细胞、上皮细胞和免疫细胞新亚群。遗传学、基因组学和表观遗传学研究具有在特定细胞亚型中识别基因和通路的潜力，而这些基因和通路在未来可能成为治疗靶点或协助临床决策的生物标志物。
图1. 处于健康状态的肠黏膜免疫系统
总体而言，克罗恩病和溃疡性结肠炎均与微生物种类总数、多样性和丰富性减少相关，提示基于微生物群的干预措施（如粪菌移植）可能对IBD有效。然而，在临床试验中，粪便移植对IBD的疗效因试验而异，其原因可能是试验设计差异，包括粪便供者选择、移植途径、输入次数和抗生素预治疗的应用。供者粪便中可能对IBD产生有益作用的具体成分仍然不确定，而要合理设计出基于微生物群的疗法，确定该成分是必要的第一步。此外，微生物群研究有可能发现通过影响黏膜免疫系统来促进或减轻肠道炎症的微生物或微生物群，从而帮助我们寻求新的IBD治疗方法。黏膜免疫系统是人体免疫系统的最大组成部分，包含全部淋巴细胞的约75%，并且产生健康人体内的大部分免疫球蛋白。不同于全身免疫，黏膜免疫必须同时平衡以下两方面相反需求：一方面是提供针对病原体的保护性免疫，另一方面是避免针对食物抗原和共生微生物的过度免疫应答。在肠黏膜中，免疫细胞存在于有组织的次级淋巴结构（统称为肠道相关淋巴组织[GALT]）内，也存在于负责肠组织引流的肠系膜淋巴结内，这些淋巴结嵌入表面上皮细胞之间和底层结缔组织中。针对微生物或其产物（如酿酒酵母、E. coli外膜蛋白C [OmpC]和细菌鞭毛蛋白[CBir1]）的抗体在IBD患者中易检测到，但这些抗体是否直接参与IBD的发病机制尚不确定。与IgA占优势的健康肠道组织不同，在发炎IBD组织中，IgG明显占优势，因此有人提出IgA缺乏、IgG增加或两者同时存在可能具有致病性。实际上，在小鼠中，IgA生成过程缺陷或某些IgA特异性的亲和力成熟过程缺陷会导致肠道微生物群多样性减少，并导致肠道炎症。此外，在溃疡性结肠炎患者的结肠黏膜中，我们已观察到共生微生物群特异性IgG抗体增多；在小鼠模型中，由于巨噬细胞活化、中性粒细胞募集和17型免疫（即产生17型细胞因子的所有免疫细胞），抗共生微生物群IgG抗体受到的诱导导致了肠道炎症。因此，由于在IBD组织中观察到的IgG优势可能通过几种机制（包括募集炎性免疫细胞和激活补体，导致细胞溶解）导致肠道炎症，因此靶向生成IgG的浆细胞，或者将IgG优势转变为IgA优势的方法可能成为IBD治疗策略。活化T细胞可分化成效应细胞、调节细胞和记忆细胞亚群（图3）。一般而言，效应细胞可产生炎性细胞因子，并针对微生物感染提供即时保护，调节细胞可减轻炎症，而记忆细胞寿命长且可提供持久免疫力。效应CD4+ T细胞还具有其他异质性，受到初始细胞被激活时所处细胞因子微环境的影响（图3）。
图2. 炎性肠病（IBD）中的肠黏膜免疫系统
IBD患者发生微生物生态失调，并伴有黏液层破坏、上皮紧密连接失调、帕内特细胞数量和功能缺陷以及肠通透性增加，从而导致细菌暴露增加。活化的巨噬细胞吞噬微生物群，并增加TNF、IL6、IL23和IL12水平，从而促进了炎症。中性粒细胞释放预先形成并储存在各种细胞内颗粒中的分子。携带抗原的树突状细胞保留在派尔集合淋巴结中，或迁移到肠系膜淋巴结并在此向初始T细胞呈递抗原。CD4+ T细胞增殖并分化成效应T细胞亚群，如Th1细胞和Th17细胞。分化的Th1和Th17细胞上调趋化因子受体和整合素，使Th1和Th17细胞进入全身循环并归巢到肠道组织，它们在这里具有炎症功能，如Th1细胞产生IFγ，Th17细胞产生IL17A、IL17F和IL22。产生IFγ的ILC1细胞、产生IL17A的ILC3细胞和分泌IgG的浆细胞增加。上皮区室和固有层中的TRM细胞被活化并扩增，产生炎性细胞因子、杀死感染细胞、向固有细胞报警并募集更多免疫细胞。已批准或在研的治疗方法（以蓝色显示）包括中和对炎症有促进作用的细胞因子（抗TNF、抗IL12p40和抗IL23p19抗体）或者驱动效应CD4+ T细胞亚群分化（抗IL12p40和抗IL23p19抗体）；抑制炎症通路下游的信号传导级联（JAK抑制剂）；阻断淋巴细胞向肠道的迁移（抗α4β7、抗β7、抗αEβ7和抗MAdCAM-1抗体）或者抑制淋巴细胞离开淋巴结（S1PR调节剂）；减少炎性介质的产生（PDE4抑制剂和TLR9激动剂）；或者促进伤口愈合（基于间充质干细胞的方法）。
研究已经发现小鼠模型和IBD患者涉及了1型免疫（如Th1细胞和ILC1）和17型免疫（如Th17细胞和第3组ILC）。IL17A可能具有多重效应：除了诱导炎症外，还可促进肠道上皮屏障功能和修复，在可限制Th17细胞致病性的自调节回路中发挥作用，并且提供针对共生真菌的保护作用。这些发现凸显出调节性细胞因子网络在维持肠道黏膜稳态和健康方面的复杂性。因此，通过以下机制靶向1型和17型免疫的治疗策略是当前治疗IBD的主要手段：淋巴细胞迁移（抗整合素和S1PR调节剂）或细胞因子信号传导（抗IL12和IL23抗体，以及JAK抑制剂）。表达转录因子FOXP3的Treg细胞通过多种机制维持免疫稳态，这些机制包括表达抑制性分子（如CTLA-4，以及T细胞免疫受体TIGIT）和产生抗炎细胞因子（如IL10和TGF-β）。此外，Treg细胞具有非免疫功能，如通过产生生长因子双调蛋白来介导组织修复。
图3. 免疫细胞异质性
初始CD4+ T细胞（图A，左侧）与带有同源抗原的树突状细胞相互作用后，可以分化成不同的效应细胞亚型（如1、2、9、17和22型辅助性T[Th1、Th2、Th9、Th17和Th22]细胞，以及滤泡辅助性T [TFH]细胞），它们各自产生一组特征性的细胞因子。向效应细胞亚群分化的过程受到初始CD8+ T细胞被激活时所处细胞因子微环境的控制，上述分化可使谱系决定性转录因子（如Th1的T-bet，以及Th17的RORγ）上调。固有淋巴样细胞可分成ILC1、ILC2和ILC3亚群，类似于CD4+ Th1、Th2和Th17 T细胞亚群。Treg细胞（图A，右侧）具有显著异质性，胸腺Treg（tTreg）亚群在胸腺中成熟，而外周（pTreg）细胞是从初始CD4+ T细胞分化而来（CD4+ T细胞在外周与携带抗原的树突状细胞相互作用，同时与TGF-β、视黄酸和SCFA等因子相互作用）。一些证据提示，tTreg细胞可识别自身抗原，而pTreg细胞则优先识别源于微生物的抗原。Treg细胞根据其激活状态而具有其他异质性，并且可以进一步细分成激活的效应Treg（eTreg）和静息中央Treg（cTreg）细胞。最后，研究表明，Treg细胞采用与CD4+ T细胞亚群相关的转录因子。例如，某些Treg细胞可上调T-bet，使其可以迁移至含有Th1细胞的部位，并特异性抑制1型免疫应答。滤泡调节性T（Tfr）细胞可抑制生发中心内抗体分泌细胞的分化，部分机制是通过对TFH细胞的作用。记忆T细胞可大致分成循环和组织驻留亚群（图B）。循环亚群包括：中央记忆T（TCM）细胞（检查淋巴结），以及周围记忆T（TPM）细胞和效应记忆T（TEM）细胞（检查组织）。TEM细胞具有进一步的异质性，其他亚型包括TEMRA（重新表达CD45RA的效应记忆T细胞）和终末分化的TEM细胞（这些细胞仍保留在循环中）。我们描述的循环记忆T细胞亚群之间可能有重叠，例如TPM细胞可以是TEM细胞的一个亚群。一旦形成，TRM细胞就驻留在组织中，这些细胞具有其他的分子和功能异质性。每种记忆T细胞亚群在IBD中的相对作用仍然未知。肠上皮区室和固有层中的T细胞是异质的（图C）。最近的单细胞研究表明，在发炎的IBD组织中，各种T细胞亚群的数量和比例增加。这些T细胞亚群在IBD中的相对作用和相互关系仍然未知。
数项研究表明，IBD患者发炎组织中的Treg细胞增加，这似乎提示这些细胞有功能缺陷，FOXP3（Treg细胞的转录因子）在活化的常规T细胞中也可低水平短暂表达。但是，大多数研究尚未考虑Treg细胞可能的异质性，并且Treg细胞亚群在IBD中受到差异性影响的可能性仍然存在。实际上，一项研究表明，克罗恩病患者的发炎组织中富含RORγt+ FOXP3+ Treg细胞，这些细胞可产生IL17A和IFγ，同时仍维持抑制功能。之后的一项研究表明，溃疡性结肠炎患者的肠组织中可能富含类似的RORγt+ FOXP3lo细胞群。我们尚不清楚这些细胞代表发生适应后，可抑制17型免疫应答的Treg细胞亚群，还是代表因不再表达FOXP3而正转变为致病性效应细胞表型的细胞，上述情况增加了在Treg细胞可塑性和稳定性方面的不确定性。此外，由于这些研究中的Treg细胞是在活动性IBD的背景下进行评估，因此很难确定观察到的Treg细胞表型是肠道炎症的原因还是后果。虽然存在这些问题，但通过提高Treg细胞数量、功能或这两方面来减轻IBD肠道炎症的策略正在评估中。除了产生效应性和调节性T细胞的异质性亚群外，活化的CD4+和CD8+ T细胞还可产生功能多样的循环和组织驻留记忆细胞亚群（图3）；组织驻留记忆T（TRM）细胞的特征是在肠黏膜中高水平表达CD69和CD103。一旦在微生物的激发下形成，TRM细胞就定位在关键屏障表面（如皮肤，以及肠道、生殖器官和呼吸道黏膜），并且直接识别抗原，增强固有免疫和招募循环记忆T细胞，从而在感染早期阶段减少微生物负荷。由于驻留在组织中的免疫细胞处于活化、平衡状态并且位于屏障表面，因此它们可能在器官特异性自身免疫和炎性疾病中发挥致病作用。我们观察到克罗恩病通常表现为跳跃性病变（即炎症部位之间间隔正常黏膜），这使人联想到银屑病，银屑病加重往往发生于同一皮肤部位，并且与在克隆上相关的TRM样细胞有关。此外，克罗恩病在回肠结肠切除术后往往于手术吻合部位复发，这增加了TRM细胞涉及其中的可能性。实际上，TRM样细胞数量在溃疡性结肠炎和克罗恩病中均增加。有数据表明鼠类和人类TRM细胞可以离开组织并再次进入血液循环，这与溃疡性结肠炎患者的以下观察结果一致：在外周血中，与处于炎症状态的肠道CD8+ TRM细胞在克隆上相关的CD8+ T细胞数量增加，这些现象产生了下面这个引人关注的可能性：离开肠道组织的CD8+ TRM细胞再次进入血液循环可能与IBD累及胃肠道以外其他器官系统的趋势相关。这些Eomeshi CD8+ TRM细胞与溃疡性结肠炎患者体内富含的其他T细胞亚群之间的关系，以及它们在IBD和抗原特异性中的功能尚待确定。综上所述，这些数据指出，长寿记忆T细胞群（尤其是组织驻留亚群）可能使IBD成为慢性疾病，而且可能是潜在治疗靶点。
