陈文轩 耿 丽 王丹丹 张目涵 张 哲 冯百岁

郑州大学第二附属医院消化内科(450014)

炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)是一种慢性复发性胃肠道炎症性疾病，包括克罗恩病(Crohn’s disease, CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)，主要以反复发作的便血、腹痛和腹泻等为临床表现。目前IBD的发病机制并不完全明确，主要与环境因素、遗传易感性、肠道微生物的稳态失调以及自身免疫功能紊乱有关。研究发现，急性期反应蛋白在IBD中急剧增高，其中中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin, NGAL)在中性粒细胞和肠上皮细胞中表达明显增加，并通过其特殊的分子模式与不同的受体结合，在维持肠上皮细胞屏障和协调肠道菌群构成中发挥重要的作用。此外，NGAL在IBD免疫调节方面发挥重要的作用，具有作为IBD临床生物学标志物的潜能。本文就NGAL在IBD中的研究进展作一综述。

一、NGAL的生物学特性

1. NGAL的基因定位：NGAL又称脂质运载蛋白-2、噬铁蛋白、24p3[1]，是由178个氨基酸残基构成的小分子糖蛋白。通过对NGAL基因的测序和克隆发现，其编码区位于9号染色体上，是由3 696个碱基对组成的LCN-2基因编码区[2]，包括7个外显子和6个内含子以及一系列启动子，如核因子-κB(NF-κB)和CCAAT增强子结合蛋白(C/EBP)、糖皮质激素反应元件、维甲酸反应元件、雌激素反应元件等多个转录因子结合位点和核受体反应元件[3]。

2. NGAL的合成：NGAL于中性粒细胞中首次被发现，是中性粒细胞次级颗粒的重要组成部分。目前已证实NGAL存在于内皮细胞、肾脏、胃肠道上皮细胞、平滑肌细胞、神经元和各种免疫细胞中，如巨噬细胞和树突细胞[4]。目前已证实多种细胞因子在IBD的发病机制中发挥重要作用[5]。白细胞介素(IL)-17和IL-22可协同诱导肠上皮细胞内NGAL基因转录[6]。此外，IL-1β、IL-6、IL-10以及Toll样受体(TLR)配体可通过激活NF-κB/STAT3途径，促进NGAL的生成[7]。有研究表明，IBD患者中性粒细胞和肠上皮细胞中NGAL生成明显增多[8]。

3.NGAL的形态结构及其受体：NGAL属于载脂蛋白超家族，具有高度保守的三级桶状结构，提供了一个疏水腔来结合各种亲脂配体，包括维甲酸、孕酮、前列腺素、脂肪酸、类固醇、白三烯B4和血小板激活因子[1]。有研究表明，NGAL在机体以单体、同型二聚体以及与明胶酶基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)共价结合形成大小为135 kDa(1 Da=0.992 1 u)的异二聚体三种形式存在[9]。NGAL有两种不同的细胞表面受体，即溶质载体家族22成员17(solute carrier family 22 member 17, SLC22A17)，又称24p3R或NGALR2，以及低密度脂蛋白受体相关蛋白2(low density lipoprotein receptor-related protein 2, LRP2)，又称Megalin。高水平24p3R在特异性细胞如巨噬细胞、中性粒细胞、肺和肠上皮细胞中表达，Megalin是一种多配体内吞噬受体，在某些类型的吸收性上皮细胞如甲状腺细胞中高表达[10]。

二、NGAL在IBD中的研究进展

IBD是一种肠黏膜异常免疫反应、肠上皮细胞屏障减弱以及肠道菌群结构紊乱等多种因素相互作用的胃肠道疾病。在小鼠和人类的结肠炎组织中，肠上皮细胞是产生NGAL的主要细胞，NGAL可独立调节导致肠道功能紊乱的各个元素[11]，包括同时对扰乱肠道菌群的抑菌作用、对损伤肠道屏障的修复作用，在免疫调控方面也发挥促炎/抗炎等双重作用。有研究[12]认为NGAL可作为IBD的炎性标志物。

1.NGAL促进IBD患者肠道微生物稳态平衡：人体肠道内微生物数量约为1.0×1014个，种类超过1 000种，包括细菌、病毒、真菌等，与宿主形成了一个相互依赖又相互作用的微生态系统[13]。研究发现，IBD患者的共生菌与潜在致病性微生物之间存在动态失衡，如致病性大肠埃希菌增多、有益菌乳杆菌减少[14]。铁对多种细菌生长至关重要，NGAL通过螯合铁载体结合的铁，抑制多种细菌的生长[15]。有研究发现，肠上皮细胞中NGAL通过与大肠埃希菌分泌的铁结合蛋白Ent结合，形成NGAL-Ent-铁复合物，抑制大肠埃希菌的增殖[16]；过表达NGAL和外源性重组NGAL均能抑制巨噬细胞内分枝杆菌的生长，NGAL缺乏会促进受感染上皮内分枝杆菌的增殖，促进炎症的发生。乳杆菌等一些有益菌群可产生短链脂肪酸、色氨酸及其衍生物、胆汁酸等，在维持IBD肠黏膜屏障中发挥重要作用。乳杆菌的增殖并不需要铁，而通过基因修饰产生分泌NGAL的乳杆菌，提高了其在极端pH值、高浓度胆汁酸、氧化环境等极端状态下的存活力[17]，并明显抑制大肠埃希菌的生长、降低肠杆菌素的活性。总之，NGAL在维持肠道微生物群稳态中发挥重要作用。

2. NGAL维持肠上皮细胞屏障完整性：肠上皮细胞在维持肠道屏障功能和预防肠道炎症中起有重要作用，IBD患者肠上皮细胞和相关黏膜屏障存在明显损伤[18]。NGAL与含铁的疏水小分子铁载体结合，将铁载体转运至上皮细胞内，激活胞质铁依赖途径，促进上皮细胞成熟。低氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)作为上皮细胞稳定因子，可促进多种伤口愈合相关蛋白如黏附蛋白等基因的上调[19]。NGAL通过促进HIF-1α的生成，进一步增强三叶因子3(trefoil factor 3, TFF3)在上皮细胞的表达，增强肠上皮屏障保护功能。此外，NGAL可促进抗氧化酶(超氧化物歧化酶和血红素加氧酶)的表达显著上调，减少氧化应激对上皮细胞的损伤。一项体外研究[11]发现，NGAL对H2O2导致的上皮细胞毒性具有保护作用，而给予重组NGAL可促进损伤的单层结肠上皮细胞迁移，重建上皮细胞完整性。另有研究发现，NGAL可促进中性粒细胞向炎症部位的迁移，在促进肠道炎症发生的同时，促进上皮细胞双向调节蛋白的产生，维持肠道屏障功能和增强组织修复功能[20]。由此可见，NGAL可保护机体免受氧化应激损伤，在维持肠上皮细胞功能中发挥重要作用。

3.NGAL在IBD肠道免疫中的抗炎/促炎机制：肠道免疫系统协调机制是一个复杂的生物过程，通过消灭入侵的微生物，保护宿主免受感染。NGAL主要通过其铁螯合剂的功能在免疫系统中发挥重要作用[21]。IBD患者胃肠道存在异常的黏膜免疫调节，NGAL通过招募炎症细胞(如中性粒细胞)和诱导促炎细胞因子，促进炎症反应的发生。有研究发现，NGAL可通过诱导趋化因子受体2(chemokine receptors 2,CXCR2)和肝巨噬细胞分泌的巨噬细胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein-2,MIP-2)与单核细胞化学引诱物蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)结合，促进中性粒细胞、巨噬细胞向炎症部位的迁移[22]，加重肠道炎症反应。此外，在NGAL缺乏小鼠中，促炎细胞因子(IL-6、IL-8、TNF-α)、趋化因子(MIP-2和MCP-1)和抗炎因子(IL-10)等细胞因子的产生减少，下调多种细胞因子的mRNA水平[23]，间接说明NGAL在调节机体多种细胞因子中发挥重要作用。

目前多认为NGAL参与肠道异常免疫反应的发生，但有研究发现NGAL通过与细菌衍生的铁载体Ent结合，可防止髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的失活，并进一步增强肠道中性粒细胞的抗菌功能[24]，减轻肠道炎症。自噬是一种机体对各种应激的自我保护反应，在缓解过度激活的炎症和增强机体自我防御中发挥重要作用[25]，自噬相关基因ATG16L1和IRGM的编码突变增加了IBD的患病率。有研究[26]发现，与对照组相比，在NGAL/IL-10双敲除的巨噬细胞中，自噬蛋白LC3-Ⅱ的形成明显减少，而植入分泌NGAL的巨噬细胞后，可增加LC3-Ⅱ的生成，减轻肠道炎症。由此可见，NGAL在调节机体促炎/抗炎方面发挥重要作用，但具体的作用机制仍有待进一步明确。

三、NGAL与IBD临床检测

NGAL为诊断急性肾损伤的生化金标准[27]，其作为一种诊断性生物学标志物引起了广泛的关注。有研究指出，在DSS诱导的结肠炎、沙门菌诱导的肠胃炎，以及TLR5敲除的自发性结肠炎小鼠中，NGAL水平均明显增加[1]。Chassaing等[28]的研究证实NGAL为小鼠模型结肠炎的敏感生物学标志物。与健康对照组相比，编码NGAL的基因LCN2是UC或CD患者结肠活检中最常见的基因之一[29]。在IBD疾病活动期，NGAL在结肠组织、血清、尿液、粪便中均明显升高，其浓度与临床活动性和内镜下病变活动性具有明显相关性[30]。此外，NGAL在不同的生物液体包括胆汁、支气管肺泡灌洗液、胸水、腹水和脑脊液[31]中可检测到。

目前临床上常用于检测IBD的生物学标志物主要为钙卫蛋白和乳铁蛋白。一项对钙卫蛋白和乳铁蛋白评估IBD黏膜愈合敏感性和特异性的总结研究[32]发现，不同研究间粪钙卫蛋白和乳铁蛋白与内镜下疾病活动性关系的结果不一致。而NGAL除在中性粒细胞中表达外，还可见于小鼠和人类炎症性结肠组织中，肠上皮细胞是产生NGAL的主要场所。NGAL较钙卫蛋白更能反映当中性粒细胞浸润较少时肠道炎症缓解的状态[33]。且机体NGAL水平不受运动或饮食等干预类型以及BMI变化的影响，并随着时间的推移不受运动或饮食调节的影响[34]，这也为其成为IBD生物学标志物提供了条件。更有学者认为NGAL可与已建立的生物学标志物钙卫蛋白相媲美[8]。

四、展望

综上所述，NGAL在维持肠上皮细胞屏障和调节肠道菌群的组成等方面发挥重要作用，为采用基因修饰技术提高益生菌在治疗肠道炎症方面提供新思路，其本身的特性也展现了作为IBD临床生物学标志物的潜能。此外，NGAL相关受体在小胶质细胞、神经元以及甲状腺细胞等中表达，可进一步探索NGAL在IBD患者焦虑抑郁以及明显消瘦中的作用。但由于NGAL具体作用机制存在诸多不同的观点，仍需进一步研究深化NGAL在基因分子水平上的认识，促进NGAL在IBD治疗中的应用。