顶刊综述

编译：微科盟听雪斋，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

肠纤维化通常是慢性炎症的结果，是炎症性肠病（IBD）的常见并发症，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。在过去几年中，在发病机制方面取得了重大进展，肠纤维化的诊断和处理。特别令人感兴趣的是炎症、肠道纤维化过程背后的独立机制、遗传和环境风险因素（如微生物群的作用），以及研究肠道纤维化的新的体外和体内系统的产生。在预测或检测肠纤维化的生物标志物领域也做了大量工作，包括新的横断面成像技术。与此同时，研究人员正在着手开发和验证临床试验终点和方案，以测试新的抗纤维化药物，尽管目前还没有抗纤维化疗法。本综述介绍了最近发现的这种严重IBD相关并发症的致病机制的最新进展，重点介绍了抗纤维化治疗的可能靶点、管理策略以及可能预测纤维化进展或治疗反应的因素。  

论文ID

原名：Revisiting fibrosis in inflammatory bowel disease: the gut thickens

译名：炎症性肠病纤维化复发：肠道增厚

期刊：Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology

IF：73.082

发表时间：2021.12

通讯作者：Silvio Danese

通讯作者单位：意大利圣拉斐尔生命健康大学

DOI号：10.1038/s41575-021-00543-0

综述框架

主要内容

肠纤维化以肠壁间充质来源的活化细胞过度沉积细胞外基质（ECM）成分为特征，是几种胃肠道疾病的基础，尤其是炎症性肠病（IBD）（即克罗恩病和溃疡性结肠炎）。虽然纤维化在其他器官中的后果已被充分证明，但这种现象尚未在肠道中得到彻底的研究，因为肠道纤维化才刚刚开始引起人们的兴趣。在过去，IBD相关纤维化一直被认为是一个不可逆的过程，导致管腔持续狭窄。然而，这一概念已迅速改变。值得注意的是，抗炎药不能预防、减轻或治疗IBD中的纤维化，这表明炎症独立机制可能控制肠道中的纤维化。尽管IBD的治疗在过去二十年中取得了进展，但肠狭窄的发生率并未发生实质性变化。缺乏数据仍然阻碍了对IBD相关纤维化的理解，尽管已经观察到该领域的一些进展迹象，但还没有标准化的评分系统可以帮助临床医生处理这种情况，也没有特定的抗纤维化治疗。然而，导致纤维化过程的分子和细胞机制开始被揭示，以及预防、诊断、管理和治疗IBD相关并发症的新方法。本文综述了克罗恩病和溃疡性结肠炎纤维化的细胞和分子机制的研究进展。IBD相关纤维化的诊断、治疗和可能的治疗方法的最新知识，包括未来的治疗和目前在这方面的临床研究，也进行了讨论。

1 克罗恩病流行病学中的纤维化过程

50%以上的克罗恩病患者由于纤维狭窄而出现贯穿性或狭窄的病程，这损害了他们的生活质量，大多数情况下需要手术干预。另一项研究表明，绝大多数患者最初表现为单纯的跨壁炎症，但在诊断后10年内，超过70%的患者会出现狭窄或穿孔并发症。在一项基于人群的纵向队列研究中，克罗恩病狭窄的概率在90天时为~5%，1年时为7.2%，5年时为12.4%，10年时为15.2%，20年时为21.6%。超过三分之一的克罗恩病患者肠腔变窄和梗阻需接受外科干预。然而，手术似乎既不能防止疾病复发，也不能防止纤维化。

1.1 组织病理学

克罗恩病患者狭窄的组织学特征是，由于间充质细胞的增殖，粘膜肌层和固有肌层增厚。这种增殖可归因于多种机制，其中以下四种机制被认为是最重要的：现有局部成纤维细胞的增殖；诱导上皮细胞向间充质细胞转化；骨髓源性纤维细胞的募集和分化；粘膜下层的内皮细胞向间充质细胞转化。纤维组织替代健康的粘膜下细胞间隔导致整个粘膜下区域收缩。这一过程不仅会导致粘膜下过度纤维化，还会导致粘膜肌层增生，粘膜肌层变得如此厚实以至于破坏所有粘膜下层。粘膜下层的体积和密度均增加，I、III和V型胶原的大量沉积集中在粘膜肌层边缘的活化间充质细胞胰岛周围。在这种情况下，平滑肌增生或肥大（而非纤维化）是肠壁厚度增加的主要原因。克罗恩病患者回肠狭窄的肠壁增厚也可能包括肥厚的神经，以及粘膜下动脉和静脉的纤维肌肉增生和沿反肠系膜边界延伸的脂肪沉积；然而，这些特征不被认为是肠道纤维化的诊断标志。

1.2 临床表现

克罗恩病可影响胃肠道的任何部位，但主要涉及回肠和结肠。狭窄性克罗恩病的临床症状，如腹胀、痉挛、恶心、呕吐和腹痛，与横断面成像或内镜检查中狭窄的存在或严重程度无关。此外，纤维性狭窄可能存在很长一段时间，没有或仅有轻微症状，约20%患有小肠狭窄的克罗恩病患者无症状。

从临床角度来看，克罗恩病患者的纤维狭窄性狭窄必须与炎症依赖性肠壁增厚区分开来；这两个特征可能同时存在，鉴于纤维化遵循炎症的分布和部位，因此很难区分这两个特征。克罗恩病初期的疾病部位可能是决定纤维形成的基础；例如，瘘管和狭窄最常见于小肠，而结肠疾病倾向于保持炎症。区分炎症性和纤维化狭窄的能力对于这些患者的最佳临床治疗至关重要。涉及弹性成像和先进MRI技术（如扩散加权成像和磁化转移序列）的横断面模式提供了有趣的发现，尽管没有完全纳入常规实践，这些技术有望比以前的方法更客观地评估狭窄。重要的是，随着纤维狭窄及其公认的临床表现的新的通用和功能性定义的出现，目前对狭窄性克罗恩病流行病学的理解可能会发生巨大变化。

2 发病机理

纤维化是一个系统性病理生理过程，其特征是肠壁层ECM和细胞成分的改变。尤其是，纤维化被定义为富含胶原蛋白的ECM过度积聚和间充质样细胞（主要在粘膜下层）数量的局部增加。这一过程已在所有器官中得到描述，包括肝脏、肺、肾和肠。

炎症和纤维化之间的关系已经讨论了几十年。传统观点的基础是纤维化是由炎症引发的一种缓慢且不可逆的机制。在生理条件下，急性炎症通常伴随着组织修复和功能恢复的愈合，伤口愈合过程被认为是克服组织损伤和丢失的自我限制机制。相反，在病理条件下，纤维化过程是由重复性或持续性组织损伤造成的，以前认为这会导致无法实现结构和功能性组织修复。然而，尽管炎症可以触发纤维生成，但似乎对其进展影响不大。因此，一些研究人员认为纤维化不是一个被动的过程，而是一种主动、独立和自我维持的状态。此外，肠纤维化的多方面性质，包括炎症和非炎症途径，可以解释大多数IBD纤维化患者的抗炎治疗无效。除炎症刺激外，其他独立的细胞或分子因素可能会导致纤维化，从而产生一种针对胃肠道的异质性情况，使该部位的纤维化疾病比其他部位的纤维化疾病复杂得多。

2.1 细胞成分

胃肠道纤维化可能由多个细胞室驱动，其中肌成纤维细胞是关键角色。顾名思义，肌成纤维细胞具有介于平滑肌细胞和成纤维细胞之间的中间表型，具有收缩和迁移能力，以及分泌ECM蛋白和生长因子的能力。长期暴露于炎症刺激后，常驻肌成纤维细胞转换为激活状态，由来自免疫和非免疫细胞的自分泌和旁分泌可溶性因子梯度控制，如PDGFA、PDGFB、TGFβ1、IGF-I和EGF。活化的肌成纤维细胞向损伤部位的迁移也涉及ECM成分或粘附分子，如纤维连接蛋白和N-钙粘蛋白。在纤维化过程中，其他激活的肌成纤维细胞群可来自间充质细胞室，包括成纤维细胞、星状细胞、纤维细胞和骨髓来源的干细胞。有趣的是，成肌细胞在纤维化过程中也将其代谢从氧化磷酸化转变为糖酵解，从而产生诱导肌成纤维细胞分化所需的能量。

肌成纤维细胞也被病原体相关分子模式（来源于微生物）激活，病原体相关分子模式与模式识别受体（如Toll样受体）相互作用，损伤相关分子模式来源于损伤细胞，包括游离核酸（DNA和RNA）、ATP、微泡和ECM成分片段。在TLR中，TLR4已被确定为肠道慢性炎症和纤维化的重要介质，可影响肌成纤维细胞活性。

然而，肌成纤维细胞和间充质细胞并不是参与肠纤维化的唯一细胞类型。有趣的是，非间充质细胞，如经历了内皮细胞或上皮-间充质转化的内皮细胞和上皮细胞，也参与了纤维化过程中的ECM沉积。此外，终末细胞已被确定为间质组织中一种独特的细胞类型。与肌纤维母细胞不同，在克罗恩病和溃疡性结肠炎的纤维化重塑过程中，有报道称终末细胞的严重损伤和数量减少。终末细胞主要参与许多器官间质室中细胞内信号的协调，一些证据表明，这些细胞可能阻止免疫细胞和成纤维细胞的异常激活，并减弱纤维化过程中ECM组织的改变。

先天性淋巴细胞（ILC）是最近发现的一种白细胞亚群，是细胞因子的主要来源，其细胞因子谱与辅助性T细胞相似，可能是参与纤维形成的另一种细胞类型。例如，产生IL-5和IL-13的第2组IL-C可导致肺胶原过度沉积，肺纤维化患者的支气管肺泡灌洗液中这些细胞的数量增加，表明第2组IL-C在纤维化重塑中起作用。相反，在右旋糖酐硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中，第2组ILC通过双调蛋白促进组织修复。此外，IL-17A受体和IL-17A受体（ROR-44）通过视网膜纤维化（ROR-a）途径表达。

纤维生成和免疫反应之间的交叉涉及免疫细胞和信号通路的复杂网络。例如，尽管交替激活的M2a巨噬细胞通过STAT6发出信号并产生关键的促纤维化因子，但失活或调节的M2c巨噬细胞具有抗纤维化作用，可导致肌成纤维细胞失活，并抑制经典激活的M1和M2a巨噬细胞。辅助性T细胞2（TH2）与辅助性T细胞17（TH17）免疫反应一样，具有潜在的纤维化作用。相比之下，TH1介导的免疫反应可能具有抗纤维化活性。T调节（ T reg ）细胞在纤维形成中的作用尚不清楚，但它们可能抑制 T H 17驱动和 T H 2 驱动的纤维形成。

2.2 分子组分

致肠纤维化的分子机制非常复杂，包括通过激活的间充质细胞以及细胞因子、趋化因子和其他分子驱动富含胶原蛋白的ECM沉积增加的信号，这协调了与肠纤维化相关的促炎症肠道环境。

在生理条件下，ECM元素的降解主要受抗炎基质金属蛋白酶（MMP）之间的精细平衡控制，如MMP2、MMP10和MT1-MMP，促炎性基质金属蛋白酶，如MMP1、MMP13、MMP9、MMP3和MMP12和各种金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）。这种平衡在肠纤维症中失调。事实上，浸润性CCR2+单核细胞及其纤维细胞子代通过增加TIMP1的产生抑制胶原降解，从而促进结肠纤维化。在体外研究中，成纤维细胞活化蛋白（FAP）通过控制ECM沉积参与纤维化过程。FAP的抑制降低了I型胶原和TIMP1的产生，这表明靶向FAP可以恢复狭窄克罗恩病患者纤维狭窄病变组织中的ECM稳态。纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）可在纤维化疾病发病期间阻止ECM的酶降解，促进2,4,6-三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的小鼠肠纤维化。在该小鼠模型中，口服PAI-1抑制剂可上调MMP9水平并减少胶原积累，导致纤维生成的减弱。

一个已知的促进胶原沉积的因素是钙黏蛋白-11（由CDH11编码），一种成纤维细胞衍生的蛋白质。克罗恩病患者成纤维细胞中CDH11的敲除降低了胶原合成，并干扰了RhoA–Rho激酶（ROCK）-TGFβ信号传导轴。此外，在小鼠中敲除Cdh11在很大程度上保护了这些动物免受肠纤维化的影响，从而突出了这种蛋白作为一种可能的治疗靶点。另一项研究发现，人类肠道肌成纤维细胞的纤维连接蛋白和胶原沉积是由MyD88介导的，以响应细菌成分的刺激，这表明肠道微生物群与肠道纤维化之间存在微妙的联系（本文稍后讨论）。

瞬时受体电位（TRP）通道与各种器官的纤维增生性疾病有关，包括内脏。例如，TRP阳离子通道亚家族A成员1（TRPA1）在克罗恩病患者的肠肌成纤维细胞和狭窄组织样本中高度表达，在小鼠的结肠炎和纤维化发展中发挥作用。具体而言，与野生型对照组相比，TNBS诱导的慢性结肠炎Trpa1–/–小鼠的炎症和纤维化程度和严重程度增加。在克罗恩病患者的人体组织样本中，与健康组织中的表达水平相比，狭窄肠区的TRPA1表达水平显著增加。此外，表达TRPA1和SERPINH1（编码47kDa热休克蛋白）的细胞在克罗恩病患者和TNBS治疗的小鼠的狭窄肠组织中积聚，表明TRPA1可防止肠纤维化。

细胞传感器也与肠纤维化有关。例如，在克罗恩病患者中观察到GPR68（编码质子感应卵巢癌G蛋白偶联受体（OGR1））的表达与促纤维化细胞因子和促胶原分子水平之间存在正相关。动物研究表明OGR1在纤维化发展中起作用，这表明该蛋白是IBD纤维化的潜在治疗靶点。穿透性克罗恩病患者也表现出WNT家族成员2B（WNT2b）活性增加。WNT2b与活化frizzled-4（FZD4）的相互作用诱导体外上皮-间质转化，突出了促进克罗恩病相关纤维化的另一个信号轴。

如前所述，细胞因子已被确认为肠内纤维生成的驱动因素，并在其他地方得到广泛综述。然而，值得一提的是，新发现的细胞因子参与了肠纤维化过程。IL-1家族成员IL-36α、IL-36β和IL-36γ已被确定为肠成纤维细胞的有效激活剂，可促进活体粘膜愈合。IL-33是IL-1家族的另一成员，与各种器官的纤维化以及实验诱导的肠纤维化有关，这表明该细胞因子作为一种新的治疗靶点发挥作用。此外上皮细胞释放的IL-33与复杂的纤维狭窄性疾病有关。IL-23和IL-17也被认为在促进肠纤维化中起中心作用。事实上，在小鼠中，抑制IL-23和IL-17可减轻TNBS诱导的肠纤维化。此外，与来自同一个体的非狭窄区域和来自对照个体的健康肠道样本相比，在克罗恩病狭窄的外科样本中发现IL-17a过度表达。

其他几种内源性分子具有促纤维化活性，其中TGFβ是最重要的。TGFβ在肠道纤维化中的作用已被广泛综述。Ro60是一种环状RNA结合蛋白，在RNA质量控制中发挥作用，可降低IBD患者促炎细胞因子（包括TNF）的水平。在小鼠中，Ro60的过度表达减弱了DSS诱导的结肠炎的严重程度，并降低了αSMA和I型胶原的水平。这些发现证实Ro60具有抗炎和抗纤维化特性。最后，琥珀酸盐（三羧酸循环的中间产物）及其受体G蛋白偶联受体91（GPR91，由SUCNR1编码）在克罗恩病患者的肠外科标本和成纤维细胞中高度表达；此外，琥珀酸和GPR91蛋白与CD86+、CD206+和αSMA+细胞共定位。值得注意的是，Sucnr1在小鼠中的缺失对TNBS诱导的急性结肠炎和结肠组织异位移植诱导的肠纤维化具有保护作用，这表明琥珀酸-GPR91信号可能在调节肠纤维化中发挥作用。

这些新确定的因子，如图1所示，已被确定为IBD相关纤维化体外和体内实验模型的潜在治疗靶点。在这些模型中，它们的抗纤维化活性似乎主要取决于减少活化ECM产生细胞的数量或降低其促纤维化作用（增殖、运动、收缩和ECM沉积），诱导ECM产生细胞凋亡和ECM降解。然而，由于大多数这些效应仅在实验系统中进行了研究，它们在IBD患者纤维化治疗中的疗效仍需验证。

2.3 微生物群的作用

肠道微生物群（包括细菌、病毒、古菌、原生菌和酵母菌）已在肠道相关疾病（包括IBD）中得到彻底研究。许多报告建议肠道定植者在健康和疾病中发挥有害或保护作用。肠道微生物群可以以不同的方式影响宿主，从影响宿主的代谢到触发免疫反应——IBD全面研究了这一事件。

肠道微生物群也与IBD相关的纤维化有关（图2）；两项研究报告，克罗恩病患者体内高水平的抗菌抗体与狭窄的发生率增加有关。在与肠道细菌多样性显著降低相关的辐射诱导肠道损伤小鼠模型中，抗生素混合物预处理可有效降低肠道脂多糖含量，抑制肠内TLR4–MyD88–NF-κB信号通路，并下调TGFβ1水平，磷酸化SMAD3和αSMA蛋白，导致炎症减轻和肠纤维化的预防。这一发现支持了微生物群诱导的炎症与肠纤维化发展之间的实质性联系。一项研究也强调了微生物群、肠道炎症和纤维化过程之间的直接联系，该研究中，粘附性侵袭性大肠杆菌（AIEC）输送的耶尔森那巴汀（一种在致病菌耶尔森氏菌鼠疫菌途径中发现的铁载体）促进了 Il10−/− 小鼠的结肠炎易感。AIEC本身也在这些小鼠中诱导了活跃的TH17反应，这与增加跨壁炎症和纤维化有关。类似地，AIEC的LF82菌株加剧DSS治疗小鼠的纤维化，并增强编码促炎细胞因子和趋化因子的基因的表达，以及炎性细胞进入肠道的募集。LF82还增强了肠内TGFβ1刺激的上皮-间质转化和肌成纤维细胞激活。

在另一项研究中，暴露于各种细菌成分的人肠肌成纤维细胞选择性地对鞭毛蛋白产生反应，并增强ECM蛋白的产生，这表明特定的微生物群衍生分子可以影响成纤维细胞的转录状态，并且可以合理地预期会导致肠纤维化。共生微生物还可调节肠道嗜酸性粒细胞的频率和功能，最终影响组织修复。具体而言，在对小鼠粘膜组织的分析中，与无特定病原体对照小鼠相比，嗜酸性粒细胞缺陷小鼠（尤其是在无菌条件下饲养的小鼠）的粘膜下层胶原密度增加。

克罗恩病患者TL1A（一种由免疫细胞和非免疫细胞表达的TNF家族成员，可对微生物产生反应）的某些变体水平较高，其发生狭窄的风险增加，并且这种蛋白的高水平也与小鼠中的肠纤维化有关。与这一发现一致，同一作者证明TL1A介导的肠道纤维化和成纤维细胞活化依赖于特定的微生物种群。然而，微生物群的某些成分可能是有益的。例如，嗜酸乳杆菌降低了结肠炎相关纤维化实验模型中αSMA和I型胶原沉积的水平。此外，cathelicidin是一种具有抗炎作用的内源性抗菌肽，通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）依赖信号减少TGFβ1、IGF-I和胶原的产生，从而预防实验性肠纤维化。总之，有效的证据一致认为肠道微生物群与肠纤维化的发生有关。然而，迫切需要使用下一代测序方法进行未来的研究，以进一步解剖和探索肠道微生物群是否能触发纤维化。

图1. 参与肠纤维化发病机制的分子和细胞成分。 导致肠道纤维化的分子环境包括多种因素，这些因素的上调或下调可能促进胶原的过度沉积和活化肌成纤维细胞的过度增殖。CCR2，C-C趋化因子受体2型；CDH，钙粘蛋白；胶原蛋白；细胞外基质；表皮生长因子；EMT向间充质转化；成纤维细胞活化蛋白；FZD4，frizzled-4；GPR，G蛋白偶联受体；胰岛素样生长因子；间充质干细胞；基质金属蛋白酶；Ro60，环状RNA结合蛋白；纤溶酶原激活物抑制剂；血小板衍生生长因子；平滑肌肌动蛋白；琥珀酸受体；转化生长因子β，转化生长因子-β；金属蛋白酶组织抑制剂TIMP；瞬时受体电位通道A。

图2. 导致肠纤维化的微生物成分。 Cathelicidin是一种具有抗炎作用的内源性抗菌肽，通过丝裂原激活的蛋白激酶依赖性信号减少转化生长因子-β1（TGFβ1）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）和胶原的产生，从而预防实验性肠纤维化。在结肠炎相关纤维化的实验模型中，粘附性侵袭性大肠杆菌（AIEC）促进纤维化，而嗜酸乳杆菌降低α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）和I型胶原沉积水平。CD8+T细胞增加盲肠细菌负荷，同时增加野生型小鼠的胶原和纤维化。细菌上调肠内Toll样受体4（TLR4）-差异化初级反应蛋白（MyD88）-活化B细胞（NF-κB）信号通路的核因子κ-轻链增强子，并下调TGFβ1、磷酸化小母亲对十五瘫同系物3（SMAD3）和αSMA蛋白水平，导致炎症减轻和肠纤维化的预防。对鞭毛蛋白（一种细菌成分）产生反应的肌成纤维细胞会增加细胞外基质（ECM）的沉积。肿瘤坏死因子样细胞因子A（TL1A）介导的肠纤维化和成纤维细胞活化依赖于特定的微生物种群。TH17，T辅助17。

3 协商一致的建议

3.1 成像技术

当肠梗阻、进行性餐后腹痛、恶心、呕吐和体重减轻等特定IBD症状明显时，患者通常被诊断为狭窄。事实上，根据2016年欧洲克罗恩病和结肠炎组织（ECCO）的共识声明，狭窄的特点是管腔持续狭窄，可导致阻塞症状。但是，文献显示，狭窄的定义存在很大的异质性，没有有效的标准。必须考虑的一个重要问题是，不同程度的炎症和纤维性病变可共存于同一纤维性病变中，这可能会影响每位患者所需的治疗。不幸的是，内镜检查粘膜不足以准确诊断狭窄，因为它无法区分炎症和纤维化；事实上，结肠镜检查可以检测管腔狭窄，但不能显示粘膜下的层。

横断面成像技术，如经腹部超声、CT、MRI和无创多光谱光声断层成像（MSOT），能够研究整个肠壁的跨壁和跨膜特征。研究使用这些成像技术来评估狭窄的三个核心特征的不同组合：烯醇前扩张、壁增厚和管腔狭窄。然而，每位研究者根据这些特征中的一个、两个或全部三个以及它们的组合，应用不同的狭窄诊断标准。这种异质性不能进行明确诊断。除了无法区分炎症和纤维化外，还必须考虑横断面成像的其他主要局限性，例如使用炎症和纤维化主观评分系统得出的方法异质性，不同的成像方案和缺乏明确的狭窄定义成像指南。

腹部放射学学会（SAR）发表了关于评估、解释和使用CT小肠造影术和磁共振小肠造影术（MRE）治疗小腹克罗恩病患者的一致建议。此外，一个多学科专家小组——克罗恩病抗纤维化狭窄治疗（CONSTRINCT）小组——已经成立，以标准化克罗恩病抗纤维化治疗的定义、诊断和治疗目标（BOX1；表1）。construct小组成员发现，横断面成像或回肠镜检查单独用于诊断小肠狭窄是合适的，而症状单独用于此目的是不合适的。该组还认为MRE是首选的诊断方式（敏感性55-100%；特异性91-100%）。这种一致的建议需要通过比较不同的横截面成像模式进行进一步验证。值得注意的是，在一项这样的对比研究中，结肠镜和MRE的结合比单独的结肠镜对临床决策更有用，支持不同成像技术的结合以提高狭窄诊断。

BOX 1 |成功治疗小肠疾病的共识定义。

克罗恩病的狭窄成功治疗 定义为以下三个方面中至少两个方面的改善：临床症状、内窥镜特征（即通过成人内窥镜的能力）和放射学特征。

放射特征的改善 定义为横断面成像在以下方面的改进：

•局部管腔狭窄：管腔直径减少