溶菌酶对溃疡性结肠炎的作用研究进展

溶菌酶对溃疡性结肠炎的作用研究进展

杜彦婷 1、何金钢 1、张丁木 1、林少云 1、陈心怡 1、王凯 2

1 海南医学院基础医学与生命科学学院生物技术专业，海南海口， 571199

2 海南医学院基础医学与生命科学学院生物化学与分子生物学教研室，海南海口，571199

【摘要】：

溃疡性结肠炎（UC）在分类上，属于非特异性肠道炎症性疾病（IBD）的一种，据报道在全球范围内，近几十年以来UC的发病率一直位居前列，因此探究UC的发病机制和治疗该疾病的药物已成为科学家们关注的热点之一。目前大量的研究结果表明溃疡性结肠炎与自身免疫系统以及肠道菌群失调密切相关。但是现有药物只能对疾病起到缓解作用，无法根治，此外还伴有一定副作用。溶菌酶（Lys）是一种天然的抑菌剂，其许多功能，如抗菌、抵抗病毒、抵抗氧化、抵抗炎症以及免疫调节都陆续被大量科学研究证实。更有学者发现，鸡蛋白溶菌酶（HEL）可缓解DSS诱导的猪溃疡性结肠炎。本文总结相关文献报道，深入探讨Lys在UC发病中的抗炎活性、免疫调节功能、调节肠道菌群的分子机制，以期为寻求UC有的新型治疗性药物提供一定的理论基础。同时，我们也希望为深入探究Lys的抗炎及免疫调节作用机制提供部分有价值的参考。

【关键词】：

炎症性肠病；溃疡性结肠炎；溶菌酶

1. 绪论

慢性疾病——炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD），是一种具有反复发作特点的胃肠道炎症性疾病，类型包括两种：克罗恩病（Crohn Disease，CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC）。研究发现，UC在西方国家更为普遍，但随着饮食习惯和生活环境的变化，以及医疗技术的迅猛发展，近几十年我国UC的发病率也不断攀升。据报道，UC的全球发病率和患病率每年约为0.02%和0.2%。UC的病变特征是反复性的粘膜炎症，病症多累及直肠和远端结肠，也可向近端连续性弥漫扩展。在临床上，患者的主要症状为腹痛腹泻，后期会逐渐发展为粘液性脓血便。此外，病情严重者可见白冻样粪便，大部分患者伴有食欲不振、恶性呕吐等症状，其并发症包括中毒性巨结肠甚至消化道穿孔，病情严重还会引发大出血等。临床上目前通过结肠镜检查和组织学检查确诊此病。

UC的主要致病原因包括：自身免疫系统功能障碍、肠道菌群失调、遗传因素、环境因素等。目前临床所应用的治疗方法包括中医针刺、穴位按摩、艾灸等；对于西医治疗而言，大多采用5-氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂、抗菌药物以及手术治疗等。但遗憾的是当前的药物对UC的治疗缺乏针对性，主要以缓解和控制为主要治疗手段，尚无治愈方法。UC也因而被世界卫生组织（WHO）列为一种现代难治疾病。尽管一般而言，此病不对患者的生命造成严重威胁，但是反复漫长的病程对病人的精神、工作和生活产生严重影响，而且溃疡性结肠炎可能参与结直肠癌症的发生与发展，故而有效防治溃疡性结肠炎显得尤为重要。

溶菌酶（Lysozyme）还被熟知为胞壁质酶，它的功能是水解大部分细菌中的粘多糖碱性酶，广泛存在与人体眼泪、鼻黏液、唾液、肝、肾、淋巴组织等部位，在自然界也广泛存在，作为天然抑菌剂的一种，其抗菌活性体现在可以有效分解细菌细胞壁。此外，溶菌酶作为一种酶，无法避免会受到不可逆抑制剂的抑制作用，但它的抗菌效应依然存在。有学者推测原因很大程度上与溶菌酶呈碱性有关。此外，还有学者们研究并证实了其抗病毒、抗氧化、抗炎以及免疫调节等功能。

根据来源划分，溶菌酶主要来自鸡蛋白、植物、微生物、动物。其中，鸡蛋卵白中的溶菌酶含量最高，提取成本最低，提取工艺也最为简单，目前大多数溶菌酶都是从鸡蛋白中提取分离得到的。

2. 现阶段溃疡性结肠炎的治疗方法及特点

2.1 西医治疗

目前，临床上西医治疗UC普遍采用的药物有：①氨基水杨酸类，如5-氨基水杨酸（5-ASA）、美沙拉嗪（Mesalazine）。5-ASA 在临床治疗较为常见，而Mesalazine是轻、中度UC患者缓解病症的主要选择，亦或者维持治疗的主要药物；②类固醇激素类；③免疫抑制剂；④生物因子。但由于UC临床病理机制颇为复杂，药物作用有限，服用时间至少一年，部分需要终身服用。大多药物伴有恶心、肠道不适、皮肤黏膜反应、肝毒性、间质性肺炎、机会性感染等不良反应。

2.2 中医治疗

中药治疗UC方法多样，临床疗效有所提升，复发率也在一定程度上得以控制。目前已有研究发现，某些天然产物如中药提取物、益生菌、氨基酸、多肽、蛋白质和脂质等具有缓解炎症性肠病的作用。如来自不同天然植物（魔芋、芦荟、铁皮石斛）的葡甘露聚糖（KGM、AGP和DOP）可减轻肠上皮损伤，调节肠黏膜免疫。但中医的评判标准模糊，与医者的医疗经验关系密切，不利于学术交流和传承，且短期内的作用效果不明显。

此外，综合近年来有关临床研究治疗溃疡性结肠炎的研究，我们发现中西医结合与单一治疗方式相比能明显提升患者生存质量及整体状态，但仍然无法根治溃疡性结肠炎患者。

2.3 其他

有研究发现，如果机体长时期大量摄入水果、蔬菜和红酒，会使得机体微生物的多样性显著增加。正是因为这些蔬果可以增加肠道中柔嫩梭菌属的丰度，而柔嫩梭菌属恰巧具有抗炎功效。此外，手术疗法、肠道菌群微生态制剂、特异性的靶向药物等也在UC治疗中发挥一定的作用。

活性非致病性细菌——益生菌，现也广泛用于治疗UC。临床治疗所运用的益生菌种类较多，但是乳杆菌属、肠球菌属、双歧杆菌属较为常见。他们对机体肠道和免疫系统有非常积极地效果，不但可以恢复受损的粘液屏障的功能，还可以调节失衡的肠道菌群。令我们惊喜的是，益生菌在抑制机体潜在病原体的竞争上也发挥着无法取代的作用。最终使肠道屏障功能得以提升，改善机体局部甚至于全身的免疫力，达到有效缓解UC患者病症的目的。但遗憾的是，益生菌仅仅只能起到缓解作用，无法根治UC。

3. 溶菌酶对溃疡性结肠炎的作用特点

3.1 溶菌酶的理化性质

溶菌酶是由弗莱明在1922年发现的，由单核-巨噬细胞分泌，溶菌酶分子近似椭圆形的并且具有复杂的形状。它包含18种类型氨基酸残基，数量共计129个。分子量约为14.3KDa。溶菌酶分子含有八个半胱氨酸残基，因而可以形成4个二硫键组成十分稳定的结构。故在一定范围内，溶菌酶可以抵抗外部升高的压力和温度造成的刺激，而不引发自身二级和三级结构变化。

此外，溶菌酶分子的PI约为10.7，最适宜的温度为50°C，最佳pH约6〜7，有良好的热稳定性，在pH 5.0下熔点可达到72℃。某些常见的金属离子，如Cu2 +，Fe2 +，Zn2 +可抑制溶菌酶的活性，而Mg2 +，Ca2 +和NaCl则可激活酶的活性。溶菌酶可在室温，干燥条件下长时间保存，酶纯品为白色/微黄色结晶，部分成无定形粉末，易溶于水，不溶于丙酮和乙醚等有机溶剂。

3.2 溶菌酶的抑菌机理

溶菌酶发挥其水解作用的对象主要是革兰氏阳性菌 (G+) , 对革兰氏阴性菌 (G-) 作用微乎其微。是因为溶菌酶发挥功效的机制是水解细菌细胞壁中的肽聚糖。由于G+细胞壁肽聚糖是其主要组成成分，不存在其他的保护层。因此，溶菌酶对它们有很强的水解作用。然而相对而言，G-有一层很厚的外膜保护，形成屏障作用，此外，其内壁肽聚糖很薄，故其受到的水解作用很小，综上可知溶菌酶对G-的杀菌效果不大。

溶菌酶发挥水解作用抗菌时，可以破坏细菌细胞壁的多聚物——肽聚糖。肽聚糖是由N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖相互作用形成的β-1,4糖苷键，这会引起细菌细胞壁稳定性下降，导致细菌细胞壁内外两侧的渗透压不平衡，最终胞内内容物逃逸，细菌因此而裂解甚至死亡。

3.3 溶菌酶的菌群调节功能

哺乳动物肠道内微生物群落的数量及分布颇为复杂，我们体内肠道有超过1000种细菌，其总重量高达1kg。肠道菌群失调也与UC发病有密不可分的关系。为此，有研究人员进行相关实验验证。他们从 UC 患者体内分离出变形梭杆菌，进行体外培养，菌体成熟后，离心菌体取上清液，最后以灌肠的方式给予小鼠，发现小鼠出现了与人类溃疡性结肠炎极其相似的临床症状，这在一定程度上证明了肠道菌群参与UC的发生发展。溶菌酶作为一种天然的抑菌剂，可通过调节肠道菌群的分布从而达到缓解或治疗溃疡性结肠炎的目的。

3.4 溶菌酶的抗炎功效

炎症反应是多细胞、多因子参与的复杂的反应，细胞信号传导系统控制炎性细胞的激活以及在炎性反应中的作用。越来越多的文献表明,炎症通路的激活在UC中起着十分重要的作用，同时炎症通路的激活还可导致许多并发症。

在鸡蛋清中大量发现的溶菌酶作为一种天然抗菌蛋白，属于防御蛋白家族，而防御素是在宿主先天免疫中起重要作用的抗菌蛋白。有研究表明溶菌酶能够减弱DSS诱导的炎症并恢复上皮屏障功能，其通过结合LPS形成复合物抑制炎症反应，因而在某些部位降低促炎因子的表达，如TNF-α、IL-6、IFN-γ、IL-8和IL-17的表达量下降；同时，可以增加抗炎介质如IL-4和TGF-β的表达。这表明溶菌酶可以作为有效的抗炎和免疫调节剂起作用。溶菌酶和溶菌酶衍生的肽已经证实DNA结合活性，溶菌酶与DNA分子的相互作用可能干扰DNA复制，进而调节基因表达并阻断细菌和病毒感染，从而促进其先天免疫调节活性。

3.5 溶菌酶与溃疡性结肠炎的关系

溶菌酶在各类腺体和细胞中均有一定浓度，如舌下腺、胃、幽⻔腺、⼩肠Paneth细胞甚至唾液、乳液中均有溶菌酶分泌。在炎症反应中溶菌酶往往被大量释放，这是腺体激活或细胞裂解所产生的结果。在UC的病理生理机制中溶菌酶也发挥着重要作用。

溶菌酶在肠道先天免疫具有重要地位。根据Coutinho等学者的研究，他们发现新生儿肠道黏膜由于缺乏成熟的Paneth细胞，因而更易发生细菌粘附和易位，这会导致坏死性小肠结肠炎，甚至继发性脓毒败血症。

此外，Kayazawa等科学家研究了结肠中性粒细胞诱导蛋白与UC活性的关系。研究结果表明，结肠组织中的溶菌酶水平在炎症早期会升高，这也提升了结肠组织的免疫力；在疾病晚期溶菌酶表达有所下降，组织修复和损伤清除能力被削弱，中性粒细胞浸润使结肠也出现明显的病理学改变，如隐窝囊肿等现象。

4. 结语

溶菌酶不仅是一种天然的抑菌剂，还有抗氧化、抗炎、免疫调节及菌群调节等功效。有研究表明，在不同的肠道疾病中溶菌酶均有显著的上调表现。溶菌酶之所以上调是为了保护黏膜细胞免受炎症的侵袭。因此，人为地增加结肠黏液层溶菌酶的浓度或可缓解炎症反应。此外，Lee等人的研究表明溶菌酶能显著改善试验动物的炎症反应并调节局部基因表达,达到缓解亦或是辅助治疗IBD的作用，这有望成为预防或者治疗UC的一个新策略。

但是溶菌酶作用的分子机制较为复杂，所以下一步，我们想解析HEL的结构与活性之间的关系，进而深入探究HEL治疗UC所涉及的具体信号通路乃至分子机制，从而为转化医学研究给予一定的理论和实验支持。我们也期待此次研究可以在未来临床应用上奠定一定的理论基础。

课题项目

2019年海南省自然科学基金青年基金项目（819QN231）；海南医学院2019年大学生创新创业训练计划项目（X201911810114）。

作者简介：

杜彦婷（1999-），女，汉族，江苏盐城人，在读本科生，2017级生物技术本科班。

何金钢（1998-），男，汉族，湖北武汉人，在读本科生，2017级生物技术本科班。

张丁木（1998-），男，汉族，黑龙江富锦人，在读本科生，2017级生物技术本科班。

林少云（2000-），女，汉族，海南屯昌人，在读本科生，2017级生物技术本科班。

陈心怡（2000-），女，汉族，四川宜宾人，在读本科生，2018级生物技术本科班。

王凯（1989-），男，汉族，山西运城人，博士，副教授。

参考文献

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