细胞游离核酸在炎症性肠病诊断和治疗中的应用

《Chinese Medical Journal》：Use of cellular free nucleic acids for diagnosis and treatment of inflammatory bowel disease

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致编辑：炎症性肠病（IBD）是一种病因不明的慢性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。该疾病在活动期和缓解期之间交替发作，这使得监测和管理变得复杂。现有的临床生物标志物在特异性和预测性方面存在局限性。细胞游离核酸（cfNAs）作为一种非侵入性诊断工具，在诊断和精准医疗领域具有巨大潜力。

cfNAs包括DNA和RNA，存在于血浆、脑脊液、唾液、尿液和粪便等细胞外液中。在妊娠、癌症、肝损伤和IBD等情况下，凋亡细胞和受损组织会释放cfNAs。此外，当病原体（尤其是细菌）被吞噬细胞分解时也会释放cfNAs。体液中的cfNAs主要以游离态、与蛋白质结合或包裹在细胞外囊泡内的形式存在。游离态cfNAs由于核酸酶的作用会迅速降解，半衰期较短。甲基化可以增加其稳定性，延长其在体内的存在时间。蛋白质也可以与cfNAs结合，形成稳定的复合物，防止其降解同时不影响其生物活性。细胞外囊泡（尤其是外泌体Exo）因其体积小、清除率低、生物相容性和免疫原性低而备受关注。Exo有助于免疫逃逸和药物靶向递送，从而减少副作用。无论以何种形式存在，cfNAs都对生理功能至关重要。体内cfNAs的水平与IBD的活跃程度密切相关，为疾病的早期诊断、疗效监测和预后评估提供了新的视角。

cfNAs主要通过旁分泌机制参与胃肠道中的多种生物活动。在炎症或感染因素的作用下，IBD患者的肠道处于持续炎症状态，导致大量受损或死亡细胞从肠壁脱落，释放出大量cfNAs。未能随粪便排出的cfNAs可通过多种途径调节免疫和炎症信号，从而促进IBD的进展。值得注意的是，患者血液、肠灌洗液和粪便中的cfNAs水平显著升高，并与炎症因子、生物标志物、临床症状和疾病活动度呈正相关。

IBD患者患结肠癌的风险增加。与健康人群相比，癌变细胞会释放更多的cfNAs，且cfNAs的甲基化程度从结肠炎到结肠癌逐渐降低，这表明cfNAs及其甲基化程度的变化可能作为从结肠炎向结肠癌转变的指标。一项针对169个结直肠癌肿瘤组织样本的全基因组测序研究证实了组织中差异甲基化区域（DMRs）的低碳基化现象，并鉴定出一组具有潜在诊断价值的DMRs。这些DMRs有望成为结肠癌的生物标志物。

IBD不仅限于成人；约30%的患者在儿童期就被诊断出该病。然而，儿童在接受结肠镜检查时出现并发症的风险更高，并且往往依从性较差。此外，一些患者的内镜检查结果可能不典型，这些因素都可能延迟诊断并增加肠外并发症和结肠癌的风险，对儿童的正常生长、发育和日常生活产生不利影响。研究表明，UC患儿的循环cfNAs水平比CD患儿高1.47倍。糖皮质激素治疗后，儿童体内某些cfNAs的水平会增加，这表明糖皮质激素可能直接调节cfNAs的表达，从而影响IBD的发病机制。治疗前后特定cfNA亚型的变化有助于了解治疗效果。总之，cfNAs在区分UC和CD以及评估治疗效果方面具有显著潜力。

除了上述诊断优势外，cfNAs还为IBD的创新治疗提供了新的途径。来自巨噬细胞（Mφ）的外泌体保留了Mφ的分子特性，可参与身体的免疫反应。在感染和免疫系统失调时，Mφ可分化为促炎型（M1）或抗炎型（M2）。M1型Mφ表面差异表达肿瘤坏死因子（TNF），通过TNF受体（TNFR）2/NF-κB通路触发糖酵解，从而加剧炎症过程。抗TNF药物在临床IBD患者中对于缓解肠道炎症的效果显著。抗TNF药物的靶向递送可以高效中和肠道病变区域的TNF，增强局部治疗效果并减少对正常细胞的损伤。此外，这些药物在免疫抑制中起积极作用，但可能会抑制肠道黏膜屏障的功能并破坏肠道微生物群，因为它们会抑制肠道上皮细胞（IECs）上特异性表达的糖蛋白TMIGD1。因此，抑制M1型外泌体并补充TMIGD1可能成为IBD的新治疗靶点。来自人参等植物的外泌体可通过抑制NF-κB通路减少促炎因子的释放，促进Mφ向M2型分化，并增加白细胞介素（IL）-10的产生。植物来源的外泌体通常比人类来源的外泌体更纯净且更容易获得，但植物细胞和人类细胞在培养条件及体内存活能力方面存在差异，其靶向递送能力和长期存活效果仍需进一步验证。

间充质干细胞（MSCs）在特定条件下能分化为血液细胞、脂肪细胞和其他类型的细胞，通过旁分泌途径参与多种生理和病理过程，如细胞存活、免疫调节和组织修复。来自MSCs的外泌体（MSCs-Exo）可作为药物递送载体，减少活细胞注射带来的潜在副作用，因此在临床应用中具有优势。一项针对五名难治性肛瘘IBD患者的临床研究显示，六个月后未观察到全身或局部不良反应，三名患者完全康复，表明外泌体疗法是可行的。

IBD患者肠道微生物群失衡，其中致病细菌数量增加，这些细菌会产生特定的外泌体，加剧炎症。革兰氏阴性杆菌Fusobacterium nucleatum（Fn）在UC患者的结肠组织中含量较高。关于该细菌在CD患者肠道中的研究较少。Fn可以直接侵入肠道黏膜，显著改变受感染IECs产生的外泌体（Fn-Exo）。对比未感染IECs产生的外泌体（Con-Exo），发现Fn-Exo中的cfNAs水平显著升高。研究表明，这些cfNAs通过TIMELESS轴激活ataxia telangiectasia突变和Rad3相关激酶（ATM/ATR）/p53通路，促进细胞衰老和结肠炎症。将Fn-Exo传递给未感染IECs会加重屏障功能障碍和炎症。因此，针对TIMELESS轴或ATM/ATR/p53通路可能是治疗Fn引起的UC的有效方法。来自人参等植物的外泌体也可通过抑制NF-κB通路减少促炎因子的释放，促进Mφ向M2型分化，并增加IL-10的产生。植物来源的外泌体通常比哺乳动物来源的外泌体更纯净且更易获取，但其培养条件和在人体内的存活能力仍需进一步研究。

外泌体可通过多种治疗方式发挥治疗作用。UC与过量的活性氧（ROS）和DNA损伤相关，MSCs在缺氧（HP）条件下表现出增强的活性和迁移能力。因此，在缺氧条件下处理过的MSCs-Exo可减少IECs中的ROS产生和DNA损伤，同时通过促进HP诱导因子-1α抑制mTOR信号通路，缓解炎症。预处理过的MSCs-Exo在药物递送方面更为有效。静脉给药虽能改善症状但会增加不良反应风险，而口服给药受胃酸降解的影响，但结肠环境有利于药物递送（低酶浓度和较长滞留时间）。优化递送方法可提高外泌体的生物利用度并降低副作用。

cfNAs在IBD的发病和进展中起关键作用，其诊断价值与疾病严重程度、发病年龄和并发症相关。它们可作为直接的治疗剂或IBD药物的载体，实现靶向治疗。cfNAs作为IBD诊断和治疗的新靶点具有巨大潜力，但需要大量临床样本来验证其疗效。未来的研究应优先开展大规模前瞻性队列研究，以及更精确的核酸定量和测序，以建立全面的cfNAs数据库。该数据库不仅有助于提高诊断准确性，还能更快速、更准确地监测疾病动态。预期cfNAs可用于不同年龄、类型和阶段的IBD患者，实现个性化治疗并显著改善预后。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82260115）的支持。