雷帕霉素与胃肠外给药途径协同减轻糖皮质激素对肠道屏障功能的损害作用

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Rapamycin and parenteral administration attenuate the harmful effects of glucocorticoids on the intestinal barrier function

本研究针对糖皮质激素(GC)在炎症性肠病(IBD)治疗中存在的肠道屏障功能(IBF)削弱等副作用，探讨了通过改变给药途径（口服vs.腹腔注射）及联合mTOR抑制剂雷帕霉素两种策略进行干预。结果表明，胃肠外给药可部分减轻GC的有害影响，而雷帕霉素联用能通过调控DDIT4等关键因子，在不影响GC抗炎疗效的前提下，显著改善肠道屏障完整性，为优化GC临床应用提供了新思路。

　　

糖皮质激素（Glucocorticoids, GC）是临床上用于控制炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）等炎症性疾病不可或缺的强大武器。它们能有效抑制过度活跃的免疫反应，快速缓解病情。然而，这把“双刃剑”也伴随着显著的副作用，其中之一便是对肠道屏障功能（Intestinal Barrier Function, IBF）的损害。肠道屏障如同守护人体内部环境的“长城”，由上皮细胞及其间的紧密连接（Tight Junctions）等结构构成，负责阻挡有害细菌和毒素进入体内。研究表明，GC会抑制肠道上皮细胞的增殖、延缓伤口愈合、减少黏液分泌，从而削弱这道屏障。在IBD患者本身肠道屏障就脆弱的情况下，GC的这种副作用可能限制其疗效，甚至导致疾病恶化或细菌感染，这成为了临床治疗中的一个棘手难题。

因此，如何保留GC强大的抗炎效果，同时规避其对肠道屏障的负面影响，成为了一个重要的科学问题。来自西班牙格拉纳达大学的研究团队在《Biomedicine 》上发表论文，旨在探索两种潜在的解决方案：一是改变GC的给药途径，避免其直接接触肠道；二是联合使用一种名为雷帕霉素（Rapamycin）的药物，以期中和GC的副作用。

为了回答上述问题，研究人员主要运用了以下关键技术方法：他们使用葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的小鼠结肠炎模型模拟人类IBD；通过口服和腹腔注射两种途径给予prednisolone（一种常用的GC）并联合使用雷帕霉素进行干预；通过疾病活动指数（DAI）评分、组织病理学分析、细菌易位（Bacterial Translocation）测定、免疫荧光/免疫组化、蛋白质印迹（Western Blot）以及RNA测序（RNAseq）等技术全面评估肠道炎症、屏障功能及相关分子机制；并利用IEC4.1小鼠肠道上皮细胞系进行体外实验，验证药物对上皮细胞增殖和伤口愈合的直接作用。

3.1. Prednisolone accelerates DSS colitis IBF weakening in an administration pathway dependent fashion

研究人员首先比较了口服和腹腔注射prednisolone对DSS结肠炎小鼠的影响。结果显示，两种给药方式均能产生相当的抗炎效果（如减轻结肠增厚）。然而，与未经GC治疗的结肠炎小鼠相比，口服prednisolone的小鼠更早出现体重下降和直肠出血（通过粪便血红蛋白量化），并且肠道屏障破坏更严重，表现为结肠黏膜细菌附着量增加，以及细菌向肠系膜淋巴结（MLN）和肝脏的易位显著增强，其中口服给药的细菌易位程度高于腹腔注射。这表明prednisolone确实会加速结肠炎早期的肠道屏障功能恶化，且口服途径的这种有害影响更为突出。

3.2. Prednisolone ameliorates colonic inflammation regardless of the administration route

尽管对屏障功能有负面影响，但prednisolone展现了强大的抗炎能力。无论口服还是腹腔注射，均能显著降低结肠的髓过氧化物酶（MPO）活性（中性粒细胞浸润标志物）和促炎基因（如Cxcl1, Il6, S100a8, S100a9）的表达，并改善组织病理学评分，减轻炎症细胞浸润和组织损伤。这表明GC的抗炎作用与其给药途径关系不大，但其对肠道屏障的损害作用则与局部药物暴露浓度相关。

3.3. Glucocorticoid receptor signalling shows different patterns in DSS colitis

为了探究机制，研究人员检测了糖皮质激素受体（GR）的活化情况（通过磷酸化GR, p-GR）。有趣的是，在DSS结肠炎状态下，结肠组织总的GR表达和p-GR信号均显著降低。然而，在口服prednisolone的小鼠结肠中，p-GR信号更多地集中于上皮细胞区域，而腹腔注射组则分布相对均匀。这提示上皮细胞GR信号的激活可能与更严重的屏障功能损害相关。

3.4. Rapamycin dampens prednisolone adverse effects in DSS colitis

接下来，研究团队测试了第二种策略：联合使用雷帕霉素。结果表明，雷帕霉素本身在所用剂量下抗炎效果较弱，但当它与口服prednisolone合用时，能够延迟直肠出血的出现，并完全逆转prednisolone引起的细菌附着和向MLN的易位，提示其对肠道屏障起到了保护作用。重要的是，这种保护作用并未削弱prednisolone的抗炎效益，组织学损伤改善、黏蛋白（Alcian Blue染色）和胶原分布（Picrosirius Red染色）的恢复情况在联合治疗组与单用prednisolone组相似。进一步的机制探索发现，联合治疗降低了GR的磷酸化水平和AKT的磷酸化激活。免疫荧光显示，p-S6（mTORC1下游信号）信号在结肠炎小鼠上皮细胞中激活，prednisolone能抑制此信号，而雷帕霉素的加入改变了信号模式。

3.5. Colon local steroidogenesis is modulated by prednisolone treatment during inflammation

研究人员还考察了肠道局部糖皮质激素合成（ steroidogenesis）的情况。DSS结肠炎导致肠道局部固醇生成的关键调控因子Nr5a2 (LRH-1)、限速酶Cyp11a1以及GR靶基因Tsc22d3 (GILZ)的表达显著下调。而将无活性GC转化为活性形式的酶Hsd11b1在结肠炎时表达上调，prednisolone治疗能使其恢复正常水平。这些变化反映了炎症状态下局部GC代谢的紊乱以及GC治疗的反馈调节。

3.6. RNAseq profiling of rapamycin/prednisolone treated mice

RNA测序分析为理解雷帕霉素的保护机制提供了全局视角。DSS结肠引起了大量基因表达改变（3466个），prednisolone治疗逆转了其中大部分炎症相关基因的表达（1946个），但也独立调控了许多其他基因。雷帕霉素单独使用时对转录组的影响远小于prednisolone。关键发现是，当雷帕霉素与prednisolone合用时，极大地减弱了prednisolone引起的转录组变化（仅调控655个炎症基因，约为prednisolone单独作用的三分之一），特别是逆转了prednisolone对许多上皮增殖和稳态相关基因（如Myc, Ccnd1, Pcna, Mki67等）的下调作用。这表明雷帕霉素可能通过改变GC的转录组学效应，使其偏向于抗炎而减轻对上皮的负面影响。

3.7. Effects of prednisolone and rapamycin in intestinal epithelial cells in vitro

最后，在IEC4.1肠道上皮细胞系中的体外实验直接验证了药物对上皮细胞的作用。prednisolone显著抑制了细胞的伤口愈合能力，而雷帕霉素本身无影响，但能完全抵消prednisolone对伤口愈合的抑制作用。在分子水平上，prednisolone诱导了Ddit4 (DNA damage-inducible transcript 4, 也称为REDD1) 基因的表达，而雷帕霉素则强烈抑制Ddit4的表达。已知DDIT4是介导GC某些副作用的关键蛋白。此外，联合治疗还特异性地显著上调了癌基因Myc的表达。

归纳研究结论和讨论部分，本研究证实了糖皮质激素在发挥抗炎作用的同时，确实会通过上皮细胞GR信号通路损害肠道屏障功能，且口服给药途径的损害更为明显。研究人员成功探索了两种减轻此副作用的策略：一是采用胃肠外给药，减少肠道局部GC浓度；二是联合应用低剂量mTOR抑制剂雷帕霉素。后者显示出巨大的应用潜力，它能通过调控DDIT4等关键分子，在不影响GC抗炎疗效的前提下，有效保护肠道屏障完整性，其机制可能与改变GR的转录组学编程有关，使其减少对上皮增殖相关基因的抑制。

这项研究的意义重大。它不仅深入揭示了GC损害肠道屏障的细胞分子机制，更重要的是提出了切实可行的临床优化策略。对于数百万依赖GC治疗的IBD患者而言，这项研究为改善其治疗效果、减少副作用提供了新的希望和理论依据。未来，针对DDIT4-mTORC1轴或相关通路开发更特异的药物，或许能最终实现GC疗效与安全性的完美平衡，造福广大患者。