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炎症性肠病（IBD）诊疗存在难题，现有临床生物标志物有局限。研究人员开展游离细胞核酸（cfNAs）用于 IBD 诊疗的研究，发现 cfNAs 与 IBD 活动密切相关，还能为创新疗法提供思路，有望推动 IBD 精准诊疗。
炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）是一种病因不明的慢性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s Disease，CD）。该疾病病情在活动期和缓解期交替，给监测和管理带来困难。目前临床使用的生物标志物在特异性和预测性方面存在不足。而游离细胞核酸（Cellular Free Nucleic Acids，cfNAs）作为一种非侵入性诊断工具，在诊断和精准医学领域展现出巨大潜力。
cfNAs 包含 DNA 和 RNA，存在于血浆、脑脊液、唾液、尿液、粪便等细胞外液中。在妊娠、癌症、肝损伤以及 IBD 等情况下，凋亡细胞和受损组织会释放 cfNAs。此外，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 主要以游离漂浮、与蛋白质结合或包裹在细胞外囊泡中的形式存在。游离漂浮的 cfNAs 由于核酸酶的作用降解迅速，半衰期较短。甲基化能够提高其稳定性，延长在体液中的存在时间。蛋白质也可以与 cfNAs 结合，形成稳定的复合物，既能保护 cfNAs 不被降解，又不影响其生物学活性。细胞外囊泡，尤其是外泌体（Exosomes，Exo），具有体积小、清除率低、生物相容性高和免疫原性低的特点。Exo 有助于免疫逃避和靶向药物递送，还能降低副作用。无论以何种形式存在，cfNAs 对生理功能都至关重要。人体内 cfNAs 的水平与 IBD 的活动密切相关，为该疾病的早期诊断、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的多种生物学活动。在炎症或感染因素存在的情况下，IBD 患者的肠道持续处于炎症状态，导致肠壁大量受损或死亡细胞脱落，进而释放出大量 cfNAs。未随粪便排出的 cfNAs 可以通过多种途径调节免疫和炎症信号，从而推动 IBD 的进展。值得注意的是，患者血液、肠道灌洗液和粪便中的 cfNAs 水平显著升高，并且与炎症因子、生物标志物、临床症状以及疾病活动度呈正相关。
IBD 患者患结肠癌的风险增加。与 IBD 患者相比，发生癌变的细胞会释放更多的 cfNAs，并且 cfNAs 的甲基化水平从结肠炎到结肠癌呈梯度下降，这表明 cfNAs 及其甲基化水平的变化可能作为从结肠炎转变为结肠癌过程中的指标。研究人员对结直肠癌肿瘤组织来源的 169 个 cfNAs 样本进行全基因组测序，证实了组织中差异甲基化区域（Differentially Methylated Regions，DMRs）的低甲基化现象，并在 cfNAs 中鉴定出一组具有潜在诊断意义的 DMRs，有望作为检测结肠癌的生物标志物。
IBD 并非只发生于成年人，约 30% 的患者在儿童时期就被确诊。然而，与成年人相比，儿童进行结肠镜检查时出现并发症的风险更高，且依从性较差。此外，部分患者可能出现不典型的内镜检查结果，这些都可能导致诊断延迟，增加肠外并发症和结直肠癌的发生风险，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，患有 UC 的儿童循环 cfNAs 水平比患有 CD 的儿童高 1.47 倍。而且，糖皮质激素治疗后，儿童体内某些 cfNAs 的水平会升高，这表明糖皮质激素可能直接调节 cfNA 的表达，进而影响 IBD 的发病机制。治疗前后特定 cfNA 亚型水平的变化有助于评估治疗效果。总之，cfNAs 在区分 UC 和 CD 方面具有显著潜力，并且有利于评估治疗效果。
除了上述诊断优势外，cfNAs 还为 IBD 的创新疗法开辟了新途径。巨噬细胞（Macrophages，Mφ）来源的 Exo 保留了 Mφ 的分子特征，能够参与机体的免疫反应。在感染和免疫系统失调时，Mφ 可以极化为促炎（M1）或抗炎（M2）状态。M1 状态的 Mφ 来源的 Exo 在其表面差异表达膜肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF），通过 TNF 受体（TNF Receptor，TNFR）2/NF-κB 通路触发糖酵解，促进炎症过程。抗 TNF 药物在缓解临床 IBD 患者肠道炎症方面效果显著。靶向递送抗 TNF 药物可以有效中和肠道病变部位的 TNF，增强局部治疗效果，同时最大限度减少对正常细胞的损伤。此外，这些药物在免疫抑制方面起到积极的调节作用，但也可能通过抑制肠上皮细胞（Intestinal Epithelial Cells，IECs）上特异性表达的糖蛋白 TMIGD1（Transmembrane and Immunoglobulin Domain-Containing Protein 1），加剧肠道黏膜屏障功能障碍，破坏肠道菌群平衡。因此，沉默 M1 状态来源的 Exo 并补充 TMIGD1 可能成为 IBD 的新治疗靶点。植物（如人参）来源的 Exo 也可以通过抑制 NF-κB 通路，减少促炎因子的释放，促进 Mφ 向 M2 状态极化，并促进白细胞介素（Interleukin，IL）-10 的产生。植物来源的 Exo 通常比人类细胞来源的更纯净、更容易获得。然而，植物细胞和人类细胞的生存条件存在差异，植物来源的 Exo 在人体内的靶向递送能力、有效转化以及长期存活情况仍需进一步验证。
间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）在特定条件下具有分化为血细胞、脂肪细胞等多种细胞类型的能力，通过旁分泌途径参与细胞存活、免疫调节、组织修复等多种生理和病理过程。MSCs 来源的外泌体（MSCs-Exo）可作为药物递送载体，与注射活细胞相比，能最大限度减少潜在的副作用，在临床上比 MSCs 更具优势。不过，这一应用的临床研究相对有限。一项对 5 例患有顽固性肛瘘的 IBD 患者进行局部注射 MSCs-Exo 的研究发现，6 个月后未观察到全身或局部不良反应，且 3 例患者完全愈合，这表明外泌体疗法是一种可行的治疗方法。
IBD 患者存在肠道菌群失调的情况，表现为多种致病细菌数量增加，这些细菌会产生特定的 Exo，加剧炎症反应。具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum，Fn）是一种革兰氏阴性杆菌，在 UC 患者的结肠组织中含量丰富，而在 CD 患者肠道中的相关研究较少。Fn 可以直接侵入肠黏膜，显著改变被感染的 IECs 来源的 Exo，即 Fn-Exo。研究人员对 Fn-Exo 和未感染的 IECs 来源的 Exo（Con-Exo）中的 cfNAs 水平进行测序和比较后发现，Fn-Exo 组中几种 cfNAs 亚型的水平显著升高。这些 cfNAs 通过 TIMELESS 轴激活共济失调毛细血管扩张突变和 Rad3 相关激酶（Ataxia Telangiectasia Mutated and Rad3-Related Kinase，ATM/ATR）/p53 通路，进而促进细胞衰老和结肠炎症。将 Fn-Exo 传递给未感染的 IECs 会导致屏障功能障碍加剧，炎症反应增强。因此，针对 TIMELESS 轴或 ATM/ATR/p53 通路可能是治疗 Fn 引起的 UC 的一种有前景的方法。植物（如人参）来源的 Exo 同样可以通过抑制 NF-κB 通路，减少促炎因子的释放，促进巨噬细胞向 M2 表型极化，并促进 IL-10 的产生。植物来源的 Exo 通常比哺乳动物细胞来源的更纯净、更容易获得。尽管如此，植物和哺乳动物细胞的生存条件差异，以及植物来源的 Exo 在人体内的靶向递送能力、有效转化和长期存活情况，都需要进一步研究。
Exo 可以通过多种治疗方式发挥治疗作用。UC 与过量的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）和 DNA 损伤有关。MSCs 在缺氧（Hypoxia，HP）条件下活性和迁移能力增强。因此，在缺氧条件下处理的 MSCs 来源的 Exo 可以减少 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，减轻炎症反应。在 HP 预处理的 MSCs-Exo 在药物递送方面更有效。静脉给药是常用的给药方式，虽然能改善症状，但不良反应风险较高。口服给药面临胃酸降解的挑战，不过结肠具有酶浓度低、保留时间长的优势，是靶向药物递送的理想部位。优化递送方式可以提高 Exo 的生物利用度，降低潜在的副作用。
cfNAs 在 IBD 的发生和发展过程中起着关键作用，在与疾病严重程度、发病年龄和并发症相关的诊断方面具有独特优势。它们既可以作为直接治疗药物，也能作为 IBD 药物的载体实现靶向治疗。cfNAs 作为一种新型的 IBD 诊疗靶点，潜力巨大。然而，要确认其疗效还需要大量的临床样本。未来的研究应重点开展大规模前瞻性队列研究，对核酸进行更精确的定量和测序，建立全面的 cfNA 数据库。这个数据库不仅可以提高诊断的准确性，还能更快速、精确地监测疾病动态变化。预计 cfNAs 将能够用于对不同年龄、类型和疾病阶段的 IBD 患者进行干预，实现个性化治疗，显著改善患者的预后。
本研究得到了中国国家自然科学基金（No. 82260115）的支持。
