《Journal of Advanced Research》：The serine Protease-Serine protease inhibitor regulatory network in inflammatory bowel Disease: From molecular mechanisms to novel therapeutic Horizons
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本综述系统阐述了丝氨酸蛋白酶及其抑制剂（Serpin、Kazal、WFDC家族）在炎症性肠病（IBD）中的核心作用，揭示了其通过破坏肠道屏障、激活蛋白酶活化受体（PARs）及调控细胞因子网络驱动疾病的机制，并展望了靶向该网络（如elafin、SLPI）在IBD诊断（如粪便中性粒细胞弹性蛋白酶NE）和治疗（如工程益生菌递送抑制剂）中的转化前景。
丝氨酸蛋白酶在IBD中的作用
丝氨酸蛋白酶是一类催化中心含有丝氨酸残基的蛋白水解酶，通过保守的催化三联体（His-Asp-Ser）特异性切割肽键。它们在消化、凝血、免疫和上皮屏障维持等生理过程中发挥关键作用。在炎症性肠病（IBD）患者中，宿主来源的丝氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶、糜蛋白酶、中性粒细胞弹性蛋白酶NE）的表达和酶活性显著升高，这种异常的蛋白水解活性通过多种机制促进IBD发展。
丝氨酸蛋白酶对肠道屏障的影响
肠道屏障由物理屏障（肠上皮细胞及紧密连接蛋白如occludin、claudin，黏附连接蛋白如E-cadherin）和化学屏障（杯状细胞分泌的黏蛋白MUC2形成的黏液层）构成。在IBD的炎症环境下，过量的丝氨酸蛋白酶会破坏这一屏障。例如，胰蛋白酶可降解MUC2，破坏黏液层结构，并切割E-cadherin，增加肠道通透性。糜蛋白酶则通过重新分布紧密连接蛋白ZO-1和occludin来增强上皮通透性。肠细胞衍生的弹性蛋白酶2A（ELA2A）通过降解occludin和E-cadherin直接损害上皮屏障完整性。中性粒细胞浸润释放的大量NE能降解细胞外基质成分（如胶原蛋白、层粘连蛋白）和连接蛋白，加剧组织破坏。值得注意的是，丝氨酸蛋白酶也具有保护作用，如组织型纤溶酶原激活物（tPA）通过激活抗炎细胞因子TGF-β促进黏膜修复，凝血酶可降解微生物生物膜蛋白以维持黏膜稳态。
丝氨酸蛋白酶激活PARs
丝氨酸蛋白酶通过激活蛋白酶活化受体（PARs，包括PAR1-4）参与复杂的细胞信号转导，在IBD发病中起关键作用。凝血酶活性在IBD炎症黏膜中显著升高，主要通过激活PAR1驱动紧密连接蛋白降解、细菌易位和上皮细胞凋亡。中性粒细胞衍生的NE和蛋白酶3（PR3）可激活肠上皮细胞基底侧的PAR1和PAR2，导致肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化，破坏紧密连接，并放大中性粒细胞跨上皮迁移。组织蛋白酶G（CatG）通过激活PAR4增加上皮通透性。胰蛋白酶能激活PAR1、PAR2和PAR4诱导肠道炎症。肥大细胞类胰蛋白酶通过PAR2激活Akt/mTOR信号通路促进肠道纤维化。有趣的是，PAR2在急性炎症中促炎，但在慢性结肠炎模型中却表现出抗炎和促进上皮伤口愈合的保护作用，体现了其作用的复杂性。PAR3在IBD中的作用尚不明确。
丝氨酸蛋白酶调控炎症信号网络中的细胞因子
丝氨酸蛋白酶对细胞因子网络的调控不仅限于PAR途径。NE和CatG可通过蛋白水解切割将IL-33转化为高活性形式，从而超活化Th2炎症信号通路。在溃疡性结肠炎（UC）患者富含中性粒细胞的固有层微环境中，弹性蛋白酶和PR3能直接切割pro-IL-1β使其成熟，不依赖于NLRP3炎症小体，从而促进肠道炎症。CatG还能通过蛋白水解增强中性粒细胞趋化因子CXCL5的活性。纤溶酶可通过激活基质金属蛋白酶9（MMP9）促进结肠炎进展。另一方面，炎症细胞因子（如IL-4, IL-13）可通过STAT6信号通路下调膜锚定丝氨酸蛋白酶（如matriptase）的表达，削弱其屏障保护功能。颗粒酶M（GrzM）在UC炎症组织中表达升高，在实验模型中能抑制过度中性粒细胞浸润，保护肠上皮完整性。
肠道菌群衍生的丝氨酸蛋白酶在IBD中的作用
健康个体中，菌群（如拟杆菌、梭菌、链球菌）产生的丝氨酸蛋白酶有助于维持肠道稳态。IBD患者的肠道菌群失调改变了细菌蛋白酶谱，导致肠道丝氨酸蛋白酶活性升高。例如，肠杆菌科细菌分泌的丝氨酸蛋白酶自转运体是重要的毒力因子。空肠弯曲菌分泌的丝氨酸蛋白酶HtrA可切割E-cadherin和紧密连接成分，破坏肠道屏障，并为非侵入性共生菌的易位打开通道。一些细菌蛋白酶还能降解宿主细胞外基质成分。重要的是，微生物和宿主丝氨酸蛋白酶在底物水平存在重叠（如均靶向连接蛋白），微生物蛋白酶（如脆弱拟杆菌丝氨酸蛋白酶1）可通过激活上皮细胞PAR2触发炎症反应，进而招募富含丝氨酸蛋白酶的中性粒细胞，形成复杂的相互作用网络。某些细菌也能产生丝氨酸蛋白酶抑制剂来抑制宿主蛋白酶活性，起到保护性调节作用。
丝氨酸蛋白酶抑制剂在IBD中的作用
丝氨酸蛋白酶抑制剂是丝氨酸蛋白酶的关键负调控因子，主要包括serpin超家族、Kazal型和WFDC型抑制剂家族。
Serpin家族
SerpinA1（α1-抗胰蛋白酶, AAT）在IBD患者肠道组织中表达上调，给予AAT可通过减少细胞因子（如IL-1β, IL-6）产生和炎症浸润来缓解实验性结肠炎。SerpinA3（小鼠同源物为SerpinA3n）在炎症消退期表达增加，通过抑制弹性蛋白酶活性促进炎症消退，但在严重炎症时，其与NE的平衡被打破。有研究报道层粘连蛋白β3（LAMB3）可通过整合素α3β1/FAK通路促进SerpinA3表达，进而增加促炎细胞因子产生。SerpinA4（kallistatin）在活动性IBD患者血浆和组织中表达降低，但在粪便中升高。SerpinE1（纤溶酶原激活物抑制剂-1, PAI-1）在IBD中表达升高，可通过激活NF-κB信号通路上调中性粒细胞趋化因子，加剧肠道炎症。
Kazal型（胰腺分泌性胰蛋白酶抑制剂）家族
丝氨酸蛋白酶抑制剂Kazal型4（SPINK4）在肠道杯状细胞中表达，在IBD患者和结肠炎模型肠道中动态变化。SPINK4通过其Kazal样结构域结合表皮生长因子受体（EGFR），激活EGFR通路，进而上调Wnt/β-catenin信号并抑制Hippo通路，促进杯状细胞再生和黏液层恢复。其在疾病活动期表达降低，缓解期表达增加。间充质基质细胞来源的PGE2可通过上调前列腺素E受体4信号通路，增强组蛋白去乙酰化酶（HDAC4, HDAC5, HDAC7）活性，从而增加SPINK4的表达和释放。
WFDC家族
该家族代表成员包括elafin和分泌性白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）。Elafin主要由上皮细胞分泌，能抑制NE和PR3活性。在结肠炎模型中，过表达elafin或敲除NE/PR3基因可缓解结肠炎，其保护作用与抑制弹性酶/PR3活性以及调节NF-κB活化、细胞因子和趋化因子产生有关。Elafin还能通过抑制组织蛋白酶S活性抑制PAR2信号，发挥抗纤维化作用。WFDC2可通过抑制MMP12和MMP13活性维持上皮屏障完整性。关于elafin在IBD患者中的表达报道不一，可能存在疾病类型（UC vs CD）、活动性、部位和人群的异质性。SLPI能抑制NE和CatG，并抑制NF-κB信号调节单核/巨噬细胞功能。在UC炎症黏膜和实验性结肠炎模型中SLPI表达上调，缺乏SLPI会损害结肠炎恢复。SLPI在CD中的表达也存在部位特异性差异。
丝氨酸蛋白酶/抑制剂调控网络在IBD中的诊断和治疗意义
在诊断方面，粪便NE、糜蛋白酶、血浆弹性蛋白酶、血清elafin、血清二肽基肽酶-4（DPP-4）、尿液NE/elafin比值、PR3-抗中性粒细胞胞质抗体（PR3-ANCA）等作为潜在生物标志物被探索。颗粒酶B（GZMB）正电子发射断层扫描（PET）成像和基于糜蛋白酶的双锁化学发光探针等分子成像技术为无创监测提供了新策略。
在治疗方面，临床前研究显示，丝氨酸蛋白酶抑制剂（如AAT、elafin、SPINK4）或合成抑制剂（如达比加群、甲磺酸萘莫司他、UAMC-00050）可缓解实验性结肠炎。工程益生菌（如乳酸乳球菌、干酪乳杆菌）局部递送elafin显示出治疗潜力。NE可降解英夫利昔单抗等生物制剂，提示丝氨酸蛋白酶抑制剂与生物制剂联用的可能性。少数抑制剂（如尿胰蛋白酶抑制剂、卡莫司他甲磺酸盐、APC-2059）已进入早期临床研究，显示出一定的安全性和临床改善。然而，靶向丝氨酸蛋白酶网络仍面临挑战，如靶点特异性（催化位点保守）、药物递送和稳定性（口服降解、炎症微环境影响）、以及人类肠道微环境的复杂性。未来需要开发高选择性抑制剂，利用工程益生菌、纳米技术等创新递送策略，并在类器官等更接近人类的系统中验证，以推动其临床转化。
结论
丝氨酸蛋白酶-抑制剂网络在IBD发病机制中起着核心作用，影响黏膜稳态、免疫应答和屏障功能。尽管临床前研究显示了其诊断和治疗潜力，但临床转化仍面临挑战。未来需要致力于开发高选择性抑制剂，在人类相关系统中验证机制和候选药物，探索联合疗法，并推进有前景的生物标志物的临床验证，以期最终为IBD患者带来临床获益。
