PXR在抗炎症中的作用：肠道微生物与消化系统疾病

炎症是机体应对和克服损伤或感染挑战的一种反应机制。然而，当失控或失调时，炎症往往是各种疾病条件下的病理驱动力。炎症在BT的病理生理学中是最显著的参与者，并且形成了导致肠通透性增加的环境。过去10年的研究已经牢固地确立了PXR作为炎症反调节剂的作用。临床研究显示，在IBD患者的炎症组织中观察到PXR明显下调。在此背景下，NR1Ⅰ2基因的多态性已证实与IBD的易感性有关。PXR已经被描述为与免疫应答信号级联的各种成分相互作用，产生免疫调节作用。

NF-κB是一种转录因子，在调节与先天免疫和适应性免疫有关的过多基因方面发挥着核心作用。众所周知，药物代谢在炎症环境中受到损害，反之亦然。这种现象在突出PXR和NF-κB之间存在的反调节方面起着重要作用。PXR通过与作为异二聚体的反应元件结合来控制药物代谢。PXR与RXR-α形成异二聚体，研究表明NF-κB的p-65亚基与PXR异二聚体复合物的RXR单元结合抑制了这种相互作用。然而，更令人感兴趣的是观察到PXR可以相互抑制NF-κB，从而使PXR成为对抗NK-κB及其相关炎症基因试剂盒的极好靶点。与表达PXR的野生型小鼠相比，Zhou等发现，与PXR在缺失小鼠的PXR表达显示出NF-κB活性和炎性细胞因子谱显著增加。这表明在生理状态下，PXR的表达抑制了NF-κB引起的炎症反应。此外，当用PXR激动剂孕烯醇酮16α碳腈（pregnenolone 16α-carbonitrile，PCN）治疗野生型小鼠时，大部分NF-κB靶基因被下调，这个作用在PXR阴性小鼠中消失。提示PCN对NF-κB的拮抗作用呈PXR依赖性。在DSS诱导的结肠炎小鼠中，有PCN治疗和没有PCN治疗的小鼠中观察到类似的结果。最终，PXR负责防御化学物质，NF-κB负责启动免疫防御，相互反调节以维持生理状态。

Wallace等的研究采用SJL/J小鼠模型，其特征是单核细胞向肝门浸润增加，显示PXR在浸润的单核细胞中表达。此外，在SJL/J-PXR＋/＋小鼠中，PCN、下调的TNF-α和IL-1α激活PXR，它们是由NF-κB控制的细胞因子。Cheng等用DSS诱导的结肠炎的人源化PXR（hPXR）小鼠进行的研究表明，利福昔明确实以PXR依赖的方式起作用，并减弱了NF-κB介导的细胞因子。同时TNF-α还与上皮紧密连接（TJ）蛋白的直接下调有关。在这种情况下，进一步研究靶向PXR的激活，以拮抗NF-κB诱导的TNF-α，特别是通过控制单核细胞浸润，以减轻肠上皮损伤。

尽管许多研究已经证实PXR和NF-κB之间的相互抑制作用，但是PXR抑制NF-κB的确切机制尚不清楚。Ye等研究表明，天然PXR配体银杏内酯-A（GA）激活PXR，通过增强B细胞抑制剂α（Iκ-Bα）中κ轻链多肽基因增强子核因子的表达，间接抑制NF-κB。当siRNA用于PXR沉默时，GA不增加Iκ-Bα的表达，表明诱导以PXR依赖的方式发生（图1-4A、B，见彩图）。

各种植物黄烷醇如白杨素和异鼠李素也显示出通过PXR依赖的方式抑制NF-κB活性。在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中使用这些黄烷醇的研究表明，PXR介导的NF-κB靶基因下调，包括iNOS、ICAM-1MCP-1、COX-2、TNF-α、IL-2和IL-6。研究显示PXR的激活阻止了Iκ-Bα的降解，从而强调了PXR可能主要通过操纵Iκ-Bα来对抗NF-κB的可能性（图1-4C，见彩图）。

（一）PXR-NF-κB轴的小泛素样修饰蛋白依赖性调控

小泛素样修饰蛋白（small ubiquitin-like modifier，sumoylation）是一个翻译后修饰过程，在这个过程中，一个小的泛素样修饰蛋白（SUMO）将被添加到PXR蛋白的配体结合域中。在PXR的配体结合结构域中发现了SUMO-1结合位点。结果表明，在脱甲酰化后，PXR的转录活性增加，以PXR靶基因的转录增加为特征（图1-4A，见彩图）。此外，观察到sumoylate PXR与NR共阻遏物（核受体辅助遏物1，nuclear receptor co-repressor 1，NCOR1）之间的相互作用增加。因此，推测修饰后PXR蛋白可能通过阻止共同抑制物（N-COR）/组蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase 3，HDAC3）复合物的清除而帮助保持其完整，从而能够间接抑制NF-κB。反之亦然，内毒素刺激，如LPS，将信号清除这些抑制复合物从促炎基因的启动子区域，从而使NF-κB转录炎症反应基因。PPAR-γ在SUMO化后通过抑制泛素共轭（ubiquitin-conjugating，Ubc）-5蛋白的募集而反式抑制NF-κB，并开始清除共同抑制物。这一机制为靶向PXR SUMOylat.ion位点提供了诱人的机会，尤其是在发生内毒素刺激NF-κB炎症反应的细菌败血症的情况下。

此外，Hu等揭示了PXR sumoylation作为对炎症刺激如TNF-α的反馈反应而发生。他们在翻译后修饰（sumoylated）PXR蛋白中特异鉴定了SUMO-3链。体外试验发现，sumoylated形式的PXR在减轻炎症方面起着巨大的作用，但在调节CYP3A表达方面几乎没有效果。因此，SUMO基化可以将PXR的功能活性从上调外源靶基因的配体激活转录的诱导物转移到产生免疫抑制效应的配体激活转录抑制物中（图1-4B，图1-5，见彩图）。

（二）PXR和TNF-α

肠上皮细胞与天然免疫系统之间的失调通常由内毒素如LPS引起，并且是肠屏障破坏的已建立的病理机制之一。已经观察到，TNF-α在黏膜炎症的发生中起着NF-κB的中心介导作用。Goldman等报道了一种有效对抗BT的抗TNF方法。Mencarelli等进行的研究表明，暴露于TNFα的IEC显示出PXR mRNA水平显著降低。然而，当用利福昔明治疗时，TNF-α被完全拮抗，这通过PXR激活显示出显著的抗炎作用。此外，当用LPS诱导IBD患者结肠活检细胞并随后用利福昔明治疗时，观察到LPS诱导的NF-κB靶基因如TNF-α、重组人巨噬细胞炎症蛋白-3α（recombinant human macrophage inflammatory protein 3α，MIP-3α）和IL-8被消除。这些证据清楚地表明，有效诱导PXR、抑制LPS诱导的TNF-α和NF-κB的作用，可作为治疗BT的理想结果。(www.xing528.com)

（三）PXR和MDR-1

多药耐药基因（multidrug resistance，MDR）-1属于ABC转运蛋白家族，编码跨膜蛋白P-糖蛋白（glycoprotein，P-gp）。MDR-1是PXR调控的主要基因之一，广泛表达于肠上皮细胞和肝脏。P-gp作为ATP依赖的药物流出系统，通过将有毒的化学物质（从药物或微生物来源）从黏膜推回肠腔，维持肠内稳态。在溃疡性结肠炎和慢性病患者中均观察到导致P-gp表达降低的表型的MDR-1a基因多态性。MDR-1a－/－敲除小鼠模型证实，在没有这种流出泵蛋白的情况下，这些动物发展成类似于人类IBD的自发性结肠炎。通过口服抗生素治疗，这种效果得到改善，表明减少细菌负担是控制炎症的有效措施。减少肠道内毒素的积累是改善炎症的可能机制，因此强调了肠道内异源清除系统的重要性。Langman等的研究显示UC患者PXR和MDR-1a的mRNA水平均降低，并认为PXR表达的减弱可能是MDR-1a下调的可能原因。

Toklu等最近进行的一项研究假设抗生素、利福平和螺内酯刺激PXR可能通过诱导MDR-1a基因和P-gp表达引起免疫抑制作用。然而，Blokzijl等认为这些观察是矛盾的，他们指出，尽管同一组织中MDR-1a的表达较低，但在炎症和无炎症的人的结肠之间，PXR蛋白水平没有变化。因此，在这种情况下，MDR-1A可能与PXR蛋白浓度无关。Ros等报道了脂多糖处理大鼠肝脏中MDR-1a的表达也没有改变。Kalitsky-Szirtes等提供了肠内MDR-1a水平降低的矛盾证据。使用PXR裸小鼠的进一步研究可能证实PXR诱导的P-gp表达是否是控制BT的有效机制，最有可能的方法是利用内毒素，否则可能刺激黏膜免疫。

（四）PXR和LPS

LPS是革兰阴性杆菌细胞壁的主要成分，被认为是一种内毒素，它能有效地刺激宿主的先天免疫应答。LPS是由其特异性受体TLR-4识别的，是最早引起肠屏障破坏和BT的炎症因子之一。LPS的促炎作用主要通过激活转录因子如NF-κB介导，NF-κB存在于炎症级联反应的上游。在人类体内，已经确定了生理性BT状态，其中5%～10%的细菌在轻微接触LPS的情况下在肠道内易位，对肠道微生物及其毒素保持严格调节的耐受性。然而，当细菌的数量（负荷）或质量（生物障碍）发生变化时，固有免疫系统被明显激活。这通常是通过增加LPS暴露，LPS刺激免疫细胞，如单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞。反之，这些细胞产生包括IL-1β、IL-6和TNF-α的急性应答细胞因子，从而产生炎症特征。

LPS诱导的炎症模型强调了PXR活性在调节免疫应答的不同阶段中的重要性。CYP3A基因在感染过程中表达减少，并在LPS诱导的动物模型中得到复制。在这些模型中，PXR的mRNA水平也被下调。Moriya等的研究已经表明，经LPS处理CYP的基因表达和活性显著降低，甚至在用PXR激活剂PCN（α-氰基孕烯醇酮）预刺激的小鼠中也是如此。LPS通过诱导细胞因子引起这种效应，细胞因子以NF-κB依赖的方式抑制PXR。Gu等也进行了类似的观察，其中使用NF-κB抑制剂SRIκBα（NF-κB抑制剂Neferine，皿基莲心碱）逆转LPS诱导的PXR下调，证明“NF-κB刺激PXR抑制”是发挥LPS作用的中心。在大多数细胞中，NF-κB与其抑制蛋白SRIκBα结合，阻止其向细胞核转移，以无活性的形式存在于胞质中，当细胞受到各种刺激后，NF-κB与SRIκBα解离，从而进入细胞核，与相应的靶序列结合，调节基因的表达。IκBα则与P5/RelA异源二聚体结合成三聚体，从而使NF-κB以失活状态存在于细胞质中。当IEC与细菌产物如LPS持续接触时，免疫细胞参与对IEC与微生物产物之间任何失调的反应。应当指出，PXR在这两种细胞类型中都表达，因此在调节IEC面临的毒素挑战以及响应免疫细胞带来的挑战方面起着重要作用。最近在WT小鼠肝细胞（PCH）原代培养中发现，PCN预处理24小时通过降低细胞因子如IL-1β、TNF-α和IL-6来减轻LPS诱导的急性反应。然而，当来自PXR-裸小鼠的PCH用LPS治疗时，可增强促炎细胞因子反应。当用PXR激活剂预处理从人源化PXR小鼠分离的PCH时，它导致IL-1Ra的产生，IL-1Ra是IL-1β的天然抑制剂。因此，PXR的表达在抑制内毒素刺激的免疫应答以维持内环境稳定，以及通过诱导抗炎应答来解决炎症状态方面是重要的一步。Xu等的研究揭示了LPS抑制PXR及其相关基因表达的有效途径。在他们的实验中，LPS剂量依赖性地抑制小鼠PXR m RNA水平，并且在抗氧化剂治疗后获得显著改善。此外，分别使用特异性抑制剂别嘌呤醇和二苯撑碘抑制黄嘌呤氧化酶和NADPH氧化酶产生ROS，导致LPS诱导的PXR下调减弱。在此背景下，还观察到抗氧化剂褪黑素产生类似的作用。Chen等揭示了用自由基捕捉剂α-苯基-N-叔丁基硝酮处理后可防止LPS的下调PXR作用。

（五）PXR与TLR-4

TLR-4是识别LPS的跨膜受体，LPS是病原体相关的分子模式。LPS只有在与LBP（LPS结合蛋白）结合后才能与TLR-4复合物结合。该识别还涉及其他复合受体，如CD-14（脂多糖受体）和髓样分化蛋白-2（myeloid differentiation-2，MD-2）和适配蛋白MyD88。MD-2使TLR-4能够对多种内毒素LPS部分结构、革兰阴性细菌和革兰阳性脂磷壁酸做出反应，但不对革兰阳性细菌、肽聚糖和脂肽做出反应。TLR-4在肠道的生理表达及调控中具有重要意义。因此，TLR-4的表达根据肠腔LPS水平受到严格调控，因为它在任何给定时间都与免疫应答的强度直接相关。病理状态，如小肠细菌过度生长，可能挑战这种稳态，导致TLR-4信号转导的公开激活和触发NF-κB，从而导致屏障功能障碍和BT发生。研究表明，TLR4和PXR之间的相互作用可以决定肠内稳态。例如，当使用TLR4的特异激动剂3-脱氧-D-甘露聚糖-八氯酸（3-deoxy-D-mannan-octachloroic acid，KDO2）激活TLR-4时，WT和PXR裸小鼠均观察到黏膜TNF-α的诱导增加，随后肠通透性增加。同样，当使用PCN激活PXR时，记录到黏膜TNF-α诱导明显减少。PCN激活在PXR裸小鼠中没有任何作用，因此表明TLR-4的抑制是PXR依赖性的。这项研究清楚地表明，PXR和TLR-4在它们各自激活时相互反调节。

Esposito等的研究观察到当艰难梭菌毒素A（clostridium difficile toxin A，TcdA）诱导Caco2 IEC（一种人克隆的结肠腺瘤细胞，结构与功能类似于分化的小肠上皮细胞）复制溃疡和炎症模型时，也有类似的调节模式。他们发现，这种毒素刺激了Caco2细胞中TLR-4的表达。然而，利福昔明剂量依赖性地降低TLR-4、MyD88和NF-κB的表达，完全逆转了这一现象。研究还揭示了另外一条途径，即通过降低PXR激活后的TLR-4水平，NF-κB活性可能是相互作用的局部抑制。此外，PXR和TLR-4小鼠模型进一步阐明了PXR作为微生物和TLR-4之间的媒介的能力。Venkatesh等观察到PXR裸小鼠出现肠漏，并显示包括TLR-4在内的TLR的诱导增加1.8倍。然而，在TLR-4－/－和PXR－/－双敲除小鼠模型中，先前观察到的肠道病理缺陷消失。这强调了TLR-4表达的影响，在没有PXR的情况下，TLR-4表达特别高，导致肠炎发生。此外，从PXR裸小鼠中分离的肠细胞显示与TLR-4抑制剂相似的结果。因此，PXR和TLR-4在维持体内平衡方面似乎存在互惠关系。他们还发现吲哚-3-丙酸（indole-3-propionic acid，IPA）是PXR的内源性微生物衍生配体，激活PXR并减少肠细胞TNF-α。这是传感系统的一个清楚的例子：PXR，以及共生细菌协同抑制显性炎症。总之，这些研究表明PXR调节TLR-4的表达，并且PXR的激活可以通过对抗TLR-4介导的肠道炎症在BT中产生治疗作用。