01
蛋白酶：基于其催化機(jī)制的功能和分類
蛋白酶存在于所有生命形式中，這些酶在基本生理過(guò)程中發(fā)揮著多功能作用，包括膳食蛋白質(zhì)的消化、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分化、炎癥和傷害感受等等。對(duì)所有生物體的生存至關(guān)重要。
根據(jù)它們的催化機(jī)制，它們分為絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、天冬氨酸或金屬蛋白酶（MEROPs 數(shù)據(jù)庫(kù)）。
這些酶使用位于活性位點(diǎn)的氨基酸殘基（分別為絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酸或天冬氨酸）進(jìn)行催化反應(yīng)，金屬蛋白酶除外，它使用金屬進(jìn)行催化， Zn2+是最常見(jiàn)的。
宿主蛋白酶
在人類中，蛋白酶是最大的酶家族之一，占人類基因組的 2%，已描述超過(guò) 500 種不同的蛋白酶。絲氨酸 (35.1%) 和金屬蛋白酶 (29.5%) 是最密集的類別。
除了眾所周知的膳食消化功能外，宿主蛋白酶在腸道中發(fā)揮著非常重要的作用，包括細(xì)胞增殖和分化、組織形態(tài)發(fā)生和重塑、血管生成、傷口修復(fù)、干細(xì)胞動(dòng)員、炎癥、免疫、自噬和細(xì)胞凋亡。
根據(jù)催化位點(diǎn)對(duì)蛋白酶進(jìn)行分類和分布
Caminero A, et al. Gut Microbes. 2023
a) MEROPs 數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)用于進(jìn)行催化過(guò)程的催化位點(diǎn)的氨基酸對(duì)蛋白酶進(jìn)行分類。每組蛋白酶通過(guò)代表催化類型的氨基酸字母來(lái)識(shí)別。所有成員都根據(jù)結(jié)構(gòu)相似性進(jìn)行識(shí)別和分類。
b) 細(xì)菌和人類基因組中蛋白酶家族的相對(duì)豐度，包括假定的蛋白酶。絲氨酸 (S)、半胱氨酸 (C)、谷氨酸 (G)、天冬氨酸 (A)、天冬酰胺 (N)、蘇氨酸 (T) 和金屬蛋白酶 (M)。
細(xì)菌蛋白酶
與哺乳動(dòng)物蛋白酶相比，細(xì)菌蛋白酶在機(jī)制、結(jié)構(gòu)和功能上具有高度多樣性。
除了谷氨酸蛋白酶之外，微生物還能產(chǎn)生大量與人類宿主相同種類的蛋白酶，而谷氨酸蛋白酶迄今尚未在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)。
最豐富的細(xì)菌蛋白水解酶是：
絲氨酸蛋白酶 (39.2%)
金屬蛋白酶 (35.9%)
半胱氨酸蛋白酶 (16.5%)
雖然屬于相似的類別，但細(xì)菌蛋白酶具有不同的功能活性或底物特異性，并不總是被很好地表征。
事實(shí)上，在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的許多蛋白酶類的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)與在真核生物中觀察到的非常不同，這表明蛋白酶在原核生物中的作用截然不同。
此外，不同蛋白酶的類型和比例因分類群和菌株而異。
從功能的角度來(lái)看，蛋白酶在細(xì)菌的細(xì)胞間通訊、細(xì)胞活力、應(yīng)激反應(yīng)和致病性方面起著重要作用。
細(xì)菌蛋白酶根據(jù)功能位置更好地分類為：
細(xì)胞相關(guān)蛋白酶復(fù)合物
胞外酶
細(xì)胞相關(guān)蛋白酶復(fù)合物
包括細(xì)胞內(nèi)、保守和高度調(diào)節(jié)的蛋白酶，它們位于多聚體復(fù)合物中，對(duì)細(xì)胞活力至關(guān)重要。
這些蛋白酶在真細(xì)菌界中普遍存在，包括絲氨酸蛋白酶 Clp、Lon 和耐高溫絲氨酸蛋白酶 A (HtrA)、Zn2+金屬蛋白酶 FtsH 和蘇氨酸蛋白酶 HslUV。
除HtrA外，這些蛋白質(zhì)屬于 AAA+ 酶（與多種細(xì)胞活動(dòng)相關(guān)的 ATP 酶）的大類。
胞外酶
細(xì)胞外酶通常是具有高底物特異性的單體。它們通常被合成為無(wú)活性的酶原，保護(hù)細(xì)胞在分泌前不受不受控制的活動(dòng)的影響。
許多這些分泌的蛋白酶被認(rèn)為是毒力因子，并且是某些分類單元或菌株所獨(dú)有的。
疾病中蛋白酶失調(diào)
蛋白酶受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)，以防止宿主蛋白質(zhì)過(guò)度降解或不適當(dāng)?shù)拿庖呒せ?/strong>，并且在患有不同胃腸道 (GI) 疾病的患者中描述了蛋白水解和抗蛋白水解活性之間的不平衡。例如，炎癥性腸病 (IBD) 和腸易激綜合征 (IBS) 患者的結(jié)腸組織絲氨酸蛋白水解活性 (PA) 增加，暗示在疾病的病理生理學(xué)中的作用。
微生物釋放的蛋白酶與宿主蛋白酶不同
過(guò)去，大多數(shù) IBD 和 IBS 研究主要集中在研究宿主釋放的蛋白酶上。然而，腸道擁有一個(gè)龐大而多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)，即微生物群，它對(duì)人類體內(nèi)平衡和疾病具有重要影響。
腸道微生物群是蛋白酶的豐富來(lái)源，因?yàn)?strong>微生物釋放不同的蛋白酶用于代謝、防御和宿主入侵。腸道微生物也會(huì)產(chǎn)生蛋白酶抑制劑和蛋白酶降解酶，反映出嚴(yán)格調(diào)節(jié)蛋白水解活性的重要性。
在腸道中，微生物蛋白酶首先被確定為病原體的毒力機(jī)制
與健康受試者的樣本相比，在 IBD 和 IBS 患者的糞便上清液中也觀察到結(jié)腸組織絲氨酸蛋白水解活性( PA ) 升高，這表明 IBD 和 IBS 中 PA 增強(qiáng)可能是由于宿主和微生物來(lái)源的 PA 升高。
例如，病原體銅綠假單胞菌代謝后產(chǎn)生肽，從而增加乳糜瀉 (CeD) 患者的免疫原性，和來(lái)自腸道細(xì)菌聯(lián)合體的絲氨酸蛋白酶通過(guò)激活蛋白酶激活受體 4 (PAR-4) 調(diào)節(jié)傷害感受器的興奮性。
然而，腸道疾病中蛋白酶等特定細(xì)菌產(chǎn)物的機(jī)制表征仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。隨著越來(lái)越多的證據(jù)表明細(xì)菌蛋白酶在胃腸道疾病中起著關(guān)鍵作用，這里我們主要強(qiáng)調(diào)一些關(guān)于它們參與炎癥性腸病、腸易激綜合征、乳糜瀉和胃腸道感染發(fā)展的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，并考慮它們的生理意義。
02
細(xì)菌蛋白酶在胃腸道疾病中的作用
炎癥性腸病
IBD 是一個(gè)涵蓋性術(shù)語(yǔ)，包括與胃腸道慢性復(fù)發(fā)和緩解炎癥相關(guān)的多種疾病。
IBD 的兩種主要亞型是：
克羅恩病 (CD)
潰瘍性結(jié)腸炎 (UC)
雖然這兩種疾病在腸道炎癥的性質(zhì)和位置上存在差異，但它們有一些共同的癥狀，包括疼痛、排便習(xí)慣改變、體重減輕和貧血。
盡管可獲得針對(duì)關(guān)鍵炎癥過(guò)程以誘導(dǎo)緩解的藥物和單克隆抗體，但隨著時(shí)間的推移，許多 IBD 患者反應(yīng)遲鈍或失去反應(yīng)。因此，需要針對(duì) IBD 的新療法，并且一種有希望的候選方法是靶向管腔蛋白水解活性。
IBD 患者結(jié)腸組織中宿主蛋白水解的失調(diào)
據(jù)報(bào)道，在克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎患者中，結(jié)腸組織產(chǎn)生的宿主絲氨酸蛋白酶增加。與健康對(duì)照相比，IBD 患者結(jié)腸組織上清液中的組織蛋白酶 G 和凝血酶等蛋白酶過(guò)度活躍。彈性蛋白酶樣活性在 IBD 中也引起了相當(dāng)大的關(guān)注。
顯示結(jié)腸上皮細(xì)胞是彈性蛋白酶樣活性的主要來(lái)源，并且這種活性在 IBD 患者中顯著增加。同一項(xiàng)研究特別確定彈性蛋白酶 2A (ELA2A) 在 IBD 患者中增強(qiáng)。
糞便樣本中蛋白酶的來(lái)源
與結(jié)腸組織不同，糞便樣本中含有來(lái)自宿主和細(xì)菌的蛋白酶，破譯糞便樣本中蛋白酶的來(lái)源仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
絲氨酸蛋白酶抑制劑：緩解小鼠結(jié)腸炎
與蛋白水解過(guò)度活躍在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用一致，絲氨酸蛋白酶抑制劑在 IBD 小鼠模型中具有有益作用。Elafin 是一種乳桿菌的絲氨酸蛋白酶抑制劑，可降低暴露于葡聚糖硫酸鈉 (DSS) 或三硝基苯磺酸的小鼠結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度。
糞便蛋白水解活性：作為疾病早期生物標(biāo)志物的可能性
2021 年，有研究提議使用細(xì)菌蛋白酶作為潰瘍性結(jié)腸炎患者疾病的標(biāo)志物。在潰瘍性結(jié)腸炎患者的縱向隊(duì)列中，發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎患者的糞便蛋白水解活性增加，甚至在疾病發(fā)作之前。這表明增加的糞便蛋白水解活性可用作疾病的早期生物標(biāo)志物。
更重要的是，由于蛋白水解對(duì)粘膜屏障功能和免疫調(diào)節(jié)的影響，增強(qiáng)的糞便蛋白水解活性可能是 潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病機(jī)制的早期步驟。由于鳥(niǎo)槍法宏基因組檢測(cè)到細(xì)菌蛋白酶基因表達(dá)增加，因此提出了這種糞便蛋白水解活性的細(xì)菌來(lái)源。
細(xì)菌對(duì)糞便蛋白水解活性有貢獻(xiàn)
作者還發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎患者糞便彈性蛋白酶樣活性增加。彈性蛋白酶樣活性與普通擬桿菌，一種已知具有高蛋白水解活性的分類單元。
重要的是，在疾病發(fā)作前將潰瘍性結(jié)腸炎患者的糞便微生物群轉(zhuǎn)移到小鼠體內(nèi)會(huì)增加結(jié)腸中的糞便蛋白水解活性并激活宿主炎癥反應(yīng)。這些結(jié)果表明細(xì)菌對(duì)糞便蛋白水解活性有貢獻(xiàn)，并提供了 潰瘍性結(jié)腸炎患者微生物群的蛋白水解活性足以誘發(fā)腸道炎癥的概念證明。
細(xì)菌蛋白酶的增加與潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病機(jī)制有關(guān)
后來(lái)的研究使用蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)，可以檢測(cè)蛋白酶是真核生物來(lái)源還是原核生物來(lái)源。臨床活動(dòng)性潰瘍性結(jié)腸炎患者的一個(gè)子集具有過(guò)量的源自普通擬桿菌（Bacteroides vulgaris，B. vulgatus）。一些相關(guān)的蛋白酶包括絲氨酸和金屬蛋白酶，它們主要在細(xì)胞外空間發(fā)揮作用，可能會(huì)加劇疾病活動(dòng)。
總之，有證據(jù)表明細(xì)菌蛋白酶的增加與潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病機(jī)制有關(guān)，但這些蛋白酶在多大程度上導(dǎo)致疾病嚴(yán)重程度以及克羅恩病中是否發(fā)生類似現(xiàn)象仍有待確定。
普通擬桿菌蛋白酶是治療潰瘍性結(jié)腸炎的潛在靶點(diǎn)
為測(cè)試B. vulgatus蛋白酶是否促進(jìn)潰瘍性結(jié)腸炎疾病進(jìn)程，作者首先分析了在患者和細(xì)菌培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)的B. vulgatus蛋白酶。使用廣譜蛋白酶抑制劑可改善B. vulgatus誘導(dǎo)的體外屏障功能損傷，并預(yù)防在IL10 缺陷小鼠中B. vulgatus 誘導(dǎo)的的結(jié)腸炎。此外，將具有高豐度 B. vulgatus蛋白酶的潰瘍性結(jié)腸炎患者的糞便移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi)會(huì)誘導(dǎo)依賴于蛋白酶活性的結(jié)腸炎。
這些結(jié)果綜合顯示普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus）蛋白酶是治療潰瘍性結(jié)腸炎的潛在靶點(diǎn)。
金屬蛋白酶
MMP
基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP） 是內(nèi)切蛋白酶，在其催化位點(diǎn)包含一個(gè)保守的鋅結(jié)合基序。該酶家族共享一個(gè)由前肽、催化結(jié)構(gòu)域、鉸鏈區(qū)（接頭）和血紅素結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域組成的共同結(jié)構(gòu)域組織。
MMP 表達(dá)和活性的失調(diào)與多種病理過(guò)程有關(guān)，例如癌癥、心血管疾病、肌肉骨骼疾病和慢性炎癥。在 IBD 的背景下，許多 MMP 被發(fā)現(xiàn)被上調(diào)。
金屬蛋白酶的失調(diào)可通過(guò)五個(gè)主要過(guò)程促成 IBD：細(xì)胞因子加工、粘液耗竭、緊密連接失穩(wěn)、中性粒細(xì)胞募集和刺激以及 Th1/Th17 反應(yīng)。
如下圖：
基質(zhì)金屬蛋白酶在健康狀況（正常）和
炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制中的作用機(jī)制示意圖
Mariaule V, et al. Int J Mol Sci. 2021
由 MMP 脫落膜結(jié)合 TNF 引起的可溶性 TNF-α 的釋放導(dǎo)致粘液耗竭 ( 1 ) 和緊密連接不穩(wěn)定 ( 2 )，從而導(dǎo)致上皮通透性和細(xì)菌易位增加。
絲氨酸蛋白酶
胃腸道經(jīng)常暴露于來(lái)自宿主和腸道細(xì)菌的高水平蛋白水解酶 。從宿主方面，這些蛋白酶可以由常駐細(xì)胞或浸潤(rùn)細(xì)胞釋放。
在浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞中，中性粒細(xì)胞是絲氨酸蛋白酶的主要來(lái)源。它們的顆粒含有大量的彈性蛋白酶 (HNE)、蛋白酶 3 (PR3) 和組織蛋白酶 G (catG)，它們?cè)谘装Y時(shí)分泌。
絲氨酸蛋白酶對(duì) IBD 的貢獻(xiàn)可以通過(guò)四種主要機(jī)制來(lái)描述：TJ 去穩(wěn)定化/降解、粘液降解、PAR 激活和細(xì)胞因子加工。
如下圖：
Mariaule V, et al. Int J Mol Sci. 2021
絲氨酸蛋白酶在健康環(huán)境（正常）和炎癥性腸?。↖BD）病理學(xué)中的作用模式示意圖。上皮屏障損傷與絲氨酸蛋白酶通過(guò)直接切割對(duì)緊密連接的作用有關(guān)。( 1 ) 間接不穩(wěn)定源自蛋白酶激活受體 (PAR) 激活 ( 2 )、粘液降解 ( 3 ) 和細(xì)胞因子加工 ( 4 )。
乳糜瀉（CeD）
乳糜瀉是一種慢性自身免疫性炎癥性腸病，發(fā)生在對(duì)攝入麩質(zhì)蛋白有反應(yīng)的遺傳易感個(gè)體中。它的全球患病率為 1.4%。
乳糜瀉主要影響小腸，產(chǎn)生以上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞增加、絨毛萎縮和隱窩增生為特征的粘膜免疫反應(yīng)。目前，唯一被接受的乳糜瀉治療是嚴(yán)格的終生無(wú)麩質(zhì)飲食。
微生物在乳糜瀉中的作用最近受到了相當(dāng)大的關(guān)注，這是基于乳糜瀉患者腸道微生物組的改變以及縱向研究中腸道感染與乳糜瀉發(fā)病之間的關(guān)聯(lián)。
蛋白酶在乳糜瀉發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用
隨著微生物組成的變化，一些研究表明蛋白酶在乳糜瀉發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。與蛋白酶在乳糜瀉中的有益作用相反，在乳糜瀉患者的十二指腸和糞便中觀察到對(duì)麩質(zhì)蛋白的蛋白水解活性增加。
麩質(zhì)的蛋白水解活性增加，假單胞菌增加
雖然這些蛋白酶的性質(zhì)尚不清楚，但最近的報(bào)告表明微生物起源。來(lái)自活動(dòng)性乳糜瀉患者的十二指腸活組織檢查顯示，針對(duì)麩質(zhì)的蛋白水解活性增加，這與假單胞菌（一種眾所周知的蛋白水解分類群）的豐度增加相關(guān)。
事實(shí)上，銅綠假單胞菌通過(guò)不同的機(jī)制在臨床前小鼠模型中誘導(dǎo)食物敏感性，如下所述。
這些研究表明，病原體表達(dá)的蛋白酶會(huì)影響乳糜瀉患者小腸中的麩質(zhì)代謝和免疫激活。
與乳糜瀉中蛋白水解活性的致病作用一致，長(zhǎng)雙歧桿菌產(chǎn)生的絲氨酸蛋白酶抑制劑可減少臨床前小鼠模型中麩質(zhì)誘導(dǎo)的免疫病理學(xué)。
缺少消化蛋白酶可能是導(dǎo)致乳糜瀉的原因
幾十年來(lái)，人們一直懷疑缺少消化蛋白酶可能是導(dǎo)致乳糜瀉的原因。該理論認(rèn)為，由于易感個(gè)體缺乏未知的宿主消化蛋白酶，乳糜瀉中的麩質(zhì)消化不良。
口服酶療法是乳糜瀉中廣泛研究的一種治療方法
其重點(diǎn)是通過(guò)補(bǔ)充肽酶來(lái)消化人體胃腸道中的免疫原性谷蛋白肽。在這方面，來(lái)自口腔的微生物已成為有可能產(chǎn)生降解管腔麩質(zhì)的酶的候選者。
細(xì)菌蛋白酶在治療乳糜瀉方面具有廣闊的潛力
體外研究表明，Rothia菌株（R. mucilaginosa和R. aeria）是專門(mén)針對(duì)免疫顯性面筋肽的面筋降解酶的潛在來(lái)源。隨后，由R. aeria產(chǎn)生的酶被分離并鑒定為屬于 S8 枯草桿菌蛋白酶家族，具有高效降解面筋的能力。
其他研究人員表明，來(lái)自Flavobacterium meningosepticum、Sphingomonas capsulate和Myxococcus xanthus在乳糜瀉的治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。來(lái)自這些微生物的重組蛋白能夠分解具有不同亞位點(diǎn)特異性的谷蛋白肽。
這些發(fā)現(xiàn)表明細(xì)菌蛋白酶在治療乳糜瀉方面具有廣闊的潛力，一些制劑已經(jīng)進(jìn)入 II 期臨床試驗(yàn)。
未來(lái)十年，對(duì)有助于面筋代謝的細(xì)菌來(lái)源蛋白酶的研究可能會(huì)顯著增加，因?yàn)闊o(wú)論疾病如何，人體消化酶都只會(huì)部分消化它。
腸易激綜合癥
IBS 是一種常見(jiàn)的消化系統(tǒng)疾病，與慢性腹痛和排便習(xí)慣改變有關(guān)。
由于 IBS 沒(méi)有伴隨 IBD 的明顯炎癥損傷，因此通常被視為腸-腦溝通障礙。除了中樞神經(jīng)系統(tǒng)處理腸道信號(hào)的改變外，IBS 患者腸道內(nèi)的一些變化也與腸-腦通訊的改變有關(guān)，包括腸嗜鉻細(xì)胞釋放 5-羥色胺的改變、肥大細(xì)胞-神經(jīng)元通訊的改變和微生物的改變。
宿主和細(xì)菌衍生的蛋白酶可能促進(jìn)發(fā)病機(jī)制和癥狀的產(chǎn)生
例如，在 IBS 患者的結(jié)腸活檢中，胰蛋白酶樣活性和類胰蛋白酶釋放增加。
在最近的一項(xiàng)研究中，對(duì)感染后 IBS 患者糞便樣本的宏基因組分析顯示，與對(duì)照組相比，特定宿主絲氨酸蛋白酶驅(qū)動(dòng)的腸道微生物群組成發(fā)生了改變，腸道蛋白水解活性升高。
作者還表明，共生微生物釋放的 β-葡萄糖醛酸酶抑制宿主 PA，從而保護(hù)腸上皮細(xì)胞，并表明微生物 β-葡萄糖醛酸酶活性的降低可能有助于 IBS 的發(fā)病機(jī)制。
與增強(qiáng) IBS 中蛋白酶活性的作用一致，絲氨酸蛋白酶抑制劑萘莫司他減少炎癥后 IBS 嚙齒動(dòng)物模型中的內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏。
胃腸道感染
胃腸道感染是急性和慢性疾病的一大負(fù)擔(dān)，而蛋白酶對(duì)于許多微生物感染宿主的能力至關(guān)重要。
細(xì)菌病原體在感染過(guò)程中出于各種目的依賴蛋白水解
細(xì)胞內(nèi)和膜蛋白酶如 Clp、Lon 或 HtrA 通過(guò)毒力調(diào)節(jié)劑的及時(shí)降解和間接地通過(guò)提供對(duì)宿主不利條件的耐受性來(lái)促進(jìn)毒力。相反，病原體依賴性細(xì)胞外蛋白酶通過(guò)降解宿主細(xì)胞外基質(zhì)成分或干擾宿主細(xì)胞和免疫信號(hào)來(lái)促進(jìn)宿主入侵，這個(gè)我們下面討論。
一個(gè)很好的例子是幽門(mén)螺旋桿菌，這種細(xì)菌感染了世界上大約一半的人口，是消化性潰瘍病和胃癌的主要危險(xiǎn)因素。盡管在幽門(mén)螺桿菌中描述了不同的毒力因子，鋅蛋白酶 PqqE 和絲氨酸蛋白酶 HtrA 破壞胃粘膜完整性，從而促進(jìn)細(xì)菌入侵。
擴(kuò)展閱讀：正確認(rèn)識(shí)幽門(mén)螺桿菌
蛋白酶也是與胃腸炎相關(guān)的感染因子的關(guān)鍵毒力因子
腸胃炎是一種以排便頻率和糞便含水量增加為特征的腹瀉病，伴或不伴發(fā)熱、嘔吐和腹痛。
腸道感染引起的腹瀉是全球發(fā)病率和死亡率的一個(gè)主要因素。雖然已知有 20 多種微生物病原體會(huì)引起急性胃腸炎，但幾種大腸桿菌菌株是最常見(jiàn)的，對(duì)人類健康構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)，并且仍然是發(fā)展中國(guó)家嬰兒死亡的重要原因。
這組細(xì)菌包括不同的致病型，例如產(chǎn)腸毒素 (ETEC)、腸致病性 (EPEC)、腸侵襲性 (EIEC)、腸出血性 (EHEC) 或腸聚集性大腸桿菌(EAEC)。
引起腹瀉的其他臨床相關(guān)微生物有：
志賀氏菌屬
沙門(mén)氏菌屬
空腸彎曲桿菌
大腸桿菌
霍亂弧菌
SPATE 會(huì)降解宿主細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外底物，產(chǎn)生不利影響
來(lái)自腸桿菌科的絲氨酸蛋白酶自轉(zhuǎn)運(yùn)體(SPATE) 構(gòu)成了一個(gè)毒力因子超家族。這些是高分子量絲氨酸蛋白酶，通常通過(guò)自轉(zhuǎn)運(yùn)途徑分泌到外部環(huán)境中，并且在腸病原體中非常普遍，包括志賀氏菌、沙門(mén)氏菌、檸檬酸桿菌和所有致病大腸桿菌。
一些研究結(jié)果表明，SPATE 會(huì)降解宿主細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外底物，從而引發(fā)對(duì)宿主細(xì)胞的各種不利影響。
SPATE 可以分為 2 個(gè)類型
1 類 SPATE
1 類 SPATE 靶向細(xì)胞內(nèi)底物，對(duì)宿主產(chǎn)生細(xì)胞毒性和內(nèi)毒素作用。
2 類 SPATE
2 類 SPATE 似乎會(huì)破壞粘膜屏障并通過(guò)靶向宿主糖蛋白來(lái)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。在這一類中，由大腸桿菌(EAEC)、福氏志賀菌產(chǎn)生的絲氨酸蛋白酶 Pic是一種與先天免疫系統(tǒng)的粘附、定植和逃避相關(guān)的毒力因子。
福氏志賀菌產(chǎn)生的 2 級(jí) SepA也是破壞屏障不可或缺的。最后，大腸桿菌分泌的鋅金屬蛋白酶 StcE 和 SslE有助于這些細(xì)菌與宿主細(xì)胞的緊密粘附，這一過(guò)程對(duì)于定植至關(guān)重要。
其他蛋白酶已被描述為腸胃炎的毒力因子。由于幽門(mén)螺桿菌、鼠傷寒沙門(mén)氏菌和空腸彎曲桿菌（一種負(fù)責(zé)食源性感染的細(xì)菌）與宿主細(xì)胞上皮細(xì)胞相互作用并通過(guò) HtrA 建立感染。
弧菌溶血素與霍亂弧菌的致病性有關(guān)
細(xì)胞外鋅依賴性金屬蛋白酶血凝素 (HA) 也稱為弧菌溶血素，與霍亂弧菌的致病性有關(guān)，霍亂弧菌可引起霍亂，這是一種嚴(yán)重的腹瀉病，如果不及時(shí)治療可能會(huì)迅速致命，通常通過(guò)受污染的水和人與人之間的接觸傳播。
雖然霍亂毒素是感染的主要驅(qū)動(dòng)因素，但弧菌溶血素具有廣泛的潛在致病活性，包括粘液屏障的降解或上皮緊密連接的破壞。
致病性艱難梭菌釋放的毒素對(duì)感染具有決定性作用
蛋白酶也可以間接介導(dǎo)感染。艱難梭菌就是這種情況，它是許多國(guó)家醫(yī)療保健相關(guān)感染和腹瀉的主要原因之一。艱難梭菌會(huì)導(dǎo)致輕度至重度腹瀉，并可能導(dǎo)致危及生命的情況，例如結(jié)腸穿孔、偽膜性結(jié)腸炎和中毒性巨結(jié)腸。
致病性艱難梭菌釋放的毒素 A 和 B（分別為 TcdA 和 TcdB）對(duì)感染具有決定性作用。內(nèi)部 Cys 蛋白酶結(jié)構(gòu)域激活毒素，從而對(duì)宿主細(xì)胞產(chǎn)生下游影響。
由于蛋白酶對(duì)于許多細(xì)菌感染宿主和引起疾病的能力至關(guān)重要，因此有人提議阻斷特定蛋白酶以預(yù)防常見(jiàn)的胃腸道感染；但是，仍然沒(méi)有批準(zhǔn)的具有這種作用方式的藥物。
與胃腸道疾病有關(guān)的細(xì)菌和宿主來(lái)源的蛋白酶總結(jié)
doi.org/10.1080/19490976.2023.2181922
在以下部分中，將在管腔作用、對(duì)粘膜屏障功能的影響、細(xì)胞和免疫信號(hào)以及對(duì)內(nèi)臟感覺(jué)的影響的背景下討論胃腸道疾病中蛋白水解活性的病理生理學(xué)后果。
03
細(xì)菌蛋白酶在胃腸道中的作用
細(xì)菌蛋白酶的管腔作用：飲食-微生物群相互作用
飲食是微生物組成和功能的主要驅(qū)動(dòng)因素。腸道微生物群能夠使用不同的膳食成分來(lái)產(chǎn)生具有生物活性特性的微生物代謝物。
微生物蛋白酶活性會(huì)受到飲食選擇的影響
就像在哺乳動(dòng)物中發(fā)生的那樣，微生物使用蛋白酶通過(guò)水解宿主或飲食中可用的蛋白質(zhì)來(lái)滿足其營(yíng)養(yǎng)氨基酸需求。因此，微生物蛋白酶活性會(huì)受到飲食選擇的影響。患有慢性炎癥或功能性胃腸道疾病的患者將飲食視為癥狀發(fā)作/嚴(yán)重程度的驅(qū)動(dòng)因素。
在研究微生物蛋白酶在炎癥或功能障礙中的作用時(shí)應(yīng)考慮飲食
事實(shí)上，微生物蛋白酶可以通過(guò)多種機(jī)制通過(guò)飲食影響體內(nèi)平衡。
首先，西方飲食的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)含量高，許多消化不當(dāng)?shù)?strong>膳食蛋白質(zhì)能夠在腸道中引起異常的免疫反應(yīng)。
人類腸道微生物群的功能多樣性意味著有參與消化膳食成分的大量代謝途徑，甚至是難以被人類酶消化的蛋白質(zhì)。
乳糜瀉的主要環(huán)境誘因、麩質(zhì)未被宿主消化酶完全消化。已經(jīng)表明，人體胃腸道中存在具有代謝麩質(zhì)能力的細(xì)菌。這些包括共生細(xì)菌，例如放線菌、芽孢桿菌、Rothia、葡萄球菌、鏈球菌、乳桿菌或梭狀芽孢桿菌，但也包括機(jī)會(huì)性病原體，例如銅綠假單胞菌。
微生物蛋白酶通過(guò)改變麩質(zhì)的粘膜吸收和免疫原性
在最近的一項(xiàng)研究中，微生物谷氨酸羧肽酶基因與有效的面筋降解有關(guān)。另一方面，銅綠假單胞菌是一種從乳糜瀉患者的十二指腸中分離出來(lái)的機(jī)會(huì)性病原體，通過(guò)產(chǎn)生能夠更好地跨腸屏障轉(zhuǎn)運(yùn)的肽來(lái)提高面筋的免疫原性，并激活乳糜瀉患者的面筋特異性T細(xì)胞。
銅綠假單胞菌通過(guò) LasB 降解面筋，這種金屬蛋白酶還通過(guò)蛋白酶激活受體 (PAR)-2 激活導(dǎo)致炎癥通路的面筋非依賴性上調(diào)。在表達(dá)乳糜瀉風(fēng)險(xiǎn)基因的小鼠中，銅綠假單胞菌LasB 與麩質(zhì)協(xié)同作用，誘導(dǎo)與中度絨毛鈍化相關(guān)的更嚴(yán)重的炎癥。
其他頑固的膳食蛋白質(zhì)如小麥淀粉酶胰蛋白酶抑制劑 (ATI) 也證實(shí)了類似的現(xiàn)象。ATI 能夠通過(guò) toll 樣受體 4 激活在腸道中誘導(dǎo)先天免疫激活，并對(duì)腸道炎癥和抗原致敏產(chǎn)生下游影響。
腸道微生物蛋白酶能夠消化 ATI，從而減少與小麥蛋白相關(guān)的腸道功能障礙。例如，乳桿菌菌株會(huì)降解面筋和 ATI 肽，從而降低其免疫原性。
微生物還會(huì)釋放大量影響宿主穩(wěn)態(tài)的代謝物
除了由于蛋白質(zhì)的分解代謝而導(dǎo)致微生物蛋白酶對(duì)宿主產(chǎn)生直接影響外，微生物還會(huì)釋放大量影響宿主穩(wěn)態(tài)的代謝物，例如支鏈脂肪酸、氨基酸、氨、酚類、硫化氫。
有趣的是，酪氨酸代謝物，如對(duì)甲酚和 4-乙基苯基硫酸鹽，可能有助于腸道-大腦交流，在 IBS 中發(fā)生了改變。
另一種細(xì)菌代謝物硫化氫在腸道生理過(guò)程中具有多種作用，并與腸道炎癥和結(jié)直腸癌有關(guān)。
最后，色氨酸是合成多種重要生物活性分子的前體，例如 5-羥色胺、褪黑激素、煙酰胺和維生素 B3，以及許多其他重要的生理中間體。
擴(kuò)展閱讀：色氨酸代謝與腸內(nèi)外健康穩(wěn)態(tài)
色氨酸一種必需的芳香族氨基酸，存在于不同的飲食來(lái)源，例如家禽、魚(yú)、燕麥和乳制品。這種獨(dú)特的氨基酸可以被腸道微生物群代謝成一系列吲哚化合物，其中一些化合物可以激活關(guān)鍵的穩(wěn)態(tài)受體，如芳基烴受體 (AhR) 或孕烷 X 受體 (PXR)。
事實(shí)上，這些受體與腸道炎癥有關(guān)，并且微生物色氨酸代謝在 IBD 和乳糜瀉患者中發(fā)生了改變。
細(xì)菌蛋白酶對(duì)粘膜屏障功能的影響
腸粘膜屏障
宿主抵御共生細(xì)菌和入侵腸道病原體的第一道防線是腸粘膜屏障，它是一種物理屏障，包括生化和免疫成分。物理屏障由通過(guò)緊密連接的上皮細(xì)胞組成，并受到宿主分泌的粘液層的保護(hù)。
腸道中的粘液層在宿主上皮細(xì)胞和腸道微生物群之間形成物理屏障。
粘液層不斷更新，這一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的缺陷與胃腸道疾病和結(jié)腸癌有關(guān)。粘液的主要成分是形成凝膠的粘蛋白 2 (MUC2) 蛋白，它由杯狀細(xì)胞合成。MUC2 缺陷小鼠更易患自發(fā)性結(jié)腸炎引用與健康對(duì)照相比，潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病中的MUC2 基因水平被發(fā)現(xiàn)發(fā)生了變化。
結(jié)腸中的粘液組織與小腸中的粘液組織大不相同。小腸中的粘液形成單一且可穿透的層，但細(xì)菌通過(guò)抗菌介質(zhì)遠(yuǎn)離上皮細(xì)胞。結(jié)腸中的粘液形成雙層。內(nèi)部粘液層牢固地附著在上皮細(xì)胞上，細(xì)菌無(wú)法穿透，并且對(duì)于抑制微生物與上皮細(xì)胞上的宿主受體的相互作用至關(guān)重要。結(jié)腸中的外層粘液層（分泌的）被擴(kuò)張并作為微生物群的棲息地。
盡管分泌的粘液的主要功能是保護(hù)宿主上皮免受共生體和病原體的侵害，但該屏障中的糖蛋白也為某些結(jié)腸微生物創(chuàng)造了營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。粘蛋白為細(xì)菌提供碳源和氮源，暴露的 O-聚糖鏈作為細(xì)菌定植的附著位點(diǎn)。粘附在粘蛋白上的共生微生物群通過(guò)定植抵抗來(lái)保護(hù)宿主。幾十年來(lái)，人們一直在討論糞便樣本中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容物可以降解結(jié)腸粘液的想法。
蛋白酶對(duì)粘液層的影響
近年來(lái)，對(duì)粘液降解所需的微生物碳水化合物活性酶 (CAZymes) 進(jìn)行了深入研究，尤其是擬桿菌屬和瘤胃球菌屬的成員。來(lái)自不同微生物的蛋白酶也表現(xiàn)出很強(qiáng)的蛋白水解粘蛋白酶活性。
來(lái)自產(chǎn)氣莢膜梭菌的鋅金屬蛋白酶 ZmpB在糖基化絲氨酸和/或蘇氨酸殘基附近進(jìn)行切割。來(lái)自不同感染因子的蛋白酶，例如致腹瀉大腸桿菌和志，或霍亂弧菌，可降解結(jié)腸粘液，這是促進(jìn)上皮細(xì)胞入侵的關(guān)鍵步驟。
StcE 和 SslE，來(lái)自致腹瀉性大腸桿菌菌株的金屬蛋白酶，也可切割粘蛋白糖蛋白，這可能有助于病原體到達(dá)上皮細(xì)胞。
此外，M60 樣蛋白酶家族以依賴于特定聚糖側(cè)鏈結(jié)構(gòu)存在的方式切割粘蛋白糖蛋白主鏈。
許多病原體表達(dá)這種蛋白酶家族以入侵宿主
不同的粘蛋白降解蛋白酶也已在擬桿菌屬（人類腸道的常見(jiàn)共生菌）中得到描述這些包括B. thetaiotaomicron (BT4244) 或Bacteroides caccae中的蛋白酶。
盡管粘蛋白降解能力被認(rèn)為是許多胃腸道病原體的毒力因子，但其對(duì)特定慢性腸道疾病的影響尚不清楚。
蛋白酶可以破壞粘膜屏障的上皮成分
上皮屏障功能需要連續(xù)的細(xì)胞層以及密封它們之間細(xì)胞旁空間的緊密粘附連接。腸道屏障功能受損與許多疾病狀態(tài)有關(guān)，包括腸道和全身性疾病。
微生物蛋白酶也會(huì)裂解腸細(xì)胞間連接
由糞腸球菌產(chǎn)生的金屬蛋白酶 GelE降解 E-鈣粘蛋白，導(dǎo)致屏障功能喪失，這在自發(fā)性結(jié)腸炎小鼠模型的炎癥發(fā)生前就很明顯。緊密連接也是感染因子的目標(biāo)，例如銅綠假單胞菌（通過(guò) LasB）、幽門(mén)螺桿菌（PqqE 和 HtrA），空腸彎曲桿菌(HtrA)，霍亂弧菌（弧菌溶素），志賀氏菌、沙門(mén)氏菌或致病性大腸桿菌(SepA)。
因此，微生物利用蛋白酶入侵宿主，對(duì)腸道具有重要意義。緊密連接和粘附連接的改變導(dǎo)致上皮屏障的細(xì)胞旁通透性增加，這是 IBD 和 IBS 的病理生理學(xué)標(biāo)志。由于粘蛋白和連接降解細(xì)菌會(huì)造成損害，因此這些酶可能為蛋白酶抑制劑提供治療或預(yù)防腸道疾病的靶點(diǎn)。
管腔蛋白酶激活腸細(xì)胞膜上表達(dá)的蛋白酶激活受體
管腔蛋白酶可以調(diào)節(jié)上皮屏障功能的另一種機(jī)制是通過(guò)激活腸細(xì)胞膜上表達(dá)的蛋白酶激活受體 (PAR)。關(guān)于 PAR 在腸道功能中的作用，PAR-2 激活配體的頂端給藥導(dǎo)致前列腺素和干擾素釋放以及由于 ZO-1 降解導(dǎo)致的細(xì)胞旁通透性增加。
PAR-4 被組織蛋白酶 G 激活，組織蛋白酶 G 是一種蛋白酶，在潰瘍性結(jié)腸炎患者的糞便樣本中升高，導(dǎo)致小鼠體內(nèi)當(dāng) PAR-2 激活受阻時(shí)，腸道病原體艱難梭菌感染會(huì)很明顯。
與 IBD、IBS、CeD 和GI感染有關(guān)的蛋白酶
Caminero A, et al. Gut Microbes. 2023
在與疾病相關(guān)的情況下，蛋白酶通過(guò)多種作用機(jī)制誘導(dǎo)腸道結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，包括對(duì)膳食蛋白質(zhì)代謝、粘膜屏障功能、神經(jīng)元興奮性和免疫調(diào)節(jié)的影響。Luminal 蛋白酶通過(guò) PAR 依賴和獨(dú)立效應(yīng)的組合影響 GI 功能。微生物來(lái)源的蛋白酶以紅色突出顯示。*具有治療潛力的蛋白酶。
細(xì)菌蛋白酶對(duì)細(xì)胞和免疫信號(hào)的影響
蛋白酶是信號(hào)酶，可以通過(guò)不同的機(jī)制途徑特異性調(diào)節(jié)細(xì)胞和免疫信號(hào)，包括那些由 PAR 激活介導(dǎo)的途徑。
PAR 是 G 蛋白偶聯(lián)受體，具有七個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域、一個(gè)細(xì)胞外 N 末端和一個(gè)細(xì)胞內(nèi) C 末端。N 末端的蛋白水解裂解通過(guò)顯示栓系配體啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)。
PAR家族的激活對(duì)腸道生理功能的影響
PAR 家族不同成員（PAR-1、2、3 和 4）的激活是蛋白酶特異性的，受到嚴(yán)格調(diào)控并影響腸道的許多生理功能，例如運(yùn)動(dòng)性、通透性和傷害感受。
特定蛋白酶激活 PAR 的功能結(jié)果取決于哪個(gè) PAR 被激活及其下游信號(hào)通路是什么，包括是否啟動(dòng)了規(guī)范或偏向信號(hào)通路。
PAR與腸道疾病發(fā)病機(jī)制相關(guān)
PAR 在胃腸道（上皮細(xì)胞、神經(jīng)元、肥大細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等）中普遍表達(dá)，并在被蛋白酶激活后介導(dǎo)廣泛的促炎、傷害感受和增殖作用。PARs與結(jié)直腸癌、炎癥和功能性腸道疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。
潰瘍性結(jié)腸炎患者結(jié)腸組織中 PAR-2的不同的微生物蛋白酶已被提議作為活化劑 PAR。
相關(guān)的，來(lái)自銅綠假單胞菌，糞腸球菌的GelE降解 PAR-2 的 N 末端，導(dǎo)致臨床前小鼠模型中的食物敏感性和腸道炎癥。然而，微生物蛋白酶在胃腸道疾病中激活PARs的全部意義仍有待解決。
蛋白酶還能夠刺激或減少關(guān)鍵宿主免疫介質(zhì)的產(chǎn)生
例如細(xì)胞因子或免疫球蛋白 (Ig)。細(xì)胞因子的產(chǎn)生是一個(gè)受到嚴(yán)格監(jiān)管的動(dòng)態(tài)事件。
其動(dòng)力學(xué)紊亂會(huì)在宿主中引起加劇的反應(yīng)，因?yàn)樗鼈儏⑴c細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的多個(gè)級(jí)聯(lián)。
例如，牙齦卟啉單胞菌中的牙齦蛋白酶-R 對(duì)人中性粒細(xì)胞上的 PAR-2 進(jìn)行切割和激活會(huì)誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的釋放，例如白細(xì)胞介素 (IL)-6、IL-8 和腫瘤壞死因子 (TNF)-α。
細(xì)胞因子也可以被細(xì)菌蛋白酶降解
以前的報(bào)道表明，來(lái)自銅綠假單胞菌可以降解 IL-2 和干擾素 (INF)-γ。
來(lái)自嗜肺軍團(tuán)菌的鋅金屬蛋白酶也具有降解 IL-2 的能力。同樣，牙齦蛋白酶，一種由牙齦卟啉單胞菌產(chǎn)生的胰蛋白酶樣半胱氨酸蛋白酶，可以切割 IL-1β、IL-6 和 IL-1ra。
其他基于蛋白質(zhì)的介質(zhì)（例如免疫球蛋白）也可以觀察到相同的現(xiàn)象。Ig 是由漿細(xì)胞產(chǎn)生的糖蛋白，它通過(guò)特異性識(shí)別特定抗原在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。除了微生物群在宿主體內(nèi)刺激不同 Ig 亞型的能力外，微生物還可以降解 Ig 幫助免疫系統(tǒng)逃避。許多感染粘膜表面的病原體編碼可切割免疫球蛋白的蛋白酶，例如腦膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌或肺炎鏈球菌。
腸道微生物群可以降解 IgA
IgA 在粘膜免疫學(xué)中起著關(guān)鍵作用，并且記錄到分泌性 IgA 降解的小鼠更容易患化學(xué)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎。胰蛋白酶等宿主蛋白酶能夠降解 IgA，而Paraprevotella（普雷沃氏菌）可防止其在腸道中降解。
擴(kuò)展閱讀：對(duì)抗病原菌，幫助共生菌定植的“重要開(kāi)關(guān)”
大多數(shù)研究都側(cè)重于了解細(xì)菌外毒素與免疫系統(tǒng)在預(yù)防疾病方面的相互作用。然而，要了解共生體釋放的蛋白酶是否分別促進(jìn)或中和抗炎和促炎介質(zhì)的產(chǎn)生，還有很多工作要做。
細(xì)菌蛋白酶和腹痛
在過(guò)去的二十年里，宿主來(lái)源的蛋白酶對(duì) PAR 的激活與腹痛有關(guān)。PARs 的激動(dòng)劑激發(fā)支配胃腸道的脊髓傳入神經(jīng)元。
PAR-2 激活——傷害感受器激活
來(lái)自 IBS 患者的活檢上清液也被證明可以通過(guò) PAR-2 激活來(lái)激發(fā)脊髓傳入神經(jīng)元。這些興奮效應(yīng)歸因于瞬時(shí)受體電位 (TRP) 通道的敏化，包括 TRPV1、TRPV4 和 TRPA1 以及電壓門(mén)控 K+通道的抑制。
結(jié)腸炎模型也有證據(jù)表明 PAR-2 激活會(huì)導(dǎo)致傷害感受器過(guò)度興奮。
PAR-4 的激活——抑制傷害感受器興奮
重要的是，在嚙齒動(dòng)物中，PAR-4 的激活對(duì)傷害感受器的激活與 PAR-2 的激活具有相反的作用。PAR-4激活在體外和體內(nèi)抑制結(jié)腸傷害感受器的興奮性。
細(xì)菌蛋白酶在調(diào)節(jié)腹痛中的作用
IBD 或 IBS 患者的糞便上清液進(jìn)行的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)首次提出了細(xì)菌蛋白酶在調(diào)節(jié)腹痛中的作用。通過(guò)量化對(duì)結(jié)腸直腸擴(kuò)張的內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)反應(yīng)來(lái)測(cè)量大鼠和小鼠的腹痛敏感性。來(lái)自 IBS-D 和 IBS-C 患者的糞便上清液的結(jié)腸內(nèi)給藥增加了對(duì)擴(kuò)張的內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，有異常性疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏的證據(jù)。
相比之下，潰瘍性結(jié)腸炎患者的糞便上清液具有相反的效果，以 PAR-4 依賴性方式降低內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。
糞便蛋白酶的作用位點(diǎn)與疼痛調(diào)節(jié)相關(guān)
PARs 在腸壁內(nèi)的許多細(xì)胞上表達(dá)，包括脊髓傳入神經(jīng)元和腸細(xì)胞。
基于對(duì) IBS-C 患者糞便蛋白酶的研究，腹痛的加重似乎不是由于蛋白酶對(duì)神經(jīng)元 PAR 的直接興奮作用。相反，將 IBS-C 糞便上清液中的半胱氨酸蛋白酶結(jié)腸內(nèi)給藥給小鼠，會(huì)增加結(jié)腸通透性并導(dǎo)致閉塞降解，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)臟疼痛增加。
與來(lái)自健康對(duì)照的活檢相比，來(lái)自 IBS-C 患者的粘膜活檢也顯示出上皮 occludin 降解的證據(jù)。
然而，由于本研究未評(píng)估糞便蛋白酶對(duì)神經(jīng)元激活的作用，因此對(duì)腸道 neu 傷害感受器神經(jīng)末梢的直接影響仍然可能導(dǎo)致內(nèi)臟痛，因?yàn)檎衬て琳贤暾缘慕档蜁?huì)促進(jìn)管腔進(jìn)入脊髓傳入神經(jīng)末梢的蛋白酶。
普拉梭菌的抗傷害感受作用
隨后的研究已將Faecalibacterium prausnitzii（普拉梭菌）鑒定為抗傷害性介質(zhì)的潛在來(lái)源，包括 PAR-4 激活絲氨酸蛋白酶。使用導(dǎo)致體內(nèi)內(nèi)臟痛覺(jué)過(guò)敏的兩種成熟的 IBS 嚙齒動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)在給予F. prausnitzii后，增強(qiáng)的內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)直腸擴(kuò)張的反應(yīng)被逆轉(zhuǎn)。
這些鎮(zhèn)痛作用是由于粘膜通透性增加的逆轉(zhuǎn)，這是這些 IBS 模型的一個(gè)特征。背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的體外F. prausnitzii的抗傷害感受作用。
來(lái)自F. prausnitzii培養(yǎng)物的培養(yǎng)基上清液直接作用于 DRG 神經(jīng)元，以抑制它們由于電壓門(mén)控 K+電導(dǎo)增加而引起的興奮性。這是激活神經(jīng)元 PAR-4 的組織蛋白酶 G 樣絲氨酸蛋白酶的結(jié)果。
擴(kuò)展閱讀：腸道核心菌屬——普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii），預(yù)防炎癥的下一代益生菌
總之，PAR 激活能夠抑制或加重腹痛，這取決于哪種蛋白酶占主導(dǎo)地位以及它們激活了哪些受體。對(duì)腹痛患者樣本的研究表明，宿主和細(xì)菌蛋白酶都可能導(dǎo)致疼痛。鑒于與腹痛相關(guān)的疾?。ò?IBD 和 IBS）中管腔蛋白水解失衡的證據(jù)，未來(lái)旨在進(jìn)一步描繪這些蛋白酶的細(xì)菌來(lái)源和細(xì)胞靶標(biāo)的研究將很有價(jià)值。
這些見(jiàn)解可能會(huì)導(dǎo)致下一代益生菌的開(kāi)發(fā)，這些益生菌通過(guò)將 PAR 激活的平衡轉(zhuǎn)移到屏障恢復(fù)和傷害感受器抑制作用來(lái)抑制腹痛。
04
結(jié) 語(yǔ)
近年來(lái)，共生菌釋放的蛋白酶對(duì)胃腸道疾病的影響越來(lái)越受到關(guān)注。很明顯，蛋白酶、它們的宿主靶標(biāo)和蛋白酶抑制劑之間的復(fù)雜平衡維持了腸道的功能和完整性。這種平衡的失調(diào)對(duì)腸道健康有直接影響，其嚴(yán)重后果會(huì)導(dǎo)致病理生理狀況。
此外，許多致病菌利用蛋白酶定殖宿主組織并引起疾病。隨著蛋白酶活性與疾病之間因果關(guān)系的確定，以及對(duì)細(xì)菌蛋白酶如何促進(jìn)或預(yù)防疾病的機(jī)制的深入了解，可能會(huì)帶來(lái)治療常見(jiàn)胃腸道疾病和感染的新機(jī)會(huì)。
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