肝衰竭与肠道屏障功能障碍*

杨 洁 聂青和

生理状态下肠道上皮可将肠腔内物质与机体内环境分隔开来，防止致病菌及致病性抗原的侵入，并有效阻抑内源性微生物及其毒素穿过肠粘膜进入其他组织器官和血液循环，从而使机体内环境保持相对稳定，称为肠道的屏障功能。近年来，有关肠道屏障与肝脏疾病的关系是一个研究热点。目前认为，由肠道屏障损伤造成的细菌移位（BT）及继发的肠源性内毒素血症（IETM）会引起一系列炎性反应，导致肝脏疾病合并恶性并发症[1]。因此，肝衰竭与肠道屏障功能的破坏常互为因果，形成恶性循环，加重机体的病理过程。本文就近年来国外学者对此问题的研究及认识作一综述。

一、肠道屏障功能受损

（一）肠粘膜机械屏障

1.肠粘膜上皮 肠粘膜绒毛表面的细胞有两类：吸收细胞和杯形细胞。吸收细胞为具有吸收功能的柱状细胞，起机械屏障作用。杯形细胞分泌的黏液素在粘膜表面形成疏水的粘液凝胶层，可防止水溶性毒素流人上皮，从而抑制致病菌定植，阻抑消化道中的消化酶和有害物质对上皮细胞的损害。同时，该黏液层为厌氧菌提供了良好的生长环境，双歧杆菌和乳酸杆菌可促进肠道分泌黏液素。肝衰竭患者，肠道菌群紊乱，双歧杆菌和乳酸杆菌显著减少，从而影响黏液素分泌，破坏了肠粘膜屏障。此外，在覆盖淋巴组织的局部，可见小结相关上皮细胞（M细胞）。它能选择性摄取和运输多种大分子物质，起到“信息通道”的作用，是肠道唯一具有通透性的细胞。细菌及内毒素（LPS）等就是通过胞饮及吞噬作用进入其顶端表面，再穿越M细胞，突破上皮屏障，引起粘膜和全身免疫反应。急性肝衰竭时，血液中的内毒素可使谷氨酰氨酶活性降低，肠利用谷氨酰氨减少，造成能源不足，使小肠粘膜上皮细胞受损，绒毛脱落变短，粘膜下炎性细胞浸润，出现糜烂、淤血和水肿，以及粘膜及血管通透性增加，继而引起缺血/再灌注损伤，加重了肠屏障损伤。此外，肝衰竭时低蛋白血症及门静脉高压导致的肠壁水肿，也是肠细胞屏障受损的原因之一。同时，由于肝脏合成尿素的能力下降，对氨的清除能力也下降等原因，导致血氨增高，诱发肝性脑病，肠道氨的释放增多参与了这一病理过程[2]。

2.紧密连接（tight junction，TJ） 紧密连接是相邻上皮细胞间隙的松散连接，由蛋白质组成，起封闭细胞间隙的作用，可有效阻止肠腔内细菌、毒素和炎性介质等物质从肠腔内渗漏到周围组织中，维持着肠粘膜上皮屏障功能的完整。体外实验发现，将小肠上皮细胞（T84）与大肠杆菌细菌毒素坏死因子-1（CNF-1）共同孵育 6～8h，发现随着 Occludin（闭锁蛋白，是参与TJ形成的一种结构蛋白）的去磷酸化，CNF-1也从TJ移入胞质内，并伴有肠上皮细胞跨膜电阻抗的暂时降低，致肠粘膜通透性增高。另有研究发现，肿瘤坏死因子（TNF-α）能下调Occludin启动子的表达，应用抗TNF-α抗体可以阻断这些变化。临床观察及动物实验证明，肝衰竭时常伴有大肠杆菌的增多和移位以及TNF-α的增高，可以推测肝衰竭时存在TJ的功能不全。

3.潘氏细胞（Paneth cell） Paneth细胞近年来引起人们广泛关注，它是一群位于肠隐窝底部的细胞，主要见于空肠和回肠，平均存活20天。它不仅在肠道固有免疫中起重要作用，而且参与获得性免疫和炎症反应。Tang等[3]发现，人paneth细胞的分泌性颗粒中存在多聚免疫球蛋白受体（pI－gR）和IgA，从而证明paneth细胞参与IgA介导的胃肠道获得性免疫。Paneth细胞还可以吞噬细菌，保护邻近干细胞，限制微生物向隐窝和肠腔移行，并协调内源性菌群的组成。它的一个显著特点是，其胞质内分泌颗粒包含溶菌酶、分泌型磷脂酶A2（sPLA）、CRS肽、血管生成因子和α-防御素等多种抗菌肽。实验表明，Paneth细胞的数量、形态和定位可根据感染的状态而改变。当肠腔细菌过度生长时，会引起paneth细胞数量增多，肠粘膜固有层T细胞的激活也可诱导潘氏细胞增殖[4]。将离体的鼠小肠隐窝暴露于细菌或其产物（如LPS、脂膜酸和类脂A等）时，会分泌一系列抗菌肽，且释放的内分泌颗粒与细菌抗原呈剂量依赖关系。如果新生儿小肠潘氏细胞分泌溶菌酶缺乏，将导致坏死性小肠结肠炎，并使这些婴儿易感细菌移位和继发性脓毒血症。sPLA2既作为抗菌蛋白，又可促进炎性反应，还具有抗肿瘤功能。CRS肽则可结合并降低LPS的免疫刺激活性。当paneth细胞和隐窝受到损伤时会诱导表达TNF-α，参与隐窝细胞的再生和炎症反应过程。paneth细胞还可表达NOD2蛋白，现在认为NOD2类似Toll样受体，属于胞内病原相关分子受体，通过激活信号转导途径核因子（NF）-κB通路来识别胞壁酰二肽，控制炎症反应。NOD2蛋白缺陷可降低细菌传感，增加肠道粘膜对侵入细菌的敏感性。NF-κB能调控多种与炎性反应有关的细胞因子，如TNF-α、IL-1和IL-6等，是介导过度炎性反应的核心环节，调控肝脏病理损害重要的细胞因子。在暴发性肝衰竭时，其活性常显著增高。Shapiro等[5]发现姜黄可通过降低氧化应激，抑制NF-κB的活化和诱导型一氧化氮（NO）合酶的表达，减轻肝细胞损伤，提高大鼠存活率。在paneth细胞分泌的抗菌肽中，α-防御素倍受关注，它合成速度快，作用及时，与NOD2基因有关，除了可与细菌胞膜磷脂中的阴离子结合并插入细胞膜中形成膜孔，使细胞丧失能量及其他离子成分，导致细菌裂解死亡，还能诱导上皮细胞的生物效应，刺激小肠分泌，趋化T细胞，激活补体经典途径，从而增强对肠粘膜的保护。人类目前仅发现两种肠源性防御素（HD-5和HD-6），而小鼠paneth细胞可合成近20种肠源性防御素（称为隐窝素，cryptdin），可有效对抗大肠杆菌，葡萄球菌等微生物。离体实验发现，大肠杆菌ML35的悬液可迅速被cryptdin-1、3和6杀灭，再经过15分钟共同孵育，只剩下不到1%的细菌存活。人类α-防御素HNP-1-3具有特殊的毒素抑制功能，能抑制白喉毒素和假单胞菌毒素A的活性，从而保护细胞[6]，而转有HD-5基因的小鼠对鼠伤寒沙门氏菌的抵抗力则明显增强。反之，当防御素表达降低时，则会影响肠道的固有免疫及对菌群的调控能力[7]。可以推测肝衰竭时，Paneth细胞的数量和功能也许会有变化，这尚待进一步研究。

（二）微生态屏障

正常情况下，肠道内优势菌群（主要是专性厌氧菌，如乳酸杆菌和双歧杆菌等）通过粘附作用与肠上皮结合，形成菌膜屏障，并分泌一些抑菌和抗菌物质，如乳酸和细菌素等，干扰和抑制内源及外源性潜在致病菌的活力和功能[8]，还能激活肠道免疫系统活性，为肠粘膜上皮细胞提供能量，促进损伤的肠上皮修复，增强上皮细胞紧密连接，从而加强肠道屏障功能。双歧杆菌通过其代谢产物可抑制肠上皮细胞生成TNF[9]，正常菌群还可增加结肠上皮细胞中的细胞保护性蛋白hsp25和hsp27[10]。此外，研究发现，大肠埃希菌、肺炎克雷白菌和草绿色链球菌能明显增加肠黏膜通透性，细菌内毒素能增加回肠黏膜通透性并促进细菌移位。动物实验证明，肝衰竭大鼠模型的消化道内细菌大量上移，肠球菌和杆菌数量急剧升高，尤以肠杆菌增加显著，同时肠道优势菌双歧杆菌和乳酸杆菌数量显著下降。过度生长的革兰阴性杆菌可通过细菌蛋白酶直接破坏肠上皮细胞微绒毛膜蛋白，或改变肠道上皮细胞的生化反应，使微绒毛受损甚至消失，还可产生各种毒素或代谢产物抑制肠上皮细胞蛋白质合成，从而损伤肠道屏障。

（三）免疫屏障

肠道是机体重要的免疫器官，淋巴细胞是其免疫系统的主要成分，可分为肠上皮内淋巴细胞（intraepithelial lymphocyte，IEL）和固有层淋巴细胞（1aminapropria lymphocytes，IPL）。IEL 主要是 CD8+细胞，被激活后可释放 IL-2、3、4、5、10、干扰素（IFN）-α和IFN-γ等多种细胞因子，抑制粘膜过敏反应，参与机体免疫监控和免疫防御。IPL包括B淋巴细胞、浆细胞、T淋巴细胞和巨噬细胞等，可分泌IgA和IgM。其中，由B细胞转化成浆细胞分泌的sIgA，能调节肠上皮细胞的凋亡，对肠道菌群也有重要的调节作用[11]。它可通过与细菌胞壁抗原决定簇结合包裹细菌，阻止病原体在肠粘膜表面粘附，还可削弱细菌表面疏水性，中和细菌产生的毒素。另外，sIgA可以增强具有FC受体细胞的吞噬功能，与补体和溶菌酶协同抗菌，起到免疫排斥作用。目前，研究发现双歧杆菌和乳酸杆菌均可促进肠相关淋巴样组织（GALT）产生sIgA。肝衰竭时，由于双歧杆菌和乳酸杆菌显著下降，导致sIgA的功能受到严重影响，破坏了肠道的免疫屏障。T细胞主要通过T细胞依赖的B细胞活化与T细胞招募巨噬细胞与中性粒细胞生成趋化因子，细胞因子抵抗肠菌。Albillos等[12]在晚期肝硬化患者中观察到T细胞功能缺陷，认为这是BT的重要危险因素。在肝功能衰竭者，机体补体合成严重不足，肝脏解毒及合成蛋白质功能下降，T细胞功能下降，从而使免疫系统严重受损。慢性肝衰竭患者常因胃肠道功能障碍导致营养不良，继而引起GALT产生细胞因子Th-2下降，从而降低了CD11b/CD18黏附分子的表达和多形核白细胞的趋向性和吞噬能力，增加了感染机会。可见，肠道与肝脏的免疫关系是一把“双刃剑”，如何适度的发挥免疫作用值得深入研究[13]。

现在认为，肝脏网状内皮系统亦是肠屏障的组成部分。肝脏网状内皮细胞主要为Kupffer细胞（KC），占全身单核吞噬细胞系统的80%～90%，是机体一道重要的防线。肝衰竭时，LPS可通过两条途径激活KC，一是在脂多糖结合蛋白（LBP）的协同下，与KC表面的mCD14结合；另一种则是通过其他蛋白（如HDL和LDL）的辅助，在sCD14介导下激活KC。KC被激活后可释放大量的化学物质（TNF、白介素B4和补体C5）和毒性介质[血小板活化因子（PAF）、NO和内皮素-1（ET-1）]，进一步加剧肝损伤。研究发现，在急性内毒素血症时，肝细胞和KC表面高表达黏附分子ICAM-1。在重型肝炎时，由于KC不仅要吞噬病毒及免疫复合物，还要清除细胞碎片和其他杂物，过重的负担严重降低了它清除内毒素的功能。生理情况下，KC发挥吞噬功能需要纤维连接蛋白（Fn）的帮助，而在急性肝衰竭时，Fn显著下降，且Fn的降低与KC吞噬能力的下降成正相关。此外，肝衰竭时，KC吞噬纤溶酶原激活物及纤维蛋白降解产物的能力也严重下降，使凝血受阻，极易发生出血和弥散性血管内凝血（DIC）。可见，KC被激活的程度越高，肝脏的微循环障碍就越严重。

二、细胞因子释放与肠道屏障功能改变

肝衰竭是以肝细胞坏死，肝功能严重受损为特征的综合征，在发病过程中伴随大量细胞因子的增高，如TNF-α、IFN-γ、IL-1、IL-6、PAF 和 NF-κB。TNF-α 主要由单核和巨噬细胞分泌，在肝衰竭病程的细胞因子网络中起核心作用。首先，TNF-α能激活中性粒细胞，促使中性粒细胞释放大量的活性氧与弹性蛋白酶，对血管内皮细胞和器官组织细胞产生损害作用。其次，TNF-α能通过交感-肾上腺髓质系统使儿茶酚胺分泌增加，促进多种血管活性物质释放，加剧微循环障碍，也可通过其表达黏附分子异常和肌动蛋白解聚而影响肠粘膜通透性。另外，TNF-α还可以诱导大量NO生成，通过损伤DNA，蛋白氧化、硝化而影响细胞呼吸，异化或破坏细胞骨架纤维肌动蛋白，抑制ATP生成，灭活Na+通道，扩大细胞间TJ等机制引起肠粘膜上皮功能障碍和结构损害。在暴发性肝衰竭的动物模型中，肠粘膜上皮细胞凋亡率与TNF-α水平相平行，且抗TNFα-IgG抗体可以阻断肠粘膜上皮细胞凋亡发生。研究发现，IFN-γ可破坏肠粘膜上皮细胞间TJ，引起肠上皮细胞凋亡，损害粘膜完整性，增加小分子物质的跨膜转运。IFN-γ和IL-1还可抑制摄食中枢，使食欲下降，反射性使胃肠运动减弱，增加肠道与致病菌的接触时间。另外，IL-1可通过引起毛细血管通透性增高及增加促凝血活性而产生损伤作用。IL-6可损伤血管内皮细胞和微循环，进而影响肠道氧供。现在认为，PAF可通过降低sIgA，引起血小板聚集，中性粒细胞脱颗粒和呼吸爆发，同时导致低血压，血管通透性增加，胃肠运动紊乱等造成胃肠黏膜损伤。Slomiany等[14]研究发现，静脉注射外源性PAF可致肠黏膜通透性显著升高，且与血浆LPS有剂量依赖关系。用PAF拮抗剂治疗能显著降低肠粘膜通透性和血浆LPS水平。此外，寄居在肠道粘膜表面的共生菌可直接控制NF-κB，调节肠道抗感染能力，在肝衰竭时则明显受到抑制。

三、肠源性内毒素血症（IETM）与肠屏障

内毒素是指革兰阴性细菌细胞壁磷脂-多糖-蛋白质复合物，其主要成份是 LPS，通常在细菌死亡后或在细菌代谢过程中释出。肝衰竭可以由很多因素引起，如肝炎病毒、酒精和药物等，其致病机制各不相同，对机体造成“首次打击”，而以LPS和由LPS引起的KC激活为特征的IETM则给机体致命的“二次打击”[15]。肝衰竭时，由于肠道菌群失调，肠粘膜功能紊乱，使得LPS的产生和吸收增多，又由于其来源于肠道，故称之为肠源性内毒素血症。释放的内毒素可通过多种机制损伤肠道屏障功能：①LPS具有较强的交感神经作用，可收缩肠粘膜血管，引起肠黏膜血流量减少；②激活NF-κB，刺激单核巨噬细胞系统表达、产生和过度释放TNF、PAF、IL-1和IL-6等细胞因子及前列腺素（PGs），激活血管内皮细胞，促进白细胞黏附贴壁，引起氧自由基释放，血管通透性增加，肠粘膜破坏及肠上皮细胞的坏死和脱落，从而削弱肠道屏障功能；③诱导小肠间质层成纤维细胞产生TNF-α，后者导致肠上皮细胞TJ松开，并加重肠道局部的炎症反应；④激活肠系膜血管中的环鸟苷水解酶-I，增加舒血管因子NO，使血管扩张而加重毒素移位[16]；⑤干扰肠谷氨酰胺的代谢，使肠粘膜受损、通透性增加；⑥LPS自身可损伤肠粘膜上皮细胞线粒体和溶酶体，激活黄嘌呤氧化酶导致上皮细胞自溶；⑦可通过成纤维细胞来调节对肠屏障功能的破坏。

肝衰竭是临床危重病症，它不仅表现为肝脏功能的衰竭，而且常伴有肝性脑病、黄疸、出血、腹水、肝肾综合症、急性胰腺炎和继发感染等许多并发症。由于肝衰竭时肠道菌群失调，肠屏障功能不全造成了IETM，循环内毒素又进一步加重了肝损伤，彼此相互协同，加重了整个机体病情。近年来，通过大量动物实验和临床研究，取得了一些进展，但许多领域尚有待于进一步深入地研究和探讨。综上所述，肠道屏障与肝脏疾病关系的探讨已经是近年来的一个研究热点。肝衰竭与肠屏障功能的相互影响涉及多种分子，多个机制，具体的病理过程以及行之有效的临床治疗方法还有待我们更进一步的探索。

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