炎症性肠病与肠黏膜屏障关系的研究进展

王振疆　陈渝萍

【关键词】炎症性肠病；肠黏膜屏障；肠道菌群

中图分类号：R574 文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2015.01.025

炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一组原因未明反复发作的慢性炎症性肠道疾病，包括溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn Disease，CD），近年的研究发现肠黏膜屏障功能受损与IBD的发生密切相关，了解IBD患者肠黏膜屏障功能的改变对于研究IBD的病因、寻求新的治疗方法具有重要意义。本文就IBD与肠黏膜屏障关系的研究进展作一简要综述。

1肠黏膜屏障的结构与功能简述

肠黏膜屏障是指肠道能够防止肠内有害物质穿过肠黏膜进入人体内的结构和功能的总和。包括机械屏障、微生物屏障、免疫屏障和化学屏障4个部分，任何一部分缺陷或者受损均可导致肠道屏障功能障碍，诱发肠源性感染，在IBD的发病机制中具有重要作用。

1.1机械屏障机械屏障即肠上皮，由肠黏膜表面的黏液层、肠上皮细胞及其紧密连接等组成。上皮细胞是机械屏障中最主要部分，由吸收细胞、杯状细胞及潘氏细胞等组成，具有吸收和屏障功能。肠上皮细胞构成具有选择功能的细胞屏障，促使肠腔内营养物质进入循环，而限制内毒素等物质通过。肠上皮细胞间连接是机械屏障的核心部分，受控于肌球蛋白轻链（MIC），包括紧密连接、缝隙连接、黏附连接及桥粒连接等，尤其以紧密连接最为重要，由咬合蛋白（occludin）、闭合蛋白（claudin）、带状闭合蛋白（zonula occludens，ZO）家族等紧密连接蛋白组成[1]。完整的肠上皮细胞间的紧密连接可阻止肠道细菌、毒素和抗原等物质进入固有层，阻止固有层免疫细胞激活，而诱发异常肠道免疫反应。

1.2微生物屏障微生物屏障实质是由肠道常驻菌群组成的一个相互依赖、相互作用的微生态系统，主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中约99%为专性厌氧菌，是肠道的优势菌群。专性厌氧菌在肠黏膜形成的生物膜具有抗菌和调节肠道免疫作用，可拮抗致病菌定植肠道[2]，还可分泌短链脂肪酸（SCFA）和乳酸降低肠道的pH值，酸化肠道以及竞争性摄取肠内营养物质而抑制侵袭性菌群生长。最新研究发现[3]，肠道菌群是肠道免疫损伤的激发点，肠道菌群与肠道免疫系统始终处于“相互交流”之中，一旦肠道菌群失调则这种“相互交流”被打破，可触发过度的肠道免疫反应，进而诱发炎症性肠病、肠道自发免疫性疾病等。

1.3免疫屏障肠道免疫屏障主要由肠相关淋巴组织（GALT）和分泌型免疫球蛋白（SIgA）组成，共同构成肠道免疫屏障，可识别自身抗原和外源性抗原而诱发肠道免疫反应，是肠道免疫稳态的重要保障。GALT是抵御病原体入袭和保持对食物抗原及共生微生物处于免疫耐受状态的免疫器官，是维持肠道黏膜屏障完整的重要因素。SIgA是机体内分泌量最多的免疫球蛋白，附着于肠黏膜表面，具有黏膜防御作用，是防御致病菌黏附和定植的第一道防线[4]。肠道是人体最大的免疫器官，肠道免疫功能损害实质是外源性抗原通过受损的紧密连接而激活固有层的免疫反应。

1.4化学屏障胃肠道分泌的消化液、消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白和糖脂等化学物质组成肠黏膜的化学屏障，具有杀菌、溶菌和抑制致病性细菌入侵的作用。杯状细胞、潘氏细胞及肠上皮细胞分泌的黏蛋白（MUC）组成了肠上皮黏液层，对肠道具有润滑及保护作用，以MUC2、MUC3最为重要[5]。MUC含有特殊的碳氢结构，是细菌黏附结合的生态位点，可竞争性结合肠上皮细胞结合位点的细菌，使细菌留在黏液层，在肠蠕动时被清除[6，7]。肠道分泌的大量消化液可稀释毒素，破坏细菌蛋白，也是抑制条件致病菌定植肠道的重要因素。

2IBD与肠黏膜屏障功能损伤的关系

近年来研究发现IBD的发生与肠道黏膜屏障的改变密切相关，Giovanni C Actis等[8]形象地将IBD描述为“屏障器官性疾病”，由此可见肠黏膜屏障功能在IBD中的关键作用。大量试验研究表明，IBD的发病机制与肠黏膜屏障的改变密切相关，其机制可能是肠道细菌和环境因素作用于遗传易感人群，导致肠黏膜免疫异常应答引起肠黏膜损害，肠黏膜屏障的完整性被破坏，正常防御功能受损，而最终诱发IBD。肠黏膜屏障损伤主要表现为四种屏障功能的损伤。

2.1机械屏障损伤机械屏障是肠黏膜屏障最重要的组成部分，其中上皮细胞及其细胞间连接结构是维持肠上皮选择通透性及屏障功能的结构基础，是抵御肠外有害物质或病原体入侵肠黏膜组织的关键。紧密连接蛋白中闭锁蛋白Occludin、Claudin家族和带状闭合蛋白ZO-1、ZO-2等的表达与IBD的发生密切相关。研究发现[9]，修复IBD患者中肠道受损的Claudin-1连接蛋白对于IBD的诱导缓解具有重要作用。紧密连接除与连接蛋白的调控有关外，TNF-α、IFN-γ、IL-13等细胞因子与上皮细胞的紧密连接密切相关，而IBD患者中TNF-α、IFN-γ、IL-13等细胞因子明显增多，且可能与炎症性肠病的严重程度相关。研究表明某些致病因素可引起肠黏膜细胞释放致炎性因子和细胞因子，在氧活化物质（ROS）的参与下引起上皮细胞凋亡或死亡。IBD患者过多的TNF-α、IL-1β等细胞因子可刺激上皮细胞产生ROS，当细胞内ROS水平超过细胞的抗氧化能力时，可导致上皮细胞坏死或者凋亡。TNF-α在IBD患者中分泌明显增加，且与炎症的严重程度相关[10]，它能诱导上皮细胞核转录因子活化，活化的NF-κB、p50/p65亚基与肌球蛋白轻链激酶（MLCK）基因的启动子结合，启动MLCK转录，增加MLCK蛋白的表达[11]。MLCK促使肌球蛋白轻链磷酸化后，引起细胞骨架收缩而导致紧密连接破坏，致使肠黏膜屏障功能受损。Al-Sadi R等[12]最近研究发现，TNF-α通过激活细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）而增加Caco-2细胞（一种人克隆结肠腺癌细胞，结构和功能类似于分化的小肠上皮细胞）紧密连接通透性。还有研究[13]发现，TNF-α可降低肠上皮细胞屏障的跨上皮电阻（TER），增加肠上皮细胞旁的通透性，是判断肠黏膜屏障功能的重要指标。在CD活动期患者中上皮膜电阻抗下降，紧密连接结构及功能被破坏，肠黏膜通透性增加[14]。IFN-γ与TNF-α具有协同作用而破坏肠上皮细胞的屏障功能，增加肠黏膜通透性，是参与IBD发生的主要细胞因子之一。Schuhmann 等[15]发现IFN-γ可上调上皮细胞半胱氨酸天冬氨酸酶-1（caspase1）的表达，诱导肠上皮细胞凋亡，破坏肠道上皮屏障，增加致病菌侵袭肠道的机会，在IBD 的发病机制中起重要作用。张续乾等[16]的最新研究发现，IFN-γ可通过下调紧密连接蛋白occludin、ZO-1的表达，破坏肠道屏障功能，从而参与UC的病理生理过程。此外，研究还发现细胞骨架、NOD2基因等异常均可影响肠道机械屏障的完整性，增加肠黏膜屏障的通透性。研究表明[17]，敲除NOD2基因的小鼠易诱发IBD，NOD2基因可影响肠道菌群的表达，在维持肠道菌群平衡中发挥重要作用。endprint

2.2微生物屏障损伤肠道菌群是肠道微生物屏障的主要组成部分，近年来随着基因检测技术的发展与应用，肠道菌群在IBD的发病机制中被赋予新的认识。大量研究发现，肠道菌群是IBD发生的首要前提条件，早在1998年Sellon RK等[18]利用转基因敲除方法诱导免疫缺陷的IBD动物模型，在肠道无菌环境下不会发现肠道炎症，当恢复正常肠道菌群时，则出现肠道炎症反应。另外，IBD好发于结肠和回肠末端肠道细菌浓度最高的部位。可见，肠道菌群是IBD形成不可或缺的条件。微生物屏障损伤主要表现在肠道菌群的总量及多样性的改变、肠道菌群比例失调和致病性菌群病理性增加等方面。临床研究发现[19]，IBD患者肠道菌群总数量及多样性较正常对照组下降。Nishikawa等[20]利用细菌16SrRNA基因的限制性片段长度多态性的方法分析UC患者肠道黏膜菌群，发现UC患者肠道菌群的限制性片段数量明显少于健康对照者，提示UC患者肠道菌群的多样性降低。最近研究发现，在IBD患者肠道黏膜相关菌群或者粪便标本中，梭状芽孢菌属的多样性下降，有学者提出梭状芽孢杆菌/大肠杆菌的比值可用于评价IBD患者菌群失调的水平，是疗效评估的良好指标[21]。国内学者[22，23]在临床试验中发现UC患者肠道中条件致病菌数量较正常人显著增加，而双歧杆菌、乳杆菌较正常人的数量显著减少。可见，IBD患者肠道菌群中条件致病菌与益生菌的改变是IBD发生发展的重要因素。

致病性细菌数量增多是IBD患者肠道菌群的特征性改变之一，其中以致病性大肠杆菌最为常见。当致病性病细菌分泌的过多致病因子超出肠道免疫清除能力时，破坏肠道的免疫耐受状态，继而诱发自身免疫反应。另一方面，致病菌产生的内毒素可影响肠道屏障的通透性，当内毒素吸收时可增加屏障功能损害程度而形成恶性循环。早在20世纪80年代Dickinson RJ等[24]就发现UC患者的粪便标本中存在具有黏附和侵袭特性的大肠杆菌， 可分泌黏附素、溶血素和致坏死毒素等致病因子，损伤肠道屏障功能，诱发肠道免疫反应。流行病学调查显示[25]，携带小肠结肠炎耶尔森氏菌的个体，IBD的发病率远远大于对照组，提示该菌种可能参与IBD的发病。张婷等人[26]利用梯度稀释法定量培养分析IBD患者肠道菌群，发现肠球菌、酵母菌和小梭菌等条件致病菌增多。研究还发现高达95%的活动期结肠炎患者可能存在硫酸盐还原菌（SRB），SRB高水平是IBD的重要表现之一，SRB在大肠中将硫酸盐转化成硫化物，后者对结肠上皮有细胞毒作用，破坏肠道的紧密连接，导致肠黏膜通透性增加[27]。

2.3免疫屏障损伤免疫学机制被认为是IBD发生发展的核心环节，当肠黏膜组织暴露于大量外源性抗原中时，可诱发遗传易感宿主肠黏膜发生过度的免疫反应，最终导致组织损伤以及IBD的临床表现和病理改变。IBD患者肠道黏膜呈现持续性的病理性炎症反应，持续的肠腔抗原刺激使巨噬细胞和树突状细胞分泌大量的细胞因子，如IL-6和IL-12等，进一步破坏肠黏膜免疫屏障，加重肠道的炎症反应。Johansen等[28]研究发现SIgA在UC患者结肠表面表达明显少于正常人群，当肠道IgA含量减少时，不能有效阻止定植菌与上皮细胞受体结合，从而增加条件致病菌侵入血液循环激发免疫反应的机会。

肠道微生物的识别与杀灭由Toll样受体（TLRs）和NOD样受体（NLRs）介导，正常肠腔中TLRs和NLRs的激活并不产生促炎因子，当侵袭性细菌过度生长时抗原数量增加，导致病理性免疫反应或黏膜通透性增加，进一步诱发病理性固有反应和T细胞免疫反应，是IBD发生中的重要环节。致病菌过度生长可影响肠道T细胞的发育与功能，进而诱发异常肠道免疫而破坏肠道屏障功能。例如，脆弱拟杆菌通过TLRs2可影响Foxp3+调节性T细胞（FOXP3+Tregs）的数量与功能，肠道稳态受破坏，局部黏膜发生持续炎症，这也是IBD病理过程中的重要环节之一[29]。

2.4化学屏障损伤黏蛋白是化学屏障黏液层的重要部分，动物模型研究[30]发现，结肠黏液缺失MUC2黏蛋白的小鼠对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎易感，提示黏蛋白缺失可能是IBD的发病因素之一。除了MUC2外，新的研究发现Fcγ连接蛋白参与肠道黏液的分泌，其共价连接到黏蛋白，作为MUC2的交联稳定剂，稳定MUC2网络[31]。另外，Fcγ结合蛋白在黏液层以二硫键连接到另一种蛋白质成分——三叶肽因子（3TFF3），它主要在小肠杯状细胞中表达，参与黏膜保护和修复过程[32]。近年来研究还发现肠道黏液层的厚度和成分的改变与UC病情严重程度相关，主要表现为黏液层中的硫酸黏蛋白含量减少，肠道屏障通透性增加[33]。另有研究发现，抑菌肽（AMPs）家族表达缺陷也是肠道黏膜屏障损伤的重要原因之一，其中人α-防御素5（HD5）在正常人肠道中大量分泌，而在IBD患者中明显减少，特别在小肠CD中尤为明显，AMPs的表达异常主要表现在肠道潘氏细胞的功能受损，不能形成黏液层而增加侵袭菌定植肠道的机会[34]。

3展望

肠黏膜屏障在防御外来抗原物质对机体的侵袭和维持机体内环境稳定至关重要，肠道屏障中任一屏障的功能异常均可导致多种肠道疾病的发生。肠道黏膜屏障功能异常是IBD发病的重要环节，同时肠屏障功能改善也是IBD治疗所追求的目标之一。近年来国内外专家学者提出了IBD治疗另一个目标就是肠道黏膜愈合（Mucosal healing），提高肠道黏膜愈合程度、降低肠黏膜通透性对IBD治疗、预防复发和减少手术率具有重要意义，早期修复肠黏膜屏障功能，达到黏膜愈合是治疗IBD的关键，尽管目前对于肠道黏膜愈合的概念以及黏膜愈合的评价尚无公认的标准，但随着多中心研究及临床长期随访的对照研究，我们相信，不久的将来，会有更多有价值的资料呈现。参考文献[1] Dublineau I，Lebrun F，Grison S，et al.Functional and structural alteraions of epithelial barrier properties of rat ileum following X-irradiation[J].Can J Physiol Pharmacol，2004，82（2）：84-93.endprint

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（收稿日期：2014-12-24修回日期：2015-01-31）

（编辑：潘明志）endprint