缺血再灌注损伤对肠屏障的作用和影响

樊立辉+傅廷亮+韩新令

[摘要]肠黏膜屏障是肠道中使肠内细菌及内毒素不进入机体的一层重要生物学屏障，为机体自身保护机制重要组成之一。肠黏膜屏障主要由机械屏障、生物屏障和免疫屏障组成，各部分又有不同的分子生物学组成、不同信号通路以及不同的作用，且各屏障间相互协调、相互作用，共同组成一个完整的肠屏障系统，共同保护机体免于受外部病原微生物的侵害。在不同原因的病理性因素影响下常可引起肠道缺血，而肠缺血再灌注损伤后肠屏障受损是此过程中常见的损害之一。缺血再灌注损伤中肠屏障功能的损害机制包括多种因素，其中主要对肠屏障的三个重要组成结构引起损害，本文对缺血再灌注损伤对肠屏障功能的影响的相关研究进行综述。

[关键词]肠屏障；缺血再灌注损伤；多器官功能障碍综合征

[中图分类号] R574 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2017）05（c）-0015-04

[Abstract]The intestinal mucosal barrier is a important biological barrie which protect the body from intestinal bacteria and endotoxin， and it is an important part of the body′s prote-ctive system.It consists of three parts：mechanical barrier and intestinal mucosa barrier of biological barriers and immune barrier，and every barrier has different structure，different molecular regulation mechanism and biological function.At the same time，this three parts unifies in together through their signaling pathways organically and defense foreign antigen material for the body.In clinic，pathological batter in different reasons often cause intestinal ischemia，and intestinal ischemia-reperfusion injury after intestinal barrier damage is the common pathological changes.Intestinal barrier function change has multiple factors in ischemia-reperfusion，ischemia and reperfusion in intestinal will damage the three parts.This paper will write a review about the influence of ischemia-reperfusion injury on function of intestinal barrier.

[Key words]Intestinal barrier；Ischemia-reperfusion injury；Multiple organ dysfunction syndrome

肠道作为人体的重要器官，其对食物的消化、吸收及机体所需能量的保障起着重要作用，同时还有重要的屏障功能[1]。肠屏障是指肠道通过相关保护机制阻止肠道内有害物质侵入血液系统，并通过循环系统进去体内远处组织器官的结构和功能。据研究表明肠缺血再灌注损伤在全身性的细菌感染、多器官功能障碍、休克等严重疾病及其进展过程中起着重要作用[2]。而这些病理过程的初步启动机制主要是由于肠屏障功能受损，导致肠道内大量细菌及内毒素侵入体内引起的机体应激和各种破坏性损伤，形成恶性循环，危及生命。肠屏障主要由机械屏障、生物屏障和免疫屏障构成：肠道机械屏障主要是由肠黏膜上皮细胞间紧密连接组成的，其在肠屏障组成中占据核心地位[3]；生物屏障主要是由肠道内寄生菌及其相关分泌物组成的动态平衡微环境[4]；免疫屏障主要是由黏膜内相关淋巴结及肠内免疫细胞所分泌的抗体（S-IgA）发挥作用构成的[5]。

肠缺血再灌注损伤（IIRI）为多种疾病共同的病理生理过程，其不仅造成肠黏膜屏障受损，肠道细菌易位、炎性介质及细胞因子的释放，还会造成远隔器官的损伤，甚至最终可引起全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征（MODS），并威胁生命[6]，因此，掌握肠缺血再灌注对肠屏障的作用及其机制，对于在肠缺血再灌注损伤中早期保护肠屏障正常功能有重要作用。

1肠屏障的组成

1.1肠道机械屏障

肠道机械屏障主要是由肠黏膜上皮细胞、肠黏膜表层的黏液层、紧密连接和黏膜下固有层组成[7]。肠绒毛主要由吸收细胞和杯形细胞组成，杯形细胞的分泌物可对肠黏膜起着重要的机械和化学保护作用。由于吸收细胞的紧密排列这一特性，为肠黏膜的机械屏障提供了重要的生物学基础，这一紧密结构为阻止肠内细菌和内毒素侵入机体提供了重要防护。由此组成的保护结构能抵御肠内病原体或有害物质进一步侵入深部组织，保护肠道上皮对各物质的选择通透性功能的正常发挥[8]。此外肠道上皮内还有内分泌细胞和帕内特细胞，这两种细胞对肠黏膜屏障功能起着强化作用。同时作为肠道上皮细胞中一种少数存在的小结相关上皮细胞，其在快速摄入抗原和有害微生物，并将相关信息呈递给肠黏膜内相关免疫细胞，最终启动肠道免疫更能。腸黏膜主要由单层柱状上皮细胞组成，相邻的单层柱状上皮细胞之间可以通过紧密连接复合体而连接成一个有机的整体，从而加强了上皮细胞间的紧密程度。其中紧密连接主要由紧密连接蛋白、缝隙连接蛋白以及细胞桥粒[9]组成。紧密连接蛋白可防止肠腔内物质自由穿过细胞间间隙及上皮细胞层进入机体，导致机体的相关炎症反应。肠黏膜下方的结缔组织层和固有层也对肠黏膜屏障起到支持作用，其内的成纤维细胞、浆细胞、巨噬细胞、肥大细胞等共同形成肠道机械屏障[10-11]。

1.2生物屏障

机体肠道内生存着着大量的细菌，肠道组织细胞正常生命活动下常驻菌群相互依赖、相互作用形成一个生物稳态系统，该微生物稳态系统构成肠道生物屏障，即生物屏障。肠道的正常生物活动中，许多的厌氧菌生存与肠黏膜表面，并且这些厌氧菌群可以产生短链脂肪酸， 并激活相关信号通路启动肠道免疫系统来抵御致病因子的侵害，使得肠道内激活的免疫系统与肠内治病因子形成动态平衡，保持肠道的正常吸收、消化和分泌功能[12]。但是当肠缺血再灌注损伤时，因为肠道内部分致病菌大量繁殖或凋亡，并且在肠道细菌产生的大量致病因子侵袭作用下，肠道内微生物系统的动态平衡被破坏，导致肠道细菌和内毒素进入机体，如果在此进展过程中得不到有效的干预，将会进一步引起全身炎症应激，导致全身多器官受损[13]。

1.3免疫屏障

肠道为体内接触外源性抗原最多的器官之一，是人体最大的“储菌库”和“内毒素库”。肠腔对食物、药物的选择性摄入，而對肠腔内细菌和内毒素的有效阻止不仅由于肠黏膜机械屏障，还有赖于肠道的免疫屏障（即肠道内相关淋巴样组织）[14]。据研究表明，肠道是机体内最大的免疫器官，肠免疫屏障主要是由诱导部位的免疫细胞接触、分析抗原，并将抗原信息进一步呈递给产生具体效应的免疫细胞，并对侵入机体的有害抗原产生杀灭作用，构成肠道的免疫系统 [15]，其中各免疫细胞产生的IgA介导的体液免疫可对肠黏膜屏障起到保护作用。当细菌穿透肠黏膜上皮细胞时，sIgA会与细菌的特异性抗原相结合，形成抗原抗体复合体并刺激肠道细胞使得黏液分泌量增加，最终起到加强肠屏障的功能[16]。

2缺血再灌注对肠屏障的影响

2.1缺血再灌注对机械屏障的损害

当肠道因各种病理因素而导致缺血时，肠黏膜上皮细胞内线粒体的功能遭到破坏，引起细胞内氧化磷酸化反应受到严重影响，细胞的有氧代谢发生障碍，引起ATP产生大量减少，导致上皮细胞膜上能量依赖性钠-钾泵功能紊乱，导致细胞内水、钠潴留，从而造成细胞水肿甚至坏死。同时因肠缺血再灌注时，内质网应激[17]，导致内质网钙离子耗竭，同时能量依赖性钙泵功能受损，使得钙离子的转运受到严重影响，导致细胞质内钙离子超载。因钙离子大量进入线粒体，使得线粒体细胞色素氧化酶功能失调和锰-超氧化物岐化酶（SOD）活性下降，促进了细胞内ROS的产生[18]。细胞内ROS的明显增高又对细胞内各未关结构产生严重破坏作用，最终引起细胞的凋亡增加。细胞内氧自由基的过渡生成与钙超载两者相互促进，引起细胞内级联性破坏反应，最终将导致肠黏膜上皮细胞的凋亡增加，引起肠黏膜通透性的增加，使得肠腔内细菌及内毒素大量进入体内[19]。

当组织器官的血流得以恢复时，肠黏膜缺血再通时会加重组织细胞的损伤。现在认为肠缺血再灌注损伤主要有3种机制：①缺血再灌注时引起血管内皮细胞间黏附分子表达上调，中性粒细胞将会于局部异常聚集并被激活，在炎症因子的趋势下找到并吞噬细菌[20]。活化后的中性粒细胞在吞噬有害抗原时需要大量的氧，并在此过程中激活细胞膜上的NADPH氧化酶和NADH氧化酶，并生成大量的NADP、NAD和活性氧自由基，活性氧自由基通过自发性歧化作用生成过氧化氢，而H2O2在体内经过还原反应最终产生OH-。炎性介质可以和这些被释放的活性氧自由基相互作用，导致蛋白质和核酸的损伤，使得肠黏膜上皮细胞无法修复，从而导致细胞功能障碍甚至死亡，破坏肠屏障正常结构和功能，甚至破坏全身免疫防御功能[21]。②缺血再灌注还会激活诱导型一氧化氮合酶，引起一氧化氮生成增多，细胞内支架被高浓度的一氧化氮所破坏，导致细胞死亡及细胞间紧密连接破坏。③肠道再灌注后，大量活性氧代谢产物（ROS）聚集在原缺血组织器官处。细胞内的蛋白质、核酸、脂质等被ROS损害，由于细胞内执行生命活动的大分子物质被破坏，导致细胞的正常生命活动受严重影响，可最终引起细胞死亡[22]。

2.2缺血再灌注对生物屏障的损害

大量细菌生存于肠腔内，如空肠中革兰阳性需氧菌、回肠中的革兰阴性厌氧菌，肠道内微生物在肠道中起双重作用：①作为外来抗原对集体存在潜在的威胁：②细菌在其代谢中为肠道上皮黏膜细胞提供一些营养成分，同时致病菌的黏附、定植、生长、繁殖被他们有效的抑制[23]。当肠道受到缺血损伤时，肠腔内寄居的正常菌群减少，不能有效抑制有害菌群的生长和繁殖，导致有害细菌数量大量增加，破坏了肠腔内微生物的动态平衡状态。有相关研究表明肠道受损后，有较强致病性的细菌将会取代原肠黏膜上寄居的正常菌群，其大量繁殖生长并侵入机体引起细菌移位，激活体内应激反应，最终引起机体的炎症反应，更有甚者最终导致败血症的发生[24]。

肠缺血再灌注时导致炎症因子大量释放，最终导致细胞的凋亡增加，破坏肠屏障功能。据大量研究表明，由巨噬细胞分泌的炎症因子-TNF在缺血再灌注发生时，其在胞内大量增加，其作为炎症因子TNF其中一种，其对肠黏膜上皮细胞的破坏起着重要作用，其可以通过活化大量中性粒细胞，并释放大量的弹性蛋白酶和ROS，这些过量的弹性蛋白酶与ROS将会对肠上皮细胞产生严重的破坏作用。由于TNF-2同时能够引起NO的大量生成，一氧化氮能够导致血压降低，引起血流速度减慢，导致机体微循环淤血，加重肠道组织细胞的损伤。肠缺血再灌注时引起PAF的大量生成，PAF可引起血液内血小板的大量异常聚集，促进微循环内血液凝集，同时还可导致中性粒细胞脱颗粒及呼吸爆发，最终引起微循环内血液瘀滞，加重肠黏膜上皮细胞损伤[25]。在缺血再灌注时，活化后的补体产物诱导中性粒细胞与巨噬细胞释放大量的有害因子，这些细胞因子可以与炎症反应相协同，共同破坏肠上皮细胞。

2.3缺血再灌注对免疫屏障的损害

肠缺血再灌注时对肠道免疫屏障也引起破坏作用，主要包括以下机制：①肠道组织在缺血再灌注时，肠道机械屏障相关细胞凋亡增加，肠屏障固有层内浆细胞数量大量减少，破坏机械屏障的完整性。由于免疫细胞B淋巴细胞的减少，其生成的免疫球蛋白大量减少，使得细胞不能有效阻止细菌和毒素侵入机体。同时炎性浸润细胞和肠上皮细胞内的对应核转录因子也被激活，致炎细胞因子和其他生物因子受激活的核转录因子调控，受刺激后转录与分泌增加，导致对细胞免疫的抑制，使免疫屏障功能紊乱。②正常情况下，肠道内寄居的肠道保持着一个动态平衡状态。这一细菌微生物生态系统同时对肠道免疫系统正常发挥功能起着重要的的维持和促进作用[26]。其中肠道内益生菌群在相互作用中能够增强sIgA、sIgM 抗体的活性，加强免疫系统的防护作用。同时随着肠道微生物系统的平衡被打破，生物屏障功能紊乱，肠道内大量细菌侵入机体引起细菌易位，导致全身应激反应，损伤机体多个器官组织[27]。

3结语

近年来，在临床中因肠缺血再灌注损伤引起的肠屏障功能障碍引起的疾病越来越受到重视，对于肠屏障的保护和维持不仅能使患者本身的肠道疾病得到较快的恢复，也可以为其他原发病提供一个良好的恢复基础，可以使患者早日康复，减少患者住院时间和医疗花费。随着对肠屏障功能及肠道缺血再灌注损伤的研究，如黄芩苷、谷氨酰胺、色甘酸等都可以减轻肠缺血再灌注损伤，以维持肠屏障功能。随着人们对健康质量的要求越来越高，在临床中因肠缺血再灌注损伤引起的肠屏障功能障碍引起的疾病也将越来越受到重视。

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（收稿日期：2017-04-05 本文编辑：许俊琴）