急性胃肠损伤状态下肠黏膜屏障的受损机制

李雯静 廖吕钊 王希 周建明 潘思旭 徐那菲 江荣林

急性胃肠损伤（AGI）是危重患者因自身疾病导致的急性胃肠功能障碍[1]，主要表现为胃肠道运动功能障碍（如腹胀、腹泻）与消化道出血等。肠黏膜屏障（以下简称肠屏障）是人体的防御屏障之一，由机械屏障、化学屏障、生物屏障及免疫屏障等构成。患者AGI状态下，肠屏障受到打击，各种条件致病菌通过肠黏膜受损部位发生易位，侵入血液循环和远隔器官，诱发全身炎症反应，造成机体损害，甚至引发多器官功能障碍综合征（MODS）和死亡。由此可见，胃肠道在人体器官中处于中心地位，对重症患者而言，保护肠屏障功能意义更是重大[2]。基于此，本文就AGI状态下肠黏膜屏障的受损机制作一综述，以期为临床防治AGI提供参考。

1 机械屏障

机械屏障是一层完整的肠黏膜上皮结构，由肠黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接及黏液层等构成，能有效防止肠腔内的有害物质穿过肠黏膜进入血液循环。

1.1 肠黏膜上皮细胞 小肠上皮细胞是机械屏障的主要成员之一，在机体免疫反应中发挥作用[3]。肠道的生理学特点决定其对缺血较敏感[4]。AGI初期时，肠道处于应激性缺血状态，线粒体内脱氢酶活性降低，钠-钾ATP酶功能紊乱导致水、钠潴留，造成细胞水肿坏死[5]。随着AGI的进展，细胞内钙超载、氧自由基大量释放及白三烯增多3者协同作用，引起细胞内级联性破坏反应，加剧肠黏膜上皮细胞的凋亡。同时，大量中性粒细胞炎性浸润，半胱天冬酶（Caspase）-3通路激活，核酸内切酶活性增高[6]，引起肠黏膜通透性增加，各种致病菌大量入血，加重炎症反应。

1.2 紧密连接蛋白 紧密连接是细胞间连接组成之一，由各种紧密连接蛋白分子与肌动蛋白骨架构成，它既是一种蛋白复合体，也是一种选择性屏障，呈带状分布于细胞-细胞连接复合体顶端，只允许可溶性小分子物质通过并由此调节肠黏膜通透性[7]。Miousse等[8]研究发现，紧密连接蛋白对肠上皮功能的维持有重要意义[9]，其成员之一闭锁小带蛋白1（ZO-1）位于紧密连接的细胞膜表面，参与调控顶部连接复合物蛋白[10]；作为细胞骨架的闭合蛋白（CLDNs）是一种丝状蛋白结构，遍布于细胞质内，辅助形成离子选择通道[11]。ZO-1与CLDNs共同构成紧密连接的结构基础，参与物质转运，维持细胞极性，保护肠上皮结构的完整性[12]。AGI状态下，某些致病菌与肠上皮细胞表面分子结合，降低ZO-1及CLDNs的表达，造成紧密连接复合体中蛋白质解体，细胞旁通透性增加。肌球蛋白轻链激酶（MLCK）是一种钙调素（CaM）依赖酶，通过介导调节轻链磷酸化，影响细胞骨架的收缩活动。经证实，MLCK1和 MLCK2受TNF-α的调控，应激反应发生时，MLCK蛋白表达上调，其过度激活导致肠上皮细胞发生变形变性、错位排列以及ZO-1和CLDNs的部分重组，造成肠黏膜通透性升高[13]。Edelblum等[14]证实肠屏障的通透性与肠道微生物群相关，虽然紧密连接的损伤在短期内不足以使菌群发生完全易位，但肠黏膜的易感性会大幅增加。由此可知，肠黏膜机械屏障完整性遭到破坏会引发多米诺骨牌效应。

1.3 黏液层 肠道黏液层表面有可黏附细菌的生态位点，使细菌固定于黏液层，在肠道蠕动时被清除，保持肠道内环境健康。AGI发生时，黏蛋白分子内部共价键断裂，空间结构变化，结构域中暴露的糖多肽不仅是肠道共生微生物的结合位点，也是微生物的能量来源。黏液厚度和成分的改变可使条件致病菌直接作用于肠上皮细胞，造成肠腔内细菌易位，引起炎症反应。

2 化学屏障

胃肠道分泌的各种消化液不仅能抑制细菌在肠道上皮的定植和生长，也可稀释毒素、冲刷肠腔，使条件致病菌难以黏附于肠上皮表面。而当AGI发生时，胃肠道腺体肿胀造成消化液分泌障碍，各种分泌物无法发挥作用。例如，肠上皮细胞表面含有丰富的生长激素（GH）受体和胰岛素样生长因子1（IGF-1）受体。GH可增强谷氨酰胺的活性，促进细胞对谷氨酰胺的摄取和利用，抑制炎性介质释放，增加AGI患者抗炎细胞的总数和循环中CD4/CD8的比率，减轻机体应激反应的程度；另有Tian等[15]研究发现，经IGF-1干预，坏死性小肠结肠炎实验模型组的Toll样受体（TLR）4 mRNA和IL-6在72h内表达减少，炎性介质的产生被抑制，黏蛋白MUC2和S-IgA的表达增加，肠屏障功能得到保护。而在AGI状态下，IGF-1受体及GH受体含量急剧下降，无法发挥其正常作用。

3 生物屏障

肠道是人体最大的细菌库，肠道菌群包括厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门及变形菌门4大类。正常情况下，各种菌群之间比例稳定，与宿主存在共生关系，一方面可与肠黏膜上皮细胞结合，通过多种信号转导途径消耗病原微生物的必需营养底物以抑制其生长；另一方面，可刺激TLR使上皮细胞增殖，从而降低其受损程度，影响肠黏膜免疫细胞的发育[16]。许多益生菌产生的短链脂肪酸（SCFA）能刺激和诱导调节性T细胞（Treg细胞）产生转化生长因子β（TGF-β）和IL-10，抑制免疫诱导，减轻肠道炎症反应，维持肠黏膜的稳态[17]。SCFA被认为是肠上皮细胞的能量来源，帮助修复受损的上皮细胞，同时也对免疫细胞起调节作用[18]。

总的来说，正常菌群可以改善肠道通透性，减少炎症细胞因子的产生和释放[19]。经研究证实，应激会改变肠道菌群的组成及结构[20]。AGI状态下，肠道与细菌之间关系失衡。由于肠黏膜通透性增加，正常菌群定植力下降、大量逸出导致肠道内环境紊乱，免疫系统功能受到抑制[21]。同时，各种条件致病菌快速繁殖，尤其是肠道内革兰阴性菌释放大量内毒素，分泌蛋白酶作为毒力因子，诱导肠黏膜上皮细胞凋亡，从而加重AGI损害，甚至诱发MODS。

4 免疫屏障

肠道是人体最大的免疫器官。肠上皮内淋巴细胞（iIEL）作为肠道免疫屏障的重要组成部分和其他免疫细胞进行双向互动，对启动局部修复和抑制微生物入侵有重要作用[22]。Li等[23]研究发现 AGI初期时，γδT17 细胞增殖明显，IL-17A表达上升，通过IL-17R-ACT1途径调节闭合蛋白亚细胞的定位，促进肠屏障的修复。而随着AGI的加重，iIEL以及T细胞抗原受体（TCR）γδT细胞数量减少明显[24]，杀灭病原体的能力也随之降低，先天淋巴细胞（ILCs）是一类先天性免疫细胞，位于消化系统内壁，在病原体入侵时快速响应，释放细胞因子传递信号以对抗感染[25]。经研究证实，生理状态下，某些肠道菌群参与ILCs的分化，同时ILCs通过产生不同类型的细胞因子影响肠道菌群的组成，两者共同维护肠黏膜的稳态[26]，而在AGI状态下，肠道菌群发生紊乱使得ILCs过度激活并快速消耗。免疫的缺陷为致病菌创造潜在的壁龛；而在肠道菌群紊乱的情况下，监管细胞的完整性同样遭到破坏[27]。

NF-κB是存在于细胞内的一种重要的核转录因子蛋白家族，其活化后与细胞DNA结合，调控炎症反应[13]。炎症发生时，NF-κB向细胞核转移，引起下游炎症因子TNF-α、IL-1 和 IL-6、巨噬细胞趋化因子 1（MCP-1）的释放。炎症因子会破坏紧密连接，IL-1β、IL-6、TNF-α均可通过激活NF-κB信号通路降低 ZO-1、CLDNs等紧密连接蛋白的表达[28]，增大上皮细胞间隙，加剧炎症反应进展。

除淋巴细胞外，肠道免疫屏障中还有肠黏膜分泌的IgA、IgM、IgE等物质。其中，IgA多以S-IgA的形式存在，S-IgA是体内分泌量最大的免疫球蛋白，主要由肠黏膜固有层中的IgA浆细胞产生，可选择性地包被致病菌形成抗原抗体复合物，同时刺激肠道黏液的分泌，减少细菌在肠黏膜表面的黏附定植。胃肠道是SIgA的中枢器官。AGI状态下，肠黏膜营养不良，腺体萎缩，此时，S-IgA的分泌受到影响，机体的免疫屏障功能被削弱。此外，肠相关淋巴组织呈现选择性抑制状态，导致S-IgA分泌减少，使细菌通过增大的细胞间隙发生易位，诱发全身炎症反应。

5 小结

综上，本文主要阐述了肠道四重屏障的生理功能及AGI状态下肠屏障发生改变的主要机制。随着AGI的进程，肠屏障的改变导致致病菌易位，内毒素入血，造成全身炎症反应加重，从而进一步加重原发病的进展，形成恶性循环，发生MODS甚至死亡。故临床处理AGI时应最大程度减少肠屏障的损害，维护胃肠的基础生理功能，以达到延缓疾病进展并改善预后的目的。