肠道微生态与肠黏膜屏障研究进展

田 慧，赵红靓，杨 琳，王 娜

(河北医科大学第二医院 消化科 河北省消化病研究所 河北省消化病重点实验室， 河北 石家庄 050000)

肠道菌群与宿主相互影响的统一体称为肠道微生态。正常的肠道微生态对人体有益，它与肠黏膜屏障相互作用，不仅能促进营养物质的消化吸收、调节能量平衡、抵御致病菌入侵，还能调节机体的免疫反应，对炎性反应等外界刺激做出免疫应答，维持机体平衡。本文就肠道微生态的平衡、失衡及对肠黏膜屏障的影响做一综述。

1 肠道微生态概述

1.1 胃肠道正常菌群

肠道是人体重要的消化吸收器官, 也是机体最大的细菌和内毒素储存库。人肠道菌群主要由厚壁菌、拟杆菌、放线菌和变形杆菌4个门类的细菌组成，可达1×1013～1014个/g肠内容物，种类达500种以上，受肠道不同部位氧气含量、pH值和运动模式的影响，从近端肠道到远端肠道，细菌的数量逐渐增多，代谢类型由需氧型逐渐过渡为厌氧型，共同形成一个极其复杂的微生态系统[1]。

1.2 肠道微生态平衡

肠道菌群与人处于相对平衡的状态。消化道菌群的种类、数量和分布不是固定不变的，既受宿主遗传性的控制， 也受外环境的影响， 还与饮食密切相

关[2- 3]。在母体时胎儿肠道是无菌的，通过分娩过程母亲将细菌传播给新生儿，经过1周左右，双歧杆菌逐渐成为肠道内的优势菌。断乳之后，双歧杆菌数量逐渐减少，类杆菌、乳杆菌和梭菌等逐渐增多，开始逐渐建立相对稳定的菌群模式[4]。另外膳食结构的合理与稳定，对维持肠道微生态非常重要。对于饮食结构稳定的个体来说，其结肠菌群构成也相对稳定。如某些功能性低聚糖摄入人体后在大肠被双歧杆菌及某些乳酸菌利用，而有害的产气荚膜杆菌和梭菌等腐败菌却不能利用，促进有益微生物的增殖，改善肠道微生态，间接有利于宿主健康[5]。

2 肠道微生态失衡

在长时间大剂量使用广谱抗菌素、糖皮质激素、免疫抑制剂及创伤、应激等情况下可引起宿主肠道微生态失衡，包括菌群失调和菌群移位。抗生素相关性腹泻、伪膜性肠炎、细菌过增殖综合征等的发生使肠道菌群被破坏，肠道内优势菌被抑制，而原来被抑制的内源性或外源性致病菌大量繁殖，并促进耐药菌株的产生，引起健康问题，在停用抗生素后，肠内菌群变化仍会持续很长时间[6]。

3 肠道微生态对肠黏膜屏障的影响

胃肠黏膜不仅有消化吸收的功能，还是人体的一道自然屏障。肠黏膜屏障由肠上皮层、黏液层、肠道淋巴系统、肠道菌群和肠-肝轴等组成，是防止有害物质和病原体入侵，维持内环境稳定的重要屏障。肠道微生态失衡使革兰阴性杆菌过度增殖，导致肠源性内毒血症，使肠道屏障功能受损，细菌及其代谢产物大量移位至肠外器官，过度激活机体免疫系统，引起异常免疫反应[7]。

3.1 肠道微生态对肠黏膜机械屏障的影响

肠黏膜机械屏障是由肠黏膜上皮间的紧密连接(tight junction, TJ)、上皮细胞及其分泌的黏液、表面的菌膜等构成的一道内毒素和细菌不能自由逾越的物理屏障。环绕黏膜上皮细胞顶侧的TJ是维持肠上皮屏障功能的重要结构基础，是决定肠上皮细胞间通透性的重要因素[8]。肠上皮细胞TJ一旦发生变异、减少或缺失，上皮细胞间隙通透性就会增加，细菌、内毒素及大分子物质就可通过TJ进入体循环[9- 10]。而肠道菌群可通过刺激Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs) 诱导肠上皮细胞增殖，加固肠黏膜上皮TJ，减少病原菌对肠黏膜的损害，维护肠屏障功能[11]。另外嗜热链球菌和嗜酸乳杆菌能通过增强细胞骨架蛋白和紧密连接蛋白的磷酸化，阻止大肠杆菌对肠上皮细胞的侵袭[12]。一旦肠道微生态失衡将导致小肠细菌过度增殖，增殖的致病菌直接损伤肠上皮细胞TJ，使肠黏膜通透性增高引起细菌及其产物移位进入肠肝循环而致病[13]。因此，TJ在肠黏膜屏障功能中的作用至关重要。

3.2 肠道微生态对肠黏膜生物屏障的影响

肠黏膜生物屏障是由肠道内自身菌群与肠道黏膜结合形成的一个相互依赖相互制约的微生态平衡系统。肠道细菌通过分泌各种酶，参与生物屏障的形成，阻止或抑制致病菌入侵，并刺激机体免疫系统的发育和成熟，调节人体的新陈代谢。双歧杆菌通过分泌各种酶，有助于蛋白、脂肪和碳水化合物的分解，还可以产生短链脂肪酸，促进维生素和铁、钙矿物质的吸收，进而有利于糖等物质代谢顺利进行。双歧杆菌和乳酸杆菌还能通过促进Caco2细胞中黏蛋白的表达并抑制IL- 1β诱导的NF-κB的表达来维持肠道的正常渗透压[14]。而且，肠道厌氧菌能分解植物纤维产生丁酸，丁酸能够作为肠壁细胞的能量来源促进水分吸收，保证机体正常代谢。而抗生素的应用使厌氧菌群被破坏，肠道氧气含量增加，导致沙门菌繁殖而致病[15]。在祛除病因的基础上合理应用微生态制剂，如双歧杆菌、乳酸菌等能明显改善病情，促进肠道微生态群修复正常[16]。并且，双歧杆菌还能通过协调肠道菌群组起到抑癌和抗肿瘤作用[17]。

3.3 肠道微生态对肠黏膜化学屏障的影响

肠黏膜化学屏障由消化道分泌的胃酸、溶菌酶、黏多糖、胰蛋白酶和胆盐等组成。胃肠道的微生物代谢产生的短链脂肪酸是肠上皮主要能量来源，而胆盐有助于益生菌在肠道定植，促进黏膜生长和修复，诱导肠壁组织细胞增殖。肠道内多数革兰阳性菌及厌氧菌能利用脂溶性维生素，通过消化食物纤维而释放β胡萝卜素，促进β胡萝卜素在大肠细胞的吸收利用[18]。鼠李糖乳杆菌和植物乳杆菌等益生菌有很好的耐胃酸作用，提高肠上皮细胞的黏附能力[19]。肠道内芽孢梭菌能产生异丙醇，通过孕酮X受体调节肠黏膜的完整性和发挥抗感染作用[20]。同时，结肠内存在大量抗菌肽，结肠黏液层作为抗菌肽的存储池，能使十余种抗菌肽发挥抗菌活性，抵抗包括白色念珠菌在内的多数细菌，从而保护肠道免受损害[21]，这些都充分说明肠道菌群与肠黏膜间相关作用在维持肠道正常功能上十分重要。

3.4 肠道微生态对肠黏膜免疫屏障的影响

肠黏膜免疫屏障由肠黏膜分泌的IgA和肠相关淋巴组织等构成。大多数肠道中IgA是以sIgA的形式存在，起到抑制肠道细菌黏附、阻止细菌定植、抑制抗原吸收及中和毒素等作用。肠道正常菌群通过占位效应、营养竞争及分泌各种代谢产物和细菌素等途径抑制条件致病菌的过度增殖，并刺激机体免疫系统发育、成熟。菌群失衡时致病菌分泌的肠毒素使肠黏膜通透性增高，其分泌的免疫抑制性蛋白可致黏膜免疫失调[22]。肠道菌群还可通过刺激肠道淋巴滤泡树突状细胞上的髓样分化因子88促进sIgA的合成[23]。分节丝状菌(segmented filamentous bacterium,SFB)作为肠道共生菌黏附于肠上皮细胞，可使小鼠肠道IgA水平升高，从而抑制致病菌。并且SFB鞭毛可通过诱导表达TLR5的吞噬细胞促进CD103+CD11b+的树突细胞分泌IL- 23，进而促进Th17细胞对肠道致病菌产生免疫应答，并可通过激活黏膜树突细胞间接诱导宿主产生Th17细胞[24- 25]。肠道菌群与肠黏膜免疫屏障关系密切，作用机制复杂，对机体免疫稳态的维持至关重要。

4 展望

肠道微生态与肠黏膜屏障之间关系密切。鉴于肠道菌群复杂多样，目前对肠道菌群与肠黏膜屏障之间的相互作用及相关机制的研究仍处于初步认识阶段。另外，其相关研究现主要集中在细胞及动物模型阶段。可以肯定的是，肠道菌群与肠黏膜屏障间的相互作用及相关机制是非常有发展前景的领域，但仍有很多问题需要解决，相信随着人们对肠道菌群更深入的研究，会为肠道菌群与肠黏膜屏障的关系及作用机制提供更有力的证据，同时，也会为临床各种疾病的治疗与预防带来福音。

参考文献：

[1] El Aidy S, van den Bogert B, Kleerebezem M. The small intestine microbiota, nutritional modulation and relevance for health[J]. Curr Opin Biotechnol, 2014, 32C：14- 20. doi: 10.1016/j.CDPbi0.2014.09.005.

[2] andenplas Y. Healthy gut microbiota and long term health[J]. Benef Microbes, 2015, 6:173- 179.

[3] Bustos Fernandez LM, Lasa JS, Man F. Intestinal microbiota: its role in digestive diseases[J]. J Clin Gastroenterol, 2014, 48:657- 666.

[4] Bäckhed F, Roswall J, Peng Y,etal. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life[J]. Cell Host Microbe, 2015, 17:852. doi: 10.1016/j.chom.2015.05.012.

[5] Salonen A, de Vos WM. Impact of diet on human intestinal microbiota and health[J]. Annu Rev Food Sci Technol, 2014, 5:239- 262.

[6] Guo Y, Yang X, Qi Y,etal. Long-term use of ceftriax-one sodium induced changes in gut microbiota and im-mune system[J]. Sci Rep, 2017, 7:43035. doi: 10.1038/srep43035.

[7] Lachar J, Bajaj JS. Changes in the microbiome in cirrhosis and relationship to complications:hepatic encephalopathy, spontaneous bacterial peritonitis, and sepsis[J]. Semin Liver Dis, 2016, 36:327- 330.doi: 10.1055/S- 0036- 1593881.

[8] Wang N, Han Q, Wang G,etal. Resveratrol protects oxidative stress-induced intestinal epithelial barrier dysfunction by upregulating heme oxygenase- 1 expression[J]. Dig Dis Sci, 2016, 61:2522- 2534.

[9] Chen Y, Zhang HS, Fong GH,etal. PHD3 stabilizes the tight junction protein occludin and protects intestinal epithelial barrier function[J]. J Biol Chem, 2015, 290:20580- 205809.

[10] Landy J, Ronde E, English N,etal. Tight junctions in inflammatory bowel diseases and inflammatory bowel disease associated colorectal cancer[J]. World J Gastroenterol, 2016, 22:3117- 3126.

[11] De KS, Tobin MC, Demeo MT,etal.Invitroevaluation of intestinal epithelial TLR activation in preventing food allergic responses[J]. Clinical Immunology, 2014, 154:91- 99.

[12] Resta-Lenert S, Barrett KE. Live probiotics protect intestinal epithelial cells from the effects of infectionwith enteroinvasive Esch-erichia coli (EIEC)[J]. Gut, 2003, 52: 988- 997.

[13] Wang H, Zhang W, Zuo L,etal. Bifidobacteria may be beneficial to intestinal microbiota and reduction of bac-terial translocationin mice following ischaemia and reperfusion injury[J]. Br J Nutr, 2013, 109:1990- 1998. doi:10.1017/S0007114512004308.

[14] Guo S, Gillingham T, Guo Y,etal. Secretions of Bifiodobacterium Infantis and Lactobacillus Acidophilus Protect Intestinal Epithelial Barrier Function[J].J Pediatr Gastroenterol Nutr,2017, 64:404- 412.

[15] Kelly CJ, Colgan SP. Breathless in the gut:implicatioms of luminal O2for microbial pathogenicity[J]. Cell Host Microbe, 2016, 119:427- 428.

[16] Lau CS, Chamberlain RS. Probiotics are effective at preventing Clostridium difficile-associated diarrhea: a systematic review and meta-analysis[J]. Int J Gen Med, 2016, 22;9:27- 37.

[17] Gui QF, Lu HF, Zhang CX,etal. Well-balanced commensal microbiota contributes to anti-cancer response in a lung cancer mouse model[J].Genet Mol Res, 2015, 25;14:5642- 5651.

[18] Biesalski HK. Nutrition meets the microbiome: micronutrients and the microbiota[J]. Ann N Y Acad Sci, 2016, 1372:53- 64.

[19] Mei L, Tang Y, Li M,etal. Co-administration of cholesterol-lowering probiotics and anthraquinone from cassia obtusifolia L. Ameliorate Non-Alcoholic Fatty Liver[J]. PLoS One, 2015, 10:e0138078. doi: 10.1371/journal.pone.0138078.

[20] Venkatesh M, Mukherjee S1, Wang H,etal. Symbiotic bacterial metabolites regulate gastrointestinal barrier func-tion via the xenobiotic sensor PXR and TOLL-like receptor 4[J]. Immunity, 2014, 41:296- 310.

[21] Antoni L, Nuding S, Weller D,etal. Human colonic mucus is a reservoir for antimicrobial peptides[J]. J Crohns Colitis, 2013, 7:e652- 664.

[22] Winter SE, Bäumler AJ. Dysbiosis in the inflamed intestine: Chance favors the prepared microbe[J]. Gut Microbes, 2014, 5:71- 73.

[23] Suzuki K, Maruya M, Kawamoto S,etal. The sensing of environmental stimuli by follicular dendritic cells promotes immunoglobulin A generation in the gut[J]. Immunity, 2010, 33:71- 83.

[24] Farkas AM, Panea C, Goto Y,etal. Induction of intestinal Th17 cells by segmented filamentous in the murine intestine[J]. J Immunol Methods, 2015, 421:104- 111.

[25] Kinnebrew MA, Buffie CG, Diehl GE,etal. Interleukin 23 production by intestinal CD103+ CD11b+ dendritic cells in response to bacterial flagellin enhances mucosal innate immune defense[J].Immunity, 2012, 36:276- 287.