肠道屏障功能与疾病发生关系的研究进展

李瑞 李小双 桂春爽 任美玲 王加义

[摘要]肠道屏障是人体防护的重要组成部分之一，大量临床和实验研究发现，肠道屏障的破坏或削弱会导致肠道内细菌移位，内毒素、D-乳酸、二胺氧化酶等多指标变化，与多种疾病的发生发展均相关，严重时会导致系统性炎症反应综合征（SIRS）乃至多器官功能障碍综合征（MODS）。本文就肠道屏障功能与疾病发生关系的研究进展进行综述，从机理角度阐述了其防护作用及炎症发生的机制，并对肠道屏障损伤与多种疾病发生的相关性一一列举。进一步表明，对肠道屏障的检测可在重大疾病的预防及发生中起到至关重要的作用。

[关键词]肠黏膜；肠道屏障；炎症反应；肠道疾病；综述

[中图分类号] R333.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2018）8（b）-0037-05

Research progress of the relationship between intestinal barrier function and disease occurrence

LI Rui1，3 LI Xiao-shuang1 GUI Chun-shuang1 REN Mei-ling1 WANG Jia-yi1，2

1. Beijing Zhongsheng Jinyu Diagnostic Technology Co.， Ltd.， Beijing 102299， China； 2. Institute of Biophysics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101， China； 3. Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China

[Abstract] Intestinal barrier is one of the most important physical protection of the human beings. Abundant clinical and laboratorial researches reveal that destruction or debilitation of intestinal barrier may lead to bacterial translocation. Many physical symptoms such as endotoxin， D-lactate and diamine oxidase may change， which are related to vairous occurrence of diseases. Systemic inflammatory response syndrome （SIRS）， even multiple organ dysfunction syndrome （MODS）， may happen in serious situation. This paper elaborates the structure and function of the intestinal barrier， explain its mechanism of protection and inflammation. Diseaseas related with intestinal barrier are enumerated in detail. The review further shows that thedetection of intestinal barrier may play an important role in the prevention and paroxysm of serious diseases.

[Key words] Intestinal mucosa； Intestinal barrier； Inflammatory reaction； Bowel diseases； Review

腸道屏障是指肠道能够防止肠内的有害物质，如细菌和毒素穿过肠黏膜进入人体内其他组织、器官和血液循环结构和功能的总和[1]。目前，对于肠道屏障的机制研究大部分仍停留在细胞及动物模型阶段[2]，临床上尚未有标准的检测指标，且肠道屏障对于多种疾病的相关性并未有统一概述，本文就肠道屏障机制与防护加以阐释，并对多疾病发生与肠道的相关性进行详细综述。

1肠道屏障功能与结构

肠道不仅具有消化、吸收的作用，而且能够阻止肠腔内细菌、毒素等有害物质侵入人体，从而发挥重要的屏障功能，包括肠黏膜上皮、肠黏液、肠道菌群、分泌性免疫球蛋白、肠道相关淋巴组织、胆盐、激素和胃酸等[3]。

肠道屏障有两个功能：①作为屏障阻挡肠腔内有害的实体物质，例如外来抗原，微生物及其产生的有毒物；②作为一个选择性的过滤器，将饮食中的营养物质、电解质和水从肠内腔转移到代谢循环中[4]。

转运的方式有两种：由经上皮细胞跨细胞转运和旁通路转运[5]。由经上皮细胞跨细胞的渗透性主要与溶质通过上皮细胞转运相关，并由氨基酸、电解质、短链脂肪酸和糖所对应的选择性转蛋白主要监管；细胞旁路渗透性主要是指上皮细胞之间的溶质转运，主要由根尖侧膜节点和侧膜上分布的细胞间复合物管理。上皮细胞之间的连接按照超微结构划为3个部分：细胞桥粒、附着连接（adherens junctions，AJs）和紧密连接（tight junctions，TJs）[6]。

2肠道屏障功能的防护作用机制

正常肠胃屏障系统有几个用以抵御毒素、抗原和微生物的层次，包括非特异性肠腔机械保护屏障、肠道上皮细胞和对入侵物的免疫应答。

肠腔的机械屏障保护作用是从胃酸和消化酶开始的，低pH的胃酸对传染的生物体具有杀菌作用，胰酶可以破坏细菌的细胞壁。除此之外，隐窝上皮细胞会向腔内分泌液体，与肠道蠕动一起将细菌与毒素冲走，上皮绒毛细胞分泌大量的黏液防止腔内的微生物与其上皮细胞表面的受体结合，从而减少进入机体的可能性；另一个非特异性屏障是释放自我防御分子，帮助宿主抵御外来抗原。而由髓系细胞和肠潘氏细胞分泌的防卫素通过毒性作用直接扰乱细菌的细胞膜，也可刺激腺窝分泌氯化物，冲洗微生物侵略物。

接下来的防御系统由上皮细胞完成，提供了肠腔与宿主之间主要的物理屏障，上皮细胞快速的运转与肠道的蠕动可以帮助清理肠腔内附着或者截留的微生物。支撑上皮细胞的细胞骨架和与其相连接的TJs组成了一个动态的屏障系统[7]，其允许炎症细胞和许多其他底物双向进出，此外上皮细胞还担负了向免疫细胞呈递抗原的作用，是黏膜的初级防御体系；而另一种免疫条件不直接包含肠内部，而是会改变肠道通透性。上皮细胞分泌的前炎性细胞活素会到达肠黏膜引起炎症反应，细胞单分子层的研究表明，细胞因子是通过改变一氧化氮的产物来调节通透性的改变的[8]。在局部验证或其他不利的条件下，由一氧化氮形成的氧化剂——过硝酸盐会造成DNA的损伤，在这种情况下，细胞的损伤和ATP的消耗均会导致通透性的增加[9]。

最后一道屏障是免疫应答反应。免疫系统通过在一段特殊上皮细胞区域聚集抗原樣品从而达到调节肠腔的目的，这一特殊的区域包含淋巴滤泡，并且这一区域的细胞在电子显微镜下没有微绒毛，缺少多糖蛋白质复合物并且没有溶酶体复合物。而在其后的黏膜肥大细胞是抗原进入的大门，内在化微生物和大分子通过细胞内的途径运送到细胞表面，绑定无差别免疫活性的HLA类Ⅰ和Ⅱ抗原受体，在肠淋巴组织细胞的抗原加工进程后，一旦受到刺激，淋巴球便进化成具有免疫活性的细胞，因其有之前呈递抗原的特殊记忆，这些具有免疫活性的细胞迅速移动到固有层和上皮内区域或者存在于肠系膜淋巴结、上肠系膜导管和胸导管上。由此进入系统的循环中并且移动到例如支气管和肺的黏膜表面或者其他胃肠黏膜，提供了一道上皮细胞抵御外来生物体的有效防线[10]。

3肠道屏障与炎症反应

多项研究提示肠道屏障功能与多种炎症相关，包括白细胞与上皮细胞的相互作用、细胞链接重构或者黏膜修复等[11]，其变化导致的细胞渗透性改变也与多种因素相关，包括外生因素、上皮细胞凋亡，细胞因子和免疫细胞。

在持续性的肠道屏障损伤及通透性增加的情况下，会引起严重的炎症反应，甚至产生全身炎症反应综合症（SIRS）[12]。CD4+表达的T细胞衍生的IFN-γ和TNF-α抑制肌球蛋白轻链，肌球蛋白轻链激酶调节的磷酸化作用导致TJs破裂和肠道屏障功能紊乱，IFN-γ也可导致TJs顶端上的TJ蛋白、连接黏附分子-A、闭合蛋白、封闭蛋白-1和封闭蛋白-4通过微胞饮现象重排。TNF-α和IFN-γ能通过闭合蛋白的异常调节打乱TJs的稳定性并且增加肠道的渗透性。IL-4 和IL-13导致的肠道通透性增加主要是通过引起上皮细胞凋亡和封闭蛋白-2穿孔造成的。IL-4也可通过下调上皮囊性纤维化跨膜传导调节因子（一种重要的Cl-通道）通道表达来控制离子电导性。肠上皮内淋巴细胞中γδT细胞在闭合蛋白和TJ稳定化的丝氨酸磷酸化作用中起重要作用。肥大细胞调节包括细胞因子TNF-α、肥大细胞蛋白酶 1（mcpt-1）和脂类介质组胺，血小板活化因子和前列腺素促进Cl-电导性增强并且增加肠道渗透性。Mcpt-1降解TJ蛋白——闭合蛋白改变屏障功能。嗜酸性粒细胞衍生的髓鞘碱性蛋白（MBP）下调结肠上皮细胞上的TJ蛋白——闭合蛋白-1[13]。

4肠道屏障与各疾病相关性

4.1胃肠性疾病

4.1.1炎症性肠病（inflammatory bowel disorders，IBD）

IBD是一类发生于肠道的非特异性炎症性疾病，主要包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，以腹痛、腹泻和体重下降为主要表现，其发病机理与肠道通透性密切相关[14]。肠道渗漏导致炎症反应，允许促炎症细胞腔因子持续进入肠黏膜内，导致炎症联级反应。肠道渗透性异常除导致免疫调节异常外还会导致不可控的炎症，炎症的持续发生会导致器官损伤。研究提示最初引起IBD患者肠道通透性改变的的原因与TJ密切相关，IFN-γ和TNF-α激活肌球蛋白轻链激酶导致TJ破坏并导致封闭蛋白和闭合蛋白调节异常[15-16]。

4.1.2食品过敏

饮食、分娩方式、抗生素治疗、宠物和环境均会影响肠道内的微生物组成[17]。在已知的食品过敏情况下，肠道黏膜通透性增加是第二步反应，其主要可能是由于肠黏膜的变态反应引起的[18]。而持续的抗原暴露激活肥大细胞这一异常现象会一直持续。在兔子模型中，不依赖肥大细胞抗原传递的抗原致敏增加，导致肥大细胞依赖的跨细胞传递和肠道通透性的增加[19]。这一结论提示了肥大细胞在过敏反应中是至关重要的发病源，并且是引起进一步肠道通透性改变的元首，而其发生机制是由于抗原的持续刺激激活肥大细胞介导的TJ蛋白退化而引起的[20]，因此对于肠道屏障系统的评价可以作为疑似过敏食物激发实验的辅助性临床观测手段。

4.1.3乳糜泻（celiac disease） 主要是患者对麸质（麦胶）不耐受引起小肠黏膜病变为特征的一种原发性吸收不良综合征，又称麦胶性肠病（glutenous enteropathy）、非热带口炎性乳糜泻（nontropical spure）、特发性脂肪泻（idiopathic sprue）。本病在西方人群发病率约为0.03%，我国则少见。其主要机制是胃和小肠的通透性均改变，麦醇溶蛋白导致肠道上皮细胞的连蛋白分泌，连蛋白导致闭合蛋白和紧密链接蛋白-1的下调[21]。

4.2肠外疾病

4.2.1重症患者 在多处创伤、大面积烧伤、休克、急性胰腺炎和其他危重症患者中均有肠道屏障功能性的改变，肠道通透性增加进而会导致多器官功能障碍综合症（MODS），所以肠道是MODS的“始动器官”。在兔子的出血性休克中，与心理和体力压力相关的低血压或者血管痉挛在破坏肠微循环中起到重要作用，维持含有腺苷酸调节的试剂，磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶抑制剂的肠道灌注可以避免肠道通透性的进一步恶化[22]。目前与肠功能相关的免疫分子SIgA、NF-κB、胃肠激素、细胞因子将成为研究的热点[23]。

4.2.2胰腺炎 腸屏障碍对最初引起急性胰腺炎并未起到至关重要的作用，会增加患病者的发病率和死亡率。一些患者会并发心肺和肾脏异常相关的全身炎症反应综合征。胰腺炎相关的感染在胰腺炎患病者中的发病率占8%～10%，导致80%的死亡率[24]。其感染的微生物通常是革兰阴性需氧菌，提示了其肠源性的根本。

4.2.3腹部创伤 腹部创伤与肠道屏障通透性增加的相关性有5例报告[25]。另外，在腹腔内接近主动脉瘤的手术会导致肠道屏障通透性增加，而在腹腔外的相似手术却不能增加肠道的通透性[26]。

4.2.4全静脉营养（Total parental nutrition，TNP）

肠道屏障障碍在接受全静脉营养的患者中亦有体现，这一现象不仅是由于肠道对大分子的通透性增加，还包括黏膜萎缩和细菌移位共同造成的。相比较而言，部分肠内营养可以提高分泌型免疫球蛋白A（SIgA）的含量，后者在TNP期间缺乏抵抗力[27]。另外，有效的营养干预对肠道屏障功能亦能够起到保护与修复的作用[28-29]。

4.2.5肝病

肠道通透性增加至少与2种肝病相关：酒精性肝病和脂肪肝。一些研究强烈提示内毒素是这一辅助性原因，其增加肠道屏障通透性，并与脂肪肝与脂肪性肝炎致病机制具有相关性[30-31]。

酒精性肝病（Alcoholic liver disease，ALD）是最早被认为与肠道屏障相关的疾病，众所周知只有一小部分的酗酒者最终会罹患严重的肝病（大约30%），而50%的肝硬化患者会在持续性酗酒中走向死亡[32]。尽管严重和持续的酗酒是ALD的先决条件，其他因素也会影响ALD的患病，肠源性内毒素是目前最为合理的辅助因素。内毒素在酗酒者体内的作用机制是导致肠的泄露，实际上肠道屏障功能障碍只在患有肝脏损伤的患者中存在，而普通的酗酒者则没有这一现象[33]。

4.3肿瘤相关

肿瘤与肠道屏障的完整性密切相关，研究提示，连蛋白作为肠道屏障TJ的唯一一个生理学调节器其蛋白质组学分析识别为前结合珠蛋白（Pre-Haptoglobin 2），为HP家族一员，由chromosome 16基因编码，而chromosome 16与多种疾病相关，包括自身免疫病，癌症和神经系统相关性疾病，这与连蛋白导致的疾病具有很大相关性[34]。

4.3.1肠道屏障微生物

肠道内的厌氧微生物被证实可分泌大量致癌物质，而这些致癌物质可以被正常的乳酸杆菌消弱，事实上20%的恶性肿瘤中发现了病毒性传染剂，并且一些癌症与细菌的发生相关[35]，由细菌在肠道中引起的持续性炎症反应可以导致肠道内部的粘蛋白变化，组织变形，增值扩散，而这一切变化会进一步导致细菌微生物与肠上皮细胞关系的变化，并破坏肠道屏障的完整性[36]。在恶性肿瘤中，肠道微生物菌群也会改变，这种异常微生态可导致癌症的触发并且会影响后续的癌症治疗[37]。

4.3.2肠道炎症

一些炎症因子包括IL-1、TNF-a、IL-8、NO或者前列腺素（prostaglandin-2）被证实参与这些炎症反应与组织转化[38]，在炎症性肠病中，炎症的发生与癌症[主要是结肠癌（CRC）]的相关性被高度重视，肠溃疡的暴露时间与严重程度被证实与肠癌具有高度的相关性[39]，炎症性肠病的致病机理是由固有层单个核细胞和T细胞促炎症因子释放的失调引起的，而其中的细胞转化因子NF-κB被认为与癌症具有很大的相关性。

肿瘤的在肠道中的发生有两步NF-κB通路，在肠道屏障受损时，肠道菌群通过巨噬细胞激活NF-κB通路，并释放促炎症因子，例如前列腺素，细胞因子等，这些因子能够促进转化上皮细胞的存活。肠道菌群也可以通过绑定上皮细胞上的TLRs和上调抗凋亡基因自行激活NF-κB通路，并且转化上皮细胞NF-κB的活动能够促使其增值与存活，促进肿瘤的发生。这也是为什么炎症性肠病容易发生结肠癌的机制。

5小结

肠黏膜屏障损伤与多种疾病具有相关性，尤其是严重创伤、感染、手术、休克时常见的病理生理过程。由此可见，对于肠道屏障完整性的评估可以作为重大疾病发生的预警以及对病程监控的有效手段。

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（收稿日期：2018-01-11 本文编辑：闫 佩）