肠黏膜屏障及其与多种疾病相关性的研究进展

肠黏膜屏障包括机械屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障。消化和非消化系统疾病可引起肠道缺血缺氧、微生态失衡、炎症和应激反应，导致肠黏膜屏障结构破坏、功能缺损，诱发并发症，形成恶性循环。严重时肠黏膜缺损可能导致全身性炎症反应综合征，甚至多器官功能障碍综合征[1]。现对肠黏膜屏障与疾病发生发展的相关性进行综述。

1 肠黏膜屏障的构成

1.1 机械屏障肠机械屏障由黏膜表面的上皮细胞与细胞间连接共同构成，紧密连接、黏附连接、桥粒连接和间隙连接依次排列在肠上皮细胞顶部到基膜的位置。紧密连接是选择渗透性屏障，通常代表细胞旁运输的限速步骤。目前还发现一些紧密连接蛋白在病毒感染中的作用，如Claudin1 是丙肝病毒（HCV）侵入必不可少的宿主因子，联合跨膜蛋白CD81 有助于登革热病毒入侵[2]。黏附连接和桥粒连接提供必要的黏附和机械性能，缝隙连接除了具有细胞通讯功能外，还是内分泌细胞如胰腺β细胞和肾细胞分泌的主要驱动力[3]。

1.2 化学屏障肠黏液层主要由杯状细胞分泌，是抵抗微生物群的第一道防线。杯状细胞分泌黏蛋白的活性与固有免疫信号相关。细菌短链脂肪酸（SCFA）和代谢产物能够诱导无菌小鼠产生黏液。在已知的17 种人类黏蛋白和16 种小鼠黏蛋白中，黏蛋白-2（MUC2）是肠黏液层的主要成分。缺乏MUC2 基因的小鼠肠腔细菌与上皮紧密接触诱发炎症和结肠癌。此外，黏液中还含有肠三叶因子和抗菌肽等成分。肠三叶因子负责维持肠黏膜完整性并促进肠上皮细胞增殖和迁移，抗菌肽作为广谱抗菌性的宿主防御多肽，是固有免疫系统的重要组成部分[4]。肠上皮细胞和胞外黏液层形成复杂的多层结构，有助于双向作用和免疫学交互对话。

1.3 生物屏障肠道正常寄生的菌群通过生物拮抗作用和免疫系统构成宿主的生物防线，消化不能被机体分解的膳食纤维。菌群发酵产生的短链脂肪酸能够影响肠道上皮细胞和淋巴细胞的稳态以及营养物质的储存。此外，细菌定植还影响黏液产生并塑造黏液屏障。已知的肠道细菌多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）通过增加杯状细胞分化和诱导黏蛋白糖基化的基因表达促进黏液产生[4]。近年来，已认识到饮食等因素导致的肠道微生态紊乱在消化系统、心血管系统和神经系统疾病的发生和发展中发挥重要作用[5]。

1.4 免疫屏障肠道免疫系统需要平衡免疫系统和微生物之间的相互作用保护肠黏膜。肠相关淋巴组织通过识别抗原激活机体免疫应答，分泌性免疫球蛋白A 黏附在肠黏膜表面抵御病原菌定植，特化的肠上皮细胞如杯状细胞、潘氏细胞分泌的抑菌物质也构成肠道固有免疫屏障。最新研究发现，固有淋巴样细胞（innate lymphoid cells，ILCs）可联系肠道微生物与T 细胞免疫，而ILCs 功能调节的关键环节则是单核吞噬细胞对肠道菌群来源信号的全面整合[6]。

2 肠黏膜屏障与疾病

2.1 肺部疾病肠和肺在胚胎发育中涉及共同的黏膜免疫系统，且肠道微生态紊乱发生在多种肺部疾病进程中，提示肺黏膜可能与肠黏膜存在交互对话[7，8]。此外，肺部常见疾病多伴随胃肠功能障碍，严重影响预后。

Andonegui 等[9]通过检测Cr-EDTA 的血液-腔肠清除率评估肠上皮屏障的完整性，发现肺炎链球菌在诱导肺炎的同时也增加了肠上皮屏障通透性。在慢性阻塞性肺病（COPD）大鼠模型中发现，血浆二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）及肠组织中炎症因子水平显著升高，肠道部位组织结构发生改变，肠黏膜屏障功能缺失[10]。此外，COPD 患者病情严重程度与肠黏膜屏障功能存在相关性[11]。大多数肺炎患者也存在肠黏膜屏障功能的变化，且随着病情的加重肠黏膜损伤程度加大。有学者甚至认为，反映肠黏膜屏障功能的内毒素和DAO 有望成为评估肺炎病情严重程度的指标[12]。此外，哮喘发作患者肠道微生态紊乱，双歧杆菌数目减少，肠道相关淋巴组织分泌sIgA 减少，由肠道菌群和肠黏膜免疫成分构成的肠黏膜生物屏障受损[13]。哮喘患儿外周血中的炎性因子水平越高，肠道菌群紊乱和胃肠道不适的可能性越大[14]。尽管肺部疾病与肠黏膜屏障功能损伤密不可分，但肠道菌群失调作为单因素是否能够引发肺部疾病仍然未知。

2.2 肝脏疾病细菌易位（bacterial translocation，BT）增加是慢性肝病的标志，由肠屏障损伤造成的BT及继发的肠道内毒素血症（ITEM）引起系列炎症反应，可导致肝炎、肝纤维化及恶性并发症。反之，肝脏疾病也会引起肠黏膜屏障损伤和细菌易位，导致菌血症和内毒素血症，进一步加重肝损伤[15，16]。

重症肝炎肝硬化小鼠肠道黏膜上皮组织及超微结构发生改变，肠道细菌易位，血浆内毒素水平升高[17]。临床调查发现，与其他疾病患者相比，慢性肝病患者肠黏膜屏障功能发生损伤的可能性更大[18]。重症肝炎患者肠黏膜免疫球蛋白减少导致肠道免疫防御功能减弱，大肠上皮细胞间紧密连接受损，机械屏障功能异常，引发一系列腹部疾病[19]。另外，在非酒精性单纯性脂肪肝进展至非酒精性脂肪性肝炎过程中，肠道微生物群的组成和功能发生改变，能量吸收、储存及物质代谢受到影响[20]，而酒精性肝病发病机制的基础和重要原因是酒精对肠黏膜的黏液屏障、生物屏障和机械屏障的直接破坏和肠道通透性增加引起的细菌易位[21]。在肝硬化导致门静脉高压时，肠道有益菌和致病菌数目与比例发生改变[22]。肠道革兰氏阴性菌产生的内毒素激活肝星状细胞，促进肝细胞上的Toll 样受体4（TLR4）表达，导致肝脏中产生过多的细胞外基质，促发肝炎、肝纤维化及肝细胞的过度增殖，而肠道灭菌可抑制肝细胞癌，提示肠道菌群和TLR4 或为阻止晚期肝病转化成肝细胞癌的治疗靶点[23]。

2.3 胃肠道疾病肠道通透性的增加在诸如炎症性肠病（IBD）和功能性肠病（如肠易激综合征，IBS）等疾病的发生发展中起重要作用，且不排除作为致病因素引发某些肠道疾病，另外小肠屏障的破坏也是腹腔疾病发展的一个因素。

肠黏膜四种屏障损伤在IBD 中均有表现，IBD患者肠组织中紧密连接结构和功能发生改变，肠上皮凋亡率增加2～3 倍，镜检显示杯状细胞减少和黏液厚度降低[24]，肠黏膜局部的sIgA 水平下调，均与疾病严重程度相关[25]。遗传学研究也支持肠黏膜屏障功能参与IBD 发病，在全基因组关联研究鉴定出的230 多个风险等位基因中有许多涉及宿主-微生物组相互作用的基因，宿主遗传和微生物群遗传相互依存似乎可以解释个体对IBD 易感的本质[26]。以生物屏障为靶标的益生菌治疗急性期结肠炎可通过恢复肠道菌群失衡发挥效应[27]，2019年相关研究总结IBD 治疗的细胞和分子靶标及机制也是着眼于肠黏膜屏障功能，如口服防御素恢复IBD有关的抗菌肽（AMPs）分泌紊乱，利用特异性修饰使抗菌肽在不同位置的黏液中富集，保护上皮免于细菌的接触和侵袭[28]。

腹泻患者肠道通透性的增加早已被发现，肠道微生物组的改变可能是IBS 发病的潜在因素之一，与健康人群相比，IBS 患者肠黏膜生物屏障中的微生物存在质和量的变化，包括肠道菌群失调及小肠细菌过度生长[29]。虽然通过益生元、益生菌、抗生素、饮食结构变化和粪便微生物群移植调节肠道菌群为IBS 的治疗提供了更多可能性，但这些手段目前还存在许多不足之处，如益生元通常与腹部不良反应相关，益生菌的类型、剂量、副作用、治疗持续时间以及合适候选物的鉴定还需要更多的研究支持，抗生素长期使用是否安全还不清楚，而粪便微生物群移植最有效的IBS 治疗方案和给药途径也需要更多的对照试验[30]。此外，传染性肠胃炎会增加肠道通透性，急性重症胰腺炎患者的第二死亡高峰期被认为与肠黏膜屏障受损、肠道菌群失调及BT 有关，甚至肥胖破坏大鼠肠黏膜屏障和改变微生物群组成也会加重急性胰腺炎[31，32]。

2.4 慢性肾病“肠肾综合征”[33]和“肠-肾轴”之说提示肠和肾之间存在相互作用，慢性肾病模型动物及患者常见的肠道改变包括菌群组成变化、肠道蠕动减慢、通透性增加、肠道免疫激活、细菌易位以及药物转运发生改变等[34，35]。

Vaziri 等[36]报道，尿毒症大鼠结肠组织黏膜上皮紧密连接复合体中Claudin-1、Occludin 和ZO-1的蛋白及mRNA 含量较对照组显著减少，组织学检查显示尿毒症组大鼠的肠黏膜固有层存在大量单核细胞浸润，结肠肠壁增厚。同时发现尿毒症组的胃、空肠和回肠黏膜上皮紧密连接复合体较正常组也显著减少，证实尿毒症会损伤肠黏膜上皮屏障，特别是破坏肠黏膜上皮紧密连接复合体。Andersen等[37]观察肠道菌群参与慢性肾病相关的全身性炎症时发现，实验性慢性肾病相关的全身性炎症与肠道微生态失衡、细菌通过肠黏膜屏障转运进入肝脏以及血清中细菌内毒素水平升高有关。最新文献报道，肠道菌群或可作为反映慢性肾脏病进展和循环中肾毒素水平的诊断工具[38]。慢性肾病损伤肠黏膜屏障的结构可能是机体在无明确外源性感染的情况下出现内毒素血症的潜在因素。

2.5 其他疾病肠黏膜屏障受损还显著影响肥胖、糖尿病、心血管疾病及神经退行性疾病等疾病的发生发展[39]，如HIV 感染过程中肠道微生态失衡可能是肠黏膜损伤、细菌易位和外周免疫活化的原因[40]；移植物抗宿主病（GVHD）的发展依赖于肠道上皮紧密连接通透性的增加[41]；多发性硬化症中亦存在肠黏膜屏障功能障碍。而肠功能障碍的胃肠道疾病会表现出中枢神经系统脱髓鞘，进入循环系统的肠道微生物会影响中枢神经系统小胶质细胞的功能[42]。

3 小结

肠黏膜屏障是机体防护的重要组成部分，其结构破坏或功能削弱导致肠道内细菌易位，血液中内毒素、D-乳酸和二胺氧化酶等指标变化，涉及多种疾病的发生发展。预防和避免肠内外疾病引起的肠道损伤，维护肠黏膜屏障的完整性，可能是预防或治疗疾病的良好策略，如益生菌有助于免疫、代谢及神经情绪失调的预防和治疗。尽管目前有关调节肠黏膜屏障预防或治疗肠内外疾病的研究较多，但调控肠黏膜屏障和肠道菌群的详细机制尚不清楚，治疗手段的安全性、有效性及临床应用可行性等有待进一步研究。