肠屏障功能障碍在脓毒症中的研究进展

李艳伟 王彬 苗雨露 李小锦 张亚东 韩娟 庄朋伟 张艳军

天津中医药大学中药学院（天津 301617）

第45 届美国重症医学年会将脓毒症定义为由宿主对感染的反应失调而引起的严重器官功能障碍综合征［1］。一项全球调查显示2017年全世界大约有4 900 万脓毒症病例和1 100 万与脓毒症相关的死亡病例［2］，因此它是威胁人类生命健康的疾病之一。脓毒症的死因多与多器官功能障碍综合征（MODS）有关，且肠道一直被认为是脓毒症MODS 的“马达”［3］，而肠道的屏障功能在其中起着关键的作用。肠屏障由物理屏障、化学屏障、免疫屏障与生物屏障共同构成，其中物理屏障最为重要，因此维持肠物理屏障的完整性是预防脓毒症加重和降低死亡率的有效治疗手段［4］。近年来脓毒症肠屏障功能障碍机制的研究主要集中在非编码RNA［5］及肠菌［6］对肠屏障的调节，但这些目前只停留在动物实验阶段，尚未经过大样本临床随机对照试验的验证。

1 脓毒症肠屏障功能障碍的机制

1.1 肠上皮细胞异常 由于肠上皮细胞（IECs）是肠屏障的重要组成部分，所以IECs 的凋亡或功能异常势必会造成肠细胞屏障的破坏、肠通透性的增大。在脓毒症的进程中诸多因素造成了IECs 凋亡，而脓毒症引起的IECs 凋亡会进一步加重脓毒症小鼠的死亡［7］。在盲肠结扎穿孔（CLP）模型中，mtDNA-STING 信号通路可促进IECs 凋亡［8］；Lnc RNA H19 可通过抑制自噬和降低Paneth 和Goblet细胞的功能而损害肠屏障［9］；抗凋亡蛋白（Bcl-2）不仅可以抑制IECs 的凋亡，也可抑制肠细胞旁屏障相关蛋白的下调，两种作用共同促进肠通透性及死亡率的改善［10］。在内毒素血症模型中，Pololike kinase1（PLK1）的过表达可抑制LPS 诱导的IECs 的凋亡［11］。此外，三十八阴性激酶1（TNK1）可通过促进STAT3 的磷酸化及p65 的核转位来诱导隐窝特异性的IECs 凋亡，进而导致了肠源性多器官功能衰竭［12］。因此，找到靶向抑制mtDNASTING、Lnc RNA H19、TNK1 或促进PLK1、Bcl-2 表达的方法或药物，将有助于预防脓毒症导致的IECs 异常。

1.2 炎症介质 在脓毒症中，病原体相关分子模式（PAMPs）与损伤相关分子模式（DAMPs）被模式识别受体（PRR）识别后可通过NF-κB 等信号通路引发炎症风暴，导致大量的促炎细胞因子和抗炎因子被释放，这些炎症介质作用于肠细胞旁屏障可导致肠细胞旁屏障相关蛋白分布异常或表达减少，进而促进肠通透性增高。一方面，炎症介质会介导肠屏障相关蛋白分布异常。TNF 可通过肌球蛋白轻链激酶（MLCK）介导的肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化来调节Occludin 的内吞进而参与肠细胞旁屏障的破坏［13］，DIVERTIN 等［14］通过阻断此过程来改善肠屏障功能，姜黄素也可通过抑制TLR4∕NF-κB 信号通路来降低TNF-α 等炎症因子的表达进而起到保护肠屏障的作用［15］。另一方面，炎症介质会诱导肠屏障相关蛋白表达异常。经体外实验证实，IL1β 通过上调miR200C-3p 而降解Occludin mRNA［16］；IL4 和IL13 可通过诱导Claudin-2 的表达使肠通透性增加［17］。因此，可通过靶向抑制MLCK及TNF-α、IL1β、IL4 及IL13 等炎症介质的过表达来保护肠细胞旁屏障。

1.3 免疫状态异常 脓毒症中存在着免疫激活和免疫抑制，本质上为免疫细胞功能状态、种类比例、数量及分布的失衡，免疫状态的异常可直接参与肠屏障功能的调节。肠上皮内淋巴细胞（IELs）是一种重要的免疫细胞，IELs、IECs 及其它免疫细胞之间的相互作用对肠屏障具有保护作用［18］。体外实验证明，在CD4+T 与IECs 相互作用的过程中，IECs 中的S1P∕S1PR2 轴参与了调节肠屏障功能［19］；巨噬细胞和IECs 之间的相互作用会导致肠屏障缺陷，机制可能与PTPN2-IL6 信号通路有关［20］。在菌血症模型中，Occludin 介导的γδIEL 迁移可限制模型小鼠体内病原体的跨上皮侵袭［21］。因此，纠正免疫细胞功能状态、种类比例、数量及分布的紊乱可能是治疗脓毒症肠屏障功能障碍的有效方法之一。

1.4 微循环及凝血功能障碍 脓毒症肠屏障功能障碍的主要原因之一是内脏区域的血流低灌注，血流低灌注会造成组织细胞的缺氧死亡。血流低灌注通常与循环血量降低、微血栓形成有关。循环血量降低的主要原因是血管内皮完整性的破坏及凝血功能障碍导致的血管渗漏；微血栓的形成通常与凝血∕纤溶系统的紊乱有关。在内毒素血症模型中，右美托咪定可通过减轻肠道的微循环障碍进而改善肠屏障功能及模型死亡率［22］。血小板活化因子（PAF）是一种参与凝血的细胞因子，在体外实验中，PAF 可增加Caco-2 单层细胞的通透性，同时也可降低Claudin-1、ZO-1 的表达［23］。在由微循环功能障碍造成的缺氧条件下，囊性纤维化跨膜电导调节因子（CFTR）被认为是维持肠道屏障的关键结构，在缺氧条件下CFTR 的下调参与了连接复合体（TJ、AJ、JAM 等构成的复合体）的表达异常及肠菌易位［24-32］。目前，国内外文献中微循环及凝血功能障碍导致肠屏障功能受损的相关分子机制较少，因此该领域可能具有较强的探索价值。

1.5 肠道酶反应异常 脓毒症中的诸多病理环节（如炎症风暴、凝血及微循环功能障碍等）会影响到肠道酶反应，肠道酶反应的异常反过来也会作用于肠屏障，常见的肠道酶反应异常表现为肠道酶表达量的异常及肠道酶的作用环节异常。肠道碱性磷酸酶（IAP）是一种内源性产生于肠黏膜刷状缘的酶，具有防止肠道细菌入侵的作用；在菌血症模型中，IAP 可通过抑制ERK-SP1-VEGF 和ERKCDX2-Claudin2 信号通路来保护肠屏障［33］。小肠中的基质金属蛋白酶7（MMP7）负责激活α-防御素，具有放大炎症的作用；在内毒素血症模型中，MMP7 可通过α-防御素激活巨噬细胞进而放大肠道炎症，导致肠通透性增大及肠菌易位［34］。胆汁与胰酶均为消化酶，正常情况下均不会对肠屏障造成不利影响，但在由脓毒症凝血功能及微循环功能障碍造成肠壁表面黏蛋白缺失的条件下，胰酶与肠壁的直接接触会导致肠屏障受损［35］；相反，胆汁可通过IL6 信号通路降低肠通透性及抑制肠菌易位，对肠屏障具有保护作用［35-36］。因此，可针对性的通过补充相应肠道酶或肠道酶的抑制剂来调节肠屏障。

1.6 肠道菌群及SCFAs 脓毒症会严重影响肠道菌群的组成［25］，进而也会影响到菌群代谢物SCFAs的产生，菌群及SCFAs 异常在脓毒症肠屏障功能障碍的形成中具有重要作用。在TNF诱导的肠黏膜损伤中，罗伊乳杆菌（Lactobacillus reuteri）可通过R-Spondins 的过表达激活Wnt∕β-catenin 信号通路，该通路可通过刺激IECs的增殖保护肠屏障［26］；核苷酸结合寡聚化结构域2（NOD2）是肠道屏障的关键感受器分子，假结核耶尔森氏菌（YP）的效应因子YopJ 可通过抑制NOD2∕RICK∕TAK1 及caspase-1 信号通路诱导肠屏障功能障碍［27］。丁酸与Urolithin A 均为肠道菌群的代谢产物，丁酸可通过IECs metabolism-O2-HIF1 信号通路保护肠屏障［28］；Urolithin A 可通过激活AhR-NRF2 途径来上调TJ 进而改善屏障功能［29］。因此，菌群及菌群代谢产物对脓毒症肠屏障功能障碍具有明确的影响。

通过干预肠道菌群改善肠屏障功能是当下的研究热点，干预方式主要有粪菌移植（FMT）及益生菌的直接干预。在CLP 模型中，FMT 可通过减少IECs 的凋亡及抑制TJ 的下调而改善肠道屏障功能［30］；此外，两种益生菌鼠李糖乳杆菌及长双歧杆菌的直接干预既可通过改善肠细胞凋亡而保护肠道的屏障功能，也可以通过蛋白激酶B 途径来保护肠道的机械功能［31］。在TNF 诱导的肠黏膜损伤中，植物乳杆菌可通过调节TLR4 的表达来抑制E.coli B5 的跨Caco-2 细胞转位［32］。虽然干预肠道菌群在动物实验中取得了较好的疗效，但目前仍缺乏临床随机对照试验的验证。

1.7 其他因素 在临床试验中发现，β1 受体阻滞剂可通过CCK 受体保护肠屏障［37］。在CLP 模型中，间充质干细胞衍生的微泡（MMV）可将mfn2、PGC-1α 和功能性线粒体输送至IECs，协同改善脓毒症后IECs 线粒体动态平衡，恢复线粒体功能和肠屏障功能［38］。在内毒素血症模型中，刺激迷走神经既可以抑制NF-κB p65 的易位也可以下调MLCK的表达，进而减弱LPS 对TJ 的破坏［41］。经体外实验证实，环氧合酶2（COX-2）及表皮生长因子受体（EGFR）的磷酸化介导IECs 的迁移，此过程具有预防肠屏障损伤的作用［39］；E-cadherin 为粘附连接蛋白（AJ）的一种，在维持肠屏障功能中具有重要的作用，RNA 结合蛋白CUGBP1、HuR 可通过与E-cadherin mRNA3'非编码区的相互作用调节E-cadherin 的表达，但两者的作用相反，HuR 的过表达可抑制肠通透性的增高［40］。

2 肠屏障功能障碍对脓毒症的影响

脓毒症肠屏障功能障碍是肠菌易位的主要原因［42］，在CLP 模型中，利用16s RNA 基因测序发现，脓毒症急肺损伤中出现的肺部菌群与肠菌易位有关［43］，脓毒症急性神经炎与肠菌易位有关［44］；在临床试验中发现，脓毒症急性呼吸窘迫综合征（ARDS）中出现的肺部菌群与肠菌易位有关［43］，脓毒症急性脑功能障碍与肠菌易位有关［44］。因此，肠屏障功能障碍会通过细菌易位持续或加重全身炎症反应，甚者会导致MODS。

肠屏障损伤导致细菌和内毒素从肠腔易位至肠系膜淋巴和体循环，循环中的毒素使细胞代谢转向有氧糖酵解［45］，有氧糖酵解导致细胞内ATP水平下降［46］及线粒体损伤，而ATP 减少及线粒体损伤是导致急性肾损伤及肾功能障碍的主要原因［47］；同理，循环中的毒素也可作用于全身其它组织器官。此外，在内毒素血症模型中发现，由肠屏障功能障碍介导的肠菌易位会使SCD1 的活性减弱，由于该酶是肝脏生成脂肪的关键酶，由此导致肝脏饱和及不饱和脂肪酸水平降低，进而损害了红细胞的质膜流动性，从而显著缩短了红细胞的寿命；同时，在肠屏障功能障碍小鼠中发现，脾脏巨噬细胞对红细胞的吞噬效率会增高，进而形成促进细菌生长的富铁环境［48］，加之肠菌易位，即可共同促成菌血症及MODS 的发生。因此，纠正或防治肠屏障功能障碍对于治疗脓毒症具有重要意义。

3 结语

目前，治疗脓毒症MODS 的方法主要有：消除潜在感染、稳定血流动力学以确保充分的微循环灌注、针对与细胞功能障碍和脓毒症反应有关的免疫调节疗法［49］，但由于脓毒症具有较强的异质性，所以单纯的应用免疫抑制剂或免疫刺激剂均未取得好的疗效［50］，且仍未找到预防脓毒症MODS 的行之有效的治疗手段，而防治肠屏障功能障碍对预防脓毒症MODS 具有重要意义，因此通过改善脓毒症肠屏障功能防治脓毒症MODS 具有较好的发展前景。

脓毒症的病理机制极其复杂，涉及到炎症、免疫、凝血功能、微循环、肠道菌群及SCFAs 等，这些因素均会导致肠屏障功能障碍，但目前国内外还没有从脓毒症诸多的病理环节角度综述肠屏障功能障碍机制的文献报道，大多数文献将注意力集中于炎症、肠道菌群、IECs 凋亡对肠屏障的调节，忽略了免疫、微循环及凝血功能在肠屏障功能障碍中的调节作用，因此这三个被忽略的方向具有较高的探索价值。近年来，随着分子生物学技术的不断发展进步，非编码RNA 成为脓毒症肠屏障功能障碍机制的一大研究热点，对非编码RNA 对免疫、微循环及凝血功能等的调节作用的相关研究，将更好的阐释脓毒症肠屏障功能障碍的机制。肠菌及其代谢产物在脓毒症中可通过多种机制调节肠屏障功能，调节肠道菌群作为治疗脓毒症的新兴途径，是脓毒症肠屏障功能障碍机制领域值得深入探索的方向。

此外，随着计算机科学及基础医学的进步，使得基础医学中发现的分子靶点通过药物设计变为具有较好疗效的临床药物成为了可能。同时，脓毒症肠屏障功能障碍的形成机制是多方面的，因此在临床治疗中不可只针对某一具体机制进行药物干预，应针对多种机制并结合患者的状态及疾病的不同阶段进行多机制、多靶点干预，才有可能取得更好的疗效。