腸黏膜屏障功能與消化系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進展

孔凡浩 閆 慧 李 穎 隋蕙嬬 史 寧

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，山東濱州 256603

腸道是人體內(nèi)最大的儲菌庫，能夠容納約100萬億個細菌，產(chǎn)生大量的內(nèi)毒素。由于腸黏膜的屏障功能，胃腸道在保證營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、水和電解質(zhì)轉(zhuǎn)運的同時，還可以將有害物質(zhì)（細菌、內(nèi)毒素等有毒物質(zhì)）拒之門外，從而確保機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[1-2]。物理屏障、生物屏障、化學(xué)屏障和免疫屏障共同構(gòu)成了腸黏膜屏障，各屏障之間并非獨立而是復(fù)雜的相互影響，相互作用，并處于動態(tài)平衡。當(dāng)腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)被破壞時，腸黏膜通透性增加，將導(dǎo)致本應(yīng)排出的腔內(nèi)有害物質(zhì)進入內(nèi)環(huán)境，從而引起多種疾病，且與疾病的預(yù)后和轉(zhuǎn)歸相關(guān)。近年研究發(fā)現(xiàn)，許多消化系統(tǒng)疾病的發(fā)病機制與腸黏膜屏障功能障礙相關(guān)，或疾病過程中導(dǎo)致腸黏膜屏障功能障礙，如炎癥性腸病、乳糜瀉、非酒精性脂肪性肝病等[3]。因此，臨床醫(yī)師應(yīng)深入了解腸黏膜屏障構(gòu)成以及腸黏膜屏障功能與消化系統(tǒng)疾病發(fā)生關(guān)系的研究進展，以便為多種消化系統(tǒng)疾病的防治尋找安全且有效的方法。

1 腸黏膜屏障構(gòu)成

1.1 物理屏障

腸上皮細胞及上皮細胞之間的連接復(fù)合物共同構(gòu)成了物理屏障。連接復(fù)合物包括緊密連接（tight junction ，TJ）、黏附連接（adherens junction ，AJ）及橋粒（desmeosomes ，Ds）。細胞旁通透性的調(diào)節(jié)主要在TJ水平上進行[4]。TJ由咬合蛋白（occludin）、閉 合 蛋 白（claudins）、連 接 黏 附 分 子（junctional adhesion molecules ，JAMs）和閉合小環(huán)蛋白（zonula occludens ，ZOs）組成[5]。TJ通過賦予細胞間離子和小分子轉(zhuǎn)運的選擇性，在細胞旁的通透性中起至關(guān)重要的作用。

1.2 生物屏障

腸道菌群是人體不可或缺的一部分，在保護腸道屏障、合成維生素、增強骨密度、抗外來菌定植和刺激免疫反應(yīng)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[6]。人體腸道中優(yōu)勢菌主要包括厚壁菌門和擬桿菌門以及少量的變形菌門和放線菌門[7]。這些細菌在腸上皮細胞黏附及定植，形成了相當(dāng)穩(wěn)定的菌膜結(jié)構(gòu)，構(gòu)成抗定植力的生物屏障，限制機會性致病菌進入上皮，如大腸埃希菌的腸上皮細胞黏附及定植，是實現(xiàn)腸黏膜屏障功能的關(guān)鍵因素之一。

1.3 化學(xué)屏障

覆蓋在腸上皮細胞表面的黏液層也稱為化學(xué)屏障，避免了腸上皮細胞與腸道細菌的直接接觸，同時允許營養(yǎng)物質(zhì)吸收；黏液層的主要成分是糖基化黏蛋白（mucoprotein ，MUC），例如杯狀細胞產(chǎn)生的MUC-2[8]。對MUC-2基因敲除小鼠的研究表明，這些小鼠不僅會患上結(jié)腸炎，而且對腸道病原體的抵抗力降低，這突出了黏液層在維持腸黏膜屏障功能中的作用[9]。潘氏細胞產(chǎn)生的抗菌肽也參與化學(xué)屏障及免疫屏障的形成，與MUC相輔相成、增強黏液層黏度，并可與細菌細胞膜結(jié)合形成離子通道，進而使細菌內(nèi)容物漏至胞外，最終殺死細菌[10]。以上成分共同形成化學(xué)屏障，防止病原菌直接接觸腸上皮細胞。

1.4 免疫屏障

免疫屏障主要由腸相關(guān)淋巴組織（gutassociated lymphoid tissue，GALT）和分泌型免疫球蛋白A（SIgA）組成。GALT是由Peyer氏斑、腸系膜淋巴結(jié)（mesenteric lymph node，MLN）以及散布于腸黏膜固有層（lamina propria，LP）和腸上皮中的免疫細胞組成[11]，發(fā)揮先天性和獲得性免疫的作用。SIgA在腸黏膜表面形成二聚體，主要由位于LP中的B細胞合成。SIgA與黏液層一起直接與共生細菌結(jié)合，以防止細菌破壞腸黏膜屏障，還有助于排出侵入腸黏膜屏障的細菌[12]。Luck等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在肥胖小鼠中，結(jié)腸LP中產(chǎn)生IgA的漿細胞數(shù)量減少和腸道通透性增加，因此，SIgA的丟失被認為與腸黏膜屏障功能障礙有關(guān)。

2 腸黏膜屏障功能與消化系統(tǒng)疾病相關(guān)性

2.1 炎癥性腸病

炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）包括克羅恩?。–rohn’s disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC），其發(fā)病機制是復(fù)雜的、多因素的，已有研究證實，基因、環(huán)境、菌群失調(diào)等因素與IBD的過度免疫反應(yīng)和腸黏膜損傷有關(guān)。

有研究表明，在編碼NOD樣受體蛋白（NODlike receptor protein，NLRP）、抗菌蛋白和細胞因子的基因中有200多個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）位點與IBD的發(fā)病有關(guān)[13]；然而，只有一小部分UC患者有IBD家族史[14]，這表明環(huán)境因素在IBD發(fā)病中具有重要作用。缺乏MUC-2的小鼠表現(xiàn)出腸黏膜屏障功能障礙，并自發(fā)發(fā)展為結(jié)腸炎和結(jié)直腸癌[15-16]，說明黏液層在維持腸黏膜屏障功能穩(wěn)態(tài)方面起關(guān)鍵作用。另一項研究表明，與對照組相比，喂食高糖飲食的小鼠患上了更嚴(yán)重的DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎，這與腸道中具有降解腸道黏液能力的細菌的相對豐度增加有關(guān)，如Akkermansia muciniphila和Bacteroides fragilis，其產(chǎn)生的黏液降解酶增加，從而導(dǎo)致黏液層厚度變薄和細菌移位到LP[17]。在人類中，結(jié)腸化學(xué)屏障的減弱是UC發(fā)展的早期事件[18]，Vrakas等[19]研究表明，與健康對照組相比，IBD患者血液中的細菌DNA增加。因此，IBD的發(fā)展與遺傳和環(huán)境因素有關(guān)，這些因素導(dǎo)致易感個體的腸黏膜屏障功能障礙和腸道炎癥。考慮到目前的抗炎治療（糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑）有很大的副作用和疾病的反復(fù)發(fā)作，剖析腸黏膜通屏障功能障礙是如何影響IBD發(fā)生、發(fā)展的，特別是在IBD早期亞臨床階段，將有助于我們在IBD的預(yù)防和治療中尋找新思路。

2.2 乳糜瀉

乳糜瀉（celiac disease，CeD）是一種在遺傳易感個體中由于麥膠的攝入而誘發(fā)的慢性自身免疫性小腸疾病，其發(fā)病機制涉及腸黏膜屏障破壞[3]。

麥膠是一種主要存在于谷類食物（如大麥、小麥和黑麥）中的蛋白質(zhì)混合物，其中麥醇溶蛋白是引起CeD的必要條件。正常情況下，麥膠蛋白不能通過腸黏膜屏障進入內(nèi)環(huán)境，但CeD患者攜帶特定易感基因（HLADQ2和HLADQ8），TJ的結(jié)構(gòu)易受到破壞，使麥醇溶蛋白能夠進入人體，激活T細胞并誘導(dǎo)自身免疫反應(yīng)[20]，導(dǎo)致腸黏膜損傷和腸道通透性增加[21]。Lammers等[22]研究證實，麥醇溶蛋白與腸上皮的CxcR3結(jié)合，促進MYD88依賴的zonulin的釋放和腸黏膜屏障功能受損。zonulin與腸上皮細胞的表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）結(jié)合，誘發(fā)蛋白激酶Cα（protein kinase Cα，PKCα）介導(dǎo)的細胞骨架的重組和ZO-l/occludin表達的下調(diào)，從而增加腸道通透性[23]。臨床試驗表明，zonulin抑制劑醋酸拉唑肽具有較好的耐受性且能夠減少促炎癥因子產(chǎn)生以及改善腸黏膜屏障功能和胃腸道癥狀，目前已啟動Ⅲ期臨床試驗[24-25]，但目前其最佳治療劑量尚不統(tǒng)一，仍需進一步探索。綜上所述，降低麥膠蛋白負荷和針對T細胞誘導(dǎo)麥膠蛋白免疫耐受成為CeD新型療法的關(guān)鍵靶點。

2.3 非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是目前常見的慢性代謝性肝病之一，其疾病譜包括非酒精性脂肪肝（non-alcoholic fatty liver，NAFL），以及由其演變的非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）、肝硬化甚至肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）[26]。

有證據(jù)表明，NAFLD患兒血漿內(nèi)毒素濃度增加，這表明在疾病的早期階段已經(jīng)存在一定程度的腸道通透性增加[27]。值得注意的是，Miele等[28]研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，NAFLD患者的腸隱窩和絨毛中ZO-1蛋白的表達水平顯著減少，并且51Cr-乙二胺四乙酸的清除率顯著增加，NAFLD大鼠小腸中TJ蛋白表達水平也較正常大鼠顯著減少[29]，上述研究提示引起NAFLD腸黏膜屏障功能障礙的可能原因是TJ蛋白的表達水平減少。多項研究表明NAFLD存在小腸細菌過度生長（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO），并與疾病進展密切相關(guān)[30-31]。當(dāng)發(fā)生SIBO時 ，腸道菌群與宿主之間的平衡關(guān)系被打破，將會導(dǎo)致腸黏膜屏障功能障礙和腸道通透性的增加，致使大量細菌及其代謝產(chǎn)物移位，經(jīng)門靜脈系統(tǒng)運送至肝臟[30]，并在肝臟中激活Toll樣受體4（Toll-like receptor 4 ，TLR4）和CD14，介導(dǎo)產(chǎn)生多種細胞因子，如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α ，TNF-α）、白介素（interleukin，IL）-8、IL-1β、IL-6等，這些致炎因子的過度產(chǎn)生會導(dǎo)致肝臟炎癥反應(yīng)，最終誘導(dǎo)肝纖維化和胰島素抵抗，甚至引起HCC的發(fā)生[31]。因此，益生菌、益生元和糞菌移植成為治療NAFLD重要方法。但由于腸道菌群多樣性，且不同個體之間腸道菌群種類不同，因此，SIBO對NAFLD影響的分子機制尚未完全闡明 ，仍需進行更多的臨床研究深入探索二者之間的相關(guān)性。

3 小結(jié)與展望

機體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)依賴于完整的腸黏膜屏障。熟悉腸黏膜屏障構(gòu)成及功能相關(guān)研究進展對理解其在消化系統(tǒng)疾病中的作用具有重要意義。越來越多的證據(jù)表明，腸黏膜屏障功能障礙與IBD、CeD、NAFLD、腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）等消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。因此，促進腸黏膜屏障修復(fù)有望成為防治多種難治性消化系統(tǒng)疾病的新靶點。但是，基于腸黏膜屏障研究消化系統(tǒng)疾病仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)：一方面，引起腸黏膜屏障功能障礙的信號通路尚未完全闡明，有待進一步深入地研究與探討；另一方面，盡管針對腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)、功能及損傷機制的研究已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)界一個炙手可熱的課題，但目前臨床上仍無一種成熟的腸黏膜屏障功能檢測方法。為此，深究引起腸黏膜屏障功能障礙的分子機制以及選擇高敏感性和特異性的檢測方法是今后研究的重點。