炎癥性腸病與腸黏膜屏障關系的研究進展

王振疆　陳渝萍

【關鍵詞】炎癥性腸病；腸黏膜屏障；腸道菌群

中圖分類號：R574 文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2015.01.025

炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一組原因未明反復發作的慢性炎癥性腸道疾病，包括潰瘍性結腸炎（Ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Crohn Disease，CD），近年的研究發現腸黏膜屏障功能受損與IBD的發生密切相關，了解IBD患者腸黏膜屏障功能的改變對于研究IBD的病因、尋求新的治療方法具有重要意義。本文就IBD與腸黏膜屏障關系的研究進展作一簡要綜述。

1腸黏膜屏障的結構與功能簡述

腸黏膜屏障是指腸道能夠防止腸內有害物質穿過腸黏膜進入人體內的結構和功能的總和。包括機械屏障、微生物屏障、免疫屏障和化學屏障4個部分，任何一部分缺陷或者受損均可導致腸道屏障功能障礙，誘發腸源性感染，在IBD的發病機制中具有重要作用。

1.1機械屏障機械屏障即腸上皮，由腸黏膜表面的黏液層、腸上皮細胞及其緊密連接等組成。上皮細胞是機械屏障中最主要部分，由吸收細胞、杯狀細胞及潘氏細胞等組成，具有吸收和屏障功能。腸上皮細胞構成具有選擇功能的細胞屏障，促使腸腔內營養物質進入循環，而限制內毒素等物質通過。腸上皮細胞間連接是機械屏障的核心部分，受控于肌球蛋白輕鏈（MIC），包括緊密連接、縫隙連接、黏附連接及橋粒連接等，尤其以緊密連接最為重要，由咬合蛋白（occludin）、閉合蛋白（claudin）、帶狀閉合蛋白（zonula occludens，ZO）家族等緊密連接蛋白組成[1]。完整的腸上皮細胞間的緊密連接可阻止腸道細菌、毒素和抗原等物質進入固有層，阻止固有層免疫細胞激活，而誘發異常腸道免疫反應。

1.2微生物屏障微生物屏障實質是由腸道常駐菌群組成的一個相互依賴、相互作用的微生態系統，主要由厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌組成，其中約99%為專性厭氧菌，是腸道的優勢菌群。專性厭氧菌在腸黏膜形成的生物膜具有抗菌和調節腸道免疫作用，可拮抗致病菌定植腸道[2]，還可分泌短鏈脂肪酸（SCFA）和乳酸降低腸道的pH值，酸化腸道以及競爭性攝取腸內營養物質而抑制侵襲性菌群生長。最新研究發現[3]，腸道菌群是腸道免疫損傷的激發點，腸道菌群與腸道免疫系統始終處于“相互交流”之中，一旦腸道菌群失調則這種“相互交流”被打破，可觸發過度的腸道免疫反應，進而誘發炎癥性腸病、腸道自發免疫性疾病等。

1.3免疫屏障腸道免疫屏障主要由腸相關淋巴組織（GALT）和分泌型免疫球蛋白（SIgA）組成，共同構成腸道免疫屏障，可識別自身抗原和外源性抗原而誘發腸道免疫反應，是腸道免疫穩態的重要保障。GALT是抵御病原體入襲和保持對食物抗原及共生微生物處于免疫耐受狀態的免疫器官，是維持腸道黏膜屏障完整的重要因素。SIgA是機體內分泌量最多的免疫球蛋白，附著于腸黏膜表面，具有黏膜防御作用，是防御致病菌黏附和定植的第一道防線[4]。腸道是人體最大的免疫器官，腸道免疫功能損害實質是外源性抗原通過受損的緊密連接而激活固有層的免疫反應。

1.4化學屏障胃腸道分泌的消化液、消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白和糖脂等化學物質組成腸黏膜的化學屏障，具有殺菌、溶菌和抑制致病性細菌入侵的作用。杯狀細胞、潘氏細胞及腸上皮細胞分泌的黏蛋白（MUC）組成了腸上皮黏液層，對腸道具有潤滑及保護作用，以MUC2、MUC3最為重要[5]。MUC含有特殊的碳氫結構，是細菌黏附結合的生態位點，可競爭性結合腸上皮細胞結合位點的細菌，使細菌留在黏液層，在腸蠕動時被清除[6，7]。腸道分泌的大量消化液可稀釋毒素，破壞細菌蛋白，也是抑制條件致病菌定植腸道的重要因素。

2IBD與腸黏膜屏障功能損傷的關系

近年來研究發現IBD的發生與腸道黏膜屏障的改變密切相關，Giovanni C Actis等[8]形象地將IBD描述為“屏障器官性疾病”，由此可見腸黏膜屏障功能在IBD中的關鍵作用。大量試驗研究表明，IBD的發病機制與腸黏膜屏障的改變密切相關，其機制可能是腸道細菌和環境因素作用于遺傳易感人群，導致腸黏膜免疫異常應答引起腸黏膜損害，腸黏膜屏障的完整性被破壞，正常防御功能受損，而最終誘發IBD。腸黏膜屏障損傷主要表現為四種屏障功能的損傷。

2.1機械屏障損傷機械屏障是腸黏膜屏障最重要的組成部分，其中上皮細胞及其細胞間連接結構是維持腸上皮選擇通透性及屏障功能的結構基礎，是抵御腸外有害物質或病原體入侵腸黏膜組織的關鍵。緊密連接蛋白中閉鎖蛋白Occludin、Claudin家族和帶狀閉合蛋白ZO-1、ZO-2等的表達與IBD的發生密切相關。研究發現[9]，修復IBD患者中腸道受損的Claudin-1連接蛋白對于IBD的誘導緩解具有重要作用。緊密連接除與連接蛋白的調控有關外，TNF-α、IFN-γ、IL-13等細胞因子與上皮細胞的緊密連接密切相關，而IBD患者中TNF-α、IFN-γ、IL-13等細胞因子明顯增多，且可能與炎癥性腸病的嚴重程度相關。研究表明某些致病因素可引起腸黏膜細胞釋放致炎性因子和細胞因子，在氧活化物質（ROS）的參與下引起上皮細胞凋亡或死亡。IBD患者過多的TNF-α、IL-1β等細胞因子可刺激上皮細胞產生ROS，當細胞內ROS水平超過細胞的抗氧化能力時，可導致上皮細胞壞死或者凋亡。TNF-α在IBD患者中分泌明顯增加，且與炎癥的嚴重程度相關[10]，它能誘導上皮細胞核轉錄因子活化，活化的NF-κB、p50/p65亞基與肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）基因的啟動子結合，啟動MLCK轉錄，增加MLCK蛋白的表達[11]。MLCK促使肌球蛋白輕鏈磷酸化后，引起細胞骨架收縮而導致緊密連接破壞，致使腸黏膜屏障功能受損。Al-Sadi R等[12]最近研究發現，TNF-α通過激活細胞外調節蛋白激酶1/2（ERK1/2）而增加Caco-2細胞（一種人克隆結腸腺癌細胞，結構和功能類似于分化的小腸上皮細胞）緊密連接通透性。還有研究[13]發現，TNF-α可降低腸上皮細胞屏障的跨上皮電阻（TER），增加腸上皮細胞旁的通透性，是判斷腸黏膜屏障功能的重要指標。在CD活動期患者中上皮膜電阻抗下降，緊密連接結構及功能被破壞，腸黏膜通透性增加[14]。IFN-γ與TNF-α具有協同作用而破壞腸上皮細胞的屏障功能，增加腸黏膜通透性，是參與IBD發生的主要細胞因子之一。Schuhmann 等[15]發現IFN-γ可上調上皮細胞半胱氨酸天冬氨酸酶-1（caspase1）的表達，誘導腸上皮細胞凋亡，破壞腸道上皮屏障，增加致病菌侵襲腸道的機會，在IBD 的發病機制中起重要作用。張續乾等[16]的最新研究發現，IFN-γ可通過下調緊密連接蛋白occludin、ZO-1的表達，破壞腸道屏障功能，從而參與UC的病理生理過程。此外，研究還發現細胞骨架、NOD2基因等異常均可影響腸道機械屏障的完整性，增加腸黏膜屏障的通透性。研究表明[17]，敲除NOD2基因的小鼠易誘發IBD，NOD2基因可影響腸道菌群的表達，在維持腸道菌群平衡中發揮重要作用。endprint

2.2微生物屏障損傷腸道菌群是腸道微生物屏障的主要組成部分，近年來隨著基因檢測技術的發展與應用，腸道菌群在IBD的發病機制中被賦予新的認識。大量研究發現，腸道菌群是IBD發生的首要前提條件，早在1998年Sellon RK等[18]利用轉基因敲除方法誘導免疫缺陷的IBD動物模型，在腸道無菌環境下不會發現腸道炎癥，當恢復正常腸道菌群時，則出現腸道炎癥反應。另外，IBD好發于結腸和回腸末端腸道細菌濃度最高的部位。可見，腸道菌群是IBD形成不可或缺的條件。微生物屏障損傷主要表現在腸道菌群的總量及多樣性的改變、腸道菌群比例失調和致病性菌群病理性增加等方面。臨床研究發現[19]，IBD患者腸道菌群總數量及多樣性較正常對照組下降。Nishikawa等[20]利用細菌16SrRNA基因的限制性片段長度多態性的方法分析UC患者腸道黏膜菌群，發現UC患者腸道菌群的限制性片段數量明顯少于健康對照者，提示UC患者腸道菌群的多樣性降低。最近研究發現，在IBD患者腸道黏膜相關菌群或者糞便標本中，梭狀芽孢菌屬的多樣性下降，有學者提出梭狀芽孢桿菌/大腸桿菌的比值可用于評價IBD患者菌群失調的水平，是療效評估的良好指標[21]。國內學者[22，23]在臨床試驗中發現UC患者腸道中條件致病菌數量較正常人顯著增加，而雙歧桿菌、乳桿菌較正常人的數量顯著減少。可見，IBD患者腸道菌群中條件致病菌與益生菌的改變是IBD發生發展的重要因素。

致病性細菌數量增多是IBD患者腸道菌群的特征性改變之一，其中以致病性大腸桿菌最為常見。當致病性病細菌分泌的過多致病因子超出腸道免疫清除能力時，破壞腸道的免疫耐受狀態，繼而誘發自身免疫反應。另一方面，致病菌產生的內毒素可影響腸道屏障的通透性，當內毒素吸收時可增加屏障功能損害程度而形成惡性循環。早在20世紀80年代Dickinson RJ等[24]就發現UC患者的糞便標本中存在具有黏附和侵襲特性的大腸桿菌， 可分泌黏附素、溶血素和致壞死毒素等致病因子，損傷腸道屏障功能，誘發腸道免疫反應。流行病學調查顯示[25]，攜帶小腸結腸炎耶爾森氏菌的個體，IBD的發病率遠遠大于對照組，提示該菌種可能參與IBD的發病。張婷等人[26]利用梯度稀釋法定量培養分析IBD患者腸道菌群，發現腸球菌、酵母菌和小梭菌等條件致病菌增多。研究還發現高達95%的活動期結腸炎患者可能存在硫酸鹽還原菌（SRB），SRB高水平是IBD的重要表現之一，SRB在大腸中將硫酸鹽轉化成硫化物，后者對結腸上皮有細胞毒作用，破壞腸道的緊密連接，導致腸黏膜通透性增加[27]。

2.3免疫屏障損傷免疫學機制被認為是IBD發生發展的核心環節，當腸黏膜組織暴露于大量外源性抗原中時，可誘發遺傳易感宿主腸黏膜發生過度的免疫反應，最終導致組織損傷以及IBD的臨床表現和病理改變。IBD患者腸道黏膜呈現持續性的病理性炎癥反應，持續的腸腔抗原刺激使巨噬細胞和樹突狀細胞分泌大量的細胞因子，如IL-6和IL-12等，進一步破壞腸黏膜免疫屏障，加重腸道的炎癥反應。Johansen等[28]研究發現SIgA在UC患者結腸表面表達明顯少于正常人群，當腸道IgA含量減少時，不能有效阻止定植菌與上皮細胞受體結合，從而增加條件致病菌侵入血液循環激發免疫反應的機會。

腸道微生物的識別與殺滅由Toll樣受體（TLRs）和NOD樣受體（NLRs）介導，正常腸腔中TLRs和NLRs的激活并不產生促炎因子，當侵襲性細菌過度生長時抗原數量增加，導致病理性免疫反應或黏膜通透性增加，進一步誘發病理性固有反應和T細胞免疫反應，是IBD發生中的重要環節。致病菌過度生長可影響腸道T細胞的發育與功能，進而誘發異常腸道免疫而破壞腸道屏障功能。例如，脆弱擬桿菌通過TLRs2可影響Foxp3+調節性T細胞（FOXP3+Tregs）的數量與功能，腸道穩態受破壞，局部黏膜發生持續炎癥，這也是IBD病理過程中的重要環節之一[29]。

2.4化學屏障損傷黏蛋白是化學屏障黏液層的重要部分，動物模型研究[30]發現，結腸黏液缺失MUC2黏蛋白的小鼠對葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的結腸炎易感，提示黏蛋白缺失可能是IBD的發病因素之一。除了MUC2外，新的研究發現Fcγ連接蛋白參與腸道黏液的分泌，其共價連接到黏蛋白，作為MUC2的交聯穩定劑，穩定MUC2網絡[31]。另外，Fcγ結合蛋白在黏液層以二硫鍵連接到另一種蛋白質成分——三葉肽因子（3TFF3），它主要在小腸杯狀細胞中表達，參與黏膜保護和修復過程[32]。近年來研究還發現腸道黏液層的厚度和成分的改變與UC病情嚴重程度相關，主要表現為黏液層中的硫酸黏蛋白含量減少，腸道屏障通透性增加[33]。另有研究發現，抑菌肽（AMPs）家族表達缺陷也是腸道黏膜屏障損傷的重要原因之一，其中人α-防御素5（HD5）在正常人腸道中大量分泌，而在IBD患者中明顯減少，特別在小腸CD中尤為明顯，AMPs的表達異常主要表現在腸道潘氏細胞的功能受損，不能形成黏液層而增加侵襲菌定植腸道的機會[34]。

3展望

腸黏膜屏障在防御外來抗原物質對機體的侵襲和維持機體內環境穩定至關重要，腸道屏障中任一屏障的功能異常均可導致多種腸道疾病的發生。腸道黏膜屏障功能異常是IBD發病的重要環節，同時腸屏障功能改善也是IBD治療所追求的目標之一。近年來國內外專家學者提出了IBD治療另一個目標就是腸道黏膜愈合（Mucosal healing），提高腸道黏膜愈合程度、降低腸黏膜通透性對IBD治療、預防復發和減少手術率具有重要意義，早期修復腸黏膜屏障功能，達到黏膜愈合是治療IBD的關鍵，盡管目前對于腸道黏膜愈合的概念以及黏膜愈合的評價尚無公認的標準，但隨著多中心研究及臨床長期隨訪的對照研究，我們相信，不久的將來，會有更多有價值的資料呈現。參考文獻[1] Dublineau I，Lebrun F，Grison S，et al.Functional and structural alteraions of epithelial barrier properties of rat ileum following X-irradiation[J].Can J Physiol Pharmacol，2004，82（2）：84-93.endprint

[2] Jones SE，Versalovic J.Probiotic Lactobacillus reuteri biofilms produce antimicrobial and anti-inflammatory factors[J].BMC Microbiol，2009（9）：35.

[3] Purchiaroni F1，Tortora A，Gabrielli M，et al.The role of intestinal microbiota and the immune systeml[J].European review for medical and pharmacological sciences，2013，17（3）：323-333.

[4] Dong-Yan L，Weiguo J，Pei L.Reduction of the amount of intestinal secretory IgA in fulminant hepatic failure[J].Braz J Med Biol Res，2011，44（5）：477-482.

[5] Pearson JP，Brownlee IA.The interaction of large bowel micro flora with the colonic mucus barrier[J].Int J Inflam，2010，2010：321426.

[6] 趙美華，龔陳，樓江明，等.黏蛋白與炎癥性腸病關系的研究進展[J].世界華人消化雜志，2014，22（27）：4100-4106.

[7] 李林靜，李治國，郝卉杰，等.腸黏膜屏障與炎癥性腸病關系研究進展[J].中華臨床醫師雜志（電子版），2013，7（12）：543-5442.

[8] Giovanni C Actis，Rinaldo Pellicano，Floriano Rosina.Inflammatory bowel diseases：Current problems and future tasks[J].World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics，2014，5（3）：169-174.

[9] 王海燕，張文遠.益生菌對腸黏膜屏障緊密連接蛋白保護作用的研究進展[J].國際消化病雜志，2012，32（5）：284-286.

[10]唐齊林，王為，周國華.TNF-α、IL-6在炎癥性腸病發病機制中的研究進展[J].醫學綜述，2014，20（7）：1174-1176.

[11]Armaka M，Apostolaki M，Jacques P，et al.Mesenchymal cell targeting by TNF as a common pathogenic principle in chronic inflammatory joint and intestinal diseases[J].J Exp Med，2008，205（3）：331-337.

[12] Al-Sadi R，Guo S，Ye D，et al.TNF-αmodulation of intestinal epithelial tight junction barrier is regulated by ERK1/2 activation of Elk-1[J].The American journal of pathology，2013，183（6）：1871-1884.

[13]Su L，Shen L，Clayburgh DR，et al.Targeted epithelial tight junction dysfunction causes immune activation and contributes to development of experimental colitis[J].Gastroenterology，2009，136（2）：551-563.

[14]Zeissig S，Burgel N，Gunzel D，et al.Changes in expression and distribution of claudin-2，5 and 8 lead to discontinuous tight junctions and barrier dysfunction in active Crohn' s disease[J].Gut，2007，56（1）：61-72.

[15]Schuhmann D，Godoy P，Weiss C，et al.Interfering with Interferon-γ signalling in intestinal epithelial cells：selective inhibition of apoptosis maintained secretion of anti-inflammatory interleukin-18 binding protein[J].Clin Exp Immunol，2011，163（1）：65-76.

[16]張續乾，來培培，董魁，等.潰瘍性結腸炎患者結腸黏膜干擾素-γ、occludin和閉鎖小帶蛋白-1 表達及其相關性研究[J].胃腸病學，2014，19（10）：588-592.

[17]Smith P，Siddharth J，Pearson R，et al.Host gentics and environmental factors regulate ecological succession of the mouse colon tissue-associated microbiota[J].PLoS One，2012，7（1）：e30273.endprint

[18]Sellon RK，Tonkonogy S，Schultz M，et al.Resident enteric bacteria are necessary for development of spontaneous colitis and immune system activation in interleukin-10-deficient mice[J].Infect Immun，1998，66（11）：5224-5231.

[19]陳玉霞，詹學.腸道菌群與炎癥性腸病[J].中華臨床醫師雜志（電子版），2014，8（8）：1561-1566.

[20]Nishikawa J，Kudo T，Sakata S，et al.Diversity of mucosa-associated microbiota in active and inactive ulcerative colitis[J].Scand J Gastroenterol，2009，44（2）：180-186.

[21]Chassaing B，Darfeuille-Michaud A.The commensal microbiota and enteropathogens in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases[J].Gastroenterology，2011，140（6）：1720-1728.

[22]黎藝.腸道菌群與潰瘍性結腸炎的關系分析[J].中國健康月刊，2011，30（10）：298-299.

[23]劉偉，劉翔，林漫鵬.潰瘍性結腸炎患者正常與病變腸段腸道菌群比較[J].湖北民族學院學報：醫學版，2011，28（1）：4-6.

[24]Dickinson RJ，Varian SA，Axon AT，et，al.Increased incidence of faecal coliforms with in vitro adhesive and invasive properties in patients with ulcerative colitis[J].gut，1980，21（9）：787-792.

[25]Saebo A，Vik E，Lange OJ，et al.Inflammatory bowel disease associated with Yersinia enterocolitica O：3 infection[J].Eur J Intern Med，2005，16（3）：176-182.

[26]張婷，陳燁，王中秋，等.炎癥性腸病患者腸道菌群結構的變化及其與炎性指標的關系[J].南方醫科大學學報，2013，33（10）：1474-1477.

[27]Mylonaki M，Rayment NB，Rampton DS， et al. Molecular characterization of rectal mucosaassociated bacterial flora in inflammatory bowel disease[J].Inflamm Bowel Dis，2005，11（5）：481-487.

[28]Johansen FE，Kaetzel CS.Regulation of the polymeric immunoglobulin receptor and IgA transport：new advances in environmental factors that stimulate pIgR expression and its role in mucosal immunity[J].Mucosal Immunol，2011，4（6）：598-602.

[29]韓真，陳燕.調節性T細胞在炎癥性腸病中研究新進展[J].遼寧醫學院學報，2011，32（4）：379-381.

[30]Petersson J，Schreiber O，Hanssen GC，et a1.Importance and regulation of the colonic mucus barrier in a mouse model of colitis[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2011，300（2）：G327-333.

[31]Ambort D，Johansson ME，Gustafsson JK，et al.Perspectives on mucus properties and formation lessons from the biochemical world[J].Cold Spring Harb Perspect Med 2012，2（11）：a014159.

[32]Lena Antoni，Sabine Nuding，Jan Wehkamp，et al.Intestinal barrier in inflammatory bowel disease[J].World Journal of Gastroenterology，2014，20（5）：1165-1179.

[33]Akram S，Murray JA，Pardi DS，et al.Adult autoimmune enteropathy：Mayo Clinic Rochester experience[J].Clin Gastroenterol Hepatol，2007，5（11）：1282-1290.

[34]Jǎger S，Stange EF，Wehkamp J.Inflammatory bowel disease：an impaired barrier disease[J].Langenbecks Archive Surgery，2013，398（1）：1-12.

（收稿日期：2014-12-24修回日期：2015-01-31）

（編輯：潘明志）endprint