慢性便秘的腸黏膜屏障功能研究進展

王君珂，姚樹坤

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院，北京100730； 2.中日友好醫院消化內科，北京100029)

便秘的主要臨床表現為排便次數減少、糞便干硬、排便費力、排便時肛門直腸梗阻或堵塞感、排便不盡感以及需要手法輔助排便等。病程超過6個月即為慢性便秘，除外繼發性因素，大致可以分為功能性便秘和便秘型腸易激綜合征(constipation-dominant irritable bowel syndrome，IBS-C)。世界范圍流行病學調查顯示，慢性便秘的平均患病率為16%[1]，我國成人慢性便秘的患病率為4.0%～10.0%[2]。腸道動力障礙、內臟感覺改變、腦-腸軸、腸道菌群以及胃腸激素等因素均參與了便秘的發病，但確切機制尚不明確，臨床治療效果存在差異，在不同程度上影響患者的生活質量，造成巨大的經濟和社會負擔[3-6]。因此，深入探索便秘發病機制、尋找其治療新靶點仍是目前的研究熱點。正常狀態下，腸黏膜屏障處于動態平衡，具有復雜的結構特征，是機體抵御致病因子入侵的第一道防線；腸黏膜屏障的動態平衡一旦破壞，黏膜通透性增加，有害物質通過受損屏障，引發多種疾病[7-8]。近年研究發現，慢性便秘患者存在腸黏膜屏障結構和功能改變，故其在便秘發病中的作用受到廣泛關注[9-10]。現就慢性便秘腸黏膜屏障功能的研究進展予以綜述。

1 腸黏膜屏障概述

腸黏膜屏障基于腸黏膜的特殊解剖結構形成，可消化吸收營養物質、轉運及分泌水和電解質，并對腸腔內病原體、抗原和促炎因子等潛在有害物質具有防御作用。因此，腸黏膜結構的完整性在維持機體內環境穩態和正常生命活動中起到關鍵作用。

1.1腸黏膜屏障的結構組成 腸黏膜屏障主要由上皮前、上皮以及上皮后三種成分組成。上皮前成分包括微生物屏障和黏液屏障。微生物屏障即腸腔內的微生物，它們通過與宿主或是菌群之間的相互作用，產生一系列活性代謝產物，如短鏈脂肪酸、膽汁酸等，發揮抑制病原菌黏附與入侵、調節黏膜免疫、為腸黏膜上皮細胞提供能量等作用[11-12]。黏液屏障指腸腔表面覆蓋的一層凝膠狀物質，主要成分為黏液蛋白(杯狀細胞分泌)、分泌型免疫球蛋白A、電解質及水等，可作為抵御腔內病原體以及具有潛在危害性共生菌的第一屏障[13-14]。生理條件下，由于腸腔內容物的移動，黏液分泌量與清除量處于平衡狀態，保證了黏液層厚度穩定。

上皮成分包括腸黏膜細胞以及細胞之間的連接結構，也稱為機械屏障。相鄰細胞間的連接結構包括緊密連接、黏附連接及橋粒，三者自上而下依次排列，其中緊密連接最重要[15]。緊密連接主要由跨膜蛋白以及結構連接蛋白組成，前者包括閉合蛋白(Claudins)和閉鎖蛋白(Occludins)，后者為帶狀閉合蛋白(zona occludens，ZO)。Claudins與Occludins通過位于細胞質的ZO錨定在肌動蛋白細胞骨架上，構成穩定的連接系統[16]。上述連接復合物的完整性是上皮屏障調節腸屏障功能及通透性的關鍵，①作為物理屏障，可阻止腸腔內細菌、毒素等有害物質經細胞旁間隙滲漏至黏膜下組織；②作為選擇性過濾器，允許營養物質及水分子通過；③分泌黏液以及免疫球蛋白等物質。上皮后成分主要指免疫屏障，包括位于黏膜固有層中的免疫細胞及其周圍的神經肌肉組織等。先天性和適應性免疫細胞受到有害刺激后，通過釋放前列腺素、組胺及細胞因子等炎癥介質發揮防御功能[15]。位于上皮細胞附近的腸膠質細胞是腸神經系統的細胞組分，與黏膜下神經叢及肌間神經叢存在聯系，起到協調腸道信號傳導的作用[17]。由此可見，腸黏膜屏障是一個復雜的動態系統，各組分之間緊密聯系，共同調節腸道的吸收、分泌以及運動，同時分隔腸腔內物質，抵抗致病性抗原侵入。

1.2腸黏膜屏障的功能檢測 腸黏膜屏障的結構異常引起屏障功能的改變。腸道通透性指無載體系統輔助下，中等大小的親水性分子順濃度梯度方向的非介導性的跨腸上皮運動。因此，通常利用腸黏膜通透性的變化來間接反映腸黏膜屏障功能，通透性增加，表明腸黏膜屏障功能紊亂。腸黏膜通透性的檢測方法與技術不斷發展，主要依據通透性標志物能夠經細胞旁或跨細胞途徑穿過腸黏膜上皮[7]。體內腸道通透性的測量主要通過測定被腸道吸收或代謝不良的分子(乳果糖、甘露醇、鼠李糖、三氯蔗糖、51CrEDTA以及聚乙二醇等)的尿液排泄量來實現。乳果糖-甘露醇比率(lactulose-mannitol ratio，LMR)是既往常用的檢測方法，但由于尿液收集時間與飲食的差異、基線糖含量不同以及腸道微生物的干擾，LMR檢測費時且結果不可靠[18]。

體外測量方法包括腸黏膜活檢組織的灌流室研究(Ussing chamber)以及緊密連接蛋白表達水平的檢測，具有一定的侵入性。因此，由于操作簡便安全，血清學標志物的檢測得到廣泛應用，如外周血D-乳酸(由腸道菌群產生)、二胺氧化酶(diamine oxidase，DAO)(分布于哺乳動物小腸黏膜絨毛中)以及內毒素(革蘭陰性菌產生，主要成分為脂多糖)水平升高可以反映腸黏膜通透性增加，腸黏膜屏障破壞[7]。研究發現，血清Zonulin(緊密連接蛋白內源性調節物)可以作為一種簡單的血清學標志物反映腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)腸道通透性的改變[19]。此外，組織蛋白酶是一類廣泛存在于溶酶體內的胞內蛋白酶，參與蛋白質水解，在維持宿主生理穩態以及防御機制中發揮重要作用。根據不同作用機制，蛋白酶可分為半胱氨酸蛋白酶、絲氨酸蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶等。研究表明，結腸炎小鼠體內半胱氨酸蛋白酶導致腸黏膜屏障破壞、腸黏膜通透性增加，使炎癥持續存在[20]；另有研究發現，IBS患者糞便絲氨酸蛋白酶水平增加，隨后經IBS患者糞便上清液灌胃后，實驗小鼠的腸道通透性增加[21]。因此，測定糞便組織蛋白酶水平可能在一定程度上反映腸道屏障功能的變化，但仍需進一步研究的確定。

綜上所述，目前檢測腸黏膜屏障的方法多種多樣，主要涉及結構或功能、體內或體外、有創或無創等技術，實際應用中可根據研究對象、研究設計或實驗條件等選擇合適的檢測手段。然而，每種方法各具優缺點，目前國內外尚無統一的腸黏膜屏障功能檢測標準，且檢測方法不同，結論可能存在差異，因此分析結果時應考慮檢測技術的影響。

2 慢性便秘腸黏膜屏障結構與功能的變化

正常情況下，腸黏膜屏障能夠隔離腸腔內物質，防止致病性抗原侵入黏膜下組織。但大量研究表明，在某些疾病狀態下，腸黏膜屏障結構破壞、功能受損[22-27]可能參與了疾病的發生發展。深入探究其潛在的致病機制，將為有效治療方案的選擇提供有力的理論依據。現重點介紹慢性便秘患者腸黏膜屏障的改變。

2.1腸黏膜屏障結構的改變

2.1.1微生物屏障 腸道菌群是定植于人體遠端腸道的復雜微生物群落，其穩態能夠抵抗病原體的過度生長，參與宿主的免疫反應、細胞增殖及能量合成，激活腸道內分泌功能和神經信號傳導，對維持機體生命活動和健康具有重大意義。目前研究表明，慢性便秘患者存在腸道菌群失調，主要表現為有益菌群(乳酸桿菌、雙歧桿菌等)相對減少，潛在致病菌相對增加，物種豐富度及多樣性降低[10,28]。便秘患者通常存在腸道動力異常，導致有害菌群長時間滯留于腸腔，直接或間接(產生活性分子)破壞腸黏膜屏障[29]：過量致病菌產生大量內毒素和外毒素直接侵襲腸黏膜，導致黏膜通透性增加，并可能通過蛋白酶促進緊密連接降解，進而破壞腸機械屏障[15]；Akkermansia屬于革蘭陰性厭氧菌，可產生大量的黏液降解酶，并可降解黏液蛋白，導致腸道黏液層受損[30]；致病性大腸桿菌可抑制腸上皮細胞間ZO的表達，破壞腸黏膜上皮屏障[31]；菌群失調使短鏈脂肪酸合成減少，導致腸黏膜細胞能量供應不足(主要為丁酸)、杯狀細胞減少、黏液分泌減少，從而破壞腸黏液屏障[32-33]。研究發現，膽汁酸能夠調節緊密連接蛋白的表達[34]，而慢性便秘患者膽汁酸代謝異常，故推測膽汁酸代謝改變可影響腸機械屏障。此外，腸菌失調可以激活黏膜免疫反應，促進炎癥細胞因子釋放，加重腸黏膜屏障的破壞；同時通過腦-腸軸之間的聯系，影響神經遞質(5-羥色胺等)或胃腸激素(胰高血糖素樣肽-1、肽YY、膽囊收縮素等)的合成、分泌與釋放，進而導致腸道動力、感覺及分泌的改變[35-37]。

2.1.2機械屏障 機械屏障在腸黏膜屏障功能維持中起到最重要的作用，其中以緊密連接蛋白的研究最為多見。結腸活檢的病理學研究顯示，與健康對照者相比，IBS-C患者Claudin-1及Occludin分布異常，提示腸黏膜上皮屏障改變[26]。Annaházi等[38]發現，IBS-C中半胱氨酸蛋白酶可通過降解Occludin引起緊密連接結構改變；半胱氨酸蛋白酶抑制劑可改善緊密連接的破壞，緩解便秘癥狀。然而，利用示蹤電鏡直接觀察腸黏膜屏障-緊密連接顯示，與正常對照人群相比，IBS-C患者回腸末端及升結腸緊密連接結構正常[39]；也有研究發現，IBS-C患者的Claudin、Occludin以及ZO信使RNA表達無變化[18]。

2.1.3免疫屏障 目前對慢性便秘腸黏膜免疫系統的研究有限。一項研究顯示，功能性便秘組CD3+、CD4+、CD8+、CD25+T細胞數量增加，伴有淋巴細胞增殖，且腸道通透性增加，表明便秘患者存在免疫系統的激活，腸黏膜存在低度炎癥反應[40]。已有研究表明，IBS-C患者腸黏膜免疫細胞增多，如肥大細胞及淋巴細胞等[41]。激活的免疫細胞釋放許多炎癥細胞因子和神經遞質，進而破壞腸黏膜屏障，引發腸道感覺和動力的異常，如γ干擾素能夠通過降低ZO-1水平、改變緊密連接蛋白分布增加腸道通透性[42]；腫瘤壞死因子-α是一種單核細胞衍生的細胞毒素，通過激活肌球蛋白輕鏈激酶使腸上皮內淋巴細胞中的肌球蛋白輕鏈磷酸化，進而調節細胞骨架收縮，進而使細胞間的緊密連接蛋白重組與Occludin內化，導致細胞旁間隙擴大，腸道通透性增加[43]；白細胞介素-4通過降低結腸上皮細胞跨膜電阻破壞腸黏膜屏障[44]；除上述炎癥因子的作用外，5-羥色胺等神經遞質與相應靶細胞受體的結合也會影響腸道感覺與動力[45]。

由此可見，微生物屏障(腸道菌群)與免疫屏障(黏膜免疫細胞)的研究結果較為一致，與健康對照相比，兩者均發生顯著改變，并導致腸屏障結構破壞。然而，有關便秘患者腸黏膜機械屏障的研究結論存在差異，推測其原因可能與研究對象、研究設計以及研究指標的檢測手段不同有關，還可能是機體代償的結果。目前有關慢性便秘腸黏膜屏障的研究大多集中于IBS-C，但由于樣本量有限，結論并不一致；而有關功能性便秘的研究更少見。因此，需要進行大樣本研究，以進一步證實相關結論。

2.2腸黏膜屏障功能的改變 既然便秘患者存在腸黏膜屏障的結構改變，因此屏障功能的檢測十分必要。腸黏膜通透性的檢測是反映腸屏障功能的有效手段。一項對慢傳輸型便秘患者的研究顯示，與單個結腸息肉組相比，慢傳輸型便秘組血清D-乳酸、DAO以及內毒素水平升高；且血清D-乳酸與DAO水平均隨病程和結腸傳輸時間延長而升高，表明慢傳輸型便秘患者腸黏膜通透性增加[9]。另一項有關不同亞型IBS患者的研究發現，腹瀉型IBS組血清D-乳酸與DAO水平明顯高于IBS-C組、混合型IBS組、健康對照組，而IBS-C組與健康對照組血清D-乳酸和DAO水平比較差異無統計學意義[46]；Peters等[18]亦發現，IBS-C組與健康對照組血清內毒素水平比較差異無統計學意義。血清Zonulin可反映腸黏膜緊密連接蛋白功能，最近一項研究表明，IBS-C患者血清Zonulin水平顯著高于健康對照組，提示腸黏膜滲透性增加[19]。此外，謝尚奎等[9]報道，慢傳輸型便秘患者尿液LMR顯著高于單個結腸息肉患者，而Peters等[18]利用改良LMR檢測方法進行研究，結果表明，IBS-C組與健康對照組的尿液LMR比較差異無統計學意義。

綜上所述，便秘患者可能存在腸黏膜通透性增加、腸黏膜屏障功能紊亂，且腸黏膜屏障結構發生改變。但目前反映便秘患者腸黏膜通透性的研究結論尚存在差異，其研究結論仍需高質量研究的進一步明確。

3 腸黏膜屏障功能的改變在慢性便秘發病機制中的作用

慢性便秘是多因素綜合作用的結果，包括遺傳、飲食與生活方式、精神心理、腸道動力紊亂、盆底肌肉功能不協調、內臟感覺異常、腦-腸軸、腸道菌群改變、免疫炎癥以及胃腸激素等[47]。便秘患者腸黏膜屏障功能的受損程度不同，其在便秘發病中發揮了一定作用，患者腸道菌群紊亂(微生物屏障破壞)，致病菌可通過改變緊密連接蛋白分布、促進緊密連接蛋白內化及降解等途徑直接或間接地破壞腸黏膜機械屏障，使腸腔內致病性抗原物質(細菌、毒素等)滲漏至周圍組織，激活黏膜固有層中的免疫細胞(免疫屏障)，包括淋巴細胞、肥大細胞等，釋放γ干擾素、腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-2、白細胞介素-4以及白細胞介素-6等一系列炎癥細胞因子，使腸黏膜處于低度炎癥狀態，進而導致緊密連接蛋白的進一步損傷，持續加重腸屏障破壞；此外，腸黏膜屏障各組分的破壞可能通過影響腸道神經遞質與肽類激素的釋放、激活腸道感受器和周圍神經元而引起腸道動力、感覺和分泌功能異常。

相關文獻指出，功能性便秘與IBS-C是同一種疾病不同發展狀態的表現[48]，但腹痛仍是鑒別兩者的關鍵癥狀[49]。因此，進一步比較功能性便秘與IBS-C腸黏膜屏障的結構與功能，明確其細微差別，可能有助于解釋兩者臨床表現和發病機制的差異。此外，腸黏膜屏障功能的改變與慢性便秘的關系尚未完全闡明，需要更多研究的探索。

4 小 結

腸黏膜屏障是復雜的防御系統，各組分緊密聯系、相互影響、共同作用，處于動態平衡。慢性便秘時，腸黏膜屏障結構的改變、破壞，腸黏膜通透性增加，屏障功能持續受損，致病性抗原物質侵入黏膜下層引起腸道動力感覺改變。然而，目前尚無統一的腸黏膜屏障檢測標準，對腸黏膜屏障改變在慢性便秘發病中具體分子機制的研究較少。未來對便秘患者腸黏膜屏障改變與臨床表型之間的深入研究，將有助于進一步認識慢性便秘的發病機制并尋找治療新靶點，以指導并完善臨床診治策略。