腸黏膜屏障功能與消化系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)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(chǔ)菌庫(kù)，能夠容納約100萬億個(gè)細(xì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、水和電解質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)，還可以將有害物質(zhì)（細(xì)菌、內(nèi)毒素等有毒物質(zhì)）拒之門外，從而確保機(jī)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(dú)立而是復(fù)雜的相互影響，相互作用，并處于動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，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(jìn)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(jī)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(jìn)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(xì)胞及上皮細(xì)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(xì)胞旁通透性的調(diào)節(jié)主要在TJ水平上進(jìn)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(xì)胞間離子和小分子轉(zhuǎn)運(yùn)的選擇性，在細(xì)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(hù)腸道屏障、合成維生素、增強(qiáng)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(shì)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(xì)菌在腸上皮細(xì)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(jī)會(huì)性致病菌進(jìn)入上皮，如大腸埃希菌的腸上皮細(xì)胞黏附及定植，是實(shí)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(xì)胞表面的黏液層也稱為化學(xué)屏障，避免了腸上皮細(xì)胞與腸道細(xì)菌的直接接觸，同時(shí)允許營(yíng)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(xì)胞產(chǎn)生的MUC-2[8]。對(duì)MUC-2基因敲除小鼠的研究表明，這些小鼠不僅會(huì)患上結(jié)腸炎，而且對(duì)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(xì)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(qiáng)黏液層黏度，并可與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合形成離子通道，進(jìn)而使細(xì)菌內(nèi)容物漏至胞外，最終殺死細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞合成。SIgA與黏液層一起直接與共生細(xì)菌結(jié)合，以防止細(xì)菌破壞腸黏膜屏障，還有助于排出侵入腸黏膜屏障的細(xì)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(xì)胞數(shù)量減少和腸道通透性增加，因此，SIgA的丟失被認(rèn)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）包括克羅恩病（Crohn’s disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC），其發(fā)病機(jī)制是復(fù)雜的、多因素的，已有研究證實(shí)，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(xì)胞因子的基因中有200多個(gè)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）位點(diǎn)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(xiàng)研究表明，與對(duì)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(xì)菌的相對(duì)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(xì)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(duì)照組相比，IBD患者血液中的細(xì)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(gè)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?cè)贗BD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(gè)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(jī)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(jìn)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(jìn)入人體，激活T細(xì)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(shí)，麥醇溶蛋白與腸上皮的CxcR3結(jié)合，促進(jìn)MYD88依賴的zonulin的釋放和腸黏膜屏障功能受損。zonulin與腸上皮細(xì)胞的表皮生長(zhǎng)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(xì)胞骨架的重組和ZO-l/occludin表達(dá)的下調(diào)，從而增加腸道通透性[23]。臨床試驗(yàn)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(dòng)Ⅲ期臨床試驗(yàn)[24-25]，但目前其最佳治療劑量尚不統(tǒng)一，仍需進(jìn)一步探索。綜上所述，降低麥膠蛋白負(fù)荷和針對(duì)T細(xì)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(diǎn)。

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(xì)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(dá)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(dá)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(dá)水平減少。多項(xiàng)研究表明NAFLD存在小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO），并與疾病進(jìn)展密切相關(guān)[30-31]。當(dāng)發(fā)生SIBO時(shí) ，腸道菌群與宿主之間的平衡關(guān)系被打破，將會(huì)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(xì)菌及其代謝產(chǎn)物移位，經(jīng)門靜脈系統(tǒng)運(yùn)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(xì)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(huì)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(gè)體之間腸道菌群種類不同，因此，SIBO對(duì)NAFLD影響的分子機(jī)制尚未完全闡明 ，仍需進(jìn)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(jī)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(jìn)展對(duì)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(jìn)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(diǎn)。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(hào)通路尚未完全闡明，有待進(jìn)一步深入地研究與探討；另一方面，盡管針對(duì)腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)、功能及損傷機(jī)制的研究已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)界一個(gè)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(cè)方法。為此，深究引起腸黏膜屏障功能障礙的分子機(jī)制以及選擇高敏感性和特異性的檢測(cè)方法是今后研究的重點(diǎn)。