缺血再灌注損傷對腸屏障的作用和影響

樊立輝+傅廷亮+韓新令

[摘要]腸黏膜屏障是腸道中使腸內細菌及內毒素不進入機體的一層重要生物學屏障，為機體自身保護機制重要組成之一。腸黏膜屏障主要由機械屏障、生物屏障和免疫屏障組成，各部分又有不同的分子生物學組成、不同信號通路以及不同的作用，且各屏障間相互協調、相互作用，共同組成一個完整的腸屏障系統，共同保護機體免于受外部病原微生物的侵害。在不同原因的病理性因素影響下常可引起腸道缺血，而腸缺血再灌注損傷后腸屏障受損是此過程中常見的損害之一。缺血再灌注損傷中腸屏障功能的損害機制包括多種因素，其中主要對腸屏障的三個重要組成結構引起損害，本文對缺血再灌注損傷對腸屏障功能的影響的相關研究進行綜述。

[關鍵詞]腸屏障；缺血再灌注損傷；多器官功能障礙綜合征

[中圖分類號] R574 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2017）05（c）-0015-04

[Abstract]The intestinal mucosal barrier is a important biological barrie which protect the body from intestinal bacteria and endotoxin， and it is an important part of the body′s prote-ctive system.It consists of three parts：mechanical barrier and intestinal mucosa barrier of biological barriers and immune barrier，and every barrier has different structure，different molecular regulation mechanism and biological function.At the same time，this three parts unifies in together through their signaling pathways organically and defense foreign antigen material for the body.In clinic，pathological batter in different reasons often cause intestinal ischemia，and intestinal ischemia-reperfusion injury after intestinal barrier damage is the common pathological changes.Intestinal barrier function change has multiple factors in ischemia-reperfusion，ischemia and reperfusion in intestinal will damage the three parts.This paper will write a review about the influence of ischemia-reperfusion injury on function of intestinal barrier.

[Key words]Intestinal barrier；Ischemia-reperfusion injury；Multiple organ dysfunction syndrome

腸道作為人體的重要器官，其對食物的消化、吸收及機體所需能量的保障起著重要作用，同時還有重要的屏障功能[1]。腸屏障是指腸道通過相關保護機制阻止腸道內有害物質侵入血液系統，并通過循環系統進去體內遠處組織器官的結構和功能。據研究表明腸缺血再灌注損傷在全身性的細菌感染、多器官功能障礙、休克等嚴重疾病及其進展過程中起著重要作用[2]。而這些病理過程的初步啟動機制主要是由于腸屏障功能受損，導致腸道內大量細菌及內毒素侵入體內引起的機體應激和各種破壞性損傷，形成惡性循環，危及生命。腸屏障主要由機械屏障、生物屏障和免疫屏障構成：腸道機械屏障主要是由腸黏膜上皮細胞間緊密連接組成的，其在腸屏障組成中占據核心地位[3]；生物屏障主要是由腸道內寄生菌及其相關分泌物組成的動態平衡微環境[4]；免疫屏障主要是由黏膜內相關淋巴結及腸內免疫細胞所分泌的抗體（S-IgA）發揮作用構成的[5]。

腸缺血再灌注損傷（IIRI）為多種疾病共同的病理生理過程，其不僅造成腸黏膜屏障受損，腸道細菌易位、炎性介質及細胞因子的釋放，還會造成遠隔器官的損傷，甚至最終可引起全身炎癥反應綜合征和多器官功能障礙綜合征（MODS），并威脅生命[6]，因此，掌握腸缺血再灌注對腸屏障的作用及其機制，對于在腸缺血再灌注損傷中早期保護腸屏障正常功能有重要作用。

1腸屏障的組成

1.1腸道機械屏障

腸道機械屏障主要是由腸黏膜上皮細胞、腸黏膜表層的黏液層、緊密連接和黏膜下固有層組成[7]。腸絨毛主要由吸收細胞和杯形細胞組成，杯形細胞的分泌物可對腸黏膜起著重要的機械和化學保護作用。由于吸收細胞的緊密排列這一特性，為腸黏膜的機械屏障提供了重要的生物學基礎，這一緊密結構為阻止腸內細菌和內毒素侵入機體提供了重要防護。由此組成的保護結構能抵御腸內病原體或有害物質進一步侵入深部組織，保護腸道上皮對各物質的選擇通透性功能的正常發揮[8]。此外腸道上皮內還有內分泌細胞和帕內特細胞，這兩種細胞對腸黏膜屏障功能起著強化作用。同時作為腸道上皮細胞中一種少數存在的小結相關上皮細胞，其在快速攝入抗原和有害微生物，并將相關信息呈遞給腸黏膜內相關免疫細胞，最終啟動腸道免疫更能。腸黏膜主要由單層柱狀上皮細胞組成，相鄰的單層柱狀上皮細胞之間可以通過緊密連接復合體而連接成一個有機的整體，從而加強了上皮細胞間的緊密程度。其中緊密連接主要由緊密連接蛋白、縫隙連接蛋白以及細胞橋粒[9]組成。緊密連接蛋白可防止腸腔內物質自由穿過細胞間間隙及上皮細胞層進入機體，導致機體的相關炎癥反應。腸黏膜下方的結締組織層和固有層也對腸黏膜屏障起到支持作用，其內的成纖維細胞、漿細胞、巨噬細胞、肥大細胞等共同形成腸道機械屏障[10-11]。

1.2生物屏障

機體腸道內生存著著大量的細菌，腸道組織細胞正常生命活動下常駐菌群相互依賴、相互作用形成一個生物穩態系統，該微生物穩態系統構成腸道生物屏障，即生物屏障。腸道的正常生物活動中，許多的厭氧菌生存與腸黏膜表面，并且這些厭氧菌群可以產生短鏈脂肪酸， 并激活相關信號通路啟動腸道免疫系統來抵御致病因子的侵害，使得腸道內激活的免疫系統與腸內治病因子形成動態平衡，保持腸道的正常吸收、消化和分泌功能[12]。但是當腸缺血再灌注損傷時，因為腸道內部分致病菌大量繁殖或凋亡，并且在腸道細菌產生的大量致病因子侵襲作用下，腸道內微生物系統的動態平衡被破壞，導致腸道細菌和內毒素進入機體，如果在此進展過程中得不到有效的干預，將會進一步引起全身炎癥應激，導致全身多器官受損[13]。

1.3免疫屏障

腸道為體內接觸外源性抗原最多的器官之一，是人體最大的“儲菌庫”和“內毒素庫”。腸腔對食物、藥物的選擇性攝入，而對腸腔內細菌和內毒素的有效阻止不僅由于腸黏膜機械屏障，還有賴于腸道的免疫屏障（即腸道內相關淋巴樣組織）[14]。據研究表明，腸道是機體內最大的免疫器官，腸免疫屏障主要是由誘導部位的免疫細胞接觸、分析抗原，并將抗原信息進一步呈遞給產生具體效應的免疫細胞，并對侵入機體的有害抗原產生殺滅作用，構成腸道的免疫系統 [15]，其中各免疫細胞產生的IgA介導的體液免疫可對腸黏膜屏障起到保護作用。當細菌穿透腸黏膜上皮細胞時，sIgA會與細菌的特異性抗原相結合，形成抗原抗體復合體并刺激腸道細胞使得黏液分泌量增加，最終起到加強腸屏障的功能[16]。

2缺血再灌注對腸屏障的影響

2.1缺血再灌注對機械屏障的損害

當腸道因各種病理因素而導致缺血時，腸黏膜上皮細胞內線粒體的功能遭到破壞，引起細胞內氧化磷酸化反應受到嚴重影響，細胞的有氧代謝發生障礙，引起ATP產生大量減少，導致上皮細胞膜上能量依賴性鈉-鉀泵功能紊亂，導致細胞內水、鈉潴留，從而造成細胞水腫甚至壞死。同時因腸缺血再灌注時，內質網應激[17]，導致內質網鈣離子耗竭，同時能量依賴性鈣泵功能受損，使得鈣離子的轉運受到嚴重影響，導致細胞質內鈣離子超載。因鈣離子大量進入線粒體，使得線粒體細胞色素氧化酶功能失調和錳-超氧化物岐化酶（SOD）活性下降，促進了細胞內ROS的產生[18]。細胞內ROS的明顯增高又對細胞內各未關結構產生嚴重破壞作用，最終引起細胞的凋亡增加。細胞內氧自由基的過渡生成與鈣超載兩者相互促進，引起細胞內級聯性破壞反應，最終將導致腸黏膜上皮細胞的凋亡增加，引起腸黏膜通透性的增加，使得腸腔內細菌及內毒素大量進入體內[19]。

當組織器官的血流得以恢復時，腸黏膜缺血再通時會加重組織細胞的損傷。現在認為腸缺血再灌注損傷主要有3種機制：①缺血再灌注時引起血管內皮細胞間黏附分子表達上調，中性粒細胞將會于局部異常聚集并被激活，在炎癥因子的趨勢下找到并吞噬細菌[20]。活化后的中性粒細胞在吞噬有害抗原時需要大量的氧，并在此過程中激活細胞膜上的NADPH氧化酶和NADH氧化酶，并生成大量的NADP、NAD和活性氧自由基，活性氧自由基通過自發性歧化作用生成過氧化氫，而H2O2在體內經過還原反應最終產生OH-。炎性介質可以和這些被釋放的活性氧自由基相互作用，導致蛋白質和核酸的損傷，使得腸黏膜上皮細胞無法修復，從而導致細胞功能障礙甚至死亡，破壞腸屏障正常結構和功能，甚至破壞全身免疫防御功能[21]。②缺血再灌注還會激活誘導型一氧化氮合酶，引起一氧化氮生成增多，細胞內支架被高濃度的一氧化氮所破壞，導致細胞死亡及細胞間緊密連接破壞。③腸道再灌注后，大量活性氧代謝產物（ROS）聚集在原缺血組織器官處。細胞內的蛋白質、核酸、脂質等被ROS損害，由于細胞內執行生命活動的大分子物質被破壞，導致細胞的正常生命活動受嚴重影響，可最終引起細胞死亡[22]。

2.2缺血再灌注對生物屏障的損害

大量細菌生存于腸腔內，如空腸中革蘭陽性需氧菌、回腸中的革蘭陰性厭氧菌，腸道內微生物在腸道中起雙重作用：①作為外來抗原對集體存在潛在的威脅：②細菌在其代謝中為腸道上皮黏膜細胞提供一些營養成分，同時致病菌的黏附、定植、生長、繁殖被他們有效的抑制[23]。當腸道受到缺血損傷時，腸腔內寄居的正常菌群減少，不能有效抑制有害菌群的生長和繁殖，導致有害細菌數量大量增加，破壞了腸腔內微生物的動態平衡狀態。有相關研究表明腸道受損后，有較強致病性的細菌將會取代原腸黏膜上寄居的正常菌群，其大量繁殖生長并侵入機體引起細菌移位，激活體內應激反應，最終引起機體的炎癥反應，更有甚者最終導致敗血癥的發生[24]。

腸缺血再灌注時導致炎癥因子大量釋放，最終導致細胞的凋亡增加，破壞腸屏障功能。據大量研究表明，由巨噬細胞分泌的炎癥因子-TNF在缺血再灌注發生時，其在胞內大量增加，其作為炎癥因子TNF其中一種，其對腸黏膜上皮細胞的破壞起著重要作用，其可以通過活化大量中性粒細胞，并釋放大量的彈性蛋白酶和ROS，這些過量的彈性蛋白酶與ROS將會對腸上皮細胞產生嚴重的破壞作用。由于TNF-2同時能夠引起NO的大量生成，一氧化氮能夠導致血壓降低，引起血流速度減慢，導致機體微循環淤血，加重腸道組織細胞的損傷。腸缺血再灌注時引起PAF的大量生成，PAF可引起血液內血小板的大量異常聚集，促進微循環內血液凝集，同時還可導致中性粒細胞脫顆粒及呼吸爆發，最終引起微循環內血液瘀滯，加重腸黏膜上皮細胞損傷[25]。在缺血再灌注時，活化后的補體產物誘導中性粒細胞與巨噬細胞釋放大量的有害因子，這些細胞因子可以與炎癥反應相協同，共同破壞腸上皮細胞。

2.3缺血再灌注對免疫屏障的損害

腸缺血再灌注時對腸道免疫屏障也引起破壞作用，主要包括以下機制：①腸道組織在缺血再灌注時，腸道機械屏障相關細胞凋亡增加，腸屏障固有層內漿細胞數量大量減少，破壞機械屏障的完整性。由于免疫細胞B淋巴細胞的減少，其生成的免疫球蛋白大量減少，使得細胞不能有效阻止細菌和毒素侵入機體。同時炎性浸潤細胞和腸上皮細胞內的對應核轉錄因子也被激活，致炎細胞因子和其他生物因子受激活的核轉錄因子調控，受刺激后轉錄與分泌增加，導致對細胞免疫的抑制，使免疫屏障功能紊亂。②正常情況下，腸道內寄居的腸道保持著一個動態平衡狀態。這一細菌微生物生態系統同時對腸道免疫系統正常發揮功能起著重要的的維持和促進作用[26]。其中腸道內益生菌群在相互作用中能夠增強sIgA、sIgM 抗體的活性，加強免疫系統的防護作用。同時隨著腸道微生物系統的平衡被打破，生物屏障功能紊亂，腸道內大量細菌侵入機體引起細菌易位，導致全身應激反應，損傷機體多個器官組織[27]。

3結語

近年來，在臨床中因腸缺血再灌注損傷引起的腸屏障功能障礙引起的疾病越來越受到重視，對于腸屏障的保護和維持不僅能使患者本身的腸道疾病得到較快的恢復，也可以為其他原發病提供一個良好的恢復基礎，可以使患者早日康復，減少患者住院時間和醫療花費。隨著對腸屏障功能及腸道缺血再灌注損傷的研究，如黃芩苷、谷氨酰胺、色甘酸等都可以減輕腸缺血再灌注損傷，以維持腸屏障功能。隨著人們對健康質量的要求越來越高，在臨床中因腸缺血再灌注損傷引起的腸屏障功能障礙引起的疾病也將越來越受到重視。

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（收稿日期：2017-04-05 本文編輯：許俊琴）