腸道屏障功能：腸道健康的關鍵

腸道對豬健康的重要性不可低估。真是腸道它決定了哪些微量元素能夠進入豬體內。如何評估這種屏障功能呢？目前有多種方式：用活豬或在實驗室進行。

腸黏膜作為腸腔惡劣的環境和機體組織精細調節的體內平衡之間的過濾器，它不僅可以調節著營養素和分子的通過，而且還可避免細菌、毒素和日糧抗原向黏膜下的組織或機體循環系統的滲透。有效的腸道屏障包含許多組成要素，例如黏液層及其相關的微生物組、免疫效應子和細胞間緊密連接的完整性。研究表明，腸屏障功能紊亂能夠影響動物的生產性能和健康（圖1）。

1 緊密連接對腸道健康的作用

腸黏膜由柱狀上皮細胞（也稱為上皮）以及下方的固有層和黏膜肌層組成。（有害或有益的）物質通過小腸上皮的運輸途徑有兩種方法，即跨細胞轉運（通過細胞）和細胞旁路（在細胞之間）。腸屏障功能的調節主要依賴于細胞旁路途徑（圖2）。緊密連接會封閉相鄰上皮細胞間的空隙，并選擇性地控制離子和其他小溶質借助細胞旁路進行的被動擴散。

因此，緊密連接在維持腸屏障完整性上起著重要的作用。它們是一類多蛋白復合物，由所謂的“跨膜蛋白”和包括激酶在內的調控分子組成。

腸道屏障不僅對防止細菌、毒素和日糧抗原的滲透具有重要作用，而且對維持驅動活性營養物質吸收（例如葡萄糖的吸收）的上皮離子梯度也極其重要。此外，緊密連接的選擇性滲透可以形成跨上皮離子梯度，進而可促使離子和水的被動的細胞旁路運輸。

2 緊密連接蛋白Claudins和Occludin

最重要的跨膜蛋白是緊密連接蛋白Claudins，它決定著緊密連接通透性的一些特征。迄今為止，研究人員已經在哺乳動物上發現了27種緊密連接蛋白Claudin，但并非所有表達這些蛋白質的基因都存在于所有哺乳動物種類中，并且它們的表達很大程度上具有組織依賴性和區域分布性。緊密連接蛋白Occludin也是一種跨膜蛋白，它能夠與Claudins和肌動蛋白相互作用。除此之外，還有很多外周膜蛋白也在其中發揮著一定的作用。

在這里需要清楚的是，緊密連接對于物質的大小和電荷都是有選擇性的。對于大小：允許有限的蛋白質和脂多糖通過，但整個細菌不能通過；對于電荷：緊密連接能夠選擇性地讓某些物質通過。這些特性可以通過生理或病理刺激進行單獨或聯合調節。

3 案例說明

3.1 斷奶應激

斷奶應激會導致血液和腸黏膜中促腎上腺皮質激素釋放因子的數量增加，這反過來又會引起腸肥大細胞脫顆粒，從而釋放促炎細胞因子和蛋白酶，改變緊密連接蛋白的形成和分布。結果，在斷奶后急性期，腸細胞旁路通透性瞬時提高。一些作者認為這是細菌（如鏈球菌）的一種重要入侵途徑。細胞旁通透性的瞬時增加可能會導致腸腔物質的進一步滲漏，并延長炎癥循環，增加腸道疾病風險。最近的一項研究表明，色甘酸（一種肥大細胞穩定劑）可改善腸屏障功能，進而可以提高斷奶仔豬生產性能。

3.2 水腫病

另一個實例是仔豬的水腫病。水腫病是由一些大腸桿菌菌株分泌的志賀樣毒素II型變體引起的，與斷奶過程相關，但要使大分子的毒素能夠通過上皮，同時需要具備腸屏障功能紊亂作為前提條件。

4 腸屏障功能的測定

到目前為止，通過測定腸道滲透性來評估腸屏障的方法有多種：體內或體外/離體法。本簡要概述一些廣泛用于評估腸屏障的方法以及結果的解釋。

4.1 體內腸屏障測定

腸屏障的體內測定可以通過口服不被消化的探針分子，測定它們從腸腔到血液或尿液的流量來實現。人和動物上使用最廣泛的標記物是小糖，例如蔗糖、甘露醇和乳果糖，或放射性標記的探針。

乳果糖/甘露醇比值的提高表明腸屏障功能的降低。然而，體內方法的測定結果缺乏腸道特定部位屏障功能的詳細信息。此外，多種因素，如代謝、排泄和體內標記物的分布，甚至腎臟功能都可能會干擾測定結果。對于斷奶仔豬來說，研究表明，根據乳果糖回收法的測定結果，斷奶過程會干擾小腸的細胞旁路轉運。

4.2 離體腸屏障測定

在豬上，腸屏障功能在借助所謂的“Ussing chamber（尤斯灌流室）技術”進行的離體研究中得到大量的評估。在尤斯灌流室中，從動物腸道特定區域切下的腸黏膜被安裝在灌流室之間，以模擬體內環境。

在尤斯灌流室系統中，腸道屏障功能的多個參數可以測定，如用于指示腸道完整性的跨上皮電阻（Transepithelial Electrical Resistance，TEER）和用于指示跨上皮離子轉運的短路電流（Short-circuit current，Isc）。此外，各種標記探針加入到該黏膜側，然后通過測量它們在漿膜側的出現情況測定它們的轉運。

TEER是一種廣泛用于指示腸屏障完整性的指標。TEER值加大表示細胞旁通透性降低，而TEER值減少表示細胞旁通透性增加。仔豬和肉雞的許多實驗已發現由環境挑戰（熱應激）、污染物（沙門氏菌）、飼料配方（蛋白源）和飼料添加劑（益生菌、精油、硒）引起了TEER變化。最近，根特大學的一個研究小組發現，與在日糧中添加普通ZnO以使Zn的添加量達到110 mg/kg時相比，當添加高效氧化鋅HiZox并使鋅的添加量達到110或220 mg/kg時，動物腸道的完整性得到改善，表現為TEER值的增加，但與添加普通ZnO使Zn添加量達到2 500 mg/kg后出現的情況類似。

短路電流（Isc）的定義是當組織短路時單位時間內流動的電荷。Isc還可以反映在基本條件下或在受到營養素（葡萄糖，氨基酸）刺激時離子通過上皮組織的凈轉運值。

5 良好的腸道屏障功能=腸道健康

總之，良好的腸道屏障功能對腸道健康至關重要。屏障功能發生紊亂可能會造成腸腔內物質的滲漏，促進炎癥發生，增加腸道疾病暴發的風險。多種體內和離體測定方法已經成熟，可以認為它們在評估腸道屏障完整性時具有互補性。通過口服標記物探針，無須撲殺動物，腸道完整性能夠可以逐步研究。然而，離體方法可以對腸道特定區域的完整性進行測定。此外，建議將這些功能性測定與腸屏障組成要素（例如黏蛋白和緊密連接蛋白）的分析結合在一起，這樣將會加強我們對腸道屏障調節的理解。□□

參考資料如有需要，可以提供。

原題名：The gut’s barrier function： Essential for gut health（英文）

原作者：Wei Wang 和 Joris Michiels（比利時根特大學）