急性胃腸損傷狀態下腸黏膜屏障的受損機制

李雯靜 廖呂釗 王希 周建明 潘思旭 徐那菲 江榮林

急性胃腸損傷（AGI）是危重患者因自身疾病導致的急性胃腸功能障礙[1]，主要表現為胃腸道運動功能障礙（如腹脹、腹瀉）與消化道出血等。腸黏膜屏障（以下簡稱腸屏障）是人體的防御屏障之一，由機械屏障、化學屏障、生物屏障及免疫屏障等構成。患者AGI狀態下，腸屏障受到打擊，各種條件致病菌通過腸黏膜受損部位發生易位，侵入血液循環和遠隔器官，誘發全身炎癥反應，造成機體損害，甚至引發多器官功能障礙綜合征（MODS）和死亡。由此可見，胃腸道在人體器官中處于中心地位，對重癥患者而言，保護腸屏障功能意義更是重大[2]。基于此，本文就AGI狀態下腸黏膜屏障的受損機制作一綜述，以期為臨床防治AGI提供參考。

1 機械屏障

機械屏障是一層完整的腸黏膜上皮結構，由腸黏膜上皮細胞、細胞間緊密連接及黏液層等構成，能有效防止腸腔內的有害物質穿過腸黏膜進入血液循環。

1.1 腸黏膜上皮細胞 小腸上皮細胞是機械屏障的主要成員之一，在機體免疫反應中發揮作用[3]。腸道的生理學特點決定其對缺血較敏感[4]。AGI初期時，腸道處于應激性缺血狀態，線粒體內脫氫酶活性降低，鈉-鉀ATP酶功能紊亂導致水、鈉潴留，造成細胞水腫壞死[5]。隨著AGI的進展，細胞內鈣超載、氧自由基大量釋放及白三烯增多3者協同作用，引起細胞內級聯性破壞反應，加劇腸黏膜上皮細胞的凋亡。同時，大量中性粒細胞炎性浸潤，半胱天冬酶（Caspase）-3通路激活，核酸內切酶活性增高[6]，引起腸黏膜通透性增加，各種致病菌大量入血，加重炎癥反應。

1.2 緊密連接蛋白 緊密連接是細胞間連接組成之一，由各種緊密連接蛋白分子與肌動蛋白骨架構成，它既是一種蛋白復合體，也是一種選擇性屏障，呈帶狀分布于細胞-細胞連接復合體頂端，只允許可溶性小分子物質通過并由此調節腸黏膜通透性[7]。Miousse等[8]研究發現，緊密連接蛋白對腸上皮功能的維持有重要意義[9]，其成員之一閉鎖小帶蛋白1（ZO-1）位于緊密連接的細胞膜表面，參與調控頂部連接復合物蛋白[10]；作為細胞骨架的閉合蛋白（CLDNs）是一種絲狀蛋白結構，遍布于細胞質內，輔助形成離子選擇通道[11]。ZO-1與CLDNs共同構成緊密連接的結構基礎，參與物質轉運，維持細胞極性，保護腸上皮結構的完整性[12]。AGI狀態下，某些致病菌與腸上皮細胞表面分子結合，降低ZO-1及CLDNs的表達，造成緊密連接復合體中蛋白質解體，細胞旁通透性增加。肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）是一種鈣調素（CaM）依賴酶，通過介導調節輕鏈磷酸化，影響細胞骨架的收縮活動。經證實，MLCK1和 MLCK2受TNF-α的調控，應激反應發生時，MLCK蛋白表達上調，其過度激活導致腸上皮細胞發生變形變性、錯位排列以及ZO-1和CLDNs的部分重組，造成腸黏膜通透性升高[13]。Edelblum等[14]證實腸屏障的通透性與腸道微生物群相關，雖然緊密連接的損傷在短期內不足以使菌群發生完全易位，但腸黏膜的易感性會大幅增加。由此可知，腸黏膜機械屏障完整性遭到破壞會引發多米諾骨牌效應。

1.3 黏液層 腸道黏液層表面有可黏附細菌的生態位點，使細菌固定于黏液層，在腸道蠕動時被清除，保持腸道內環境健康。AGI發生時，黏蛋白分子內部共價鍵斷裂，空間結構變化，結構域中暴露的糖多肽不僅是腸道共生微生物的結合位點，也是微生物的能量來源。黏液厚度和成分的改變可使條件致病菌直接作用于腸上皮細胞，造成腸腔內細菌易位，引起炎癥反應。

2 化學屏障

胃腸道分泌的各種消化液不僅能抑制細菌在腸道上皮的定植和生長，也可稀釋毒素、沖刷腸腔，使條件致病菌難以黏附于腸上皮表面。而當AGI發生時，胃腸道腺體腫脹造成消化液分泌障礙，各種分泌物無法發揮作用。例如，腸上皮細胞表面含有豐富的生長激素（GH）受體和胰島素樣生長因子1（IGF-1）受體。GH可增強谷氨酰胺的活性，促進細胞對谷氨酰胺的攝取和利用，抑制炎性介質釋放，增加AGI患者抗炎細胞的總數和循環中CD4/CD8的比率，減輕機體應激反應的程度；另有Tian等[15]研究發現，經IGF-1干預，壞死性小腸結腸炎實驗模型組的Toll樣受體（TLR）4 mRNA和IL-6在72h內表達減少，炎性介質的產生被抑制，黏蛋白MUC2和S-IgA的表達增加，腸屏障功能得到保護。而在AGI狀態下，IGF-1受體及GH受體含量急劇下降，無法發揮其正常作用。

3 生物屏障

腸道是人體最大的細菌庫，腸道菌群包括厚壁菌門、放線菌門、擬桿菌門及變形菌門4大類。正常情況下，各種菌群之間比例穩定，與宿主存在共生關系，一方面可與腸黏膜上皮細胞結合，通過多種信號轉導途徑消耗病原微生物的必需營養底物以抑制其生長；另一方面，可刺激TLR使上皮細胞增殖，從而降低其受損程度，影響腸黏膜免疫細胞的發育[16]。許多益生菌產生的短鏈脂肪酸（SCFA）能刺激和誘導調節性T細胞（Treg細胞）產生轉化生長因子β（TGF-β）和IL-10，抑制免疫誘導，減輕腸道炎癥反應，維持腸黏膜的穩態[17]。SCFA被認為是腸上皮細胞的能量來源，幫助修復受損的上皮細胞，同時也對免疫細胞起調節作用[18]。

總的來說，正常菌群可以改善腸道通透性，減少炎癥細胞因子的產生和釋放[19]。經研究證實，應激會改變腸道菌群的組成及結構[20]。AGI狀態下，腸道與細菌之間關系失衡。由于腸黏膜通透性增加，正常菌群定植力下降、大量逸出導致腸道內環境紊亂，免疫系統功能受到抑制[21]。同時，各種條件致病菌快速繁殖，尤其是腸道內革蘭陰性菌釋放大量內毒素，分泌蛋白酶作為毒力因子，誘導腸黏膜上皮細胞凋亡，從而加重AGI損害，甚至誘發MODS。

4 免疫屏障

腸道是人體最大的免疫器官。腸上皮內淋巴細胞（iIEL）作為腸道免疫屏障的重要組成部分和其他免疫細胞進行雙向互動，對啟動局部修復和抑制微生物入侵有重要作用[22]。Li等[23]研究發現 AGI初期時，γδT17 細胞增殖明顯，IL-17A表達上升，通過IL-17R-ACT1途徑調節閉合蛋白亞細胞的定位，促進腸屏障的修復。而隨著AGI的加重，iIEL以及T細胞抗原受體（TCR）γδT細胞數量減少明顯[24]，殺滅病原體的能力也隨之降低，先天淋巴細胞（ILCs）是一類先天性免疫細胞，位于消化系統內壁，在病原體入侵時快速響應，釋放細胞因子傳遞信號以對抗感染[25]。經研究證實，生理狀態下，某些腸道菌群參與ILCs的分化，同時ILCs通過產生不同類型的細胞因子影響腸道菌群的組成，兩者共同維護腸黏膜的穩態[26]，而在AGI狀態下，腸道菌群發生紊亂使得ILCs過度激活并快速消耗。免疫的缺陷為致病菌創造潛在的壁龕；而在腸道菌群紊亂的情況下，監管細胞的完整性同樣遭到破壞[27]。

NF-κB是存在于細胞內的一種重要的核轉錄因子蛋白家族，其活化后與細胞DNA結合，調控炎癥反應[13]。炎癥發生時，NF-κB向細胞核轉移，引起下游炎癥因子TNF-α、IL-1 和 IL-6、巨噬細胞趨化因子 1（MCP-1）的釋放。炎癥因子會破壞緊密連接，IL-1β、IL-6、TNF-α均可通過激活NF-κB信號通路降低 ZO-1、CLDNs等緊密連接蛋白的表達[28]，增大上皮細胞間隙，加劇炎癥反應進展。

除淋巴細胞外，腸道免疫屏障中還有腸黏膜分泌的IgA、IgM、IgE等物質。其中，IgA多以S-IgA的形式存在，S-IgA是體內分泌量最大的免疫球蛋白，主要由腸黏膜固有層中的IgA漿細胞產生，可選擇性地包被致病菌形成抗原抗體復合物，同時刺激腸道黏液的分泌，減少細菌在腸黏膜表面的黏附定植。胃腸道是SIgA的中樞器官。AGI狀態下，腸黏膜營養不良，腺體萎縮，此時，S-IgA的分泌受到影響，機體的免疫屏障功能被削弱。此外，腸相關淋巴組織呈現選擇性抑制狀態，導致S-IgA分泌減少，使細菌通過增大的細胞間隙發生易位，誘發全身炎癥反應。

5 小結

綜上，本文主要闡述了腸道四重屏障的生理功能及AGI狀態下腸屏障發生改變的主要機制。隨著AGI的進程，腸屏障的改變導致致病菌易位，內毒素入血，造成全身炎癥反應加重，從而進一步加重原發病的進展，形成惡性循環，發生MODS甚至死亡。故臨床處理AGI時應最大程度減少腸屏障的損害，維護胃腸的基礎生理功能，以達到延緩疾病進展并改善預后的目的。