腸黏膜屏障及其與多種疾病相關(guān)性的研究進(jìn)展

腸黏膜屏障包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障。消化和非消化系統(tǒng)疾病可引起腸道缺血缺氧、微生態(tài)失衡、炎癥和應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)破壞、功能缺損，誘發(fā)并發(fā)癥，形成惡性循環(huán)。嚴(yán)重時(shí)腸黏膜缺損可能導(dǎo)致全身性炎癥反應(yīng)綜合征，甚至多器官功能障礙綜合征[1]。現(xiàn)對(duì)腸黏膜屏障與疾病發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性進(jìn)行綜述。

1 腸黏膜屏障的構(gòu)成

1.1 機(jī)械屏障腸機(jī)械屏障由黏膜表面的上皮細(xì)胞與細(xì)胞間連接共同構(gòu)成，緊密連接、黏附連接、橋粒連接和間隙連接依次排列在腸上皮細(xì)胞頂部到基膜的位置。緊密連接是選擇滲透性屏障，通常代表細(xì)胞旁運(yùn)輸?shù)南匏俨襟E。目前還發(fā)現(xiàn)一些緊密連接蛋白在病毒感染中的作用，如Claudin1 是丙肝病毒（HCV）侵入必不可少的宿主因子，聯(lián)合跨膜蛋白CD81 有助于登革熱病毒入侵[2]。黏附連接和橋粒連接提供必要的黏附和機(jī)械性能，縫隙連接除了具有細(xì)胞通訊功能外，還是內(nèi)分泌細(xì)胞如胰腺β細(xì)胞和腎細(xì)胞分泌的主要驅(qū)動(dòng)力[3]。

1.2 化學(xué)屏障腸黏液層主要由杯狀細(xì)胞分泌，是抵抗微生物群的第一道防線。杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白的活性與固有免疫信號(hào)相關(guān)。細(xì)菌短鏈脂肪酸（SCFA）和代謝產(chǎn)物能夠誘導(dǎo)無(wú)菌小鼠產(chǎn)生黏液。在已知的17 種人類黏蛋白和16 種小鼠黏蛋白中，黏蛋白-2（MUC2）是腸黏液層的主要成分。缺乏MUC2 基因的小鼠腸腔細(xì)菌與上皮緊密接觸誘發(fā)炎癥和結(jié)腸癌。此外，黏液中還含有腸三葉因子和抗菌肽等成分。腸三葉因子負(fù)責(zé)維持腸黏膜完整性并促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖和遷移，抗菌肽作為廣譜抗菌性的宿主防御多肽，是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分[4]。腸上皮細(xì)胞和胞外黏液層形成復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，有助于雙向作用和免疫學(xué)交互對(duì)話。

1.3 生物屏障腸道正常寄生的菌群通過(guò)生物拮抗作用和免疫系統(tǒng)構(gòu)成宿主的生物防線，消化不能被機(jī)體分解的膳食纖維。菌群發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸能夠影響腸道上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的儲(chǔ)存。此外，細(xì)菌定植還影響?zhàn)ひ寒a(chǎn)生并塑造黏液屏障。已知的腸道細(xì)菌多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）通過(guò)增加杯狀細(xì)胞分化和誘導(dǎo)黏蛋白糖基化的基因表達(dá)促進(jìn)黏液產(chǎn)生[4]。近年來(lái)，已認(rèn)識(shí)到飲食等因素導(dǎo)致的腸道微生態(tài)紊亂在消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用[5]。

1.4 免疫屏障腸道免疫系統(tǒng)需要平衡免疫系統(tǒng)和微生物之間的相互作用保護(hù)腸黏膜。腸相關(guān)淋巴組織通過(guò)識(shí)別抗原激活機(jī)體免疫應(yīng)答，分泌性免疫球蛋白A 黏附在腸黏膜表面抵御病原菌定植，特化的腸上皮細(xì)胞如杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞分泌的抑菌物質(zhì)也構(gòu)成腸道固有免疫屏障。最新研究發(fā)現(xiàn)，固有淋巴樣細(xì)胞（innate lymphoid cells，ILCs）可聯(lián)系腸道微生物與T 細(xì)胞免疫，而ILCs 功能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)則是單核吞噬細(xì)胞對(duì)腸道菌群來(lái)源信號(hào)的全面整合[6]。

2 腸黏膜屏障與疾病

2.1 肺部疾病腸和肺在胚胎發(fā)育中涉及共同的黏膜免疫系統(tǒng)，且腸道微生態(tài)紊亂發(fā)生在多種肺部疾病進(jìn)程中，提示肺黏膜可能與腸黏膜存在交互對(duì)話[7，8]。此外，肺部常見(jiàn)疾病多伴隨胃腸功能障礙，嚴(yán)重影響預(yù)后。

Andonegui 等[9]通過(guò)檢測(cè)Cr-EDTA 的血液-腔腸清除率評(píng)估腸上皮屏障的完整性，發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌在誘導(dǎo)肺炎的同時(shí)也增加了腸上皮屏障通透性。在慢性阻塞性肺病（COPD）大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，血漿二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）及腸組織中炎癥因子水平顯著升高，腸道部位組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，腸黏膜屏障功能缺失[10]。此外，COPD 患者病情嚴(yán)重程度與腸黏膜屏障功能存在相關(guān)性[11]。大多數(shù)肺炎患者也存在腸黏膜屏障功能的變化，且隨著病情的加重腸黏膜損傷程度加大。有學(xué)者甚至認(rèn)為，反映腸黏膜屏障功能的內(nèi)毒素和DAO 有望成為評(píng)估肺炎病情嚴(yán)重程度的指標(biāo)[12]。此外，哮喘發(fā)作患者腸道微生態(tài)紊亂，雙歧桿菌數(shù)目減少，腸道相關(guān)淋巴組織分泌sIgA 減少，由腸道菌群和腸黏膜免疫成分構(gòu)成的腸黏膜生物屏障受損[13]。哮喘患兒外周血中的炎性因子水平越高，腸道菌群紊亂和胃腸道不適的可能性越大[14]。盡管肺部疾病與腸黏膜屏障功能損傷密不可分，但腸道菌群失調(diào)作為單因素是否能夠引發(fā)肺部疾病仍然未知。

2.2 肝臟疾病細(xì)菌易位（bacterial translocation，BT）增加是慢性肝病的標(biāo)志，由腸屏障損傷造成的BT及繼發(fā)的腸道內(nèi)毒素血癥（ITEM）引起系列炎癥反應(yīng)，可導(dǎo)致肝炎、肝纖維化及惡性并發(fā)癥。反之，肝臟疾病也會(huì)引起腸黏膜屏障損傷和細(xì)菌易位，導(dǎo)致菌血癥和內(nèi)毒素血癥，進(jìn)一步加重肝損傷[15，16]。

重癥肝炎肝硬化小鼠腸道黏膜上皮組織及超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，腸道細(xì)菌易位，血漿內(nèi)毒素水平升高[17]。臨床調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與其他疾病患者相比，慢性肝病患者腸黏膜屏障功能發(fā)生損傷的可能性更大[18]。重癥肝炎患者腸黏膜免疫球蛋白減少導(dǎo)致腸道免疫防御功能減弱，大腸上皮細(xì)胞間緊密連接受損，機(jī)械屏障功能異常，引發(fā)一系列腹部疾病[19]。另外，在非酒精性單純性脂肪肝進(jìn)展至非酒精性脂肪性肝炎過(guò)程中，腸道微生物群的組成和功能發(fā)生改變，能量吸收、儲(chǔ)存及物質(zhì)代謝受到影響[20]，而酒精性肝病發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)和重要原因是酒精對(duì)腸黏膜的黏液屏障、生物屏障和機(jī)械屏障的直接破壞和腸道通透性增加引起的細(xì)菌易位[21]。在肝硬化導(dǎo)致門靜脈高壓時(shí)，腸道有益菌和致病菌數(shù)目與比例發(fā)生改變[22]。腸道革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素激活肝星狀細(xì)胞，促進(jìn)肝細(xì)胞上的Toll 樣受體4（TLR4）表達(dá)，導(dǎo)致肝臟中產(chǎn)生過(guò)多的細(xì)胞外基質(zhì)，促發(fā)肝炎、肝纖維化及肝細(xì)胞的過(guò)度增殖，而腸道滅菌可抑制肝細(xì)胞癌，提示腸道菌群和TLR4 或?yàn)樽柚雇砥诟尾∞D(zhuǎn)化成肝細(xì)胞癌的治療靶點(diǎn)[23]。

2.3 胃腸道疾病腸道通透性的增加在諸如炎癥性腸病（IBD）和功能性腸病（如腸易激綜合征，IBS）等疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，且不排除作為致病因素引發(fā)某些腸道疾病，另外小腸屏障的破壞也是腹腔疾病發(fā)展的一個(gè)因素。

腸黏膜四種屏障損傷在IBD 中均有表現(xiàn)，IBD患者腸組織中緊密連接結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，腸上皮凋亡率增加2～3 倍，鏡檢顯示杯狀細(xì)胞減少和黏液厚度降低[24]，腸黏膜局部的sIgA 水平下調(diào)，均與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[25]。遺傳學(xué)研究也支持腸黏膜屏障功能參與IBD 發(fā)病，在全基因組關(guān)聯(lián)研究鑒定出的230 多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等位基因中有許多涉及宿主-微生物組相互作用的基因，宿主遺傳和微生物群遺傳相互依存似乎可以解釋個(gè)體對(duì)IBD 易感的本質(zhì)[26]。以生物屏障為靶標(biāo)的益生菌治療急性期結(jié)腸炎可通過(guò)恢復(fù)腸道菌群失衡發(fā)揮效應(yīng)[27]，2019年相關(guān)研究總結(jié)IBD 治療的細(xì)胞和分子靶標(biāo)及機(jī)制也是著眼于腸黏膜屏障功能，如口服防御素恢復(fù)IBD有關(guān)的抗菌肽（AMPs）分泌紊亂，利用特異性修飾使抗菌肽在不同位置的黏液中富集，保護(hù)上皮免于細(xì)菌的接觸和侵襲[28]。

腹瀉患者腸道通透性的增加早已被發(fā)現(xiàn)，腸道微生物組的改變可能是IBS 發(fā)病的潛在因素之一，與健康人群相比，IBS 患者腸黏膜生物屏障中的微生物存在質(zhì)和量的變化，包括腸道菌群失調(diào)及小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)[29]。雖然通過(guò)益生元、益生菌、抗生素、飲食結(jié)構(gòu)變化和糞便微生物群移植調(diào)節(jié)腸道菌群為IBS 的治療提供了更多可能性，但這些手段目前還存在許多不足之處，如益生元通常與腹部不良反應(yīng)相關(guān)，益生菌的類型、劑量、副作用、治療持續(xù)時(shí)間以及合適候選物的鑒定還需要更多的研究支持，抗生素長(zhǎng)期使用是否安全還不清楚，而糞便微生物群移植最有效的IBS 治療方案和給藥途徑也需要更多的對(duì)照試驗(yàn)[30]。此外，傳染性腸胃炎會(huì)增加腸道通透性，急性重癥胰腺炎患者的第二死亡高峰期被認(rèn)為與腸黏膜屏障受損、腸道菌群失調(diào)及BT 有關(guān)，甚至肥胖破壞大鼠腸黏膜屏障和改變微生物群組成也會(huì)加重急性胰腺炎[31，32]。

2.4 慢性腎病“腸腎綜合征”[33]和“腸-腎軸”之說(shuō)提示腸和腎之間存在相互作用，慢性腎病模型動(dòng)物及患者常見(jiàn)的腸道改變包括菌群組成變化、腸道蠕動(dòng)減慢、通透性增加、腸道免疫激活、細(xì)菌易位以及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生改變等[34，35]。

Vaziri 等[36]報(bào)道，尿毒癥大鼠結(jié)腸組織黏膜上皮緊密連接復(fù)合體中Claudin-1、Occludin 和ZO-1的蛋白及mRNA 含量較對(duì)照組顯著減少，組織學(xué)檢查顯示尿毒癥組大鼠的腸黏膜固有層存在大量單核細(xì)胞浸潤(rùn)，結(jié)腸腸壁增厚。同時(shí)發(fā)現(xiàn)尿毒癥組的胃、空腸和回腸黏膜上皮緊密連接復(fù)合體較正常組也顯著減少，證實(shí)尿毒癥會(huì)損傷腸黏膜上皮屏障，特別是破壞腸黏膜上皮緊密連接復(fù)合體。Andersen等[37]觀察腸道菌群參與慢性腎病相關(guān)的全身性炎癥時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)性慢性腎病相關(guān)的全身性炎癥與腸道微生態(tài)失衡、細(xì)菌通過(guò)腸黏膜屏障轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝臟以及血清中細(xì)菌內(nèi)毒素水平升高有關(guān)。最新文獻(xiàn)報(bào)道，腸道菌群或可作為反映慢性腎臟病進(jìn)展和循環(huán)中腎毒素水平的診斷工具[38]。慢性腎病損傷腸黏膜屏障的結(jié)構(gòu)可能是機(jī)體在無(wú)明確外源性感染的情況下出現(xiàn)內(nèi)毒素血癥的潛在因素。

2.5 其他疾病腸黏膜屏障受損還顯著影響肥胖、糖尿病、心血管疾病及神經(jīng)退行性疾病等疾病的發(fā)生發(fā)展[39]，如HIV 感染過(guò)程中腸道微生態(tài)失衡可能是腸黏膜損傷、細(xì)菌易位和外周免疫活化的原因[40]；移植物抗宿主病（GVHD）的發(fā)展依賴于腸道上皮緊密連接通透性的增加[41]；多發(fā)性硬化癥中亦存在腸黏膜屏障功能障礙。而腸功能障礙的胃腸道疾病會(huì)表現(xiàn)出中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的腸道微生物會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞的功能[42]。

3 小結(jié)

腸黏膜屏障是機(jī)體防護(hù)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)破壞或功能削弱導(dǎo)致腸道內(nèi)細(xì)菌易位，血液中內(nèi)毒素、D-乳酸和二胺氧化酶等指標(biāo)變化，涉及多種疾病的發(fā)生發(fā)展。預(yù)防和避免腸內(nèi)外疾病引起的腸道損傷，維護(hù)腸黏膜屏障的完整性，可能是預(yù)防或治療疾病的良好策略，如益生菌有助于免疫、代謝及神經(jīng)情緒失調(diào)的預(yù)防和治療。盡管目前有關(guān)調(diào)節(jié)腸黏膜屏障預(yù)防或治療腸內(nèi)外疾病的研究較多，但調(diào)控腸黏膜屏障和腸道菌群的詳細(xì)機(jī)制尚不清楚，治療手段的安全性、有效性及臨床應(yīng)用可行性等有待進(jìn)一步研究。