內質網應激在危重病腸黏膜屏障損傷中的作用①

尹 蒙 王 鵬 李福龍 趙自剛（河北北方學院微循環研究所，張家口075000）

腸屏障是機體防御系統的重要組成部分。良好的腸屏障功能可有效阻止腸道細菌、內毒素向腸外組織、器官移位，維持內外環境穩定。腸屏障損傷成為多種嚴重致病因素引起全身炎癥反應失控和多器官功能障礙和衰竭的主要機制之一［1］。一般來說，腸屏障由機械屏障、化學屏障、免疫屏障與生物屏障共同構成，以機械屏障最為重要，其結構基礎為完整的腸黏膜上皮細胞及細胞間緊密連接，亦稱為腸黏膜屏障。研究顯示，失血性休克、嚴重燒傷、重癥急性胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）、膿毒癥等危重病可引起腸黏膜屏障損傷，因此，研究腸黏膜屏障損傷的發生機制對探尋腸屏障損傷的防治策略顯得尤為重要。內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）指細胞受到內外因素（缺血/缺氧、感染、炎癥等）刺激后，內質網結構損傷，功能障礙，蛋白質加工運輸受阻，表現為大量未折疊或錯誤折疊蛋白累積及Ca2+平衡紊亂，從而導致細胞功能障礙和細胞損傷［2-4］。因此，過度ERS成為疾病發生發展的重要機制之一，ERS在多種危重病腸黏膜屏障損傷中的作用值得關注。本文綜述了ERS參與失血性休克、嚴重燒傷、SAP、膿毒癥引起腸黏膜屏障損傷中的作用，以期針對ERS探尋防治腸屏障損傷的新策略。

1 ERS參與失血性休克引起的腸黏膜屏障損傷

失血性休克引起有效循環血量減少，全身血液重新分布，保證了心、腦等重要器官的血液供應，而腸道微循環低灌注最易發生缺血缺氧性損害。研究發現，失血性休克大鼠腸黏膜上皮細胞水腫、壞死脫落，有淋巴細胞及中性粒細胞浸潤；腸絨毛高度顯著降低，排列紊亂，腸黏液層破壞，分泌黏液蛋白的杯狀細胞數目減少，腸通透性顯著升高，緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-2的蛋白與基因表達顯著降低。以上研究表明，失血性休克可引起腸黏膜屏障損傷［5-6］。

研究顯示，失血性休克后，缺血缺氧在引起組織細胞出現能量代謝障礙、鈣超載和自由基大量生成的同時，錯誤折疊和未折疊蛋白在內質網逐漸堆積，引起內質網功能障礙，發生ERS［7］。失血性休克在引起腸屏障損傷的同時，增加了腸黏膜上皮細胞內質網分子伴侶免疫球蛋白結合蛋白（binding immunoglobulin protein，BIP）/糖調節蛋白78（glucose regulated protein 78 kD，GRP78）蛋白表達、ERS標志物剪接型X盒結合蛋白1（spliced X-box binding protein 1，XBP-1s）mRNA表達［8］；失血性休克大鼠復蘇后，小腸組織涉及蛋白激酶RNA樣內質網激酶（protein kinase RNA-like ER kinase，PERK）和肌醇必需酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）通路的ERS標志分子XBP-1s、總XBP-1、C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）、生長抑制與DNA損傷基因34（growth arrest and DNA damage-inducible 34，GADD34）、GRP78、GRP94、跨膜蛋白活化轉錄因子4（activating transcription factor 4，ATF4）的mRNA表達均顯著降低［9］。這些研究結果表明失血性休克引起了腸黏膜上皮細胞ERS。

針對失血性休克引起腸黏膜上皮細胞ERS機制的研究顯示，Toll樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）基因缺陷及TLR4抑制劑C34顯著降低了GRP78、XBP-1s蛋白表達，腸損傷程度減輕；給予外源性高遷移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）顯著增加了TLR4基因缺陷小鼠失血性休克后的腸損傷，說明TLR4/HMGB1信號通路參與失血性休克引起的腸黏膜上皮細胞ERS的發生［8］。除此以外的其他機制還有待深入研究。

2 ERS參與嚴重燒傷引起的腸黏膜屏障損傷

大面積燒傷除了引起皮膚和皮下組織嚴重損毀外，還可導致其他多種臟器功能不同程度的損傷［10］。由于腸道極易受到組織灌注不足和缺氧的影響，故燒傷后應激反應引起的組織缺血缺氧，使腸道成為受損最為嚴重的器官之一［11］。缺血缺氧造成細胞能量代謝障礙，引起氧化應激和炎癥反應，進而引起細胞功能紊亂、凋亡甚至死亡，最終導致黏膜受損、抑制黏膜修復，發生腸屏障損傷［12-13］；嚴重燒傷引起腸黏膜組織學損害的主要表現為絨毛排列不規則、脫落，并可見固有層慢性炎癥細胞浸潤。HUANG等［14］研究發現，嚴重燒傷后腸黏膜上皮細胞緊密連接蛋白ZO-1、occludin、Claudin-1表達顯著降低，Claudin-2表達顯著增高，提示燒傷可引起腸上皮細胞緊密連接破壞，成為腸屏障損傷的結構基礎。DEITCH等［15］和EPSTEIN［16］等分別經臨床和動物實驗研究發現，在發生中度至重度燒傷后不久，腸道通透性顯著增加，進一步證實燒傷引起的腸屏障損傷。黏膜和屏障損傷導致細菌和毒素移位進入肝臟和血液，尤其是通過腸淋巴途徑回流至全身，導致全身炎癥反應綜合征和遠隔器官功能障礙和損傷，成為嚴重燒傷患者死亡的主要原因［17-18］。

研究顯示，ERS參與嚴重燒傷相關的腸黏膜屏障功能障礙。HUANG等［14］應用30%體表面積燒傷小鼠，發現腸通透性增加程度、黏液層和緊密連接蛋白破壞程度與燒傷延續時間正相關；最重要的是，燒傷引起了腸黏膜上皮細胞BIP、CHOP、IRE1/XBP1的蛋白表達增加，表明嚴重燒傷引起腸黏膜受損的機制與ERS有關。一般來說，谷氨酰胺是腸黏膜重要的能源物質。研究顯示，谷氨酰胺在改善腸上皮組織灌注、能量代謝的同時，降低了ERS程度，在維護腸黏膜結構和功能方面發揮重要作用［12］。胡建紅［19］研究發現，腸三葉因子治療能明顯減輕燒傷動物的ERS，降低CHOP含量，改善內質網環境的氧化還原狀態，促進二硫鍵異構酶合成，從而促進谷氨酰胺轉運，改善燒傷后腸黏膜屏障功能。這些研究不僅表明ERS參與燒傷損傷腸黏膜屏障的過程，也為針對ERS改善嚴重燒傷后的腸屏障功能開辟了新的方向。但相關機制還需進一步探索。

3 ERS參與SAP所致腸黏膜屏障損傷

由于生活習慣和飲食習慣的變化，急性胰腺炎的發病率逐漸增加，且有20%的急性胰腺炎患者發展為SAP；而由于SAP進展迅速、并發癥多、預后差、死亡率約為20%～30%而備受關注［20］。研究表明，SAP可破壞腸黏膜結構，導致腸道通透性增加，使腸道細菌和內毒素進入腸外組織和全身循環，引起全身炎癥反應失控及遠隔器官損傷；腸黏膜屏障的完整性在SAP的發展進程中發揮重要作用［21］。

針對ERS與SAP損傷腸黏膜屏障的相關研究顯示，SAP大鼠血清二胺氧化酶和內毒素水平顯著升高；出現腸水腫、絨毛脫落，腸黏膜上皮細胞變性、壞死，伴有出血、白細胞浸潤等；血清促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β水平均顯著升高；回腸組織ERS標志分子GRP78、PERK、ATF6、IRE1α的蛋白與mRNA表達顯著增高；透射電鏡顯示腸黏膜上皮細胞的內質網出現廣泛腫脹；ERS特異性抑制劑4-苯基丁鹽（4-phenylbutyrate，4-PBA）治療顯著抑制了SAP大鼠上述指標的變化［22］。研究結果表明，ERS是SAP引起腸黏膜屏障損傷及過度炎癥反應的主要機制之一。

OUYANG等［23］研究顯示，SAP大鼠腸組織磷酸化的p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）、p53信號分子高表達，p38MAPK/p53信號通路特異性抑制劑SB203580可降低腸組織炎癥細胞因子水平，減少腸上皮細胞凋亡，上調緊密連接蛋白表達，從而減輕腸黏膜屏障損傷，結果表明p38MAPK/p53信號通路也參與腸黏膜屏障損傷過程。但SAP后腸黏膜上皮細胞發生ERS的機制是否與p38MAPK/p53信號通路有關還缺乏文獻支持。

4 ERS參與膿毒癥所致腸黏膜屏障損傷

膿毒癥是重癥患者死亡的主要原因。腸黏膜屏障損傷是膿毒癥引起重要臟器結構損傷與功能障礙的關鍵環節［24］。在盲腸結扎穿孔（cecal ligation and puncture，CLP）致大鼠膿毒癥的過程中，腸道通透性增加、腸黏膜緊密連接蛋白ZO-1和Claudin-1表達顯著降低［25］；在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）引起大鼠內毒素血癥的過程中，亦發生腸組織學損傷加重、黏膜通透性增加、細菌移位增多、炎癥反應亢進的現象，緊密連接蛋白occludin、claudin-1和縫隙黏附分子A表達下調［26］；相關治療措施在改善腸黏膜屏障的同時，提高了模型動物的存活率、延長了存活時間［25-26］。

針對ERS與膿毒癥腸黏膜屏障損傷關系的研究發現，早期給予4-PBA在顯著抑制CLP致膿毒性休克大鼠腸損傷、提高存活率的同時，抑制了腸組織ERS標志蛋白CHOP表達，進一步抑制ERS介導的氧化應激、細胞凋亡和炎癥反應［27］；CHOP-/-小鼠在遭受CLP或LPS攻擊后，存活率顯著提高［28］；基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）13-/-小鼠在遭受LPS攻擊后，腸黏膜ERS受到顯著抑制，腸黏膜杯狀細胞消耗減少、腸通透性降低、緊密連接蛋白表達恢復正常，說明膿毒癥腸黏膜ERS的發生機制與MMP13有關［29］。可見，ERS參與膿毒癥損傷腸黏膜屏障的過程，但詳細機制有待進一步研究。

5 小結與展望

腸道是危重癥發展為多器官功能障礙綜合征的“發動機”，腸黏膜屏障損傷在這一過程中扮演重要角色。ERS參與失血性休克、嚴重燒傷、SAP、膿毒癥等急危重癥引起的腸黏膜上皮細胞破壞→腸黏膜屏障損傷過程，表現為IRE1、PERK和ATF6等主要信號分子及其構建的信號轉導通路發生的一系列變化（圖1）。總體來看，研究者對于ERS參與危重病引起腸黏膜屏障損傷的過程已有較為深入的研究，但是對于腸黏膜發生ERS詳細機制的關注相對較少。目前，多種因素通過多種機制引起細胞ERS，ERS進一步通過IRE1/XBP1、PERK/CHOP、ATF6等信號通路介導了隨后的細胞凋亡［30］。究竟哪些機制參與了危重病發展進程中ERS介導的腸黏膜屏障損傷還有待深入研究。一些抑制ERS和能夠幫助蛋白質正確折疊或者調節未折疊蛋白反應信號分子的藥物對于改善腸屏障功能有良好的作用，但其分子機制尚不明確，且多是在動物模型上得以證實，缺乏臨床實驗的驗證。相信相關機制的闡明有利于今后從抑制ERS的角度尋找防治危重病的治療新策略。

圖1 ERS參與危重病發展進程中的腸黏膜屏障損傷Fig.1 ERS involves in intestinal mucosal barrier injury during critical disease