維生素A 對腸道屏障及其相關疾病的影響
——以腸道感染性疾病和孤獨譜系障礙為例

吳 丹，王立霞,2，楊苗苗，任彩霞，李白存，徐 文

（1.陜西學前師范學院，陜西 西安 710100；2.陜西師范大學，陜西 西安 710119；3.西安醫學院，陜西 西安 710021）

維生素A（Vitamin A，VA）是在人體正常代謝中不可或缺，也是最容易缺乏的脂溶性化合物，有“抗感染維生素”之稱，其主要以類胡蘿卜素和視黃醇的形式廣泛存在于各類食物中，如胡蘿卜、生菜、紅薯、牛奶、雞蛋和肝臟等。膳食來源的VA 經腸道上皮細胞吸收后，在卵磷脂視黃醇酰基轉移酶的作用下生成視黃醇酯，或進一步代謝為視黃醛或視黃酸（RA），RA可以抵御外部環境刺激，調節中樞神經系統的發育，維持上皮細胞完整性，促進腸道免疫，調節腸道菌群[1]。

腸道菌群被稱為人體內“隱藏的器官”[2-3]，分娩方式、抗生素、應激源、飲食習慣等都會直接或間接影響腸道菌群狀態[4-7]。腸道菌群對機體健康至關重要[8]，首先其能代謝膳食化合物，例如，腸道細菌分解植物來源的膳食纖維，從而產生短鏈脂肪酸（SCFAs），如丙酸和丁酸[9]，該方式不僅能維持腸道的形態和功能，還能提高結腸中鈉的吸收效率[10]；其次，腸道微生物群還能合成維生素K 以及大多數水溶性B 族維生素，如生物素、葉酸、核黃素等[11-12]。腸道菌群通過其代謝產物影響宿主的能量代謝以及行為、免疫、中樞系統的穩態等[13-15]，與全身各系統疾病的發展有一定關聯[16-18]，部分關聯已在無菌小鼠模型的胃腸道免疫系統發育中得到驗證[19]。

目前研究發現，VA 不僅可維持胃腸黏膜上皮細胞天然屏障功能，調節黏膜免疫反應及腸道菌群[20]，維持正常免疫功能[21]，緩解腸道相關疾病癥狀，還可以通過“微生物—腸—腦軸”影響宿主的多種行為[22]。因此本文總結了VA 與腸道屏障的關系，以及維生素A 缺乏對腸道感染性疾病和孤獨譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）的間接影響，以期為研究維生素A 參與機體相關疾病的功能提供新思路。

1 維生素A 的生理功能及其缺乏癥

1.1 維生素A 的生理功能

VA 在維持視覺、細胞增殖、分化調節、細胞間信息交流和免疫應答等方面有重要的生理作用，其缺乏會導致生理功能異常和病理變化[23]。近年來有研究證實，VA 是一種潛在的免疫增強劑，最經典的特征就是抗氧化性[24-25]。

1.2 維生素A 缺乏癥

維生素A 缺乏癥（Vitamin A deficiency，VAD）被世界衛生組織（WHO）認定為世界四大營養素缺乏癥之一[26]。對兒童來說，輕微缺乏VA 就會導致免疫力降低，增加呼吸道感染等疾病的風險[26]。研究發現，缺乏VA 更容易誘發感染，尤其是腸道、泌尿生殖道和呼吸道[27]。VAD 兒童腹瀉和呼吸道感染率很高，嚴重影響兒童的生長發育及健康狀況，目前已引起廣泛的關注。

研究發現，VA 可通過降低呼吸道和胃腸道的感染[28]，有效降低兒童的死亡率[29]。一些發展中國家通過植物性飲食、補充VA 或其他增加VA 攝入量的方法來糾正廣泛存在的維生素A 缺乏癥[30]。通過蕓萃分析發現，補充VA 可使6 個月至5 歲兒童的死亡率降低24%[29]，若每天給予嚴重營養不良兒童低劑量的VA，就能顯著降低患兒腹瀉的發生率，減少腹瀉導致的死亡。

1.3 維生素A 缺乏的現狀

目前，VA 缺乏在飲食中VA 含量較低的發展中國家尤為顯著，已是全球范圍內最普遍存在的公共衛生營養問題[31]。據估計，全球每年約有1.4 億學齡前兒童和至少720 萬孕婦存在著VA 缺乏問題，其中超過1 000 萬人有臨床并發癥[30]，約20 萬～50 萬例兒童死于VAD，其中撒哈拉以南非洲和南亞的發生率最高[32]。

2 維生素A 對腸道屏障功能的影響

2.1 腸道屏障及其作用

維持正常腸道屏障功能的不僅有腸道微生物菌群，還包括腸黏膜上皮屏障、腸道免疫系統、腸道內分泌及蠕動等。若腸道屏障受到損害，則會影響腸道正常菌群的平衡，引起腹瀉等腸道感染性疾病的發生[33]。

腸道緊密連接蛋白在腸道黏膜上皮細胞側膜表面的頂端形成了腸道屏障功能的結構基礎，也是腸道屏障功能的重要組成部分，若其完整性受損，會導致腸道屏障功能受損[34]。腸道緊密連接蛋白的表達、功能以及完整性與多種腸道疾病緊密相關[35-36]。腸道緊密連接蛋白表達的變化會直接影響腸道屏障滲透性的功能，其中ZO-1、Occludin 和Claudin-1 三種蛋白在維持腸道屏障功能正常發揮方面至關重要。Occludin 是最早被鑒定出的緊密連接跨膜蛋白，在維持緊密連接屏障中起關鍵作用；Claudins 是調節緊密連接細胞旁通透性的主要決定因素；ZOs 是連接細胞骨架和跨膜緊密連接蛋白的重要細胞內緊密連接蛋白，ZO-1 與其他緊密連接蛋白有密切聯系，常被作為評價腸道屏障功能的指標[34,37]。

2.2 維生素A 對腸道屏障功能的影響

研究發現，VA 參與多種腸道屏障功能相關疾病的病理過程，補充VA 可以改善大鼠的腸道屏障功能[38]。VA 可改善感染后腸道的形態結構，調控空腸黏膜Mucin-2 和Occludin 的mRNA 相對表達量[39]，降低血清中免疫球蛋白水平，從而緩解由感染引起的腸道結構損傷。VA 的衍生物RA 對壞死性小腸結腸炎有保護作用[40]，可通過提高ZO-1、Occludin、Claudin-1 蛋白的表達來改善腸道屏障功能。在日糧中添加VA，則對空腸ZO-1 基因的mRNA 相對表達量有上調作用，有利于緩解感染引起的腸道屏障功能的損傷。

相關研究[41]也證實了VA 在維持腸道功能屏障方面有重要作用，即通過增強緊密連接蛋白來維持腸道細胞完整性，改善腸道屏障的功能。但楊菊等[42]指出，0.1～10 μmol/L 的VA 能保護豬腸上皮細胞活力和細胞完整性，還能影響緊密連接蛋白mRNA 的表達，緩解大豆7S 球蛋白對IPEC-J2 細胞屏障功能的損傷，但是10 000 μmol/L 的VA 則會加重該類損傷。由此可見，VA 的含量水平對緊密連接蛋白的表達有一定影響，但VA 是如何影響緊密連接蛋白表達的升高并維持腸道滲透性的機理尚不明晰，其影響緊密連接蛋白的表達進而維持腸道微生物種群功能的機制有待進一步探究。

3 維生素A 對腸道感染性疾病的影響

3.1 維生素A 缺乏降低腸道的抗感染能力

通過構建VAD 與維生素A 正常（VAN，Vitamin A normal）母鼠模型，發現VAD 仔鼠結腸黏膜組織中的緊密連接蛋白ZO-2 的表達水平始終低于VAN組，提示VA 缺乏可能會降低仔鼠腸道的天然免疫調節能力，影響腸道屏障功能，從而降低腸道的抗感染能力[43]。Yang 等[44]研究發現，通過檢測VAD 大鼠腸道黏膜細胞因子的變化，發現VAD 不僅降低腸道黏膜中的細胞免疫和體液免疫，也會影響黏膜抗感染免疫反應，降低其抗感染能力。Amit-Romach 等[45]研究發現：VAD 會干擾胃腸黏膜屏障的完整性，影響小鼠腸道菌群的組成，也會導致促炎因子分泌增加，促進屏障功能損傷[46]。通過對VAD 小鼠腸道病理觀察，可見黏膜下層有炎癥細胞浸潤，提示VAD 兒童腸道微生物的移植可以導致無菌小鼠腸道發生炎癥反應[47]。VAD 導致腸道菌群比率的變化，降低產生丁酸鹽細菌的效率，引起微生物群與宿主肝臟代謝的變化[48]。暫時性的VA 含量降低也會導致小鼠腸道菌群的變化，引起腸道菌群失調，降低腸道的抗感染能力[49]。

3.2 維生素A 缺乏對腸道感染性疾病的間接影響

研究發現，便秘大鼠經VA 灌胃后，恢復了腸道菌群豐度，改善了腸道菌群失調，促進了腸道蠕動，緩解了腸道損傷[50]。VA 對腸道菌群的影響是由于其間接地調節黏膜屏障及免疫細胞，VA 的免疫功能可以重塑腸道菌群，進而間接地維持胃腸道穩態，緩解腸道感染性疾病的癥狀。VA 的添加能緩解脂多糖（LPS）誘導的腸黏膜損傷以及腸道炎癥[51]，促進腸上皮細胞的損傷修復[52-53]。試驗表明，VAD 小鼠腸黏膜上皮細胞蛋白的mRNA 表達量明顯下降，腸道上皮細胞的緊密連接結構被破壞，腸黏膜的通透性增加，腸道炎癥因子TNF-α 和IL-6 顯著升高，提示VAD能降低腸道定植抗力，使腸道有益菌減少，菌群失調，腸道微生態環境被破壞，導致宿主系統慢性炎癥[54]。對珍珠龍膽石斑魚進行研究，結果表明，VA 顯著下調TGF-β1 和IL-10 等抗炎細胞因子的mRNA 水平，顯著上調促炎細胞因子TNF-α 和IL-1β的mRNA 水平，表明VA 的缺乏會增加腸道的炎癥反應，適量添加VA 可以抑制腸道炎癥的發生[55]。VA 可通過調控早產兒體內IL-4、IL-6 和IFN-γ 等細胞因子來抵抗不同病原體的感染[56]。VA 缺乏還會導致魚類腸道氧化損傷，并損害相關腸道物理屏障及腸道的完整性，提高腸炎的發病率[57-58]。

基于此，VA 缺乏將會間接地導致腸道感染性疾病：①VA 間接調節腸道屏障及免疫細胞，進而間接地維持胃腸道穩態，緩解腸道感染性疾病的癥狀；②VA 缺乏會顯著下調TGF-β1 和IL-10 等抗炎細胞因子的mRNA 水平，顯著上調促炎細胞因子TNF-α和IL-1β的mRNA 水平，間接地引起腸道炎癥反應；③VA 缺乏導致腸道氧化損傷，損害了腸道的物理屏障，加重了腸道炎癥。

3.3 補充維生素A 改善腸道感染性疾病

補充VA 不僅可明顯降低腹瀉和腸道感染性疾病的發病率，而且還可降低疾病的嚴重程度。Liu 等[59]研究發現：補充VA 可以改善妊娠期VAD 大鼠后代的腸道免疫反應。肖灑[60]研究發現，新生兒壞死性小腸結腸炎（NEC）組的VA 水平明顯低于對照組，說明當新生兒缺乏VA 時，腸道的完整性及腸上皮屏障的修復可能會受到影響，表明VA 能增強腸道上皮屏障，調節腸道菌群，對NEC 病程的發展也有一定的保護作用。飲食干預也是調節腸道微生物群的手段之一，可以改變腸道微生物的結構，維持胃腸道的穩態，以及預防慢性疾病[61-64]。研究發現可以通過在飲食中加入VA 來促進Th17 細胞的生成，從而穩定胃腸道穩態[65]。VA 對腸道微生物的影響可能是由于微量營養素對宿主的間接影響，因此可通過增加飲食中的VA水平來維持胃腸道穩態。研究亦證實VA 等營養物質可調節腸道內Th17 細胞的發育，從而維持腸道免疫穩態。因此，腸道感染性疾病的治療可考慮VA 與疾病的相互作用。

4 維生素A 對孤獨癥譜系障礙（ASD）兒童的影響

4.1 維生素A 對孤獨譜系障礙的影響

孤獨譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）兒童存在營養缺乏癥狀，ASD 兒童VAD 的發生率高達77.9%[66]，在所調查營養素中缺乏率最高。相關研究發現：ASD 兒童的VA 水平顯著低于正常兒童[67]；低血清VA 水平可能是ASD 的發病因素之一，補充VA 即可改善ASD 兒童的癥狀[68]；ASD 兒童的血清中VA 水平有異常[69]，推測相關維生素水平異常可能與自閉癥的發生有關，補充VA 可以改善ASD 兒童的社交及情緒[70]，同時也能改善ASD 模型小鼠的ASD 行為[71]。李莉莎等[72]對仔鼠進行行為學檢測，發現VAD 組仔鼠出現社會交往障礙、重復刻板等孤獨癥樣行為表現，維生素A 充足（Vitamin A supplement，VAS）可改善仔鼠大部分行為缺陷，VAD 組仔鼠血清的視黃醇水平明顯低于VAN 組和VAS 組。通過觀察VA 與ASD 患兒胃腸共患病之間的關系[73]，并探討VAD 與胃腸共患病同時存在是否加重ASD 患兒的核心癥狀，研究推測VAD 可能同時導致ASD 個體的大腦和腸神經系統（Enteric nervous system,ENS）損傷。孕期開始的VAD 可能導致個體更易受ASD 相關危險因素的影響，增加有胃腸共患病的ASD 亞型的發病風險和癥狀。王斯[74]研究發現，孕初期VAD 會加重ASD模型大鼠的運動協調障礙和小腦損傷，但出生后早期補充VA，可顯著改善VAD 的孤獨癥模型大鼠的運動協調障礙和小腦損傷，而VAD 加重ASD 模型大鼠運動協調障礙的原因可能是由于小腦組織蛋白RARα 在小腦的表達下降，RARα與RORα基因啟動子區域結合減少所致。林兵等[75]研究發現，ASD 患兒的血清二胺氧化酶（DAO）水平升高，表明其腸道屏障功能存在一定損傷，且ASD 病情越嚴重，腸道屏障的功能損傷性就越大。

4.2 維生素A 通過調節腸道菌群間接改善ASD 癥狀

眾多研究表明[76]，腸道菌群的變化與孤獨癥譜系障礙嚴重程度密切相關。“微生物—腸—腦軸”被認為參與了ASD 的發病機制[77]，穩定腸道菌群不僅可以改善ASD 患者的腸胃狀況，還能改善其不良行為，為該疾病的治療提供思路。實現ASD 兒童腸道菌群的平衡，是改善ASD 兒童胃腸道疾病癥狀和行為癥狀的潛在途徑。Liu 等[78]通過對ASD 兒童進行VA 介入治療（Vitamin A intervention, VAI）后，發現擬桿菌門比例升高，厚壁菌門比例下降，變形菌門和放線菌門比例減少；研究還發現經VA 介入治療后，雙歧桿菌比例減少，這可能與擬桿菌門中優勢比例菌的增加有關，但具體機制或原因還有待探究。以上結果表明，VA 可能會促進腸道菌群組成的變化而改善ASD 癥狀，還可以通過改變腸道菌群的生態失調改善ASD的腸胃癥狀，改善其不良行為，為該疾病的治療提供思路[79]。

4.3 維生素A 通過調節五羥色胺（5-HT）水平間接改善ASD 癥狀

ASD 兒童存在高五羥色胺血癥，因此有研究認為ASD 與五羥色胺（5-HT）有關。神經遞質5-HT 是通過色氨酸羥化酶2 在大腦中產生并起著至關重要的作用。而人體90%以上的5-HT 是在腸道中產生，腸道菌群是5-HT 產生的主要基礎[80]。5-HT 可以改變ASD 小鼠的社交能力，ASD 模型小鼠小腸和大腸黏膜中的5-HT 與正常小鼠相比減少了50%。ASD兒童外周血的5-HT 濃度明顯升高，而且5-HT 水平與ASD 的嚴重程度呈正相關，與語言程度呈負相關，5-HT 影響ASD 兒童的臨床癥狀。動物試驗表明，VA可以調控5-HT 濃度，對ASD 癥狀有一定的緩解作用。結果顯示，補充VA 后，ASD 兒童的5-HT 水平顯著降低[81]。VA 缺乏可能不參與ASD 的發病機制，但可以明確的是，補充VA 可以有效改善ASD 兒童的營養狀況及5-HT 代謝水平，進而改善ASD 癥狀。因此，針對ASD 類似的精神疾病，應在行為干預的過程中密切關注患者的營養狀況，及時進行營養干預。

基于此，VA 緩解孤獨譜系障礙癥狀有兩種路徑：一是VA 促進腸道微生物組成的變化，穩定腸道屏障及胃腸道穩態，改善ASD 兒童癥狀；二是VA 通過調控一些蛋白的表達降低ASD 兒童5-HT 的水平，緩解ASD 兒童癥狀。

5 展望

腸道微生物對機體健康至關重要[2]，而VA 通過維護腸道微生物穩態而維持機體健康，缺乏VA 會導致微生物失調，加劇結腸炎，增加胃腸傳染性疾病的易感性。VA 在腸道中的抗感染作用主要體現在對腸道屏障功能的調節，緩解腸道炎癥以及孤獨癥譜系障礙。但VA 對腸道屏障的調節機制尚不明確，明確具體調節機制對預防相關疾病有重大影響。不僅如此，未來還需進一步闡明VA 代謝與腸道菌群的關系，以及腸道菌群失調所引起的腸道感染性疾病和孤獨癥譜系障礙的調控機制，尋求VA 對腸道功能的保護點，旨在為VA 參與機體相關疾病的功能提供新思路，為人類健康研究提供一定參考。