腸屏障功能障礙在膿毒癥中的研究進展

李艷偉 王彬 苗雨露 李小錦 張亞東 韓娟 莊朋偉 張艷軍

天津中醫藥大學中藥學院（天津 301617）

第45 屆美國重癥醫學年會將膿毒癥定義為由宿主對感染的反應失調而引起的嚴重器官功能障礙綜合征［1］。一項全球調查顯示2017年全世界大約有4 900 萬膿毒癥病例和1 100 萬與膿毒癥相關的死亡病例［2］，因此它是威脅人類生命健康的疾病之一。膿毒癥的死因多與多器官功能障礙綜合征（MODS）有關，且腸道一直被認為是膿毒癥MODS 的“馬達”［3］，而腸道的屏障功能在其中起著關鍵的作用。腸屏障由物理屏障、化學屏障、免疫屏障與生物屏障共同構成，其中物理屏障最為重要，因此維持腸物理屏障的完整性是預防膿毒癥加重和降低死亡率的有效治療手段［4］。近年來膿毒癥腸屏障功能障礙機制的研究主要集中在非編碼RNA［5］及腸菌［6］對腸屏障的調節，但這些目前只停留在動物實驗階段，尚未經過大樣本臨床隨機對照試驗的驗證。

1 膿毒癥腸屏障功能障礙的機制

1.1 腸上皮細胞異常 由于腸上皮細胞（IECs）是腸屏障的重要組成部分，所以IECs 的凋亡或功能異常勢必會造成腸細胞屏障的破壞、腸通透性的增大。在膿毒癥的進程中諸多因素造成了IECs 凋亡，而膿毒癥引起的IECs 凋亡會進一步加重膿毒癥小鼠的死亡［7］。在盲腸結扎穿孔（CLP）模型中，mtDNA-STING 信號通路可促進IECs 凋亡［8］；Lnc RNA H19 可通過抑制自噬和降低Paneth 和Goblet細胞的功能而損害腸屏障［9］；抗凋亡蛋白（Bcl-2）不僅可以抑制IECs 的凋亡，也可抑制腸細胞旁屏障相關蛋白的下調，兩種作用共同促進腸通透性及死亡率的改善［10］。在內毒素血癥模型中，Pololike kinase1（PLK1）的過表達可抑制LPS 誘導的IECs 的凋亡［11］。此外，三十八陰性激酶1（TNK1）可通過促進STAT3 的磷酸化及p65 的核轉位來誘導隱窩特異性的IECs 凋亡，進而導致了腸源性多器官功能衰竭［12］。因此，找到靶向抑制mtDNASTING、Lnc RNA H19、TNK1 或促進PLK1、Bcl-2 表達的方法或藥物，將有助于預防膿毒癥導致的IECs 異常。

1.2 炎癥介質 在膿毒癥中，病原體相關分子模式（PAMPs）與損傷相關分子模式（DAMPs）被模式識別受體（PRR）識別后可通過NF-κB 等信號通路引發炎癥風暴，導致大量的促炎細胞因子和抗炎因子被釋放，這些炎癥介質作用于腸細胞旁屏障可導致腸細胞旁屏障相關蛋白分布異?；虮磉_減少，進而促進腸通透性增高。一方面，炎癥介質會介導腸屏障相關蛋白分布異常。TNF 可通過肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）介導的肌球蛋白輕鏈（MLC）磷酸化來調節Occludin 的內吞進而參與腸細胞旁屏障的破壞［13］，DIVERTIN 等［14］通過阻斷此過程來改善腸屏障功能，姜黃素也可通過抑制TLR4∕NF-κB 信號通路來降低TNF-α 等炎癥因子的表達進而起到保護腸屏障的作用［15］。另一方面，炎癥介質會誘導腸屏障相關蛋白表達異常。經體外實驗證實，IL1β 通過上調miR200C-3p 而降解Occludin mRNA［16］；IL4 和IL13 可通過誘導Claudin-2 的表達使腸通透性增加［17］。因此，可通過靶向抑制MLCK及TNF-α、IL1β、IL4 及IL13 等炎癥介質的過表達來保護腸細胞旁屏障。

1.3 免疫狀態異常 膿毒癥中存在著免疫激活和免疫抑制，本質上為免疫細胞功能狀態、種類比例、數量及分布的失衡，免疫狀態的異常可直接參與腸屏障功能的調節。腸上皮內淋巴細胞（IELs）是一種重要的免疫細胞，IELs、IECs 及其它免疫細胞之間的相互作用對腸屏障具有保護作用［18］。體外實驗證明，在CD4+T 與IECs 相互作用的過程中，IECs 中的S1P∕S1PR2 軸參與了調節腸屏障功能［19］；巨噬細胞和IECs 之間的相互作用會導致腸屏障缺陷，機制可能與PTPN2-IL6 信號通路有關［20］。在菌血癥模型中，Occludin 介導的γδIEL 遷移可限制模型小鼠體內病原體的跨上皮侵襲［21］。因此，糾正免疫細胞功能狀態、種類比例、數量及分布的紊亂可能是治療膿毒癥腸屏障功能障礙的有效方法之一。

1.4 微循環及凝血功能障礙 膿毒癥腸屏障功能障礙的主要原因之一是內臟區域的血流低灌注，血流低灌注會造成組織細胞的缺氧死亡。血流低灌注通常與循環血量降低、微血栓形成有關。循環血量降低的主要原因是血管內皮完整性的破壞及凝血功能障礙導致的血管滲漏；微血栓的形成通常與凝血∕纖溶系統的紊亂有關。在內毒素血癥模型中，右美托咪定可通過減輕腸道的微循環障礙進而改善腸屏障功能及模型死亡率［22］。血小板活化因子（PAF）是一種參與凝血的細胞因子，在體外實驗中，PAF 可增加Caco-2 單層細胞的通透性，同時也可降低Claudin-1、ZO-1 的表達［23］。在由微循環功能障礙造成的缺氧條件下，囊性纖維化跨膜電導調節因子（CFTR）被認為是維持腸道屏障的關鍵結構，在缺氧條件下CFTR 的下調參與了連接復合體（TJ、AJ、JAM 等構成的復合體）的表達異常及腸菌易位［24-32］。目前，國內外文獻中微循環及凝血功能障礙導致腸屏障功能受損的相關分子機制較少，因此該領域可能具有較強的探索價值。

1.5 腸道酶反應異常 膿毒癥中的諸多病理環節（如炎癥風暴、凝血及微循環功能障礙等）會影響到腸道酶反應，腸道酶反應的異常反過來也會作用于腸屏障，常見的腸道酶反應異常表現為腸道酶表達量的異常及腸道酶的作用環節異常。腸道堿性磷酸酶（IAP）是一種內源性產生于腸黏膜刷狀緣的酶，具有防止腸道細菌入侵的作用；在菌血癥模型中，IAP 可通過抑制ERK-SP1-VEGF 和ERKCDX2-Claudin2 信號通路來保護腸屏障［33］。小腸中的基質金屬蛋白酶7（MMP7）負責激活α-防御素，具有放大炎癥的作用；在內毒素血癥模型中，MMP7 可通過α-防御素激活巨噬細胞進而放大腸道炎癥，導致腸通透性增大及腸菌易位［34］。膽汁與胰酶均為消化酶，正常情況下均不會對腸屏障造成不利影響，但在由膿毒癥凝血功能及微循環功能障礙造成腸壁表面黏蛋白缺失的條件下，胰酶與腸壁的直接接觸會導致腸屏障受損［35］；相反，膽汁可通過IL6 信號通路降低腸通透性及抑制腸菌易位，對腸屏障具有保護作用［35-36］。因此，可針對性的通過補充相應腸道酶或腸道酶的抑制劑來調節腸屏障。

1.6 腸道菌群及SCFAs 膿毒癥會嚴重影響腸道菌群的組成［25］，進而也會影響到菌群代謝物SCFAs的產生，菌群及SCFAs 異常在膿毒癥腸屏障功能障礙的形成中具有重要作用。在TNF誘導的腸黏膜損傷中，羅伊乳桿菌（Lactobacillus reuteri）可通過R-Spondins 的過表達激活Wnt∕β-catenin 信號通路，該通路可通過刺激IECs的增殖保護腸屏障［26］；核苷酸結合寡聚化結構域2（NOD2）是腸道屏障的關鍵感受器分子，假結核耶爾森氏菌（YP）的效應因子YopJ 可通過抑制NOD2∕RICK∕TAK1 及caspase-1 信號通路誘導腸屏障功能障礙［27］。丁酸與Urolithin A 均為腸道菌群的代謝產物，丁酸可通過IECs metabolism-O2-HIF1 信號通路保護腸屏障［28］；Urolithin A 可通過激活AhR-NRF2 途徑來上調TJ 進而改善屏障功能［29］。因此，菌群及菌群代謝產物對膿毒癥腸屏障功能障礙具有明確的影響。

通過干預腸道菌群改善腸屏障功能是當下的研究熱點，干預方式主要有糞菌移植（FMT）及益生菌的直接干預。在CLP 模型中，FMT 可通過減少IECs 的凋亡及抑制TJ 的下調而改善腸道屏障功能［30］；此外，兩種益生菌鼠李糖乳桿菌及長雙歧桿菌的直接干預既可通過改善腸細胞凋亡而保護腸道的屏障功能，也可以通過蛋白激酶B 途徑來保護腸道的機械功能［31］。在TNF 誘導的腸黏膜損傷中，植物乳桿菌可通過調節TLR4 的表達來抑制E.coli B5 的跨Caco-2 細胞轉位［32］。雖然干預腸道菌群在動物實驗中取得了較好的療效，但目前仍缺乏臨床隨機對照試驗的驗證。

1.7 其他因素 在臨床試驗中發現，β1 受體阻滯劑可通過CCK 受體保護腸屏障［37］。在CLP 模型中，間充質干細胞衍生的微泡（MMV）可將mfn2、PGC-1α 和功能性線粒體輸送至IECs，協同改善膿毒癥后IECs 線粒體動態平衡，恢復線粒體功能和腸屏障功能［38］。在內毒素血癥模型中，刺激迷走神經既可以抑制NF-κB p65 的易位也可以下調MLCK的表達，進而減弱LPS 對TJ 的破壞［41］。經體外實驗證實，環氧合酶2（COX-2）及表皮生長因子受體（EGFR）的磷酸化介導IECs 的遷移，此過程具有預防腸屏障損傷的作用［39］；E-cadherin 為粘附連接蛋白（AJ）的一種，在維持腸屏障功能中具有重要的作用，RNA 結合蛋白CUGBP1、HuR 可通過與E-cadherin mRNA3'非編碼區的相互作用調節E-cadherin 的表達，但兩者的作用相反，HuR 的過表達可抑制腸通透性的增高［40］。

2 腸屏障功能障礙對膿毒癥的影響

膿毒癥腸屏障功能障礙是腸菌易位的主要原因［42］，在CLP 模型中，利用16s RNA 基因測序發現，膿毒癥急肺損傷中出現的肺部菌群與腸菌易位有關［43］，膿毒癥急性神經炎與腸菌易位有關［44］；在臨床試驗中發現，膿毒癥急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）中出現的肺部菌群與腸菌易位有關［43］，膿毒癥急性腦功能障礙與腸菌易位有關［44］。因此，腸屏障功能障礙會通過細菌易位持續或加重全身炎癥反應，甚者會導致MODS。

腸屏障損傷導致細菌和內毒素從腸腔易位至腸系膜淋巴和體循環，循環中的毒素使細胞代謝轉向有氧糖酵解［45］，有氧糖酵解導致細胞內ATP水平下降［46］及線粒體損傷，而ATP 減少及線粒體損傷是導致急性腎損傷及腎功能障礙的主要原因［47］；同理，循環中的毒素也可作用于全身其它組織器官。此外，在內毒素血癥模型中發現，由腸屏障功能障礙介導的腸菌易位會使SCD1 的活性減弱，由于該酶是肝臟生成脂肪的關鍵酶，由此導致肝臟飽和及不飽和脂肪酸水平降低，進而損害了紅細胞的質膜流動性，從而顯著縮短了紅細胞的壽命；同時，在腸屏障功能障礙小鼠中發現，脾臟巨噬細胞對紅細胞的吞噬效率會增高，進而形成促進細菌生長的富鐵環境［48］，加之腸菌易位，即可共同促成菌血癥及MODS 的發生。因此，糾正或防治腸屏障功能障礙對于治療膿毒癥具有重要意義。

3 結語

目前，治療膿毒癥MODS 的方法主要有：消除潛在感染、穩定血流動力學以確保充分的微循環灌注、針對與細胞功能障礙和膿毒癥反應有關的免疫調節療法［49］，但由于膿毒癥具有較強的異質性，所以單純的應用免疫抑制劑或免疫刺激劑均未取得好的療效［50］，且仍未找到預防膿毒癥MODS 的行之有效的治療手段，而防治腸屏障功能障礙對預防膿毒癥MODS 具有重要意義，因此通過改善膿毒癥腸屏障功能防治膿毒癥MODS 具有較好的發展前景。

膿毒癥的病理機制極其復雜，涉及到炎癥、免疫、凝血功能、微循環、腸道菌群及SCFAs 等，這些因素均會導致腸屏障功能障礙，但目前國內外還沒有從膿毒癥諸多的病理環節角度綜述腸屏障功能障礙機制的文獻報道，大多數文獻將注意力集中于炎癥、腸道菌群、IECs 凋亡對腸屏障的調節，忽略了免疫、微循環及凝血功能在腸屏障功能障礙中的調節作用，因此這三個被忽略的方向具有較高的探索價值。近年來，隨著分子生物學技術的不斷發展進步，非編碼RNA 成為膿毒癥腸屏障功能障礙機制的一大研究熱點，對非編碼RNA 對免疫、微循環及凝血功能等的調節作用的相關研究，將更好的闡釋膿毒癥腸屏障功能障礙的機制。腸菌及其代謝產物在膿毒癥中可通過多種機制調節腸屏障功能，調節腸道菌群作為治療膿毒癥的新興途徑，是膿毒癥腸屏障功能障礙機制領域值得深入探索的方向。

此外，隨著計算機科學及基礎醫學的進步，使得基礎醫學中發現的分子靶點通過藥物設計變為具有較好療效的臨床藥物成為了可能。同時，膿毒癥腸屏障功能障礙的形成機制是多方面的，因此在臨床治療中不可只針對某一具體機制進行藥物干預，應針對多種機制并結合患者的狀態及疾病的不同階段進行多機制、多靶點干預，才有可能取得更好的療效。