肠黏膜生物屏障的研究现状和进展

陈贤玉 王昆华

（昆明医科大学附属昆华医院普外一科 云南昆明 650032）

肠黏膜屏障是指肠道能够防止肠内的有害物质如细菌和毒素穿过肠黏膜进入人体内其他组织、器官和血液循环的结构和功能的总和，包括机械屏障、生物屏障、免疫屏障和化学屏障。肠黏膜生物屏障是肠道黏膜屏障的重要组成部分，在保护人体肠道免于致病菌的侵袭、阻止肠道内细菌及内毒素移位中发挥着重要作用，肠道内益生菌与致病菌之间相互依赖相互制约，使肠道内微生态环境处于动态平衡，一旦平衡遭到破坏则出现肠黏膜生物屏障损伤，引起微生态失调［1］。因此，调节和保持肠道微生态平衡正越来越受到重视。本文对肠黏膜生物屏障的最新定义及其对人体的重要作用、生物屏障的常见损伤因素、生态免疫营养疗法对生物屏障的调节保护作用作一综述。

1 肠黏膜生物屏障概念

正常情况下，肠道菌群保持相对稳定，以厌氧菌为主的肠道生理性细菌与肠黏膜紧密黏附，产生定植抵抗力，形成肠道生物屏障。这些细菌通过分泌细菌毒素、短链脂肪酸、抑菌肽、促进肠蠕动、占据致病菌黏附位点以及争夺营养素等防止有害细菌的侵入，使肠内致病因子与肠黏膜屏障达到了“攻防”平衡，维护人体健康。病理状态时，致病菌大量繁殖、肠道缺血、缺氧以及细胞因子等的作用使肠黏膜生物屏障受到损伤，肠道细菌和内毒素移位，引起内源性感染和／或肠道炎症性疾病等［2］。

2 肠道生物屏障的保护作用

人的胃肠道栖息着至少500种细菌，数量约1012～1014CFU／g，由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上，类杆菌及双歧杆菌就占细菌总数90%［3］。在肠黏膜深层寄居着厌氧菌，中层为类杆菌、消化链球菌，表层为大肠杆菌、肠球菌等。肠内菌群保持共生或拮抗关系，维持微生态平衡，与宿主健康和疾病关系密切。双歧杆菌和乳酸杆菌是肠道生物屏障中最重要的两种细菌［4］，是近年来研究的热点和重点。

2.1 双歧杆菌的作用 双歧杆菌（Bifidobacterium，BFB）是人体肠道内占有比例最大的厌氧菌，每克肠内容物中约含108～1010个，在维持肠道菌群平衡和保护肠道生物屏障功能方面占主导地位［5］。具有营养、抗菌、免疫调节、抗肿瘤等多种生理功能，双歧杆菌自身可合成多种消化酶，促进营养物质的吸收。同时，BFB直接或间接地参与VB1、VB6、VB12、烟酸、叶酸以及除泛酸和VK之外的水溶性维生素的合成、吸收和利用，还能以氨为氮源合成氨基酸和尿素，降低血氨浓度，提高体内蛋白质蓄积［6］。双歧杆菌可将乳糖降解成葡萄糖、半乳糖，酵解产生的乳酸和醋酸可降低的肠道pH值及Eh（氧化还原电位），促进机体对铁、维生素D及钙的吸收。

双歧杆菌定植黏附在人的肠上皮细胞上，抵御外来病原微生物及抑制肠道内有害细菌生长，维持着肠道生物屏障的完整性［7］。主要的作用机制包括：①与乳酸杆菌在肠黏膜表面形成生物膜，具有抗菌和调节肠道免疫作用；②产生有机酸（如乙酸、乳酸、甲酸等）降低机体肠道pH值及Eh，使不耐酸的腐败菌和致病菌的生长繁殖受抑制，减少有害物质（吲哚、甲酚、胺等）产生。其中，乙酸的抑菌作用最强，乳酸次之［8］；③分解结合型胆汁酸成为游离型胆汁酸，后者对致病菌有较强的抑制作用；④产生H2O2和双歧杆菌素，从而激活机体产生过氧化氢酶，抑制和杀灭革兰阴性菌（志贺菌属和沙门菌属等）；⑤产生胞外糖苷酶，降解肠黏膜上皮细胞上的复杂多糖，阻止致病菌及其毒素对肠道上皮细胞的黏附，减少致病菌代谢的能源［9］。

双歧杆菌能激活宿主的肠黏膜免疫系统，促进IgA的分泌，促进小肠黏膜下淋巴细胞的增殖和分化，激活巨噬细胞及 NK 细胞，产生IL－1、IL－2、IL－6、TNF－α、IFN－γ等细胞因子和 NO等物质发挥免疫调节作用［10］。健康人口服双歧杆菌，可以提高粒细胞和单核白血球的吞噬活性。

双歧杆菌还具有抗癌作用，但其机理尚不清楚，可能包括：①影响肠道细菌的生化代谢，减少致癌物（脱氧胆酸、石胆酸）的产生；②产生乳酸和乙酸，酸化肠道，促进肠蠕动，减少致癌物与肠上皮细胞的接触；③双歧杆菌及其细胞壁肽聚糖（WPG）刺激巨噬细胞产生一些活性因子（IL－6，IL－1，TNF－α）而间接发挥抑瘤作用；④诱导血液中NO水平升高，激活巨噬细胞活性，可通过与肿瘤代谢关键酶活性部位Fe2S结合使其失去活性，也可通过与氧结合形成强有力杀伤性的羟自由基，促使癌细胞凋亡而产生抗癌作用；⑤降低肠道内偶氮还原酶、β－葡萄糖醛酸酶和硝酸盐还原酶等细菌酶的活性，抑制突变剂和致癌剂的活化［11］。双歧杆菌能产生脂肪酸cis－9和共扼亚油酸，两者具有抗癌作用［12］。双歧杆菌还具有降低血脂、保护及改善肝功能、调理肠道内环境、抗衰老、通便、抗放射线等作用。

2.2 乳酸杆菌的作用 乳酸杆菌（Lactobacillus）从口腔到直肠始终有该菌存在，是肠道中占优势的菌群之一。在保护肠道生物屏障方面上发挥着重要作用，当肠道中乳酸杆菌与总菌群的比率下降，会引起肠道功能紊乱，严重者导致肠炎、下痢等疾病［13、14］。

乳酸杆菌可以防止病原菌的定植和感染［15］。机制是：①促进厌氧菌和G＋菌的生长，同时抑制G－菌；②增加短链脂肪酸（short chainfatty acids，SCFA）降低肠道pH值，诱导生长因子和微生物群的生长，抑制病原体的侵袭和黏附［16］。SCFA包括乙酸、丙酸和丁酸等，它们是细菌发酵的主要产物。SCFA可促进钠离子吸收、结肠细胞增殖和黏膜生长，增加肠血流，刺激胃肠激素生成，是结肠黏膜的重要营养素。乳酸杆菌Bar13表现出了最强的定植拮抗作用，分别将90%的猪霍乱沙门氏菌和68%的大肠杆菌H10407从定植位移除［17］。

此外，乳酸杆菌还具有预防肿瘤发生的作用。它可以降低初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的比率，减少次级胆汁酸的含量，而次级胆汁酸是恶性肿瘤的启动子［18］。其机理可能是抑制肠道中梭菌属的生长，而梭菌属能够将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸。研究发现乳酸杆菌可以抑制多种肿瘤的发生和发展［19、20］。大量的动物实验也证实乳酸杆菌可很好地抑制纤维瘤、浅表膀胱癌、淋巴瘤、黑色素瘤等的发生、转移与复发［21］。

3 生物屏障的损伤因素

任何原因引起的肠道机械屏障破坏、免疫屏障损伤、肠道菌群失调等均可导致肠道黏膜生物黏膜受损，常见原因包括严重创伤、感染、休克、大出血、烧伤、大量使用抗生素、持续全胃肠外营养、低蛋白血症等，这些损伤因素均可导致肠道正常菌群结构改变，引起肠道菌落紊乱、肠黏膜理化因素损伤及免疫防御功能下降，导致黏膜生物屏障损伤。

3.1 肠黏膜机械屏障损伤 肠道机械屏障完整性破坏是肠黏膜生物屏障受损的重要原因，严重创伤、感染、休克、大出血、烧伤等应激状态下，肠黏膜缺血和激活黄嘌呤氧化酶产生过量的氧自由基，导致肠黏膜屏障直接损伤，出现糜烂、出血，使肠摄取、利用氧的能力降低，减少上皮细胞能量供给［22］。加重肠道营养障碍，使肠绒毛萎缩、黏膜修复更新能力降低，肠上皮表面黏液层变薄、腺体萎缩等肠道黏液层受损［23］。

3.2 肠黏膜免疫屏障损伤 肠道益生菌可刺激肠道免疫系统，使其时刻处于“警戒”状态。IgA抗体是阻止病原体入侵肠道的第一道防线。IgA可以遏制病原体黏附及定植，并在肠腔内和黏膜下参与行使效应功能［24］。细菌感染或肠道黏膜受损后，激活肠黏膜免疫系统，主要表现为sIgA的浆细胞数量减少及被sIgA包被的革兰阴性菌减少，肠道抗定植力下降，促进肠内细菌移位，引起肠源性感染、肠源性内毒素血症和各种消化道炎症。黏膜树突状细胞（mucosal dendritic cells，DC）作为特异性抗原递呈细胞是天然免疫和获得免疫的关键环节。树突状细胞通过经上皮直接吸纳肠道抗原，并活化天然免疫途径，使肠黏膜免遭致病性细菌侵害。

3.3 菌群失调 肠道菌群失调是肠黏膜生物屏障受损直接原因，指在严重创伤、感染、重症全身性疾病及长期大量使用抗生素等的情况下，机体与正常菌群之间及各正常菌群之间的平衡遭到破坏，而引起的病理过程［25］。原因有：①胆汁分泌减少或肠肝循环紊乱，而致肠道功能紊乱及肠道细菌过度繁殖［26］。②胃肠蠕动受抑制或肠道上皮摄氧受损，使肠道代谢功能下降，肠内菌群失调，革兰阴性菌过度繁殖，产生大量内毒素，肠黏膜通透性增加，直接损伤肠黏膜。

3.4 异常细菌产物 正常肠道细菌产生的多肽类化学趋化物质是重要的炎症激活物和介质，可介导炎症的发生［27］。创伤、感染、重症全身性疾病等因素作用下肠腔细菌过度繁殖，产生大量代谢产物和毒素，直接破坏肠黏膜结构。为致病菌入侵创造条件。当患者肠腔内细菌相关化生产物（短链脂肪酸和丁酸盐等）的含量明显减少，影响了肠上皮细胞的能量代谢，导致上皮细胞与肠道黏膜生物屏障受损，诱发肠道炎症，引起生物屏障功能障碍［28］。

4 肠内生物免疫营养支持对肠道生物屏障的保护作用

近来研究发现，在传统肠内营养中添加特殊营养素，如谷胺酰胺（glutamine）、精氨酸（arginine）、ω－3多不饱和脂肪酸（ω－3ployunsaturated）、膳食纤维、核苷酸等，通过自身药理作用来刺激机体产生免疫反应，保护肠屏障功能的完整性，这种组成营养方式称为肠内免疫营养（enteral immunonutrition）［29］。大手术、严重创伤、急性胰腺炎等危重病，患者机体免疫力下降，且发生严重分解代谢和低蛋白血症，进一步降低免疫力。因此，肠内免疫营养在维持机体正常能量代谢及改善组织器官的功能与修复、增强机体免疫力具有重要作用［30］。肠内免疫营养较好的解决机体免疫力低下的问题，动物试验发现肠内免疫营养在改善肠道内菌群紊乱、肠道微生态方面能力有限，于是肠内生态营养应运而生［31］。肠内生态营养的概念由 S.Bengmark等［32］首先提出，即在传统肠内营养基础上添加微生物制剂，调节肠内菌群平衡，利用肠内有益菌群拮抗致病菌过度生长，同时提高肠内菌群酵解作用改善肠内微环境，以达到维护肠道菌群平衡、肠道功能正常、扭转机体营养低下和抵抗力下降、减少感染率等效果。肠内生态营养在维护肠道菌群紊乱作用显著，但刺激机体产生免疫力、改善免疫状态能力有限，因而人们想到将两者混合。S.Bengmark［33］总结以前相关文献，提出了肠内生态免疫营养的概念，即在免疫营养的基础上，添加微生态制剂来加强营养支持的临床疗效，减少独立使用时并发症的发生，从而很好地解决了肠内营养修复和保护肠黏膜生物屏障的问题。

现倍受关注的微生态制剂有益生菌、益生元和合生元三大类［34］。益生菌：如乳酸杆菌、双歧杆菌，由生理性活菌和（或）死菌组成的微生态制剂，为无或较低致病性的自然微生物，对人体安全、有效。益生元：为刺激结肠中生理性细菌。从而使其存活并混合而形成，其功能兼而有之，一方面，补充肠内生理性的微生态制剂，称为外源性补充；另一方面，刺激肠内有益菌的存活与定植。合生元作为新一代微生态调节剂，将益生菌和益生元联合应用，可同时发挥益生菌和益生元的生理功能，使益生菌和益生元协调作用，共同对抗疾病，维护机体的微生态平衡。

5 展 望

正常的肠黏膜生物屏障对维持肠道内微生物的稳定、防止肠道内细菌及毒素移位及适当的细菌免疫防御反应有重要作用，经过众多国内外学者的不断探索和实验，生物屏障与人体的健康和疾病联系密切，乳酸杆菌和双歧杆菌在生物屏障中起着主导作用，两菌分泌具有抗菌的物质，补充乳酸杆菌和双歧杆菌可以抑制癌前体的恶化和肿瘤的发展［35］。两菌作用机理将从分子水平、后基因组学分析等得到阐明［36］。益生菌食品也将应生理学或减少疾病风险的要求而推向市场。肠内生态免疫营养的临床应用是近年来临床营养学治疗肠道生物屏障障碍的主要方法和进展。我们相信，随着人们对于肠生物屏障功能保护和损伤的认识、监测和维护等各种研究不断深入，生物屏障理论体系完善必将对维护人类健康产生重要意义。

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