急进高原肠黏膜损伤的研究进展*

潘晓莉 张方信 赫玉宝 胡璐璐

甘肃中医药大学1(730000) 兰州军区兰州总医院消化内科2

胃肠道不仅具有消化吸收功能，同时还具有屏障功能，可阻止细菌等病原微生物以及内毒素的入侵。肠黏膜屏障参与机体的应激反应和免疫应答，其中任何环节受损均会导致肠屏障功能障碍。海拔超过3 000 m的高原具有独特的气候特点，如氧分压低、气候寒冷、风速高、高蒸发、高辐射、气候多变等。急进高原缺氧环境可引起人体各系统的应激反应，以急性肺水肿、急性脑水肿等多见。近年急进高原导致人体胃肠道的损伤引起了关注。刘淑红等［1］对不同海拔高原官兵的胃肠道反应进行调查发现，不同海拔高原消化系统症状主要表现为食欲缺乏、腹泻、腹痛、腹胀、便秘、恶心呕吐和嗳气，且海拔越高，发生胃肠道反应的可能性越大。近年研究发现高原缺氧与肠黏膜损伤密切相关［2-3］，但目前对高原缺氧引起肠黏膜损伤的详细机制并不清楚。明确高原环境中胃肠黏膜损伤机制对高原胃肠疾病的防治有重要意义。本文就急进高原肠黏膜损伤的机制研究作一简要介绍。

一、高原缺氧引起肠黏膜损伤的机制

急进高原缺氧引起的肠黏膜损伤与海拔明显相关，海拔高度越高氧气越稀薄，肠黏膜损伤越严重。Anand等［4］发现81.4%的至安第斯山脉短期旅游的人群会出现消化道症状。张久聪等［5］发现急进高原个体消化系统典型症状主要表现为纳差、恶心、腹胀、腹泻、便秘等，其中56.7%的驻训官兵出现腹胀、腹泻、便秘等肠道反应。急进高原胃肠道反应可能与高原地理环境、气候和缺氧有关，还可能与对高原缺乏正确的认识，产生紧张、焦虑、恐惧等心理因素有关，但缺氧致肠黏膜屏障损伤是导致急进高原个体发生消化道高原反应的最重要原因。

1.高原缺氧对上皮细胞间紧密链接的影响：肠上皮细胞间的紧密连接是肠机械屏障的重要组成之一，由occludin相关蛋白、claudin等多种蛋白组成，可与细胞骨架、黏附分子等组成阻止细菌和毒素入侵的屏障。Occludin蛋白由504个氨基酸残基组成，包含4个结构域，N端与ZO-1结合形成紧密连接复合体，其连接部位的细胞膜通透性降低，从而仅允许小分子出入［6］。急进高原时缺氧应激使小肠occludin蛋白表达减少，小肠通透性增加。张方信等［7］的研究发现，急进高原大鼠肠上皮细胞occludin mRNA和蛋白表达显著降低，造成紧密连接降低，从而导致肠黏膜屏障功能减弱。缺氧应激还可使occludin蛋白分布异常，进而影响紧密连接，使肠黏膜通透性增加。段云等［8］通过免疫组化法发现高原缺氧情况下可引起occludin等分布异常、表达减少甚至融解，导致结构和功能异常，细胞间隙增宽，进而使内皮层通透性升高。这与烧伤应激引起的肠黏膜损伤不同。烧伤应激仅引起肠上皮细胞occludin分布发生改变，由紧密连接处向胞内转移，合并感染时occludin表达下降［9］。

2.高原缺氧对肠黏膜内分泌系统和神经系统的影响：肠道内分泌细胞分泌的各种消化酶、溶菌酶、黏蛋白等化学物质以及肠腔内正常寄生菌产生的抑菌物质，共同组成肠黏膜的化学屏障，灭活入侵的病原体，保护肠黏膜免受损害。肠道神经系统与由肠到脑的迷走神经形成突触连接，构成肠道神经系统-迷走神经-脑信号转导途径［10］，具有独立的神经反射和内分泌功能。Grubišic＇等［11］发现控制肠道局部反射的肠神经胶质细胞不产生动作电位，但表达神经递质受体，当受到外界刺激时，Ca2+增加可激活下游信号通路，引起肠运动/收缩功能的降低或增强。Cajal间质细胞(interstitial cells of Cajal，ICC)分布于胃肠道平滑肌各层之间，主要通过SCF/C-Kit信号通路调节胃肠蠕动慢波。在海拔3 000 m的缺氧环境下，胃肠道内ICC特异性表达的酪氨酸激酶受体C-Kit及其配体SCF mRNA表达下降，两者的特异性结合减少，使肠蠕动减慢;而海拔达到5 000 m时，肠蠕动增快，胃肠功能发生紊乱［12］。急进高原缺氧时胃肠激素分泌紊乱，一氧化氮合酶减少，胃泌素水平升高，胃动素和P物质降低，血管活性肠肽、胰高血糖素样肽升高，胃、肠、胆囊等平滑肌收缩频率降低，导致肠道分泌功能紊乱［13-14］。急进高原应激状态可兴奋交感肾上腺神经系统，下丘脑-垂体-肾上腺轴激活后释放的糖皮质激素使儿茶酚胺分泌增加，引起黏膜小血管收缩，动静脉短路开放，加重胃肠黏膜缺血、缺氧，进一步破坏肠黏膜屏障。

3.高原缺氧对生物屏障和微生态的影响：在正常情况下，人体肠道管腔和黏膜上皮中存在约10万亿个细菌，各菌间按一定的比例，互相制约，互相依存，形成的生物屏障可抵御外界刺激。贺锐等［15］证实肠道菌群不完善可能与易发生肠道功能障碍有关。高原缺氧等应激因素下，肠黏膜缺血、缺氧、小肠蠕动减弱引起小肠细菌过度繁殖，菌群明显增加，肠道微生态环境失衡，肠道淋巴细胞感受到肠道内菌群的改变，释放大量细胞因子，进而作用于中枢神经系统引起炎症反应，加重肠黏膜损伤［16-17］。同时由于肠黏膜损伤、萎缩，细菌直接通过肠上皮细胞间紧密连接部或穿过细胞进入淋巴系统或门静脉系统，产生大量代谢产物和毒素，有害物质吸收入血，引发内毒素血症，诱发SIRS和MODS［18］。肠道革兰阴性杆菌可产生脂多糖(LPS)［19］，诱导内皮细胞与单核细胞分泌组织因子，激活凝血反应，导致血液中出现大量1型纤溶酶原激活物抑制物-1(plasminogen-activator inhibitor type-1，PAI-1)，凝血-纤溶平衡被打破，导致微血管内大量微血栓形成，引起组织灌流不足和器官功能衰竭。

4.高原缺氧对免疫调节的影响：肠黏膜固有层含有超过人体2/3的免疫细胞和淋巴组织，与肠道内大量共生菌相互作用，形成免疫屏障，对抗原物质产生特异性和非特异性免疫应答，维持免疫平衡。免疫细胞如巨噬细胞、树突细胞和非免疫性肠上皮细胞通过表达模式识别受体，识别病原微生物表面的病原体相关分子模式并与之结合参与免疫应答。急进高原缺氧环境下，肠黏膜缺血、缺氧可引起机体免疫调节功能紊乱。缺氧时肠道合成sIgA的浆细胞数量减少，导致合成的sIgA减少，体液免疫受到抑制。核因子-κB(NF-κB)是免疫和炎症过程中重要的调节中枢，在低氧为轴心的高原环境下参与机体细胞免疫，可引起机体免疫调节功能紊乱。缺氧可激活NF-κB促进炎症介质的表达，应对病原菌侵袭。NF-κB通过IKK/NF-κB信号通路诱导表达和释放细胞因子和生长因子，激活基本宿主防御免疫反应，释放大量TNF-α，诱导肠上皮细胞内凋亡相关蛋白如Caspase-1的表达，而抑制抗凋亡蛋白如Bcl-2等的表达，诱导肠上皮细胞发生凋亡，破坏肠黏膜上皮完整性，加重肠黏膜损伤［20］。NF-κB与肠黏膜屏障的完整性密切相关。在小鼠结肠炎模型中发现低氧诱导肠上皮细胞适应性反应，小鼠肠上皮细胞NF-κB的缺失导致结肠炎易感性增加［21］。

5.高原缺氧与自噬：细胞自噬是细胞的程序性死亡，与癌症、肌病、神经退行性疾病等密切相关，近年研究发现细胞自噬还与急进高原胃肠黏膜损伤的保护作用有关。郑晓风等［22］证实细胞自噬在急进高原缺氧引起的肠上皮损伤中起保护作用。自噬通过复杂、高度调控的信号通路调控和维持细胞内稳态，对维持细胞存活、清除细胞内衰老细胞器、物质再利用起有重要作用。急进高原肠黏膜处于缺氧状态时，激活经典的PI3K/Akt/mTOR信号通路，mTOR与ULK1同系物、FIP200形成mTOR复合物1(mTORC1)，mTOR活性被抑制，Atg13去磷酸化与ULK1形成Atg13-ULK1复合物诱导自噬［23-25］。LC3、Beclin1分别是哺乳动物中酵母自噬相关基因Atg8、Atg6的同源物，属泛素类蛋白，是自噬形成所必需的。陈刚等［26］证实缺氧条件下肠上皮细胞自噬作用增强。李文祥等［27］的研究发现急进高原组大鼠肠黏膜机械屏障损伤后自噬相关蛋白Beclin1和LC3B表达明显增加。Beclin1表达上调能通过上调ClassⅢ PI3K活性，间接刺激自噬体膜形成，诱导自噬［28］。表明急进高原大鼠肠黏膜机械屏障损伤后细胞自噬活性上调。

二、结语

高原是以低压、低氧为特点的生态环境系统，可引起多种高原特发性疾病，而急进高原引起的肠道损伤尤为突出，这可能主要与肠上皮细胞间紧密连接、神经内分泌与免疫调节、微生态改变、自噬调控等有关。但其详细机制仍不清楚。对急进高原肠黏膜损伤具体机制的研究，将会是未来研究高原肠道疾病防治的新领域。

1 刘淑红，曹波，毕珣.川藏高原遂行任务武警士兵胃肠道疾病患病情况调查［J］.人民军医，2016，59(10)：994-995.

2 Zhang F，Deng Z，Dong J，et al.Effects of prebiotics on the expression of the integral membrane protein occludin and cytokines in rats after acute high altitude exposure［J］.Int J Pharmacol，2013，9(6)：385-389.

3 Zhang F，Wu W，Deng Z，et al.High altitude increases the expression of hypoxia-inducible factor 1α and inducible nitric oxide synthase with intestinal mucosal barrier failure in rats［J］.Int J Clin Exp Pathol，2015，8(5)：5189-5195.

4 Anand AC，Sashindran VK，Mohan L.Gastrointestinal problems at high altitude［J］.Trop Gastroenterol，2006，27(4)：147-153.

5 张久聪，杨永林，马香芝，等.驻格尔木高原官兵急进高原胃肠道应激反应调查研究［J］.西北国防医学杂志，2015，36(8)：517-519.

6 Asaka M，Hirase T，Hashimoto-Komatsu A，et al.Rab5amediated localization of claudin-1 is regulated by proteasomes in endothelial cells［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2011，300(1)：C87-C96.

7 张方信，邓芝云，李文祥，等.急进高原与平原大鼠肠黏膜屏障紧密连接蛋白occludin表达的对比研究［J］.西北国防医学杂志，2013，34(5)：401-403.

8 段云，张方信，单体栋，等.添加益生元对急进高原大鼠肠黏膜屏障紧密连接蛋白Occludin的作用研究［J］.中国微生态学杂志，2011，23(5)：390-392，397.

9 胡玥，吕宾.应激对肠上皮紧密连接功能的影响［J］.生理科学进展，2017，48(2)：113-116.

10 Powley TL，Wang XY，Fox EA，et al.Ultrastructural evidence for communication between intramuscular vagal mechanoreceptors and interstitial cells of Cajal in the rat fundus［J］.Neurogastroenterol Motil，2008，20(1)：69-79.

11 Grubišic＇V， Parpura V. Two modes of enteric gliotransmission differentially affect gut physiology［J］.Glia，2017，65(5)：699-711.

12 陈嘉屿，刘德科，马强，等.急进高原对Wistar大鼠胃肠运动功能的影响及其机制研究［J］.西北国防医学杂志，2015，36(5)：307-310.

13 Boos CJ，Woods DR，Varias A，et al.High Altitude and Acute Mountain Sicknessand Changesin Circulating Endothelin-1， Interleukin-6， and Interleukin-17a［J］.High Alt Med Biol，2016，17(1)：25-31.

14 李红，郑必海，郑建保，等.高原缺氧对急进高原个体胃肠动力激素及其粘膜屏障的影响［J］.激光杂志，2010，31(4)：78-79.

15 贺锐，张丽秀，叶萍，等.低出生体重儿肠道菌群及肠道屏障功能的研究［J］.中国微生态学杂志，2017，29(9)：1022-1026，1036.

16 周慧茹，王增平，张方信.高原环境胃肠黏膜损伤研究进展［J］.中国微生态学杂志，2016，28(5)：606-609.

17 刘萍，罗本燕.肠道微生态与中枢神经系统疾病的相关性［J］.中国神经精神疾病杂志，2016，42(4)：251-254.

18 Zhou Q.Severe Acute Mountain Sickness Complicated by Multiple Organ Dysfunction Syndrome［J］.Emergency Medicine Open Access，2012，2(4)：139-143.

19 汪冬，周其全.高原缺氧环境下肠道菌群紊乱与急性重症高原病［J］.胃肠病学和肝病学杂志，2017，26(2)：222-226.

20 Pasparakis M.Role of NF-κB in epithelial biology［J］.Immunol Rev，2012，246(1)：346-358.

21 Zaph C，Troy AE，Taylor BC，et al.Epithelial-cellintrinsic IKK-beta expression regulates intestinal immune homeostasis［J］.Nature，2007，446(7135)：552-556.

22 郑晓风，张久聪，邓尚新，等.3-甲基腺嘌呤对急进高原缺氧大鼠肠上皮细胞损伤的自噬影响研究［J］.实用药物与临床，2016，19(7)：797-802.

23 Kim J，Kundu M，Viollet B，et al.AMPK and mTOR regulate autophagy through direct phosphorylation of Ulk1［J］.Nat Cell Biol，2011，13(2)：132-141.

24 Jung CH，Ro SH，Cao J，et al.mTOR regulation of autophagy［J］.FEBS Lett，2010，584(7)：1287-1295.

25 Zhang F，Deng Z，Li W，et al.Activation of autophagy in rats with plateau stress-induced intestinal failure［J］.Int J Clin Exp Pathol，2015，8(2)：1816-1821.

26 陈刚，孙春红，闫柏刚.缺氧肠上皮细胞自噬的变化及意义［J］.创伤外科杂志，2015，17(3)：252-255.

27 李文祥，马蓉霞，张方信，等.急进高原大鼠肠黏膜机械屏障损伤后细胞自噬变化的初步研究［J］.中国微生态学杂志，2013，25(11)：1259-1262，1266.

28 李文祥，张方信，单体栋.缺氧环境下自噬对肠黏膜屏障的影响［J］.中国微生态学杂志，2012，24(11)：1047-1050.