肠黏膜屏障功能与消化系统疾病关系的研究进展

孔凡浩 闫 慧 李 颖 隋蕙嬬 史 宁

滨州医学院附属医院消化内科，山东滨州 256603

肠道是人体内最大的储菌库，能够容纳约100万亿个细菌，产生大量的内毒素。由于肠黏膜的屏障功能，胃肠道在保证营养物质消化吸收、水和电解质转运的同时，还可以将有害物质（细菌、内毒素等有毒物质）拒之门外，从而确保机体内环境的稳态[1-2]。物理屏障、生物屏障、化学屏障和免疫屏障共同构成了肠黏膜屏障，各屏障之间并非独立而是复杂的相互影响，相互作用，并处于动态平衡。当肠黏膜屏障结构被破坏时，肠黏膜通透性增加，将导致本应排出的腔内有害物质进入内环境，从而引起多种疾病，且与疾病的预后和转归相关。近年研究发现，许多消化系统疾病的发病机制与肠黏膜屏障功能障碍相关，或疾病过程中导致肠黏膜屏障功能障碍，如炎症性肠病、乳糜泻、非酒精性脂肪性肝病等[3]。因此，临床医师应深入了解肠黏膜屏障构成以及肠黏膜屏障功能与消化系统疾病发生关系的研究进展，以便为多种消化系统疾病的防治寻找安全且有效的方法。

1 肠黏膜屏障构成

1.1 物理屏障

肠上皮细胞及上皮细胞之间的连接复合物共同构成了物理屏障。连接复合物包括紧密连接（tight junction ，TJ）、黏附连接（adherens junction ，AJ）及桥粒（desmeosomes ，Ds）。细胞旁通透性的调节主要在TJ水平上进行[4]。TJ由咬合蛋白（occludin）、闭 合 蛋 白（claudins）、连 接 黏 附 分 子（junctional adhesion molecules ，JAMs）和闭合小环蛋白（zonula occludens ，ZOs）组成[5]。TJ通过赋予细胞间离子和小分子转运的选择性，在细胞旁的通透性中起至关重要的作用。

1.2 生物屏障

肠道菌群是人体不可或缺的一部分，在保护肠道屏障、合成维生素、增强骨密度、抗外来菌定植和刺激免疫反应等方面发挥着至关重要的作用[6]。人体肠道中优势菌主要包括厚壁菌门和拟杆菌门以及少量的变形菌门和放线菌门[7]。这些细菌在肠上皮细胞黏附及定植，形成了相当稳定的菌膜结构，构成抗定植力的生物屏障，限制机会性致病菌进入上皮，如大肠埃希菌的肠上皮细胞黏附及定植，是实现肠黏膜屏障功能的关键因素之一。

1.3 化学屏障

覆盖在肠上皮细胞表面的黏液层也称为化学屏障，避免了肠上皮细胞与肠道细菌的直接接触，同时允许营养物质吸收；黏液层的主要成分是糖基化黏蛋白（mucoprotein ，MUC），例如杯状细胞产生的MUC-2[8]。对MUC-2基因敲除小鼠的研究表明，这些小鼠不仅会患上结肠炎，而且对肠道病原体的抵抗力降低，这突出了黏液层在维持肠黏膜屏障功能中的作用[9]。潘氏细胞产生的抗菌肽也参与化学屏障及免疫屏障的形成，与MUC相辅相成、增强黏液层黏度，并可与细菌细胞膜结合形成离子通道，进而使细菌内容物漏至胞外，最终杀死细菌[10]。以上成分共同形成化学屏障，防止病原菌直接接触肠上皮细胞。

1.4 免疫屏障

免疫屏障主要由肠相关淋巴组织（gutassociated lymphoid tissue，GALT）和分泌型免疫球蛋白A（SIgA）组成。GALT是由Peyer氏斑、肠系膜淋巴结（mesenteric lymph node，MLN）以及散布于肠黏膜固有层（lamina propria，LP）和肠上皮中的免疫细胞组成[11]，发挥先天性和获得性免疫的作用。SIgA在肠黏膜表面形成二聚体，主要由位于LP中的B细胞合成。SIgA与黏液层一起直接与共生细菌结合，以防止细菌破坏肠黏膜屏障，还有助于排出侵入肠黏膜屏障的细菌[12]。Luck等[12]研究发现，在肥胖小鼠中，结肠LP中产生IgA的浆细胞数量减少和肠道通透性增加，因此，SIgA的丢失被认为与肠黏膜屏障功能障碍有关。

2 肠黏膜屏障功能与消化系统疾病相关性

2.1 炎症性肠病

炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）包括克罗恩病（Crohn’s disease，CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC），其发病机制是复杂的、多因素的，已有研究证实，基因、环境、菌群失调等因素与IBD的过度免疫反应和肠黏膜损伤有关。

有研究表明，在编码NOD样受体蛋白（NODlike receptor protein，NLRP）、抗菌蛋白和细胞因子的基因中有200多个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）位点与IBD的发病有关[13]；然而，只有一小部分UC患者有IBD家族史[14]，这表明环境因素在IBD发病中具有重要作用。缺乏MUC-2的小鼠表现出肠黏膜屏障功能障碍，并自发发展为结肠炎和结直肠癌[15-16]，说明黏液层在维持肠黏膜屏障功能稳态方面起关键作用。另一项研究表明，与对照组相比，喂食高糖饮食的小鼠患上了更严重的DSS诱导的结肠炎，这与肠道中具有降解肠道黏液能力的细菌的相对丰度增加有关，如Akkermansia muciniphila和Bacteroides fragilis，其产生的黏液降解酶增加，从而导致黏液层厚度变薄和细菌移位到LP[17]。在人类中，结肠化学屏障的减弱是UC发展的早期事件[18]，Vrakas等[19]研究表明，与健康对照组相比，IBD患者血液中的细菌DNA增加。因此，IBD的发展与遗传和环境因素有关，这些因素导致易感个体的肠黏膜屏障功能障碍和肠道炎症。考虑到目前的抗炎治疗（糖皮质激素和免疫抑制剂）有很大的副作用和疾病的反复发作，剖析肠黏膜通屏障功能障碍是如何影响IBD发生、发展的，特别是在IBD早期亚临床阶段，将有助于我们在IBD的预防和治疗中寻找新思路。

2.2 乳糜泻

乳糜泻（celiac disease，CeD）是一种在遗传易感个体中由于麦胶的摄入而诱发的慢性自身免疫性小肠疾病，其发病机制涉及肠黏膜屏障破坏[3]。

麦胶是一种主要存在于谷类食物（如大麦、小麦和黑麦）中的蛋白质混合物，其中麦醇溶蛋白是引起CeD的必要条件。正常情况下，麦胶蛋白不能通过肠黏膜屏障进入内环境，但CeD患者携带特定易感基因（HLADQ2和HLADQ8），TJ的结构易受到破坏，使麦醇溶蛋白能够进入人体，激活T细胞并诱导自身免疫反应[20]，导致肠黏膜损伤和肠道通透性增加[21]。Lammers等[22]研究证实，麦醇溶蛋白与肠上皮的CxcR3结合，促进MYD88依赖的zonulin的释放和肠黏膜屏障功能受损。zonulin与肠上皮细胞的表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）结合，诱发蛋白激酶Cα（protein kinase Cα，PKCα）介导的细胞骨架的重组和ZO-l/occludin表达的下调，从而增加肠道通透性[23]。临床试验表明，zonulin抑制剂醋酸拉唑肽具有较好的耐受性且能够减少促炎症因子产生以及改善肠黏膜屏障功能和胃肠道症状，目前已启动Ⅲ期临床试验[24-25]，但目前其最佳治疗剂量尚不统一，仍需进一步探索。综上所述，降低麦胶蛋白负荷和针对T细胞诱导麦胶蛋白免疫耐受成为CeD新型疗法的关键靶点。

2.3 非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）是目前常见的慢性代谢性肝病之一，其疾病谱包括非酒精性脂肪肝（non-alcoholic fatty liver，NAFL），以及由其演变的非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）、肝硬化甚至肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）[26]。

有证据表明，NAFLD患儿血浆内毒素浓度增加，这表明在疾病的早期阶段已经存在一定程度的肠道通透性增加[27]。值得注意的是，Miele等[28]研究发现，与正常人相比，NAFLD患者的肠隐窝和绒毛中ZO-1蛋白的表达水平显著减少，并且51Cr-乙二胺四乙酸的清除率显著增加，NAFLD大鼠小肠中TJ蛋白表达水平也较正常大鼠显著减少[29]，上述研究提示引起NAFLD肠黏膜屏障功能障碍的可能原因是TJ蛋白的表达水平减少。多项研究表明NAFLD存在小肠细菌过度生长（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO），并与疾病进展密切相关[30-31]。当发生SIBO时 ，肠道菌群与宿主之间的平衡关系被打破，将会导致肠黏膜屏障功能障碍和肠道通透性的增加，致使大量细菌及其代谢产物移位，经门静脉系统运送至肝脏[30]，并在肝脏中激活Toll样受体4（Toll-like receptor 4 ，TLR4）和CD14，介导产生多种细胞因子，如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α ，TNF-α）、白介素（interleukin，IL）-8、IL-1β、IL-6等，这些致炎因子的过度产生会导致肝脏炎症反应，最终诱导肝纤维化和胰岛素抵抗，甚至引起HCC的发生[31]。因此，益生菌、益生元和粪菌移植成为治疗NAFLD重要方法。但由于肠道菌群多样性，且不同个体之间肠道菌群种类不同，因此，SIBO对NAFLD影响的分子机制尚未完全阐明 ，仍需进行更多的临床研究深入探索二者之间的相关性。

3 小结与展望

机体的内环境稳态依赖于完整的肠黏膜屏障。熟悉肠黏膜屏障构成及功能相关研究进展对理解其在消化系统疾病中的作用具有重要意义。越来越多的证据表明，肠黏膜屏障功能障碍与IBD、CeD、NAFLD、肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）等消化系统疾病的发生发展息息相关。因此，促进肠黏膜屏障修复有望成为防治多种难治性消化系统疾病的新靶点。但是，基于肠黏膜屏障研究消化系统疾病仍面临着巨大的挑战：一方面，引起肠黏膜屏障功能障碍的信号通路尚未完全阐明，有待进一步深入地研究与探讨；另一方面，尽管针对肠黏膜屏障结构、功能及损伤机制的研究已成为当今医学界一个炙手可热的课题，但目前临床上仍无一种成熟的肠黏膜屏障功能检测方法。为此，深究引起肠黏膜屏障功能障碍的分子机制以及选择高敏感性和特异性的检测方法是今后研究的重点。