王中秋 王清鑫 袁智勇

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放射治療科 國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心 天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心(300060)

放射性腸炎多為腹部或盆腔惡性腫瘤接受放療后引起的腸道放射性損傷，是放療的特征性毒性反應(yīng)，也是放療的常見并發(fā)癥。其主要病理改變是腸道上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞受到放射性損傷，造成局部黏膜炎性水腫、壞死，甚至纖維化。放射性腸炎可分為放射性小腸炎和放射性結(jié)直腸炎。放射性小腸炎以腹痛、腹脹等梗阻癥狀多見，嚴(yán)重者可出現(xiàn)完全性腸梗阻、腸穿孔、腸瘺；放射性結(jié)直腸炎以排便習(xí)慣改變?yōu)橹鳎绺篂a、便血、排便失禁、肛門疼痛等。根據(jù)發(fā)生時間和主要病理改變，放射性腸炎分為急性放射性腸炎和慢性放射性腸炎。急性放射性腸炎一般發(fā)生于放療期間和放療后短時間內(nèi)，一般認(rèn)為主要是快速分裂的腸上皮細(xì)胞直接暴露于射線發(fā)生死亡引起的細(xì)胞毒性反應(yīng)；慢性放射性腸炎通常發(fā)生于接受放療后數(shù)月，以血管硬化和進(jìn)行性腸壁纖維化為特征。放射性腸炎的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，至今尚未完全明確。近年多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)腸黏膜屏障功能受損與放射性腸炎的發(fā)生密切相關(guān)。因此了解放射性腸炎患者腸黏膜屏障功能的改變對研究放射性腸炎的病因、尋求新的治療、預(yù)防方法具有重要意義。本文就放射性腸炎與腸黏膜屏障關(guān)系的研究進(jìn)展作一簡要綜述。

一、腸黏膜屏障的組成

正常情況下，腸道具有屏障作用，將機(jī)體與腸腔內(nèi)大量內(nèi)容物隔離開，以避免腸道內(nèi)寄生菌及其毒素的侵襲和其他抗原分子的損害。傳統(tǒng)意義上，腸黏膜屏障僅局限于機(jī)體固有層的上皮屏障系統(tǒng)。近年隨著研究不斷地深入，人們對腸道復(fù)雜的生理功能有了新的認(rèn)識。目前認(rèn)為腸黏膜屏障包括機(jī)械屏障、微生物屏障、免疫屏障和化學(xué)屏障4個部分，其中任何一個部分受損均可導(dǎo)致腸道屏障功能障礙，誘發(fā)腸源性損傷，在放射性腸炎的發(fā)病機(jī)制中起有重要作用。

1. 機(jī)械屏障：腸道機(jī)械屏障是腸黏膜物理結(jié)構(gòu)的解剖屏障，包括腸上皮屏障、腸道運(yùn)動、腸道黏液層等。腸上皮屏障由上皮細(xì)胞與相鄰細(xì)胞間連接組成，是腸黏膜的第一道天然防線。細(xì)胞間連接主要由緊密連接、黏附連接、橋粒等組成，其中緊密連接位于相鄰上皮細(xì)胞的頂端，在連續(xù)細(xì)胞層中建立擴(kuò)散屏障，起封閉細(xì)胞間隙的作用，因此被認(rèn)為是腸上皮屏障選擇性通透的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是調(diào)節(jié)細(xì)胞旁路物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的限速步驟[1]。緊密連接是一個密閉的復(fù)合體，主要由跨膜蛋白claudin、occludin和膜周蛋白zonula occludens(ZO)等相互連接形成，周圍由細(xì)胞骨架肌動蛋白(F-actin)和肌球蛋白(myosin)組成致密環(huán)連接和支撐，共同調(diào)節(jié)緊密連接的開閉。ZO-1又被認(rèn)為是緊密連接的支架蛋白，其典型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有PDZ、SH3和GUK結(jié)構(gòu)域，與claudin、occludin等其他連接蛋白和細(xì)胞骨架相連，使緊密連接復(fù)合物成為一個穩(wěn)定的連接系統(tǒng)，便于信號在細(xì)胞骨架與連接蛋白之間進(jìn)行傳遞[1-2]。腸道運(yùn)動可有效清除腸道中的細(xì)菌，使其隨糞便排出。腸道黏液層的主要成分黏蛋白是杯狀細(xì)胞分泌的黏液糖蛋白，其暴露的化學(xué)基團(tuán)與腸上皮表面結(jié)構(gòu)類似，易被細(xì)菌識別和黏附，能阻止細(xì)菌與腸上皮細(xì)胞上的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使細(xì)菌處于黏液層，然后通過腸道運(yùn)動被清除出體外[3]。

2. 微生物屏障：人體腸道中微生物群的總體數(shù)量超過1014個，包括細(xì)菌、病毒、原蟲、真菌等，其中最主要的微生物群體為細(xì)菌，99%左右為專性厭氧菌。腸道正常菌群由高密度的原籍菌群和部分低密度的外籍菌群、環(huán)境菌群構(gòu)成，并按一定的數(shù)量和比例分布于腸道不同的節(jié)段和部位，參與宿主的代謝、免疫、生化、生物拮抗等多方面的過程，維持微生態(tài)平衡。大量抗菌藥物的應(yīng)用會破壞菌群平衡，引起致病微生物的入侵。細(xì)菌過度繁殖時，黏附到腸壁的細(xì)菌增多，同時定植機(jī)會增加，產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物和毒素，破壞腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)，使腸道通透性增加，引起細(xì)菌移位，疾病不斷進(jìn)展，甚至引起膿毒癥、多器官功能不全乃至多器官功能衰竭[4-5]。

3. 免疫屏障：腸道免疫屏障是區(qū)別于系統(tǒng)性免疫的局部免疫系統(tǒng)。根據(jù)功能和分布的不同，分為腸相關(guān)淋巴組織和彌散免疫細(xì)胞[6]。前者主要指分布于回腸的集合淋巴小結(jié)，是免疫應(yīng)答的誘導(dǎo)和活化部位，可調(diào)節(jié)腸道內(nèi)抗原，啟動IgA免疫。此外，還參與細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng)，在胃腸道細(xì)胞免疫中發(fā)揮重要作用[6-7]。后者主要由兩種不同表型的淋巴細(xì)胞組成，即分散在上皮細(xì)胞層中的上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(intraepithelial lymphocyte, IEL)和位于疏松結(jié)締組織中的固有層淋巴細(xì)胞(lamina propria lymphocytes, LPL)。IEL主要是CD8陽性細(xì)胞，多數(shù)具有常規(guī)T細(xì)胞特征，參與機(jī)體免疫監(jiān)控和免疫防御作用。LPL包括B細(xì)胞、漿細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等，能產(chǎn)生IgA、IgM、IgE，在腸道體液免疫中發(fā)揮重要作用[6,8-9]。

4. 化學(xué)屏障：化學(xué)屏障由腸道分泌的消化液、消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白、糖脂等化學(xué)物質(zhì)組成，具有殺菌、溶菌和抑制致病性細(xì)菌入侵的作用[10]。胃酸能殺滅腸道細(xì)菌，抑制細(xì)菌在胃腸道上皮的黏附和定植。膽酸可降解內(nèi)毒素分子，防止其經(jīng)腸道吸收，若膽鹽缺乏可引內(nèi)毒素血癥。溶菌酶會破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使細(xì)菌裂解，黏液中含有的補(bǔ)體成分可增加溶菌酶的抗菌作用。長期禁食或接受腸外營養(yǎng)患者，黏膜更新修復(fù)能力降低，胃酸、膽汁、溶菌酶、黏多糖等分泌減少，腸液化學(xué)殺菌能力減弱，腸道致病菌大量繁殖，容易導(dǎo)致腸屏障功能障礙。

二、放射性腸炎與腸黏膜屏障功能損傷的關(guān)系

1. 機(jī)械屏障損傷：正常生理狀態(tài)下，腸道上皮細(xì)胞的凋亡脫落與干細(xì)胞的增殖分化處于動態(tài)平衡，維持腸屏障功能的完整和損傷后的修復(fù)。增殖的腸道干細(xì)胞位于小腸上皮隱窩底部，在成熟的過程中沿隱窩絨毛軸向上遷移至絨毛頂端并完成分化。在發(fā)生放射性腸炎的區(qū)域，被射線照射后，隱窩底部未分化的細(xì)胞過度增生，最容易受到損傷，發(fā)生變性、壞死，中斷了腸絨毛表面的細(xì)胞供應(yīng)，從而導(dǎo)致腸道上皮層缺失、腸道通透性增加。Bing等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生放射性腸炎的小鼠腸黏膜中，促凋亡基因p53、BAX、caspase-3、細(xì)胞色素C表達(dá)增加，而抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-XS/L表達(dá)下降；如放療前給予人參酸多糖APG預(yù)處理，能通過作用于p53和線粒體/caspase凋亡通路，減少放療后腸道干細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)黏膜屏障修復(fù)，減輕放射性腸炎。

緊密連接蛋白中的跨膜蛋白o(hù)ccludin、claudin家族和膜周蛋白ZO-1、ZO-2等的表達(dá)與放射性腸炎的發(fā)生密切相關(guān)。發(fā)生放射性腸炎時，腸黏膜上皮細(xì)胞中ZO-1、claudin-1和occludin蛋白發(fā)生重組或斷裂，緊密連接開放；同時細(xì)胞骨架肌動蛋白微絲滑動、細(xì)胞骨架發(fā)生向心性收縮，位于細(xì)胞頂端層原本連接的緊密連接蛋白相互分離，細(xì)胞間隙增大，細(xì)胞旁路通透性升高，最終引起腸上皮屏障破壞[12]。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)放療后腸道上皮細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB活化。NF-κB活化后，p50/p65、RelB/p52亞基與肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase, MLCK)基因啟動子結(jié)合，啟動MLCK介導(dǎo)的肌球蛋白輕鏈(myosin light chain, MLC)磷酸化通路，引起細(xì)胞骨架收縮，緊密連接打開，最終導(dǎo)致腸黏膜屏障功能受損[14]。有研究[15-17]發(fā)現(xiàn)，抑制放射性腸炎模型小鼠腸道中p38/MAPK通路和Rho/ROCK通路對緩解放射性腸炎具有重要作用。其機(jī)制可能為MAPK和ROCK參與了細(xì)胞間黏附和上皮細(xì)胞運(yùn)動的調(diào)節(jié)[18-19]，可能通過不同途徑直接或間接增加MLCK活性，引起MLC磷酸化，隨著肌球蛋白整體磷酸化下降、肌球蛋白回縮，使緊密連接的結(jié)構(gòu)和功能被破壞，從而導(dǎo)致腸黏膜通透性增加。

2. 微生物屏障損傷：從1900年開始，學(xué)者們就已觀察到腸道菌群與放射性腸炎之間的密切關(guān)系。隨后的研究不斷證實(shí)：①全身放療使小鼠腸黏膜定植細(xì)菌的多樣性減少，小鼠腸道細(xì)菌通過腸系膜淋巴結(jié)和門靜脈途徑移位至肝、脾等全身器官，甚至引起菌血癥[20]；②與普通小鼠相比，無菌小鼠接受致死劑量的全身放療后，存活率明顯更高，存活時間更長[21]；③相同劑量放療條件下，移植有害菌假單胞菌至無菌小鼠，小鼠肝內(nèi)移位細(xì)菌明顯增多，存活時間明顯縮短，因此腸道菌群可能改變腸道上皮的放射敏感性[22]。

近年來，隨著基因檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，人們對腸道菌群在放射性腸炎發(fā)病機(jī)制中的作用又有了新的認(rèn)識。菌群16S rRNA宏基因組測序結(jié)果顯示：放療導(dǎo)致小鼠腸道菌群在屬水平上的豐度和多樣性發(fā)生顯著變化，主要表現(xiàn)為結(jié)腸菌群中理研菌屬增加、普氏菌屬減少；小腸菌群中棒狀桿菌屬增加、理研菌屬減少；糞便菌群中擬桿菌屬、乳桿菌屬、鏈球菌屬增加，梭菌屬減少[23-24]。Cui等[25]將正常小鼠的糞菌移植至接受全身放療的小鼠后，小鼠死亡率明顯降低、體質(zhì)量明顯增加，腸黏膜上皮層增厚、杯狀細(xì)胞數(shù)量增多，黏蛋白Muc2、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Gultl)和腸三葉肽(TFF3)分子表達(dá)上調(diào)，屏障功能恢復(fù)；再對接受糞菌移植的放療小鼠進(jìn)行測序并采用主成分分析法，發(fā)現(xiàn)糞菌移植能重塑放療小鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)，使部分菌門豐度傾向于向照射前的狀態(tài)恢復(fù)，增加擬桿菌門和厚壁菌門的豐度。

3. 免疫屏障損傷：放射性腸炎本質(zhì)上是由外在的放射線損傷誘發(fā)、細(xì)胞因子介導(dǎo)的腸道炎癥。放射線通過與組織細(xì)胞中的水分子相互作用產(chǎn)生氧自由基ROS，低濃度或一過性產(chǎn)生的ROS作為第二信使，活化NF-κB、ERK/MAPK、PI3K/AKT、SAPK/JNK等信號通路，引起促炎因子、生長因子、趨化因子、凋亡因子等多種細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，促炎因子與抗炎因子的平衡被打破，導(dǎo)致黏膜炎癥的瀑布級聯(lián)效應(yīng)。已有研究證實(shí)，在放射性腸炎的發(fā)展過程中，超過200個炎癥因子的轉(zhuǎn)錄上調(diào)。有研究[26]發(fā)現(xiàn)，放療時NF-κB、AP-1、SOCS3被激活，6 h后可在腸黏膜中觀察到高表達(dá)的IL-1β、IL-6、TNF-α，且高水平IL-1β和IL-6能持續(xù)3 d；此外，第1天時炎癥平衡指標(biāo)IL-1ra/IL-1β顯著降低，第3天時IL-8水平明顯升高，但I(xiàn)L-10水平明顯降低。放療還能引起腸上皮黏膜中巨噬細(xì)胞、CD3+T細(xì)胞、CD34+造血祖細(xì)胞的募集和中性粒細(xì)胞的浸潤，同時細(xì)胞因子MCP-1、MIP-1α、MIP-3α和IL-8分泌增加，進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)和血管損傷[27]。在腸炎發(fā)展后期，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)和鈣衛(wèi)蛋白表達(dá)升高，參與腸黏膜的修復(fù)過程[28]，可能與纖維化形成有關(guān)?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor-1, SDF-1)是一種干細(xì)胞趨化因子，通過與受體CXCR4結(jié)合，促進(jìn)干細(xì)胞向損傷的腸黏膜上皮歸巢、定植，從而修復(fù)腸黏膜。放射性損傷小腸組織中SDF-1表達(dá)明顯下調(diào)，而利用正常模型大鼠中提取的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞治療急性炎癥后，SDF-1表達(dá)明顯上調(diào)[29]。

4. 化學(xué)屏障損傷：TFF3是杯狀細(xì)胞特異性分泌的小分子多肽，能與黏蛋白的糖鏈結(jié)合，形成穩(wěn)定的凝膠復(fù)合物，保護(hù)胃腸黏液層，促進(jìn)受損腸黏膜修復(fù)。動物模型研究[30]發(fā)現(xiàn)，放射性腸炎小鼠黏膜的TFF3表達(dá)及其啟動子區(qū)活性均明顯減少，TFF3缺失的小鼠對放射性腸炎易感，提示TFF3缺失可能是放射性腸炎的發(fā)病因素之一。α-防御素是由Paneth細(xì)胞分泌至腸道黏膜層的一種陽離子多肽，富含半胱氨酸，具有抗菌作用。給予放射性腸炎小鼠補(bǔ)充α-防御素，能延長存活時間、減輕疾病嚴(yán)重程度[31]。

三、展望與總結(jié)

放射性損傷是腸黏膜屏障損傷的主要原因之一，腸屏障功能修復(fù)是放射性腸炎的治療目標(biāo)之一。目前，腸黏膜屏障損傷的危害已被臨床醫(yī)師廣泛認(rèn)同，修復(fù)黏膜屏障、提高黏膜愈合程度、降低黏膜通透性、改善腸道炎癥，對放射性腸炎的預(yù)防、治療具有重要意義。臨床上已研發(fā)了多種腸道微生態(tài)制劑，對宮頸癌、腸癌、胃癌、白血病等患者的胃腸道損傷有治療作用，可改善腸屏障系統(tǒng)障礙和腸道微生態(tài)失調(diào)引發(fā)的腹瀉、便秘等不良反應(yīng)，避免胃腸功能進(jìn)一步發(fā)生紊亂。但具體的評估體系和防治方案仍有許多不明確之處，有待深入地研究和探討。隨著多中心研究和臨床長期隨訪的對照研究地不斷開展，不久的未來將會有更多有價值的資料呈現(xiàn)。