姚 鵬，郝 娜

人體每天都暴露于可能危害健康的潛在有害物質(zhì)和傳染原中。胃腸道（gastrointestinal, GI）與外部環(huán)境的接觸面積最大，因此是承受較大抗原負(fù)荷的區(qū)域，其表面積約為250平方米[1]。為確保內(nèi)部穩(wěn)態(tài)，胃腸道具有消化作用，既包括營養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及水和電解質(zhì)的運(yùn)輸，也需要防御作用以防止包括病原體，抗原和促炎因子在內(nèi)的潛在有害物質(zhì)從腸腔進(jìn)入內(nèi)部環(huán)境，同時(shí)允許有利于腸道免疫系統(tǒng)發(fā)展和免疫耐受的物質(zhì)選擇性通過[2]。實(shí)際上，腸道黏膜特別適合共生細(xì)菌的定居，這些細(xì)菌在消化過程中起決定性作用，并影響腸道免疫系統(tǒng)的功能[3]。消化功能和防御功能都基于腸道黏膜的特殊解剖結(jié)構(gòu)，尤其是“腸道屏障”，其中各種免疫和非免疫機(jī)制會(huì)融合并協(xié)同發(fā)揮作用[4]。如果腸屏障功能出現(xiàn)障礙將導(dǎo)致本應(yīng)排出的腔內(nèi)物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)環(huán)境，從而引起過度的免疫反應(yīng)，加劇屏障功能障礙并延長炎癥狀態(tài)，這就造成多種胃腸道疾病。

1 解剖結(jié)構(gòu)

組成腸屏障的元素根據(jù)其性質(zhì)和解剖位置分為細(xì)胞外成分和細(xì)胞成分。

1.1 細(xì)胞外成分 胃腸道的第一道防線是在腸腔中，那里的微生物和抗原通過pH值以及胃、胰腺和膽汁的分泌以非特異性方式降解。消化酶主要包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和核酸酶，其通過破壞細(xì)胞壁對(duì)微生物產(chǎn)生毒性作用[5]，從而初步清除大部分飲食中的微生物。腸上皮有一層微結(jié)構(gòu)，包括約100微米厚的黏液，水和糖萼層，主要由具有疏水性和表面活性的杯狀細(xì)胞分泌，可防止腸腔內(nèi)細(xì)菌黏附到腸上皮[6]。

在黏液層內(nèi)，富含抗菌肽的黏液可以防止黏膜粘連和微生物入侵。該層包含漿細(xì)胞合成的分泌性免疫球蛋白A（SIgA）及Paneth細(xì)胞分泌的抗菌產(chǎn)物，包括磷脂、帶負(fù)電荷的黏蛋白和對(duì)細(xì)菌、真菌、病毒具有活性的肽?？咕目烧T導(dǎo)細(xì)菌裂解，增加腸腔內(nèi)的水液分泌，從而洗去上皮表面的細(xì)菌，還在微生物群調(diào)節(jié)中起作用，因此可幫助建立適應(yīng)性免疫應(yīng)答[7]。上皮中較稠密的非攪拌黏液層，也稱為糖萼，可促進(jìn)營養(yǎng)吸收，保留上皮的水合作用并保護(hù)上皮內(nèi)膜免受腔內(nèi)消化酶的作用。糖萼在上皮更新和分化以及維持口腔耐受性中也發(fā)揮著作用，通過信號(hào)傳導(dǎo)限制腸道抗原的免疫原性[8]。此外，氯和水主要通過腸細(xì)胞分泌到腸腔中，阻止細(xì)菌定居，并通過對(duì)腸內(nèi)容物的稀釋作用減慢抗原向固有層的轉(zhuǎn)運(yùn)。最后，腸道肌肉層引起的蠕動(dòng)可排空腔內(nèi)物質(zhì)并減少保留時(shí)間，從而減少了腸腔內(nèi)潛在有毒或致病物質(zhì)的存在。

1.2 細(xì)胞成分 細(xì)胞以特異性或非特異性方式起作用。腸道菌群及微生物群位于最外層，是影響上皮屏障代謝的關(guān)鍵組成部分。此外，共生菌群通過競(jìng)爭(zhēng)營養(yǎng)，改變pH值，釋放有益的抗微生物物質(zhì)，來限制病原菌的定殖。腸道菌群還可以為宿主提供其他功能，包括營養(yǎng)獲取和能量調(diào)節(jié)，影響炎癥反應(yīng)，上皮修復(fù)和血管生成等過程[9]。腸上皮具有一層專門的極化上皮細(xì)胞，3～5 d更新一次。盡管大多數(shù)細(xì)胞是腸上皮細(xì)胞（約占80%），但腸上皮發(fā)揮的不同作用來自多種細(xì)胞的共同協(xié)作，如存在于黏液分泌的杯狀細(xì)胞，防御素分泌的Paneth細(xì)胞，激素和神經(jīng)肽分泌中的其他細(xì)胞等[10]。

上皮細(xì)胞組成一個(gè)連續(xù)的極化單層，其中單個(gè)細(xì)胞膜通過蛋白質(zhì)復(fù)合物相互連接并連接至基底膜，從而為上皮提供發(fā)揮其特定功能所需的結(jié)構(gòu)完整性和細(xì)胞活性。這些細(xì)胞間連接被分為緊密連接，錨定連接和連通連接[11]。

2 生理功能

2.1 腸道免疫作用 上皮屏障、水和抗菌素的分泌以及腸蠕動(dòng)限制了抗原和微生物從腸腔進(jìn)入人體內(nèi)部環(huán)境。但這些非特異性機(jī)制并不總是足夠的，因此需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（即免疫系統(tǒng)）來快速協(xié)調(diào)地做出反應(yīng)。因此，免疫系統(tǒng)在獲得對(duì)無害抗原（例如來自飲食或共生微生物的抗原）的耐受性同時(shí)，也會(huì)吸收有害物質(zhì)，并在生理性炎癥的狀態(tài)下持續(xù)活化[12]。

被激活的第一個(gè)免疫反應(yīng)是非特異性的，取決于先天免疫系統(tǒng)。上消化道中廣泛地存在著上皮細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞（natural killer, NK）。這些細(xì)胞識(shí)別細(xì)菌、真菌和病毒的病原體相關(guān)分子模式（pathogenassociated molecular pattern, PAMP），包括模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor, PRR）等。這些受體具有雙重功能，無論在體外還是在體內(nèi)，它們都為上皮細(xì)胞提供對(duì)頂和基底外側(cè)刺激的不同反應(yīng)[13]。在正常情況下，共生細(xì)菌對(duì)PRR的頂端激活有助于分泌抗菌物質(zhì)并維持一定的抗炎能力。當(dāng)上皮屏障的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，細(xì)菌可能會(huì)進(jìn)入，并通過激活固有免疫系統(tǒng)細(xì)胞上的基底外側(cè)PRR來促發(fā)促炎反應(yīng)[14]。樹突狀細(xì)胞不斷檢測(cè)細(xì)菌和抗原，并將其吞噬、呈遞。這決定了免疫系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞和體液的進(jìn)一步免疫反應(yīng)。因此，在局部引起足夠的炎癥反應(yīng)之前，它們必須區(qū)分來自病原微生物的信號(hào)和來自共生微生物的信號(hào)以及無害抗原[15]。與病原微生物相比，共生微生物中的PAMP被認(rèn)為對(duì)PRR的親和力較小，或者它們可能需要其他病原信號(hào)（例如毒素）的聚集才能觸發(fā)免疫反應(yīng)[13]。先天免疫系統(tǒng)包含幾個(gè)細(xì)胞亞群，其激活取決于環(huán)境中存在的細(xì)胞因子。例如NK細(xì)胞在內(nèi)的特定亞群對(duì)糖脂有反應(yīng)，包括炎癥過程中釋放的凋亡性腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)，非生理酶修飾的飲食糖脂以及腸腔中細(xì)菌的糖脂等[16]。

2.2 腸黏膜通透性 腸黏膜通透性可以定義為黏膜表面被特定物質(zhì)穿透的能力。營養(yǎng)物質(zhì)的通過以及腸腔和黏膜之間的主動(dòng)（轉(zhuǎn)運(yùn)）和被動(dòng)（擴(kuò)散）過程都是通過腸上皮進(jìn)行的。腸上皮細(xì)胞由于具有頂端膜和基底外側(cè)膜上的離子通道，其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和泵在轉(zhuǎn)運(yùn)中具有很高的活性。轉(zhuǎn)運(yùn)的選擇性過程分為細(xì)胞旁途徑和跨細(xì)胞途徑[17]。

細(xì)胞旁途徑允許分子跨上皮總流動(dòng)的85%穿過兩個(gè)相鄰上皮的細(xì)胞，并受到緊密連接的約束，緊密連接呈不同大小的孔以限制顆粒進(jìn)入。該途徑是抵抗腔內(nèi)抗原的有效屏障，并且是腸道通透性的決定因素[18]。

跨細(xì)胞途徑允許溶質(zhì)跨腸細(xì)胞膜運(yùn)輸。各種機(jī)制介導(dǎo)分子通過跨細(xì)胞途徑運(yùn)輸。較小的親水性和親脂性化合物通過被動(dòng)方式經(jīng)腸細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層擴(kuò)散。由于上皮通透性受轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、離子、氨基酸和特定抗原的內(nèi)吞作用、轉(zhuǎn)運(yùn)作用和胞吐作用影響，調(diào)節(jié)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，較大的物質(zhì)（例如蛋白質(zhì)和細(xì)菌副產(chǎn)物）會(huì)通過細(xì)胞吞噬作用被細(xì)胞捕獲，并通過載體胞吞作用主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，以進(jìn)行后續(xù)加工和呈遞[19]，這是腸道免疫反應(yīng)的一部分。細(xì)菌、病毒和其他顆粒通過內(nèi)吞或吞噬作用，進(jìn)入機(jī)體，將其受體與細(xì)胞膜結(jié)合。

3 致病作用

腸屏障是一個(gè)涉及許多因素的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，由于通透性增加，物質(zhì)通過增加，但這并不一定意味著功能紊亂。從腸道通透性增加發(fā)展到疾病，是屏障功能維持因子的全面失衡的體現(xiàn)。正常情況下，通透性升高不足以引起腸道疾病，因?yàn)橐坏┐碳は?，上皮屏障可能就?huì)恢復(fù)。但是，在某些病理?xiàng)l件下，這種自我調(diào)節(jié)能力會(huì)喪失，導(dǎo)致通透性增加，從而促進(jìn)慢性腸道炎癥。

盡管炎癥性腸病（inflammatory bowel disease, IBD）的病因仍未可知，但與健康受試者相比，IBD患者的腸黏膜通透性明顯增加。已經(jīng)確定這是由于TJ蛋白的結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的，主要是降低claudin-3、4、5、8和封閉蛋白（occludin）的表達(dá)，增加claudin-2的表達(dá)和MLCK磷酸化，從而促進(jìn)了細(xì)胞骨架的收縮[20]。鑒于這些患者的γ-干擾素(IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平升高，以及細(xì)胞因子在體外對(duì)上皮屏障的影響，炎癥反應(yīng)過度可能是TJ蛋白結(jié)構(gòu)變化的原因[21]。因此，遺傳和環(huán)境因素以及屏障功能缺陷均可導(dǎo)致異常的免疫反應(yīng)和腸道炎癥。

腸易激綜合癥（irritable bowel syndrome, IBS）是一種胃腸道疾病，其特征為復(fù)發(fā)性腹痛及大便稠度或頻率改變。IBS根據(jù)主要癥狀分為便秘為主，腹瀉為主和混合型。據(jù)估計(jì)，全世界的患病率是10%～20%，造成了巨大的社會(huì)負(fù)擔(dān)及大量醫(yī)療費(fèi)用[22]。內(nèi)臟知覺增加和黏膜免疫反應(yīng)失調(diào)是IBS的特征，與腸屏障功能的惡化直接相關(guān)。繼芬蘭的初步報(bào)告[23]之后，全球IBS患者的腸道微生物組成發(fā)生明顯變化的證據(jù)越來越多[24]。對(duì)IBS中糞便和黏膜相關(guān)微生物組的單獨(dú)分析顯示，與黏膜淋巴細(xì)胞表型相關(guān)[25]。

腸道緊密連接蛋白是構(gòu)成腸黏膜機(jī)械屏障的重要組成部分，緊密連接蛋白的改變對(duì)通透性的影響取決于其調(diào)節(jié)細(xì)胞旁間隙的作用，其受損會(huì)導(dǎo)致腸腔內(nèi)的細(xì)菌、毒素等物質(zhì)可穿透腸黏膜而進(jìn)入其他組織、器官或循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)生細(xì)菌或毒素移位，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。丁麗等[26]研究指出claudin-1在調(diào)節(jié)血管通透性中發(fā)揮重要作用，在胃癌患者的腦微血管中，claudin-1的表達(dá)量非常低。有研究發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結(jié)腸炎模型大鼠存在腸黏膜屏障功能障礙，腸道細(xì)菌可移位進(jìn)入遠(yuǎn)隔臟器及血液循環(huán)并激活炎癥反應(yīng)，是微炎癥狀態(tài)的發(fā)生機(jī)制之一[27]。潰瘍性結(jié)腸炎患者腹腔內(nèi)含有大量毒素，腸道微生態(tài)容易發(fā)生紊亂，研究發(fā)現(xiàn)腸黏膜缺氧會(huì)引起腸黏膜炎癥，釋放大量的炎癥因子如TNF-α、INF-γ、白細(xì)胞介素（IL）-1、IL-6和氧自由基等，這些炎癥因子進(jìn)一步加重缺氧，造成腸黏膜屏障功能受損[28]。研究發(fā)現(xiàn)TNF-α單獨(dú)作用即可引起腸黏膜機(jī)械屏障功能損害，其機(jī)制可能是通過誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞的肌球蛋白輕鏈激酶(myosinlightchainkinase, MLCK)蛋白表達(dá)，從而引起肌球蛋白輕鏈(MLC)磷酸化增加，閉鎖小帶蛋白1(zonula occludens 1,ZO-1)、occludin、claudin-1蛋白重新分布，最終導(dǎo)致腸黏膜屏障功能損害[28]。此外，腸道菌群失調(diào)也可以誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞凋亡，并增加腸上皮細(xì)胞間的通透性，進(jìn)一步促進(jìn)病原菌、毒素等易位，引發(fā)內(nèi)源性感染。

此外，在多種慢性消化系統(tǒng)疾病中后期，腸道機(jī)械屏障均會(huì)受到不同程度的損傷。腸道黏膜對(duì)缺血敏感，慢性病患者腸道長期受到影響，內(nèi)環(huán)境改變，腹腔壓力波動(dòng)，腸道黏膜毛細(xì)血管易產(chǎn)生缺血缺氧，灌注障礙，造成腸上皮腫脹壞死。且由于患者體內(nèi)高毒素狀態(tài)、腸動(dòng)力下降、腸蠕動(dòng)減弱等多種其他因素，造成腸道微生態(tài)破壞，致病菌數(shù)量劇增，菌群異常，破壞腸黏膜機(jī)械屏障，釋放大量細(xì)胞毒性物質(zhì)，加重消化道癥狀。

4 小結(jié)

腸屏障功能對(duì)于維持腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)和預(yù)防慢性腸道炎癥至關(guān)重要。熟悉其解剖及生理相關(guān)研究進(jìn)展對(duì)理解其在胃腸道疾病中的作用大有裨益。越來越多的證據(jù)表明，腸屏障功能紊亂與多種胃腸道疾病相關(guān)。因此，針對(duì)恢復(fù)腸屏障防御作用的治療策略有望恢復(fù)腸道穩(wěn)態(tài)和整體健康。