馮杰 錢亞男 王麗輝 曹玉凈 陳乾

膿毒癥是由機(jī)體對感染的反應(yīng)失調(diào)所引起危及生命的多器官功能障礙綜合征(MODS),是醫(yī)學(xué)上最古老及最難捉摸的疾病之一。據(jù)一項(xiàng)針對全國44所醫(yī)院ICU的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,膿毒癥發(fā)病率高達(dá)20.6%、死亡率為35.5%,其中嚴(yán)重膿毒癥病死率高達(dá)50%及以上[1]。即使膿毒癥患者沒有死亡,存活患者長期生活質(zhì)量也會(huì)較一般人群嚴(yán)重下降[2]。因而,膿毒癥現(xiàn)已成為一個(gè)世界范圍內(nèi)亟需攻克的健康難題。胃腸道作為人體主要消化器官,含有大量“細(xì)菌庫”,其功能不僅局限于消化吸收作用,還可調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng),長期以來被認(rèn)為是“MODS的發(fā)動(dòng)機(jī)”[3-4],是受膿毒癥影響最早和最嚴(yán)重的器官,僅次于肺臟。據(jù)研究顯示,危重患者胃腸運(yùn)動(dòng)功能障礙(AGI)率高達(dá)60%,28天死亡率高達(dá)62.5%;膿毒癥所致AGI發(fā)生級別不同,死亡率也不同,患者一旦出現(xiàn)腹部不適、腹脹、嘔吐、腸鳴音消失等屬于腸源性毒素蓄積表現(xiàn),繼而會(huì)引發(fā)腸麻痹、出血,預(yù)后較差,死亡率高達(dá)65%[5]。然而,目前仍然缺乏對膿毒癥急性胃腸損傷后發(fā)生的一系列病理生理反應(yīng)的認(rèn)識(shí),因而,尋找有效的膿毒癥所致AGI的治療方案是當(dāng)下研究的難點(diǎn),有著極為重要的臨床意義。腸道機(jī)械屏障作為腸道內(nèi)第一道防線,能夠屏障腸道潛在病原菌并允許有益物質(zhì)通過,是腸道中最重要的屏障之一。此外,研究發(fā)現(xiàn)機(jī)械屏障參與膿毒癥所致AGI的發(fā)生發(fā)展是后者的主要發(fā)病機(jī)制。故本文通過整理并總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn),討論機(jī)械屏障的來源、構(gòu)成及與膿毒癥急性胃腸損傷之間的關(guān)系,希望能夠?yàn)榻窈蟮哪摱景Y所致AGI的治療提供理論依據(jù)。

一、機(jī)械屏障的來源與組成

機(jī)械屏障位于細(xì)胞外間隙的最頂端,主要由腸黏膜上皮細(xì)胞和緊密連接兩部分組成。腸黏膜上皮細(xì)胞通過緊密連接蛋白(TJ)、粘附連接和橋粒組成連接復(fù)合體,構(gòu)成基礎(chǔ)物理屏障,具有抵擋腸道內(nèi)潛在病原體的作用。當(dāng)感染或發(fā)生損傷時(shí),可立即向黏膜內(nèi)固有免疫細(xì)胞發(fā)出信號,賦予其識(shí)別“微生物非自身”的能力[6]。TJ可調(diào)節(jié)溶質(zhì)和大分子物質(zhì)的被動(dòng)擴(kuò)散,還可夠阻擋抗原、細(xì)菌毒素和病原體向腸腔內(nèi)滲透,是重要的物理屏障蛋白結(jié)構(gòu)。緊密連接完整與否是腸道上皮細(xì)胞受損后修復(fù)的重要先決條件。

1.腸道上皮細(xì)胞:其具有高度動(dòng)態(tài)性及再生性[7]。腸道上皮單層細(xì)胞由不同類型的特化上皮細(xì)胞組成,各具有不同功能。其中吸收性腸道上皮細(xì)胞,占腸道上皮表面積的85%,主要參與腸道內(nèi)營養(yǎng)消化吸收及免疫保護(hù)作用[8];杯狀細(xì)胞可分泌黏液及三葉因子:黏液是構(gòu)成腸道機(jī)械屏障的關(guān)鍵組成部分,除潤滑腸道還可防止病原微生物在腸道黏膜粘附,而三葉因子具有腸黏膜組織損傷修復(fù)功能;潘氏細(xì)胞能夠分泌磷脂、帶負(fù)電荷的黏蛋白、防御素和抗菌肽:抗菌肽可殺滅病原微生物,防御素可調(diào)節(jié)腸內(nèi)微生物[9];微褶細(xì)胞分泌IgA,除杯狀細(xì)胞外,其還向樹突狀細(xì)胞提供細(xì)菌抗原。這些細(xì)胞共同形成極化層,通過細(xì)胞內(nèi)緊密連接、粘附連接和橋粒結(jié)構(gòu)構(gòu)建成為機(jī)械屏障-基礎(chǔ)物理屏障。腸黏膜屏障的完整性取決于腸上皮細(xì)胞增殖與凋亡的平衡,正常情況下,腸隱窩細(xì)胞和絨毛細(xì)胞會(huì)發(fā)生低水平凋亡,但在膿毒癥患者和動(dòng)物模型中,腸隱窩細(xì)胞、絨毛細(xì)胞凋亡水平明顯上升,而增殖明顯減少,向隱窩/絨毛軸的遷移也因此嚴(yán)重減慢,導(dǎo)致腸道絨毛長度明顯縮短,固有層剝離、出血、潰瘍,進(jìn)而導(dǎo)致腸道上皮細(xì)胞死亡;TJ結(jié)構(gòu)改變,腸道通透性增加。與此同時(shí),黏液層也會(huì)發(fā)生整體改變,如厚度減少,管腔覆蓋范圍縮小,粘附性差及小葉因子3表達(dá)減少,最終導(dǎo)致腸道機(jī)械屏障功能障礙[10]。腸上皮細(xì)胞凋亡可導(dǎo)致MODS或者膿毒癥所致AGI,研究結(jié)果顯示后者可通過嘌呤能受體、死亡受體、Toll樣受體、腫瘤壞死因子(TNF)-α途徑及線粒體途徑激活腸上皮細(xì)胞凋亡。此外,當(dāng)抗凋亡原癌基因Bcl-2特異性過表達(dá)時(shí),膿毒癥小鼠模型中腸上皮細(xì)胞凋亡水平明顯下降[11]。MicroRNA195是Bcl-2基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子,有助于調(diào)節(jié)促凋亡/抗凋亡的平衡,在膿毒癥小鼠體內(nèi)可見其上調(diào),從而達(dá)到抑制凋亡作用,甚至阻止膿毒癥所致AGI的MODS發(fā)展[12]。除與凋亡相關(guān)的轉(zhuǎn)導(dǎo)因子外,其他分子也參與了與膿毒癥相關(guān)的凋亡機(jī)制。發(fā)生膿毒癥時(shí),細(xì)胞因子IL-15能減少腸上皮細(xì)胞的凋亡率,增強(qiáng)Bcl-2與干擾素(IFN)-γ表達(dá)水平及自然殺傷細(xì)胞數(shù)量[13]。肺表面活性蛋白A(SP-A)和肺表面活性蛋白D(SP-D)可由小腸、大腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生,而SP-A和SP-D的缺失能夠使脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的膿毒癥所致AGI大鼠模型中腸上皮細(xì)胞凋亡水平增加[14],但其相關(guān)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。此外,膿毒癥誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞凋亡也可通過CD4+T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)[15],雖然未處理的Rag1小鼠(缺乏淋巴細(xì)胞)和野生型小鼠有相似數(shù)量的腸細(xì)胞凋亡水平,但盲腸穿刺法(CLP)誘導(dǎo)Rag1小鼠腸細(xì)胞凋亡水平增加5倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過膿毒癥誘導(dǎo)的腸細(xì)胞凋亡水平,同時(shí)亞組分析結(jié)果顯示抗凋亡作用為CD4+T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)而非CD8+、γδ或B淋巴細(xì)胞。

2.TJ:TJ是腸上皮細(xì)胞內(nèi)連接最頂端的組成部分,協(xié)助腸上皮細(xì)胞起到基礎(chǔ)物理屏障作用。TJ由多種跨膜蛋白和銜接蛋白構(gòu)成:包括跨膜蛋白由連接粘附分子(JAM)、三纖維素、Occludin、Marvel D3及Claudin。除連接粘附分子外,跨膜蛋白質(zhì)都是具有四個(gè)跨膜域的四鏈體,這些蛋白胞質(zhì)溶膠中的C端結(jié)構(gòu)域與各種銜接蛋白(如ZO1、ZO2、ZO3)共同構(gòu)成緊密連接復(fù)合物[16]。緊密連接中跨膜蛋白與銜接蛋白相互作用,并錨定在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架上,TJ和細(xì)胞骨架之間的相互作用對于TJ完整性的正常組裝和維持至關(guān)重要:Occludin參與TJ的組裝和拆卸,其膜位置受Ser、Thr和Tyr殘基磷酸化調(diào)控。TJ中可見高度磷酸化的Occludin,而胞質(zhì)中可見去磷酸化的Occludin,因此該蛋白磷酸化模式的改變可能使TJ不穩(wěn)定,并增加細(xì)胞旁通透性[17]。Claudins是TJ屏障功能的主要決定因素——其是細(xì)胞旁空間離子通道的主要控制蛋白。Claudins也受特異性Ser和Thr殘基磷酸化的調(diào)控。Claudins在不同腸段間存在差異,近端腸道Claudins含量顯著高于含量較少的遠(yuǎn)端胃腸道部分[18]。JAM是由上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及WBC和PLT表達(dá)的一個(gè)免疫球蛋白亞家族。腸道上皮細(xì)胞TJ中的JAM蛋白包括JAM-a、JAM-c、CAR、ESAM和JAM4,其均與細(xì)胞間接觸的其他蛋白發(fā)生側(cè)聯(lián),以促進(jìn)功能極化TJ的組裝和形成。JAM對腸道通透性和炎癥具有調(diào)節(jié)作用。三纖維素處于相鄰細(xì)胞之間的細(xì)胞間接觸處,三纖維素可促進(jìn)腸道上皮屏障的穩(wěn)定性和形成,并在不顯著損害離子通透性的情況下,特異性地封住上皮細(xì)胞片,使其不受大分子的影響。TJ的破壞和組裝受多種信號通路調(diào)節(jié),如蛋白激酶、蛋白磷酸酶和G蛋白。有研究顯示,當(dāng)出現(xiàn)膿毒癥時(shí),由于炎癥介質(zhì)被大量釋放,通過蛋白激酶導(dǎo)致TJ的蛋白完整性受損,進(jìn)而引起腸道機(jī)械屏障功能受損[19]。姜永帥等[20]的研究結(jié)果顯示出現(xiàn)膿毒癥時(shí)Occludin、Claudin-1和ZO-1的mRNA表達(dá)水平均降低,提示膿毒癥的炎癥介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致緊密連接損傷。Li等[21]的研究同樣發(fā)現(xiàn),通過體內(nèi)體外研究發(fā)現(xiàn)CLP造模組與假手術(shù)組相比,大量炎癥介質(zhì)(TNF-α、IL-6和IL-10)被釋放,腸通透性增加、腸道組織損傷明顯及腸道黏膜屏障中的緊密連接ZO-1蛋白和Claudin-1蛋白明顯降低;Oshima等[22]也指出Occludin、Claudin-1等TJ的表達(dá)改變,將引起上皮細(xì)胞分化改變與上皮細(xì)胞緊密連接功能受損,腸道通透性改變,腸道疾病隨之發(fā)生。

二、機(jī)械屏障與膿毒癥致胃腸道功能損傷

自1979年Berg和Garlington首次提出細(xì)菌/內(nèi)毒素易位學(xué)說,再到1986年Meakins和Marshall提出胃腸道是MODS原動(dòng)力的說法,胃腸道長期被認(rèn)為是“MODS的發(fā)動(dòng)機(jī)”[3]。盡管“細(xì)菌/內(nèi)毒素易位學(xué)說”這一構(gòu)想的提出在當(dāng)時(shí)具有重大意義,但其未能完全解釋膿毒癥所致AGI的原理。細(xì)菌易位的確可增加感染并發(fā)癥的發(fā)生率,卻并不直接適用于膿毒癥患者。在20例外傷致細(xì)菌易位的重癥患者中,MODS發(fā)生率達(dá)30%,僅2%的患者門靜脈血培養(yǎng)陽性[23],可見細(xì)菌/內(nèi)毒素不會(huì)直接進(jìn)入體循環(huán),該研究結(jié)果在一定程度上推翻了細(xì)菌/內(nèi)毒素易位學(xué)說的合理性,但因其所需條件苛刻難以進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。臨床上常見危重癥患者病情進(jìn)展發(fā)生急性呼吸窘迫綜合征導(dǎo)致肺臟先行受損,研究者們根據(jù)腸系膜淋巴液經(jīng)胸導(dǎo)管流入肺循環(huán),進(jìn)一步誘發(fā)多器官功能障礙綜合征(MODS)假設(shè)性提出“腸道-淋巴假說”。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),阻斷腸系膜淋巴液到肺部流通從而隔絕體循環(huán)后,可有效預(yù)防早期肺損傷及多臟器功能障礙綜合征;體外研究結(jié)果則發(fā)現(xiàn)將阻斷腸系膜淋巴液注射到健康動(dòng)物體內(nèi)能夠有效誘發(fā)全身炎癥反應(yīng),導(dǎo)致ARDS和MODS的發(fā)生[24-27]。但在對所獲取的腸系膜淋巴液進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),動(dòng)物的淋巴液未含內(nèi)毒素或細(xì)菌DNA[28],臨床研究關(guān)于多器官衰竭患者胸導(dǎo)管淋巴液的分析也獲得同樣結(jié)論[29]。因此,動(dòng)物的淋巴液未含內(nèi)毒素或細(xì)菌DNA而是含有非炎癥和細(xì)菌因素的危險(xiǎn)相關(guān)分子及模式識(shí)別受體。上述假說令研究者們逐漸認(rèn)識(shí)到腸道黏膜屏障的重要性:腸道黏膜屏障是由機(jī)械屏障、微生物屏障、黏膜屏障及免疫屏障所構(gòu)成的腸道內(nèi)防御機(jī)制,相互依存,可有效維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。其中,機(jī)械屏障作為腸道黏膜屏障的第一道防御線,承受著巨大的抗原負(fù)荷,其與外部環(huán)境關(guān)聯(lián)十分緊密,且范圍廣泛,從而能夠確保體內(nèi)腸道消化作用——營養(yǎng)消化和吸收、水和電解質(zhì)運(yùn)輸以及水和蛋白質(zhì)分泌到腸道內(nèi)腔。機(jī)械屏障還可發(fā)揮物理防御作用,防止病原體、抗原、促炎介質(zhì)等潛在的有害物質(zhì)從腸腔滲透到機(jī)體內(nèi)環(huán)境中,同時(shí)允許有利于腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育和免疫耐受的物質(zhì)選擇性通過[30]。機(jī)械屏障還能通過黏液層中巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等發(fā)揮免疫炎癥調(diào)節(jié)作用,共同協(xié)調(diào)維護(hù)機(jī)體內(nèi)環(huán)境平衡。然而,一旦機(jī)體內(nèi)機(jī)械屏障持續(xù)性損傷,無法及時(shí)修復(fù)將會(huì)導(dǎo)致免疫炎癥反應(yīng)擴(kuò)大,反而加重腸道黏膜屏障功能障礙,使炎癥狀態(tài)持續(xù)下去,從而加重腸道黏膜組織水腫,甚至于MODS及膿毒癥所致AGI發(fā)生。因而,機(jī)械屏障現(xiàn)今已被公認(rèn)為是腸道黏膜屏障中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu),也是膿毒癥所致AGI治療中密切關(guān)注的治療點(diǎn)。

三、小結(jié)

由腸上皮細(xì)胞和TJ作為主要組成部分的的腸道機(jī)械屏障受損,是誘導(dǎo)膿毒癥所致 AGI發(fā)生發(fā)展的重要原因。腸道機(jī)械屏障中TJ結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與否是腸道機(jī)械屏障作為腸道內(nèi)第一道防線的構(gòu)成基礎(chǔ),即維持TJ結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是防治膿毒癥所致AGI的有效方式。目前關(guān)于膿毒癥的研究雖較為深入,但尚未出現(xiàn)特效治療方式,關(guān)于其發(fā)病機(jī)制仍有許多未明之處,有待繼續(xù)深入研究。