維持腸道黏膜屏障完整對消化系疾病診治至關重要

吳開春，王 卓

(國家消化系統疾病臨床醫學研究中心，消化系腫瘤整合防治全國重點實驗室，空軍軍醫大學西京消化病醫院，陜西 西安 710032)

腸道黏膜是由具有特定功能的多層組織結構組成，是機體與外界環境相互作用的表面。腸道黏膜屏障與生物體的生存防御息息相關[1]。人類的腸道中居住著大量的微生物群落，這些微生物的遺傳物質在調節宿主基因表達中起著重要作用[2]。在生理條件下，腸道微生物群參與調節腸道屏障的完整性和功能的維持[3-4]。腸黏膜屏障完整性對于機體生長發育、健康狀態維持至關重要，屏障完整性以及各結構間相互作用保證了腸黏膜屏障功能正常和腸道動態平衡。來自食物、物理條件和化學物質以及腸道微生物群的變化，都可能打破穩態，造成多種消化系疾病的發生發展[5]。近年來，腸道屏障的功能探索揭示了這一領域與生理學、生物化學和免疫學等其他幾個研究領域之間的廣泛聯系[6]。本文結合國內外研究成果，介紹近年來腸道黏膜屏障與消化系疾病關聯以及修復腸道黏膜屏障損傷的研究進展。

1 腸道黏膜屏障完整性對于維持腸道動態平衡至關重要

腸道黏膜屏障作為一種重要的防御屏障，動態調節機體內環境的平衡。它的最外層由黏液層、腸道共生微生物群、防御蛋白(如抗菌肽和分泌型免疫球蛋白A)組成，腸上皮細胞構成中間層，內層則由先天性和適應性免疫細胞構成。

黏液層主要由高度糖基化的黏蛋白(mucoprotein，MUC)構成，其中MUC2在預防疾病方面起著至關重要的作用。黏液層作為腸內容物和底層腸道層之間的物理屏障，能夠保護腸道細胞免受外部物質干擾，促進營養物質吸收[7]。腸上皮細胞是腸屏障的中心組分，上皮細胞的細胞膜對大多數親水溶質不滲透?？缂毎緩胶图毎月吠緩绞墙閷镔|向腸壁內運輸的主要途徑。細胞旁途徑中緊密連接(tight junction，TJ)決定了腸道屏障的細胞旁通透性，在腸道屏障的完整性中起著關鍵作用。腸道微生物群的主要功能之一是供給腸道細胞營養物質和代謝未消化的食物[8]。腸道菌群發酵未消化吸收的物質產生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFAs)[9]，它們具有供給腸上皮細胞營養、維持機體水電解質平衡、調節腸道菌群平衡、改善腸道功能、調控基因表達以及調節宿主免疫系統發展等作用[10]。黏膜表面的腸道免疫由腸上皮細胞，上皮內淋巴細胞和小腸潘氏細胞提供。此外，先天性和適應性免疫細胞定植在固有層，腸道相關淋巴組織在腸道中表現為小腸的“派爾集合淋巴結”和沿腸道長度分布的孤立淋巴濾泡。各組織結構相互協同維持腸道黏膜屏障完整性。由于腸道屏障保護宿主免受腸道微生物、食物抗原和毒素的侵害，維持腸道屏障完整性對健康不可或缺。腸道屏障完整性與腸道疾病炎癥之間的聯系已經被闡明，腸道屏障功能障礙可能會促進代謝、自身免疫和衰老相關疾病的發展[11]。

2 腸道屏障損傷是消化系疾病發生的病理生理基礎

2.1 腸道黏膜屏障和腸內疾病

腸道屏障的完整性與宿主防御密切相關，并調節腸道疾病的進展。腸道通透性改變和腸道微生物紊亂是腸道屏障損傷的基礎[12]。

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)作為一種慢性復發性腸道炎癥性疾病，其發病與免疫、遺傳和環境因素以及腸道微生物群紊亂有關。研究報道，腸道黏膜屏障的破壞導致IBD患者持續的腸道癥狀和不良預后[13]。來自哈佛醫學院的TURNER[14]對IBD腸道屏障的研究做出了巨大貢獻。他和他的團隊發現肌球蛋白輕鏈激酶依賴性TJ功能障礙可引起免疫系統激活和實驗性結腸炎誘導[14-15]。S?DERHOLM[16]主要研究慢性應激如何觸發與肥大細胞密切相關的腸道炎癥。這些發現證明了通過屏障修復改善IBD的可行性，這可能成為非免疫抑制方法實現或維持疾病緩解的有力候選者。腸道通透性改變和腸道微生物紊亂是腸道屏障損傷的基礎[12]。IBD患者腸道群落豐度降低導致腸道內穩態喪失和不適當的免疫激活，以厚壁菌門的減少以及兼性厭氧桿菌和黏附性侵入性大腸埃希菌的增多為主[17]。

乳糜瀉(celiac disease，CeD)是一種因攝入含有麩質蛋白的谷物而引起的自身免疫性疾病，具有遺傳性。在麩質中發現的醇溶蛋白能夠誘導腸道上皮細胞釋放連蛋白，隨后被機體識別為細胞毒素，誘導TJ分解并增加腸道對于大于三個氨基酸的肽的通透性，進而引起腸道炎癥和腸道通透性改變。CeD患者多數攜帶HLA-DQ/DQ8基因，其使醇溶蛋白激活T細胞并誘導自身免疫反應[18]。遺傳和環境因素協同影響CeD腸道屏障完整性，目前針對CeD，研究人員試圖研發靶向連蛋白產生的藥物，抑制連蛋白產生，力求為CeD患者提供一種新的治療策略。

2.2 腸道黏膜與腸外疾病

腸道黏膜屏障完整性破壞除了與腸道疾病發生發展密切相關外，腸道屏障受損能夠通過多種腸道器官軸影響腸外消化系組織器官[19]，如腸肝軸、腸胰軸、腸口軸[20]。

腸肝軸的雙向交互作用參與肝臟疾病發生發展。腸道通透性增加和腸道微生物改變通過腸肝軸影響肝臟疾病進展。在肝臟疾病中，以非酒精脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)為例，在缺氧、炎癥刺激病理條件下，細胞間TJ蛋白可產生收縮現象并向細胞質移動，細胞孔隙明顯擴大，腸道黏膜屏障的通透性增加，導致腸道細菌移位并釋放代謝產物經過門靜脈系統進入血液和肝臟，使血液中內毒素水平增高，同時刺激肝臟巨噬細胞產生并釋放炎癥因子，進一步促進NAFLD的發展[21]。此外，小腸細菌過度生長會嚴重影響機體對營養物質的吸收和新陳代謝，造成明顯的營養不良，惡化肝細胞功能和增加肝內脂質積累[22]。因此，改善腸道屏障功能，有助于NAFLD患者疾病的好轉。另外，腸胰軸之間的關聯備受關注。越來越多的證據表明，腸道屏障完整性功能受損，腸道細菌易位，進而誘發或加重胰腺疾病。急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)患者在發病的前兩周內，多種因素導致腸道通透性增加，繼而腸道細菌易位增加，細菌轉運和內毒素血癥增加，TJ蛋白表達下調[23-24]。由此可見，腸道屏障損傷在AP發生發展中起著相當重要的作用[25]。

腸口軸的相互影響及作用機制探究逐漸成為當前研究熱點，腸道疾病可能引發或加重口腔炎癥[26]；一些觀察性研究證實了腸口軸的存在，例如IBD患者經常會出現口腔病變(如口腔潰瘍、口腔黏膜腫脹)[27]；腸道疾病對口腔的影響，可能是在衛生條件差和/或免疫力低下的情況下促進腸道微生物，腸道異常代謝物或細胞因子等物質轉移至口腔，進而促進口腔疾病的發生發展[28]。但截至目前消化系疾病對口腔疾病的影響報道仍然很少，未來仍需進一步研究腸道疾病對口腔的影響及其作用機制，為腸道、口腔疾病的治療提供策略。

在此，我們需要意識到腸道黏膜屏障功能改變不僅會影響消化系疾病，也會影響消化系以外器官健康狀態。隨著社會節奏增快，社會老齡化加重，壓力變大以及老年相關退行性神經系統疾病發病率增高[29-30]，腸腦軸的研究備受關注。臨床研究發現，腸道微生物和腸神經系統改變與神經系統疾病發病密切相關，腦腸軸之間的雙向作用，涉及神經、內分泌、免疫等方面，但腦腸軸相互作用的具體機制有待進一步探究。

3 腸道黏膜屏障功能的干預措施和不足

3.1 改善腸道黏膜屏障通透性

腸道通透性的增加是腸道屏障功能障礙的標志[31]。改善和維護腸道黏液層有助于腸道屏障完整性恢復。黏液屏障的正常功能依賴于杯狀細胞的正常數量以及MUC2的表達、修飾和分泌。MUC2作為人體腸道黏液中的主要大分子，對黏液層完整性維持至關重要，其含量的變化與人體的生理和病理狀態密切相關。MUC2還具有潤滑腸道、調節免疫系統、調節腸道微生物群結構和代謝等作用。研究發現，多種消化系疾病會出現MUC2分泌障礙，例如IBD、腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)。MUC2生理功能和臨床意義越來越受到重視，目前MUC2正在成為一種有前途的腸道內穩態調節劑、生物標志物和靶向治療部位[32]。此外，MUC2產生的調控因子可以相互作用，協同工作。了解黏液形成過程可以幫助我們揭示人類疾病的發病機制，找到有針對性的治療方法。值得注意的是，我們應該從多個角度考慮MUC2對人類健康和疾病的重要性，并意識到MUC2相關調控的局限性。此外，與MUC2相關的一些分子機制尚未明確，這為今后的理論研究指明了方向。

調節細胞連接和腸上皮細胞完整性有助于減輕腸道炎癥，降低腸道通透性。來源于飲食的成分和物質，膳食纖維經腸道微生物發酵后產生的SCFAs，一方面提供了上皮細胞的主要能量來源(60%～70%)[33]，一方面改善細胞通透性，促進MUC2表達[34]。就抗炎方面來說，SCFAs調節免疫細胞的趨化性，并釋放活性氧類和細胞因子[35]。目前研究已經證明中藥藥物成分中槲皮素、兒茶素、小檗堿、白藜蘆醇和姜黃素等多酚類物質通過增加腸道上皮細胞、TJ蛋白和黏蛋白，促進腸道干細胞增殖，上調腸道微生物群(特別是有益細菌)的豐度以及調節腸道內的先天性和后天免疫系統修復腸黏膜屏障[36-37]。此外，多酚參與多種炎癥信號通路，作用于腸上皮細胞，降低腸屏障功能障礙的風險，目前研究雖然已經闡明了中藥調節屏障功能的一些上游蛋白和信號通路，然而中藥可能的作用機制及其有效性較模糊，仍需要我們進一步探究[38-39]。部分氨基酸能夠改善腸道屏障功能，谷氨酰胺能夠調節TJ蛋白的表達，使腸細胞膜保持不滲透。盡管多項體外、體內和臨床研究已經證明了谷氨酰胺在維持黏膜屏障方面具有有利作用，但與谷氨酰胺不同，只有少數研究表明精氨酸對腸上皮細胞完整性有保護作用。另外，功能性食品對于通透性的影響主要集中在益生元、多糖等大分子上。相比之下，對食品中小分子成分影響的研究較少，應該在未來的研究中加以解決。

針灸作為傳統中醫的重要組成部分，研究發現它能夠通過修復腸道屏障、抗炎等機制治療消化系疾病。目前眾多消化系疾病患者已從中受益，但是由于針灸治療的潛在機制未完全闡明，其有效性不斷被質疑，尋找足夠臨床證據，解析其詳細作用機制成為研究者們努力的方向[40]。

另外，免疫細胞和細胞因子在腸道通透性改變中的作用受到廣泛關注。激素、多種抗細胞因子抗體(抗TNF-α抗體)可以減輕炎癥并改善IBD受試者的腸道黏膜屏障完整性[41-42]。烏司奴單抗靶向IL-12/IL-23的p40亞基，抑制IL-12/IL-23與T細胞、NK細胞和抗原呈遞細胞表面受體結合，從而減輕炎癥反應。一定程度地限制熱量攝入時可降低肥胖女性的腸道通透性和炎癥標志物水平，促進機體穩態[43]。目前研究發現微量注射IL-22和開發含有IL-22基因位點的DNA疫苗等實驗方法已經證明在疾病模型中減少炎癥細胞向腸組織浸潤方面取得了功效[44-45]。增強Th22細胞或IL-22水平可能具有治療潛力，明確兩者的作用機制，研發針對Th22和IL-22通路的靶向藥，為腸道屏障功能障礙提供了潛在治療策略。

3.2 調節腸道微生物

健康的腸道微生物群根據身體的生物節律產生動態變化以維持宿主體內平衡。相比之下，腸道微生物群的生態失調(例如組成、豐度和相互作用的改變)可能導致腸外疾病的發生和進展[46-47]。

腸道微生物紊亂是腸道黏膜屏障損傷的重要機制，其促進腸內和腸外疾病的發生發展[48]，調節腸道微生物，改善腸道屏障功能，能夠緩解腸內外疾病。益生菌的補充，通過直接或間接途徑改善腸道微生物紊亂狀態，降低腸道通透性，近而調節腸道屏障完整性[49]。益生菌治療的發展，由最開始的單純菌到微膠囊化，再到單細菌表面修飾，逐漸使得益生菌制劑在復雜的腸道環境中發揮較高的調節作用[50-51]?？诜嫔殉蔀橹委熌c屏障功能障礙的一種越來越有吸引力的方法。此外，將益生菌和益生元或多種益生菌聯合使用，是目前常見的治療措施。然而，益生菌作用機制尚不完全清楚，在臨床應用中仍然有限[31]。

近年來，糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)已經成為醫學界關注的重點，FMT是將從健康捐贈者的糞便中獲得的腸道微生物群移植到患者(或患病動物模型)的腸黏膜中，目的是恢復受體的正常微生物。2013年，第一個針對復發性艱難梭菌感染(clostridioides difficile infection，CDI)相關性腹瀉的對照臨床研究表明，FMT明顯比萬古霉素更有效。此外，美國食品和藥物管理局在2013年正式宣布人類糞便為藥物，并建議在臨床試驗中嚴格監督樣品，因為存在意外傳播病原體和抗生素抗藥性的風險。同年，FMT被納入治療復發性CDI的臨床實踐指南。這些實驗和事件有助于將FMT的發展推向一個新階段。它作為重建腸道微生態的主要手段被廣泛用于治療腸道微生物失衡相關的疾病[48]，例如IBD、IBS[52]。FMT重塑的腸道菌群取代了本土細菌，有助于減輕腸道或腸外疾病，臨床大量FMT的案例說明了其安全性，但是考慮到FMT糞便捐獻者可能會將自身代謝組學特征“轉移”給受試者，FMT還需制定明確和普遍的供體篩選標準，為受試者提供最佳治療方案[53]。

4 展望

目前研究發現腸道黏膜屏障完整性有助于維持機體內環境穩態，腸道黏膜屏障功能障礙能夠通過直接或間接途徑促進疾病的發生發展。腸道與多種組織器官通過腸道-器官軸相互作用，修復損傷的腸道黏膜屏障能夠控制和治療消化系疾病，也有助于改善消化系以外的疾病癥狀。目前絕大多數研究基于疾病狀態下對于造成腸道屏障功能障礙多方面因素進行干預，在恢復腸道一部分屏障功能的情況下，可能以犧牲其他平衡為代價。目前藥物針對腸道黏膜屏障特定基因或分子的特異性不高，且預測黏膜屏障損傷生物標志物發現的較少，針對上述問題，如何在臨床發病前對腸道屏障完整性功能進行預測并干預以及開發更多靶向腸道屏障相關藥物值得我們深入探究。