维持肠道黏膜屏障完整对消化系疾病诊治至关重要

吴开春，王 卓

(国家消化系统疾病临床医学研究中心，消化系肿瘤整合防治全国重点实验室，空军军医大学西京消化病医院，陕西 西安 710032)

肠道黏膜是由具有特定功能的多层组织结构组成，是机体与外界环境相互作用的表面。肠道黏膜屏障与生物体的生存防御息息相关[1]。人类的肠道中居住着大量的微生物群落，这些微生物的遗传物质在调节宿主基因表达中起着重要作用[2]。在生理条件下，肠道微生物群参与调节肠道屏障的完整性和功能的维持[3-4]。肠黏膜屏障完整性对于机体生长发育、健康状态维持至关重要，屏障完整性以及各结构间相互作用保证了肠黏膜屏障功能正常和肠道动态平衡。来自食物、物理条件和化学物质以及肠道微生物群的变化，都可能打破稳态，造成多种消化系疾病的发生发展[5]。近年来，肠道屏障的功能探索揭示了这一领域与生理学、生物化学和免疫学等其他几个研究领域之间的广泛联系[6]。本文结合国内外研究成果，介绍近年来肠道黏膜屏障与消化系疾病关联以及修复肠道黏膜屏障损伤的研究进展。

1 肠道黏膜屏障完整性对于维持肠道动态平衡至关重要

肠道黏膜屏障作为一种重要的防御屏障，动态调节机体内环境的平衡。它的最外层由黏液层、肠道共生微生物群、防御蛋白(如抗菌肽和分泌型免疫球蛋白A)组成，肠上皮细胞构成中间层，内层则由先天性和适应性免疫细胞构成。

黏液层主要由高度糖基化的黏蛋白(mucoprotein，MUC)构成，其中MUC2在预防疾病方面起着至关重要的作用。黏液层作为肠内容物和底层肠道层之间的物理屏障，能够保护肠道细胞免受外部物质干扰，促进营养物质吸收[7]。肠上皮细胞是肠屏障的中心组分，上皮细胞的细胞膜对大多数亲水溶质不渗透。跨细胞途径和细胞旁路途径是介导物质向肠壁内运输的主要途径。细胞旁途径中紧密连接(tight junction，TJ)决定了肠道屏障的细胞旁通透性，在肠道屏障的完整性中起着关键作用。肠道微生物群的主要功能之一是供给肠道细胞营养物质和代谢未消化的食物[8]。肠道菌群发酵未消化吸收的物质产生短链脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFAs)[9]，它们具有供给肠上皮细胞营养、维持机体水电解质平衡、调节肠道菌群平衡、改善肠道功能、调控基因表达以及调节宿主免疫系统发展等作用[10]。黏膜表面的肠道免疫由肠上皮细胞，上皮内淋巴细胞和小肠潘氏细胞提供。此外，先天性和适应性免疫细胞定植在固有层，肠道相关淋巴组织在肠道中表现为小肠的“派尔集合淋巴结”和沿肠道长度分布的孤立淋巴滤泡。各组织结构相互协同维持肠道黏膜屏障完整性。由于肠道屏障保护宿主免受肠道微生物、食物抗原和毒素的侵害，维持肠道屏障完整性对健康不可或缺。肠道屏障完整性与肠道疾病炎症之间的联系已经被阐明，肠道屏障功能障碍可能会促进代谢、自身免疫和衰老相关疾病的发展[11]。

2 肠道屏障损伤是消化系疾病发生的病理生理基础

2.1 肠道黏膜屏障和肠内疾病

肠道屏障的完整性与宿主防御密切相关，并调节肠道疾病的进展。肠道通透性改变和肠道微生物紊乱是肠道屏障损伤的基础[12]。

炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)作为一种慢性复发性肠道炎症性疾病，其发病与免疫、遗传和环境因素以及肠道微生物群紊乱有关。研究报道，肠道黏膜屏障的破坏导致IBD患者持续的肠道症状和不良预后[13]。来自哈佛医学院的TURNER[14]对IBD肠道屏障的研究做出了巨大贡献。他和他的团队发现肌球蛋白轻链激酶依赖性TJ功能障碍可引起免疫系统激活和实验性结肠炎诱导[14-15]。SÖDERHOLM[16]主要研究慢性应激如何触发与肥大细胞密切相关的肠道炎症。这些发现证明了通过屏障修复改善IBD的可行性，这可能成为非免疫抑制方法实现或维持疾病缓解的有力候选者。肠道通透性改变和肠道微生物紊乱是肠道屏障损伤的基础[12]。IBD患者肠道群落丰度降低导致肠道内稳态丧失和不适当的免疫激活，以厚壁菌门的减少以及兼性厌氧杆菌和黏附性侵入性大肠埃希菌的增多为主[17]。

乳糜泻(celiac disease，CeD)是一种因摄入含有麸质蛋白的谷物而引起的自身免疫性疾病，具有遗传性。在麸质中发现的醇溶蛋白能够诱导肠道上皮细胞释放连蛋白，随后被机体识别为细胞毒素，诱导TJ分解并增加肠道对于大于三个氨基酸的肽的通透性，进而引起肠道炎症和肠道通透性改变。CeD患者多数携带HLA-DQ/DQ8基因，其使醇溶蛋白激活T细胞并诱导自身免疫反应[18]。遗传和环境因素协同影响CeD肠道屏障完整性，目前针对CeD，研究人员试图研发靶向连蛋白产生的药物，抑制连蛋白产生，力求为CeD患者提供一种新的治疗策略。

2.2 肠道黏膜与肠外疾病

肠道黏膜屏障完整性破坏除了与肠道疾病发生发展密切相关外，肠道屏障受损能够通过多种肠道器官轴影响肠外消化系组织器官[19]，如肠肝轴、肠胰轴、肠口轴[20]。

肠肝轴的双向交互作用参与肝脏疾病发生发展。肠道通透性增加和肠道微生物改变通过肠肝轴影响肝脏疾病进展。在肝脏疾病中，以非酒精脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)为例，在缺氧、炎症刺激病理条件下，细胞间TJ蛋白可产生收缩现象并向细胞质移动，细胞孔隙明显扩大，肠道黏膜屏障的通透性增加，导致肠道细菌移位并释放代谢产物经过门静脉系统进入血液和肝脏，使血液中内毒素水平增高，同时刺激肝脏巨噬细胞产生并释放炎症因子，进一步促进NAFLD的发展[21]。此外，小肠细菌过度生长会严重影响机体对营养物质的吸收和新陈代谢，造成明显的营养不良，恶化肝细胞功能和增加肝内脂质积累[22]。因此，改善肠道屏障功能，有助于NAFLD患者疾病的好转。另外，肠胰轴之间的关联备受关注。越来越多的证据表明，肠道屏障完整性功能受损，肠道细菌易位，进而诱发或加重胰腺疾病。急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)患者在发病的前两周内，多种因素导致肠道通透性增加，继而肠道细菌易位增加，细菌转运和内毒素血症增加，TJ蛋白表达下调[23-24]。由此可见，肠道屏障损伤在AP发生发展中起着相当重要的作用[25]。

肠口轴的相互影响及作用机制探究逐渐成为当前研究热点，肠道疾病可能引发或加重口腔炎症[26]；一些观察性研究证实了肠口轴的存在，例如IBD患者经常会出现口腔病变(如口腔溃疡、口腔黏膜肿胀)[27]；肠道疾病对口腔的影响，可能是在卫生条件差和/或免疫力低下的情况下促进肠道微生物，肠道异常代谢物或细胞因子等物质转移至口腔，进而促进口腔疾病的发生发展[28]。但截至目前消化系疾病对口腔疾病的影响报道仍然很少，未来仍需进一步研究肠道疾病对口腔的影响及其作用机制，为肠道、口腔疾病的治疗提供策略。

在此，我们需要意识到肠道黏膜屏障功能改变不仅会影响消化系疾病，也会影响消化系以外器官健康状态。随着社会节奏增快，社会老龄化加重，压力变大以及老年相关退行性神经系统疾病发病率增高[29-30]，肠脑轴的研究备受关注。临床研究发现，肠道微生物和肠神经系统改变与神经系统疾病发病密切相关，脑肠轴之间的双向作用，涉及神经、内分泌、免疫等方面，但脑肠轴相互作用的具体机制有待进一步探究。

3 肠道黏膜屏障功能的干预措施和不足

3.1 改善肠道黏膜屏障通透性

肠道通透性的增加是肠道屏障功能障碍的标志[31]。改善和维护肠道黏液层有助于肠道屏障完整性恢复。黏液屏障的正常功能依赖于杯状细胞的正常数量以及MUC2的表达、修饰和分泌。MUC2作为人体肠道黏液中的主要大分子，对黏液层完整性维持至关重要，其含量的变化与人体的生理和病理状态密切相关。MUC2还具有润滑肠道、调节免疫系统、调节肠道微生物群结构和代谢等作用。研究发现，多种消化系疾病会出现MUC2分泌障碍，例如IBD、肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)。MUC2生理功能和临床意义越来越受到重视，目前MUC2正在成为一种有前途的肠道内稳态调节剂、生物标志物和靶向治疗部位[32]。此外，MUC2产生的调控因子可以相互作用，协同工作。了解黏液形成过程可以帮助我们揭示人类疾病的发病机制，找到有针对性的治疗方法。值得注意的是，我们应该从多个角度考虑MUC2对人类健康和疾病的重要性，并意识到MUC2相关调控的局限性。此外，与MUC2相关的一些分子机制尚未明确，这为今后的理论研究指明了方向。

调节细胞连接和肠上皮细胞完整性有助于减轻肠道炎症，降低肠道通透性。来源于饮食的成分和物质，膳食纤维经肠道微生物发酵后产生的SCFAs，一方面提供了上皮细胞的主要能量来源(60%～70%)[33]，一方面改善细胞通透性，促进MUC2表达[34]。就抗炎方面来说，SCFAs调节免疫细胞的趋化性，并释放活性氧类和细胞因子[35]。目前研究已经证明中药药物成分中槲皮素、儿茶素、小檗碱、白藜芦醇和姜黄素等多酚类物质通过增加肠道上皮细胞、TJ蛋白和黏蛋白，促进肠道干细胞增殖，上调肠道微生物群(特别是有益细菌)的丰度以及调节肠道内的先天性和后天免疫系统修复肠黏膜屏障[36-37]。此外，多酚参与多种炎症信号通路，作用于肠上皮细胞，降低肠屏障功能障碍的风险，目前研究虽然已经阐明了中药调节屏障功能的一些上游蛋白和信号通路，然而中药可能的作用机制及其有效性较模糊，仍需要我们进一步探究[38-39]。部分氨基酸能够改善肠道屏障功能，谷氨酰胺能够调节TJ蛋白的表达，使肠细胞膜保持不渗透。尽管多项体外、体内和临床研究已经证明了谷氨酰胺在维持黏膜屏障方面具有有利作用，但与谷氨酰胺不同，只有少数研究表明精氨酸对肠上皮细胞完整性有保护作用。另外，功能性食品对于通透性的影响主要集中在益生元、多糖等大分子上。相比之下，对食品中小分子成分影响的研究较少，应该在未来的研究中加以解决。

针灸作为传统中医的重要组成部分，研究发现它能够通过修复肠道屏障、抗炎等机制治疗消化系疾病。目前众多消化系疾病患者已从中受益，但是由于针灸治疗的潜在机制未完全阐明，其有效性不断被质疑，寻找足够临床证据，解析其详细作用机制成为研究者们努力的方向[40]。

另外，免疫细胞和细胞因子在肠道通透性改变中的作用受到广泛关注。激素、多种抗细胞因子抗体(抗TNF-α抗体)可以减轻炎症并改善IBD受试者的肠道黏膜屏障完整性[41-42]。乌司奴单抗靶向IL-12/IL-23的p40亚基，抑制IL-12/IL-23与T细胞、NK细胞和抗原呈递细胞表面受体结合，从而减轻炎症反应。一定程度地限制热量摄入时可降低肥胖女性的肠道通透性和炎症标志物水平，促进机体稳态[43]。目前研究发现微量注射IL-22和开发含有IL-22基因位点的DNA疫苗等实验方法已经证明在疾病模型中减少炎症细胞向肠组织浸润方面取得了功效[44-45]。增强Th22细胞或IL-22水平可能具有治疗潜力，明确两者的作用机制，研发针对Th22和IL-22通路的靶向药，为肠道屏障功能障碍提供了潜在治疗策略。

3.2 调节肠道微生物

健康的肠道微生物群根据身体的生物节律产生动态变化以维持宿主体内平衡。相比之下，肠道微生物群的生态失调(例如组成、丰度和相互作用的改变)可能导致肠外疾病的发生和进展[46-47]。

肠道微生物紊乱是肠道黏膜屏障损伤的重要机制，其促进肠内和肠外疾病的发生发展[48]，调节肠道微生物，改善肠道屏障功能，能够缓解肠内外疾病。益生菌的补充，通过直接或间接途径改善肠道微生物紊乱状态，降低肠道通透性，近而调节肠道屏障完整性[49]。益生菌治疗的发展，由最开始的单纯菌到微胶囊化，再到单细菌表面修饰，逐渐使得益生菌制剂在复杂的肠道环境中发挥较高的调节作用[50-51]。口服益生菌已成为治疗肠屏障功能障碍的一种越来越有吸引力的方法。此外，将益生菌和益生元或多种益生菌联合使用，是目前常见的治疗措施。然而，益生菌作用机制尚不完全清楚，在临床应用中仍然有限[31]。

近年来，粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)已经成为医学界关注的重点，FMT是将从健康捐赠者的粪便中获得的肠道微生物群移植到患者(或患病动物模型)的肠黏膜中，目的是恢复受体的正常微生物。2013年，第一个针对复发性艰难梭菌感染(clostridioides difficile infection，CDI)相关性腹泻的对照临床研究表明，FMT明显比万古霉素更有效。此外，美国食品和药物管理局在2013年正式宣布人类粪便为药物，并建议在临床试验中严格监督样品，因为存在意外传播病原体和抗生素抗药性的风险。同年，FMT被纳入治疗复发性CDI的临床实践指南。这些实验和事件有助于将FMT的发展推向一个新阶段。它作为重建肠道微生态的主要手段被广泛用于治疗肠道微生物失衡相关的疾病[48]，例如IBD、IBS[52]。FMT重塑的肠道菌群取代了本土细菌，有助于减轻肠道或肠外疾病，临床大量FMT的案例说明了其安全性，但是考虑到FMT粪便捐献者可能会将自身代谢组学特征“转移”给受试者，FMT还需制定明确和普遍的供体筛选标准，为受试者提供最佳治疗方案[53]。

4 展望

目前研究发现肠道黏膜屏障完整性有助于维持机体内环境稳态，肠道黏膜屏障功能障碍能够通过直接或间接途径促进疾病的发生发展。肠道与多种组织器官通过肠道-器官轴相互作用，修复损伤的肠道黏膜屏障能够控制和治疗消化系疾病，也有助于改善消化系以外的疾病症状。目前绝大多数研究基于疾病状态下对于造成肠道屏障功能障碍多方面因素进行干预，在恢复肠道一部分屏障功能的情况下，可能以牺牲其他平衡为代价。目前药物针对肠道黏膜屏障特定基因或分子的特异性不高，且预测黏膜屏障损伤生物标志物发现的较少，针对上述问题，如何在临床发病前对肠道屏障完整性功能进行预测并干预以及开发更多靶向肠道屏障相关药物值得我们深入探究。