腸黏膜生物屏障的研究現(xiàn)狀和進展

陳賢玉 王昆華

（昆明醫(yī)科大學(xué)附屬昆華醫(yī)院普外一科 云南昆明 650032）

腸黏膜屏障是指腸道能夠防止腸內(nèi)的有害物質(zhì)如細菌和毒素穿過腸黏膜進入人體內(nèi)其他組織、器官和血液循環(huán)的結(jié)構(gòu)和功能的總和，包括機械屏障、生物屏障、免疫屏障和化學(xué)屏障。腸黏膜生物屏障是腸道黏膜屏障的重要組成部分，在保護人體腸道免于致病菌的侵襲、阻止腸道內(nèi)細菌及內(nèi)毒素移位中發(fā)揮著重要作用，腸道內(nèi)益生菌與致病菌之間相互依賴相互制約，使腸道內(nèi)微生態(tài)環(huán)境處于動態(tài)平衡，一旦平衡遭到破壞則出現(xiàn)腸黏膜生物屏障損傷，引起微生態(tài)失調(diào)［1］。因此，調(diào)節(jié)和保持腸道微生態(tài)平衡正越來越受到重視。本文對腸黏膜生物屏障的最新定義及其對人體的重要作用、生物屏障的常見損傷因素、生態(tài)免疫營養(yǎng)療法對生物屏障的調(diào)節(jié)保護作用作一綜述。

1 腸黏膜生物屏障概念

正常情況下，腸道菌群保持相對穩(wěn)定，以厭氧菌為主的腸道生理性細菌與腸黏膜緊密黏附，產(chǎn)生定植抵抗力，形成腸道生物屏障。這些細菌通過分泌細菌毒素、短鏈脂肪酸、抑菌肽、促進腸蠕動、占據(jù)致病菌黏附位點以及爭奪營養(yǎng)素等防止有害細菌的侵入，使腸內(nèi)致病因子與腸黏膜屏障達到了“攻防”平衡，維護人體健康。病理狀態(tài)時，致病菌大量繁殖、腸道缺血、缺氧以及細胞因子等的作用使腸黏膜生物屏障受到損傷，腸道細菌和內(nèi)毒素移位，引起內(nèi)源性感染和／或腸道炎癥性疾病等［2］。

2 腸道生物屏障的保護作用

人的胃腸道棲息著至少500種細菌，數(shù)量約1012～1014CFU／g，由厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌組成，其中專性厭氧菌占99%以上，類桿菌及雙歧桿菌就占細菌總數(shù)90%［3］。在腸黏膜深層寄居著厭氧菌，中層為類桿菌、消化鏈球菌，表層為大腸桿菌、腸球菌等。腸內(nèi)菌群保持共生或拮抗關(guān)系，維持微生態(tài)平衡，與宿主健康和疾病關(guān)系密切。雙歧桿菌和乳酸桿菌是腸道生物屏障中最重要的兩種細菌［4］，是近年來研究的熱點和重點。

2.1 雙歧桿菌的作用 雙歧桿菌（Bifidobacterium，BFB）是人體腸道內(nèi)占有比例最大的厭氧菌，每克腸內(nèi)容物中約含108～1010個，在維持腸道菌群平衡和保護腸道生物屏障功能方面占主導(dǎo)地位［5］。具有營養(yǎng)、抗菌、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤等多種生理功能，雙歧桿菌自身可合成多種消化酶，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。同時，BFB直接或間接地參與VB1、VB6、VB12、煙酸、葉酸以及除泛酸和VK之外的水溶性維生素的合成、吸收和利用，還能以氨為氮源合成氨基酸和尿素，降低血氨濃度，提高體內(nèi)蛋白質(zhì)蓄積［6］。雙歧桿菌可將乳糖降解成葡萄糖、半乳糖，酵解產(chǎn)生的乳酸和醋酸可降低的腸道pH值及Eh（氧化還原電位），促進機體對鐵、維生素D及鈣的吸收。

雙歧桿菌定植黏附在人的腸上皮細胞上，抵御外來病原微生物及抑制腸道內(nèi)有害細菌生長，維持著腸道生物屏障的完整性［7］。主要的作用機制包括：①與乳酸桿菌在腸黏膜表面形成生物膜，具有抗菌和調(diào)節(jié)腸道免疫作用；②產(chǎn)生有機酸（如乙酸、乳酸、甲酸等）降低機體腸道pH值及Eh，使不耐酸的腐敗菌和致病菌的生長繁殖受抑制，減少有害物質(zhì)（吲哚、甲酚、胺等）產(chǎn)生。其中，乙酸的抑菌作用最強，乳酸次之［8］；③分解結(jié)合型膽汁酸成為游離型膽汁酸，后者對致病菌有較強的抑制作用；④產(chǎn)生H2O2和雙歧桿菌素，從而激活機體產(chǎn)生過氧化氫酶，抑制和殺滅革蘭陰性菌（志賀菌屬和沙門菌屬等）；⑤產(chǎn)生胞外糖苷酶，降解腸黏膜上皮細胞上的復(fù)雜多糖，阻止致病菌及其毒素對腸道上皮細胞的黏附，減少致病菌代謝的能源［9］。

雙歧桿菌能激活宿主的腸黏膜免疫系統(tǒng)，促進IgA的分泌，促進小腸黏膜下淋巴細胞的增殖和分化，激活巨噬細胞及 NK 細胞，產(chǎn)生IL－1、IL－2、IL－6、TNF－α、IFN－γ等細胞因子和 NO等物質(zhì)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用［10］。健康人口服雙歧桿菌，可以提高粒細胞和單核白血球的吞噬活性。

雙歧桿菌還具有抗癌作用，但其機理尚不清楚，可能包括：①影響腸道細菌的生化代謝，減少致癌物（脫氧膽酸、石膽酸）的產(chǎn)生；②產(chǎn)生乳酸和乙酸，酸化腸道，促進腸蠕動，減少致癌物與腸上皮細胞的接觸；③雙歧桿菌及其細胞壁肽聚糖（WPG）刺激巨噬細胞產(chǎn)生一些活性因子（IL－6，IL－1，TNF－α）而間接發(fā)揮抑瘤作用；④誘導(dǎo)血液中NO水平升高，激活巨噬細胞活性，可通過與腫瘤代謝關(guān)鍵酶活性部位Fe2S結(jié)合使其失去活性，也可通過與氧結(jié)合形成強有力殺傷性的羥自由基，促使癌細胞凋亡而產(chǎn)生抗癌作用；⑤降低腸道內(nèi)偶氮還原酶、β－葡萄糖醛酸酶和硝酸鹽還原酶等細菌酶的活性，抑制突變劑和致癌劑的活化［11］。雙歧桿菌能產(chǎn)生脂肪酸cis－9和共扼亞油酸，兩者具有抗癌作用［12］。雙歧桿菌還具有降低血脂、保護及改善肝功能、調(diào)理腸道內(nèi)環(huán)境、抗衰老、通便、抗放射線等作用。

2.2 乳酸桿菌的作用 乳酸桿菌（Lactobacillus）從口腔到直腸始終有該菌存在，是腸道中占優(yōu)勢的菌群之一。在保護腸道生物屏障方面上發(fā)揮著重要作用，當(dāng)腸道中乳酸桿菌與總菌群的比率下降，會引起腸道功能紊亂，嚴(yán)重者導(dǎo)致腸炎、下痢等疾?。?3、14］。

乳酸桿菌可以防止病原菌的定植和感染［15］。機制是：①促進厭氧菌和G＋菌的生長，同時抑制G－菌；②增加短鏈脂肪酸（short chainfatty acids，SCFA）降低腸道pH值，誘導(dǎo)生長因子和微生物群的生長，抑制病原體的侵襲和黏附［16］。SCFA包括乙酸、丙酸和丁酸等，它們是細菌發(fā)酵的主要產(chǎn)物。SCFA可促進鈉離子吸收、結(jié)腸細胞增殖和黏膜生長，增加腸血流，刺激胃腸激素生成，是結(jié)腸黏膜的重要營養(yǎng)素。乳酸桿菌Bar13表現(xiàn)出了最強的定植拮抗作用，分別將90%的豬霍亂沙門氏菌和68%的大腸桿菌H10407從定植位移除［17］。

此外，乳酸桿菌還具有預(yù)防腫瘤發(fā)生的作用。它可以降低初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸的比率，減少次級膽汁酸的含量，而次級膽汁酸是惡性腫瘤的啟動子［18］。其機理可能是抑制腸道中梭菌屬的生長，而梭菌屬能夠?qū)⒊跫壞懼徂D(zhuǎn)化為次級膽汁酸。研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌可以抑制多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展［19、20］。大量的動物實驗也證實乳酸桿菌可很好地抑制纖維瘤、淺表膀胱癌、淋巴瘤、黑色素瘤等的發(fā)生、轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)［21］。

3 生物屏障的損傷因素

任何原因引起的腸道機械屏障破壞、免疫屏障損傷、腸道菌群失調(diào)等均可導(dǎo)致腸道黏膜生物黏膜受損，常見原因包括嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染、休克、大出血、燒傷、大量使用抗生素、持續(xù)全胃腸外營養(yǎng)、低蛋白血癥等，這些損傷因素均可導(dǎo)致腸道正常菌群結(jié)構(gòu)改變，引起腸道菌落紊亂、腸黏膜理化因素損傷及免疫防御功能下降，導(dǎo)致黏膜生物屏障損傷。

3.1 腸黏膜機械屏障損傷 腸道機械屏障完整性破壞是腸黏膜生物屏障受損的重要原因，嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染、休克、大出血、燒傷等應(yīng)激狀態(tài)下，腸黏膜缺血和激活黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生過量的氧自由基，導(dǎo)致腸黏膜屏障直接損傷，出現(xiàn)糜爛、出血，使腸攝取、利用氧的能力降低，減少上皮細胞能量供給［22］。加重腸道營養(yǎng)障礙，使腸絨毛萎縮、黏膜修復(fù)更新能力降低，腸上皮表面黏液層變薄、腺體萎縮等腸道黏液層受損［23］。

3.2 腸黏膜免疫屏障損傷 腸道益生菌可刺激腸道免疫系統(tǒng)，使其時刻處于“警戒”狀態(tài)。IgA抗體是阻止病原體入侵腸道的第一道防線。IgA可以遏制病原體黏附及定植，并在腸腔內(nèi)和黏膜下參與行使效應(yīng)功能［24］。細菌感染或腸道黏膜受損后，激活腸黏膜免疫系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為sIgA的漿細胞數(shù)量減少及被sIgA包被的革蘭陰性菌減少，腸道抗定植力下降，促進腸內(nèi)細菌移位，引起腸源性感染、腸源性內(nèi)毒素血癥和各種消化道炎癥。黏膜樹突狀細胞（mucosal dendritic cells，DC）作為特異性抗原遞呈細胞是天然免疫和獲得免疫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。樹突狀細胞通過經(jīng)上皮直接吸納腸道抗原，并活化天然免疫途徑，使腸黏膜免遭致病性細菌侵害。

3.3 菌群失調(diào) 腸道菌群失調(diào)是腸黏膜生物屏障受損直接原因，指在嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染、重癥全身性疾病及長期大量使用抗生素等的情況下，機體與正常菌群之間及各正常菌群之間的平衡遭到破壞，而引起的病理過程［25］。原因有：①膽汁分泌減少或腸肝循環(huán)紊亂，而致腸道功能紊亂及腸道細菌過度繁殖［26］。②胃腸蠕動受抑制或腸道上皮攝氧受損，使腸道代謝功能下降，腸內(nèi)菌群失調(diào)，革蘭陰性菌過度繁殖，產(chǎn)生大量內(nèi)毒素，腸黏膜通透性增加，直接損傷腸黏膜。

3.4 異常細菌產(chǎn)物 正常腸道細菌產(chǎn)生的多肽類化學(xué)趨化物質(zhì)是重要的炎癥激活物和介質(zhì)，可介導(dǎo)炎癥的發(fā)生［27］。創(chuàng)傷、感染、重癥全身性疾病等因素作用下腸腔細菌過度繁殖，產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物和毒素，直接破壞腸黏膜結(jié)構(gòu)。為致病菌入侵創(chuàng)造條件。當(dāng)患者腸腔內(nèi)細菌相關(guān)化生產(chǎn)物（短鏈脂肪酸和丁酸鹽等）的含量明顯減少，影響了腸上皮細胞的能量代謝，導(dǎo)致上皮細胞與腸道黏膜生物屏障受損，誘發(fā)腸道炎癥，引起生物屏障功能障礙［28］。

4 腸內(nèi)生物免疫營養(yǎng)支持對腸道生物屏障的保護作用

近來研究發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)腸內(nèi)營養(yǎng)中添加特殊營養(yǎng)素，如谷胺酰胺（glutamine）、精氨酸（arginine）、ω－3多不飽和脂肪酸（ω－3ployunsaturated）、膳食纖維、核苷酸等，通過自身藥理作用來刺激機體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，保護腸屏障功能的完整性，這種組成營養(yǎng)方式稱為腸內(nèi)免疫營養(yǎng)（enteral immunonutrition）［29］。大手術(shù)、嚴(yán)重創(chuàng)傷、急性胰腺炎等危重病，患者機體免疫力下降，且發(fā)生嚴(yán)重分解代謝和低蛋白血癥，進一步降低免疫力。因此，腸內(nèi)免疫營養(yǎng)在維持機體正常能量代謝及改善組織器官的功能與修復(fù)、增強機體免疫力具有重要作用［30］。腸內(nèi)免疫營養(yǎng)較好的解決機體免疫力低下的問題，動物試驗發(fā)現(xiàn)腸內(nèi)免疫營養(yǎng)在改善腸道內(nèi)菌群紊亂、腸道微生態(tài)方面能力有限，于是腸內(nèi)生態(tài)營養(yǎng)應(yīng)運而生［31］。腸內(nèi)生態(tài)營養(yǎng)的概念由 S.Bengmark等［32］首先提出，即在傳統(tǒng)腸內(nèi)營養(yǎng)基礎(chǔ)上添加微生物制劑，調(diào)節(jié)腸內(nèi)菌群平衡，利用腸內(nèi)有益菌群拮抗致病菌過度生長，同時提高腸內(nèi)菌群酵解作用改善腸內(nèi)微環(huán)境，以達到維護腸道菌群平衡、腸道功能正常、扭轉(zhuǎn)機體營養(yǎng)低下和抵抗力下降、減少感染率等效果。腸內(nèi)生態(tài)營養(yǎng)在維護腸道菌群紊亂作用顯著，但刺激機體產(chǎn)生免疫力、改善免疫狀態(tài)能力有限，因而人們想到將兩者混合。S.Bengmark［33］總結(jié)以前相關(guān)文獻，提出了腸內(nèi)生態(tài)免疫營養(yǎng)的概念，即在免疫營養(yǎng)的基礎(chǔ)上，添加微生態(tài)制劑來加強營養(yǎng)支持的臨床療效，減少獨立使用時并發(fā)癥的發(fā)生，從而很好地解決了腸內(nèi)營養(yǎng)修復(fù)和保護腸黏膜生物屏障的問題。

現(xiàn)倍受關(guān)注的微生態(tài)制劑有益生菌、益生元和合生元三大類［34］。益生菌：如乳酸桿菌、雙歧桿菌，由生理性活菌和（或）死菌組成的微生態(tài)制劑，為無或較低致病性的自然微生物，對人體安全、有效。益生元：為刺激結(jié)腸中生理性細菌。從而使其存活并混合而形成，其功能兼而有之，一方面，補充腸內(nèi)生理性的微生態(tài)制劑，稱為外源性補充；另一方面，刺激腸內(nèi)有益菌的存活與定植。合生元作為新一代微生態(tài)調(diào)節(jié)劑，將益生菌和益生元聯(lián)合應(yīng)用，可同時發(fā)揮益生菌和益生元的生理功能，使益生菌和益生元協(xié)調(diào)作用，共同對抗疾病，維護機體的微生態(tài)平衡。

5 展 望

正常的腸黏膜生物屏障對維持腸道內(nèi)微生物的穩(wěn)定、防止腸道內(nèi)細菌及毒素移位及適當(dāng)?shù)募毦庖叻烙磻?yīng)有重要作用，經(jīng)過眾多國內(nèi)外學(xué)者的不斷探索和實驗，生物屏障與人體的健康和疾病聯(lián)系密切，乳酸桿菌和雙歧桿菌在生物屏障中起著主導(dǎo)作用，兩菌分泌具有抗菌的物質(zhì)，補充乳酸桿菌和雙歧桿菌可以抑制癌前體的惡化和腫瘤的發(fā)展［35］。兩菌作用機理將從分子水平、后基因組學(xué)分析等得到闡明［36］。益生菌食品也將應(yīng)生理學(xué)或減少疾病風(fēng)險的要求而推向市場。腸內(nèi)生態(tài)免疫營養(yǎng)的臨床應(yīng)用是近年來臨床營養(yǎng)學(xué)治療腸道生物屏障障礙的主要方法和進展。我們相信，隨著人們對于腸生物屏障功能保護和損傷的認識、監(jiān)測和維護等各種研究不斷深入，生物屏障理論體系完善必將對維護人類健康產(chǎn)生重要意義。

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