食管黏膜屏障功能及其檢測(cè)方法研究進(jìn)展

劉貝妮 綜述，姚樹坤 審校

1.中日友好醫(yī)院消化內(nèi)科，北京100029;2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院研究生院

食管黏膜有天然的屏障功能，能夠抵御外界有害物質(zhì)的侵襲。正常情況下食管上皮細(xì)胞和細(xì)胞間隙能夠維持中性環(huán)境，這有賴于食管屏障功能的完整。食管黏膜屏障包括上皮屏障、頂端連接復(fù)合體、化學(xué)屏障及上皮后屏障。當(dāng)食管黏膜屏障功能受損時(shí)，食管黏膜對(duì)水、電解質(zhì)及小分子物質(zhì)的通透性增加，反流物中的酸和蛋白酶等通過增寬了的細(xì)胞間隙作用于食管黏膜的神經(jīng)末梢，引起燒心、胸痛等癥狀。食管黏膜屏障功能在胃食管反流病發(fā)病機(jī)制中占重要地位［1］。

1 食管黏膜屏障的結(jié)構(gòu)

1.1 食管上皮 食管上皮由排列緊密的未角化的復(fù)層鱗狀細(xì)胞構(gòu)成，其電阻很高，可維持對(duì)H+等的低通透性。上皮從內(nèi)到外可分為三層:角質(zhì)層由數(shù)層扁平細(xì)胞組成，多層活躍運(yùn)輸細(xì)胞組成棘層，生發(fā)層則由一到兩層的活躍有絲分裂細(xì)胞組成。角質(zhì)層是防滲透屏障的重要組成部分，由具有疏水性的頂端細(xì)胞膜和頂端細(xì)胞連接復(fù)合體組成，阻止腔內(nèi)的酸直接滲透進(jìn)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙。

不同于胃和十二指腸，食管表面沒有黏液層，且食管上皮細(xì)胞不向腔內(nèi)分泌碳酸氫鹽［2］。因此，與胃受到“反彌散”機(jī)制的保護(hù)不同，食管沒有有效的碳酸氫鹽屏障緩沖由腔內(nèi)彌散至上皮的胃酸。食管黏膜上皮的完整性及正常的再生能力是維持食管黏膜屏障功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。食管上皮通過兩種機(jī)制進(jìn)行自我修復(fù)，一種是上皮自我修復(fù)，這種途徑簡(jiǎn)單快速，僅需30 ～60 min，因?yàn)樗恍枰狣NA 和蛋白質(zhì)合成，只依靠相鄰的活細(xì)胞往壞死部位的遷移來維持上皮屏障功能［3-4］。相反，再生是一種緩慢的修復(fù)過程，依壞死區(qū)域的大小而長(zhǎng)達(dá)數(shù)天甚至數(shù)周，因其涉及到細(xì)胞有絲分裂、DNA 和蛋白質(zhì)合成［5］。

1.2 頂端連接復(fù)合體 頂端連接復(fù)合體由緊密連接、附著連接和橋粒共同組成。一些蛋白在細(xì)胞間起到橋梁作用，并具有屏障功能，如閉合蛋白(occludin)，為claudins 家族的一員，在緊密連接中起重要作用［6］;在食管上皮中，claudin1 和claudin4 最為重要［7］。附著連接的主要蛋白是e-鈣黏蛋白(e-cadherin)［8］;橋粒的主要蛋白為橋粒芯蛋白(desmogleins)和橋粒膠蛋白(desmocollin)［9］。緊密連接、附著連接、細(xì)胞橋粒組成選擇性滲透途徑，阻止細(xì)胞旁離子擴(kuò)散。

1.3 化學(xué)屏障 反流胃酸中的H+可緩慢彌散進(jìn)細(xì)胞胞漿和細(xì)胞間隙，因此，僅依靠頂端細(xì)胞膜和頂端連接復(fù)合體提供的物理屏障是不夠的［10］。食管黏膜屏障中存在著能緩沖和中和H+的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、磷酸鹽、碳酸氫鹽等，其中碳酸氫鹽所起的作用最為有效和充分，這是因?yàn)镠CO-3可以很容易地從血液中擴(kuò)散到細(xì)胞外隙，至上皮細(xì)胞間隙，再由基底側(cè)細(xì)胞膜上的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿。此外，在碳酸酐酶介導(dǎo)下，胞漿和細(xì)胞間隙內(nèi)的水和二氧化碳生成碳酸并進(jìn)一步電離為H+和HCO-3［11］，從而緩沖和中和從食管腔內(nèi)反彌散的H+。所以，對(duì)于健全的食管黏膜屏障而言，其胞漿或細(xì)胞間隙的pH 值幾乎不會(huì)被緩慢彌散的H+所影響。

當(dāng)代謝產(chǎn)生或反彌散至胞漿的H+超過了細(xì)胞緩沖的能力，為防止細(xì)胞質(zhì)的pH 值降低進(jìn)而損傷細(xì)胞，位于食管上皮細(xì)胞基底外側(cè)膜的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白會(huì)將多余的H+轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞外，這一過程依靠Na+依賴性Cl--HCO3-交換體和Na+-H+交換體［12-13］。此外，如果細(xì)胞溶質(zhì)的pH 值超過7.4，還將啟動(dòng)非Na+依賴性Cl--HCO3-交換體，將細(xì)胞質(zhì)的HCO3-運(yùn)出胞外從而增加H+濃度。這三種交換機(jī)制緊密合作，維持細(xì)胞pH 值在一個(gè)中性范圍內(nèi)［14］。

1.4 黏膜血流 食管上皮的屏障和轉(zhuǎn)運(yùn)作用能保護(hù)食管組織不被反流的胃酸損傷，但其作用的發(fā)揮離不開充分的血液供給。黏膜血流形成了上皮后屏障，主要由食管黏膜下毛細(xì)血管提供營(yíng)養(yǎng)，運(yùn)走有害物質(zhì)，起支持和修復(fù)作用。同時(shí)，在食管上皮酸暴露和酸損傷時(shí)，毛細(xì)血管能夠通過增加血液流速來加快有害物質(zhì)的清除。

2 食管屏障功能的檢測(cè)方法

糜爛性食管炎內(nèi)鏡下即可見到黏膜缺損，有害物質(zhì)更容易由缺損處滲透;然而，對(duì)于內(nèi)鏡陰性的非糜爛性反流病(non-erosive reflux disease，NERD)患者，其食管黏膜屏障功能不易評(píng)估。近年來，越來越多的研究者致力于食管黏膜屏障功能的檢測(cè)，一些新的檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。總的說來，一個(gè)完整的食管黏膜屏障應(yīng)該包括形態(tài)學(xué)和功能上的完整［15］。

2.1 上皮細(xì)胞間隙的測(cè)量 食管上皮為較厚的復(fù)層扁平上皮，耐摩擦，有保護(hù)作用。完整的食管黏膜上皮屏障包括細(xì)胞膜及其頂端連接復(fù)合體，損傷因子可破壞細(xì)胞間連接，使細(xì)胞間隙增寬(dilated intercellular spaces，DIS)。DIS 等超微結(jié)構(gòu)的改變已在動(dòng)物模型和胃食管反流病患者中觀察到，并有可能成為NERD 的一個(gè)客觀診斷標(biāo)準(zhǔn)。食管對(duì)酸的敏感性增加可能是由于食管黏膜屏障功能障礙，酸等通過DIS 直接作用于食管黏膜的神經(jīng)末梢。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞間隙與食管遠(yuǎn)端胃酸暴露和反流癥狀的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。食管黏膜上皮細(xì)胞間隙的大小在一定程度上可反映食管黏膜的損傷情況。從某種意義上講，反流性食管炎(erosive esophagitis，EE)是在宏觀上存在食管黏膜組織異常，而NERD 是在微觀上存在食管黏膜組織異常。

Calabrese 等［16］運(yùn)用電鏡觀察上皮細(xì)胞間隙，結(jié)果表明，無(wú)論是酸反流還是堿反流引起的食管下段黏膜損傷，EE 和NERD 患者均出現(xiàn)DIS。崔榮麗等［17］的研究顯示，EE 組較NERD 組和Barrett's 食管組光鏡下細(xì)胞間隙顯著增寬，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Chu等［18］使用共聚焦激光顯微內(nèi)鏡下測(cè)量食管上皮細(xì)胞間隙，發(fā)現(xiàn)DIS 與透射電鏡結(jié)果顯著相關(guān)，且NERD 組大于對(duì)照組。這些研究從超微病理的角度對(duì)食管黏膜屏障的損傷進(jìn)行了檢測(cè)，但測(cè)量過程較為復(fù)雜，難以在臨床廣泛應(yīng)用。

2.2 頂端連接復(fù)合物的檢測(cè) 近年來，對(duì)頂端連接復(fù)合物的檢測(cè)成為食管黏膜屏障功能的研究熱點(diǎn)。徐兆軍等［19］研究發(fā)現(xiàn)，胃食管反流病患者食管上皮occludin 數(shù)量減少、分布異常，可能是導(dǎo)致細(xì)胞間隙增寬，影響?zhàn)つど掀て琳贤暾缘脑?。李飛躍等［20］以透射電鏡成像法觀察緊密連接形態(tài)學(xué)的變化，發(fā)現(xiàn)隨著反流性食管炎的發(fā)展，黏膜厚度增加，細(xì)胞間隙增寬，橋粒明顯減少。這些研究都試圖進(jìn)一步解釋DIS 的成因，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2.3 食管遠(yuǎn)端黏膜電阻 DIS 對(duì)水、電解質(zhì)及小分子物質(zhì)的通透性增加，酸和膽汁等通過DIS 導(dǎo)致食管遠(yuǎn)端阻抗基線下降。因此，運(yùn)用多通道腔內(nèi)阻抗(multichannel intraluminal impedance，MII)技術(shù)測(cè)量食管遠(yuǎn)端阻抗基線變化，可間接反映食管黏膜屏障功能的改變。MII 于上世紀(jì)80 年代后期誕生于德國(guó)，其應(yīng)用于胃食管監(jiān)測(cè)的工作原理為:通過記錄食管腔內(nèi)物質(zhì)通過所引起的阻抗值變化來反映物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)情況。阻抗加上pH 值通道則可同時(shí)測(cè)量食管內(nèi)食物或反流物的性質(zhì)和成分，從而被廣泛的用于胃食管反流病的檢測(cè)。

Farré 等［21］進(jìn)行酸灌注試驗(yàn)表明，NERD 患者酸灌注后食管遠(yuǎn)端阻抗基線下降并保持低值。Woodland等［22］用酸灌注合并阻抗+pH 值監(jiān)測(cè)來動(dòng)態(tài)評(píng)估阻抗曲線下降和上升的過程，認(rèn)為該過程反映了酸誘導(dǎo)的食管黏膜損傷和自我修復(fù)的過程，推論食管黏膜的完整性取決于反復(fù)的反流損傷和黏膜修復(fù)之間的平衡。阻抗的測(cè)量無(wú)創(chuàng)且較為簡(jiǎn)單，但其對(duì)食管黏膜屏障功能的檢測(cè)尚缺乏較大樣本量的臨床研究加以證實(shí)。

2.4 黏膜通透性 近年來相繼有學(xué)者用尤斯灌流室(Ussing chamber)研究食管黏膜通透性。尤斯灌流室于1951 年由丹麥學(xué)者Hans 首次提出，而后Stockmann等［23］設(shè)計(jì)了微型的固定(環(huán))系統(tǒng)可以將活檢鉗獲取的樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)裝置對(duì)標(biāo)本直徑的要求。國(guó)外有學(xué)者將尤斯灌流室譽(yù)為腸道屏障功能研究的金標(biāo)準(zhǔn)。其主要功能是通過微電極檢測(cè)整個(gè)細(xì)胞膜離子通道變化的電流信號(hào)，來反映黏膜吸收、通透性和分泌情況的變化。測(cè)量參數(shù)包括跨膜電位差、跨膜電阻、短路電流等。

Tobey 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，與Barrett's 食管的柱狀上皮相比，健康人食管的復(fù)層扁平上皮具有較大電阻。Woodland 等［25］證實(shí)暴露于弱酸或酸性溶液中時(shí)，患者人群跨膜電阻值降低水平比正常對(duì)照人群更為顯著，使用褐藻酸鹽溶液而非對(duì)照溶液預(yù)處理食管黏膜后可以預(yù)防酸誘導(dǎo)的跨膜電阻的降低。尤斯灌流室能直接檢測(cè)食管黏膜通透性，但該方法需要專業(yè)儀器設(shè)備和技術(shù)人員，臨床可操作性有待提高。

食管黏膜的完整性取決于食管損傷因子與保護(hù)因子之間的平衡，反流物中的酸和蛋白酶是食管黏膜屏障主要的損傷因子。食管黏膜屏障功能的研究對(duì)胃食管反流病具有重要意義。胃食管反流病在全球范圍內(nèi)普遍影響患者的生活質(zhì)量［26］，且發(fā)病率還在持續(xù)增長(zhǎng)。20%～30%的患者質(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitor，PPI)的療效不理想［27-28］，而NERD 中難治性患者更為常見［29］。近年來，隨著對(duì)質(zhì)子泵抑制劑副作用的認(rèn)識(shí)提高［30］以及對(duì)Barrett's 食管和食管腺癌的深入研究，又推進(jìn)了對(duì)胃食管反流病病理生理學(xué)機(jī)制的研究。目前臨床上對(duì)于食管黏膜屏障功能的檢測(cè)尚未有效開展，這為我們進(jìn)一步深入研究燒心、胸痛癥狀的產(chǎn)生機(jī)制提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

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