缺血再灌注損傷對腸屏障的作用和影響

樊立輝+傅廷亮+韓新令

[摘要]腸黏膜屏障是腸道中使腸內(nèi)細菌及內(nèi)毒素不進入機體的一層重要生物學屏障，為機體自身保護機制重要組成之一。腸黏膜屏障主要由機械屏障、生物屏障和免疫屏障組成，各部分又有不同的分子生物學組成、不同信號通路以及不同的作用，且各屏障間相互協(xié)調(diào)、相互作用，共同組成一個完整的腸屏障系統(tǒng)，共同保護機體免于受外部病原微生物的侵害。在不同原因的病理性因素影響下?？梢鹉c道缺血，而腸缺血再灌注損傷后腸屏障受損是此過程中常見的損害之一。缺血再灌注損傷中腸屏障功能的損害機制包括多種因素，其中主要對腸屏障的三個重要組成結(jié)構(gòu)引起損害，本文對缺血再灌注損傷對腸屏障功能的影響的相關(guān)研究進行綜述。

[關(guān)鍵詞]腸屏障；缺血再灌注損傷；多器官功能障礙綜合征

[中圖分類號] R574 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2017）05（c）-0015-04

[Abstract]The intestinal mucosal barrier is a important biological barrie which protect the body from intestinal bacteria and endotoxin， and it is an important part of the body′s prote-ctive system.It consists of three parts：mechanical barrier and intestinal mucosa barrier of biological barriers and immune barrier，and every barrier has different structure，different molecular regulation mechanism and biological function.At the same time，this three parts unifies in together through their signaling pathways organically and defense foreign antigen material for the body.In clinic，pathological batter in different reasons often cause intestinal ischemia，and intestinal ischemia-reperfusion injury after intestinal barrier damage is the common pathological changes.Intestinal barrier function change has multiple factors in ischemia-reperfusion，ischemia and reperfusion in intestinal will damage the three parts.This paper will write a review about the influence of ischemia-reperfusion injury on function of intestinal barrier.

[Key words]Intestinal barrier；Ischemia-reperfusion injury；Multiple organ dysfunction syndrome

腸道作為人體的重要器官，其對食物的消化、吸收及機體所需能量的保障起著重要作用，同時還有重要的屏障功能[1]。腸屏障是指腸道通過相關(guān)保護機制阻止腸道內(nèi)有害物質(zhì)侵入血液系統(tǒng)，并通過循環(huán)系統(tǒng)進去體內(nèi)遠處組織器官的結(jié)構(gòu)和功能。據(jù)研究表明腸缺血再灌注損傷在全身性的細菌感染、多器官功能障礙、休克等嚴重疾病及其進展過程中起著重要作用[2]。而這些病理過程的初步啟動機制主要是由于腸屏障功能受損，導致腸道內(nèi)大量細菌及內(nèi)毒素侵入體內(nèi)引起的機體應激和各種破壞性損傷，形成惡性循環(huán)，危及生命。腸屏障主要由機械屏障、生物屏障和免疫屏障構(gòu)成：腸道機械屏障主要是由腸黏膜上皮細胞間緊密連接組成的，其在腸屏障組成中占據(jù)核心地位[3]；生物屏障主要是由腸道內(nèi)寄生菌及其相關(guān)分泌物組成的動態(tài)平衡微環(huán)境[4]；免疫屏障主要是由黏膜內(nèi)相關(guān)淋巴結(jié)及腸內(nèi)免疫細胞所分泌的抗體（S-IgA）發(fā)揮作用構(gòu)成的[5]。

腸缺血再灌注損傷（IIRI）為多種疾病共同的病理生理過程，其不僅造成腸黏膜屏障受損，腸道細菌易位、炎性介質(zhì)及細胞因子的釋放，還會造成遠隔器官的損傷，甚至最終可引起全身炎癥反應綜合征和多器官功能障礙綜合征（MODS），并威脅生命[6]，因此，掌握腸缺血再灌注對腸屏障的作用及其機制，對于在腸缺血再灌注損傷中早期保護腸屏障正常功能有重要作用。

1腸屏障的組成

1.1腸道機械屏障

腸道機械屏障主要是由腸黏膜上皮細胞、腸黏膜表層的黏液層、緊密連接和黏膜下固有層組成[7]。腸絨毛主要由吸收細胞和杯形細胞組成，杯形細胞的分泌物可對腸黏膜起著重要的機械和化學保護作用。由于吸收細胞的緊密排列這一特性，為腸黏膜的機械屏障提供了重要的生物學基礎(chǔ)，這一緊密結(jié)構(gòu)為阻止腸內(nèi)細菌和內(nèi)毒素侵入機體提供了重要防護。由此組成的保護結(jié)構(gòu)能抵御腸內(nèi)病原體或有害物質(zhì)進一步侵入深部組織，保護腸道上皮對各物質(zhì)的選擇通透性功能的正常發(fā)揮[8]。此外腸道上皮內(nèi)還有內(nèi)分泌細胞和帕內(nèi)特細胞，這兩種細胞對腸黏膜屏障功能起著強化作用。同時作為腸道上皮細胞中一種少數(shù)存在的小結(jié)相關(guān)上皮細胞，其在快速攝入抗原和有害微生物，并將相關(guān)信息呈遞給腸黏膜內(nèi)相關(guān)免疫細胞，最終啟動腸道免疫更能。腸黏膜主要由單層柱狀上皮細胞組成，相鄰的單層柱狀上皮細胞之間可以通過緊密連接復合體而連接成一個有機的整體，從而加強了上皮細胞間的緊密程度。其中緊密連接主要由緊密連接蛋白、縫隙連接蛋白以及細胞橋粒[9]組成。緊密連接蛋白可防止腸腔內(nèi)物質(zhì)自由穿過細胞間間隙及上皮細胞層進入機體，導致機體的相關(guān)炎癥反應。腸黏膜下方的結(jié)締組織層和固有層也對腸黏膜屏障起到支持作用，其內(nèi)的成纖維細胞、漿細胞、巨噬細胞、肥大細胞等共同形成腸道機械屏障[10-11]。

1.2生物屏障

機體腸道內(nèi)生存著著大量的細菌，腸道組織細胞正常生命活動下常駐菌群相互依賴、相互作用形成一個生物穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，該微生物穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成腸道生物屏障，即生物屏障。腸道的正常生物活動中，許多的厭氧菌生存與腸黏膜表面，并且這些厭氧菌群可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸， 并激活相關(guān)信號通路啟動腸道免疫系統(tǒng)來抵御致病因子的侵害，使得腸道內(nèi)激活的免疫系統(tǒng)與腸內(nèi)治病因子形成動態(tài)平衡，保持腸道的正常吸收、消化和分泌功能[12]。但是當腸缺血再灌注損傷時，因為腸道內(nèi)部分致病菌大量繁殖或凋亡，并且在腸道細菌產(chǎn)生的大量致病因子侵襲作用下，腸道內(nèi)微生物系統(tǒng)的動態(tài)平衡被破壞，導致腸道細菌和內(nèi)毒素進入機體，如果在此進展過程中得不到有效的干預，將會進一步引起全身炎癥應激，導致全身多器官受損[13]。

1.3免疫屏障

腸道為體內(nèi)接觸外源性抗原最多的器官之一，是人體最大的“儲菌庫”和“內(nèi)毒素庫”。腸腔對食物、藥物的選擇性攝入，而對腸腔內(nèi)細菌和內(nèi)毒素的有效阻止不僅由于腸黏膜機械屏障，還有賴于腸道的免疫屏障（即腸道內(nèi)相關(guān)淋巴樣組織）[14]。據(jù)研究表明，腸道是機體內(nèi)最大的免疫器官，腸免疫屏障主要是由誘導部位的免疫細胞接觸、分析抗原，并將抗原信息進一步呈遞給產(chǎn)生具體效應的免疫細胞，并對侵入機體的有害抗原產(chǎn)生殺滅作用，構(gòu)成腸道的免疫系統(tǒng) [15]，其中各免疫細胞產(chǎn)生的IgA介導的體液免疫可對腸黏膜屏障起到保護作用。當細菌穿透腸黏膜上皮細胞時，sIgA會與細菌的特異性抗原相結(jié)合，形成抗原抗體復合體并刺激腸道細胞使得黏液分泌量增加，最終起到加強腸屏障的功能[16]。

2缺血再灌注對腸屏障的影響

2.1缺血再灌注對機械屏障的損害

當腸道因各種病理因素而導致缺血時，腸黏膜上皮細胞內(nèi)線粒體的功能遭到破壞，引起細胞內(nèi)氧化磷酸化反應受到嚴重影響，細胞的有氧代謝發(fā)生障礙，引起ATP產(chǎn)生大量減少，導致上皮細胞膜上能量依賴性鈉-鉀泵功能紊亂，導致細胞內(nèi)水、鈉潴留，從而造成細胞水腫甚至壞死。同時因腸缺血再灌注時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激[17]，導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子耗竭，同時能量依賴性鈣泵功能受損，使得鈣離子的轉(zhuǎn)運受到嚴重影響，導致細胞質(zhì)內(nèi)鈣離子超載。因鈣離子大量進入線粒體，使得線粒體細胞色素氧化酶功能失調(diào)和錳-超氧化物岐化酶（SOD）活性下降，促進了細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生[18]。細胞內(nèi)ROS的明顯增高又對細胞內(nèi)各未關(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重破壞作用，最終引起細胞的凋亡增加。細胞內(nèi)氧自由基的過渡生成與鈣超載兩者相互促進，引起細胞內(nèi)級聯(lián)性破壞反應，最終將導致腸黏膜上皮細胞的凋亡增加，引起腸黏膜通透性的增加，使得腸腔內(nèi)細菌及內(nèi)毒素大量進入體內(nèi)[19]。

當組織器官的血流得以恢復時，腸黏膜缺血再通時會加重組織細胞的損傷?，F(xiàn)在認為腸缺血再灌注損傷主要有3種機制：①缺血再灌注時引起血管內(nèi)皮細胞間黏附分子表達上調(diào)，中性粒細胞將會于局部異常聚集并被激活，在炎癥因子的趨勢下找到并吞噬細菌[20]?；罨蟮闹行粤＜毎谕淌捎泻乖瓡r需要大量的氧，并在此過程中激活細胞膜上的NADPH氧化酶和NADH氧化酶，并生成大量的NADP、NAD和活性氧自由基，活性氧自由基通過自發(fā)性歧化作用生成過氧化氫，而H2O2在體內(nèi)經(jīng)過還原反應最終產(chǎn)生OH-。炎性介質(zhì)可以和這些被釋放的活性氧自由基相互作用，導致蛋白質(zhì)和核酸的損傷，使得腸黏膜上皮細胞無法修復，從而導致細胞功能障礙甚至死亡，破壞腸屏障正常結(jié)構(gòu)和功能，甚至破壞全身免疫防御功能[21]。②缺血再灌注還會激活誘導型一氧化氮合酶，引起一氧化氮生成增多，細胞內(nèi)支架被高濃度的一氧化氮所破壞，導致細胞死亡及細胞間緊密連接破壞。③腸道再灌注后，大量活性氧代謝產(chǎn)物（ROS）聚集在原缺血組織器官處。細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等被ROS損害，由于細胞內(nèi)執(zhí)行生命活動的大分子物質(zhì)被破壞，導致細胞的正常生命活動受嚴重影響，可最終引起細胞死亡[22]。

2.2缺血再灌注對生物屏障的損害

大量細菌生存于腸腔內(nèi)，如空腸中革蘭陽性需氧菌、回腸中的革蘭陰性厭氧菌，腸道內(nèi)微生物在腸道中起雙重作用：①作為外來抗原對集體存在潛在的威脅：②細菌在其代謝中為腸道上皮黏膜細胞提供一些營養(yǎng)成分，同時致病菌的黏附、定植、生長、繁殖被他們有效的抑制[23]。當腸道受到缺血損傷時，腸腔內(nèi)寄居的正常菌群減少，不能有效抑制有害菌群的生長和繁殖，導致有害細菌數(shù)量大量增加，破壞了腸腔內(nèi)微生物的動態(tài)平衡狀態(tài)。有相關(guān)研究表明腸道受損后，有較強致病性的細菌將會取代原腸黏膜上寄居的正常菌群，其大量繁殖生長并侵入機體引起細菌移位，激活體內(nèi)應激反應，最終引起機體的炎癥反應，更有甚者最終導致敗血癥的發(fā)生[24]。

腸缺血再灌注時導致炎癥因子大量釋放，最終導致細胞的凋亡增加，破壞腸屏障功能。據(jù)大量研究表明，由巨噬細胞分泌的炎癥因子-TNF在缺血再灌注發(fā)生時，其在胞內(nèi)大量增加，其作為炎癥因子TNF其中一種，其對腸黏膜上皮細胞的破壞起著重要作用，其可以通過活化大量中性粒細胞，并釋放大量的彈性蛋白酶和ROS，這些過量的彈性蛋白酶與ROS將會對腸上皮細胞產(chǎn)生嚴重的破壞作用。由于TNF-2同時能夠引起NO的大量生成，一氧化氮能夠?qū)е卵獕航档停鹧魉俣葴p慢，導致機體微循環(huán)淤血，加重腸道組織細胞的損傷。腸缺血再灌注時引起PAF的大量生成，PAF可引起血液內(nèi)血小板的大量異常聚集，促進微循環(huán)內(nèi)血液凝集，同時還可導致中性粒細胞脫顆粒及呼吸爆發(fā)，最終引起微循環(huán)內(nèi)血液瘀滯，加重腸黏膜上皮細胞損傷[25]。在缺血再灌注時，活化后的補體產(chǎn)物誘導中性粒細胞與巨噬細胞釋放大量的有害因子，這些細胞因子可以與炎癥反應相協(xié)同，共同破壞腸上皮細胞。

2.3缺血再灌注對免疫屏障的損害

腸缺血再灌注時對腸道免疫屏障也引起破壞作用，主要包括以下機制：①腸道組織在缺血再灌注時，腸道機械屏障相關(guān)細胞凋亡增加，腸屏障固有層內(nèi)漿細胞數(shù)量大量減少，破壞機械屏障的完整性。由于免疫細胞B淋巴細胞的減少，其生成的免疫球蛋白大量減少，使得細胞不能有效阻止細菌和毒素侵入機體。同時炎性浸潤細胞和腸上皮細胞內(nèi)的對應核轉(zhuǎn)錄因子也被激活，致炎細胞因子和其他生物因子受激活的核轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，受刺激后轉(zhuǎn)錄與分泌增加，導致對細胞免疫的抑制，使免疫屏障功能紊亂。②正常情況下，腸道內(nèi)寄居的腸道保持著一個動態(tài)平衡狀態(tài)。這一細菌微生物生態(tài)系統(tǒng)同時對腸道免疫系統(tǒng)正常發(fā)揮功能起著重要的的維持和促進作用[26]。其中腸道內(nèi)益生菌群在相互作用中能夠增強sIgA、sIgM 抗體的活性，加強免疫系統(tǒng)的防護作用。同時隨著腸道微生物系統(tǒng)的平衡被打破，生物屏障功能紊亂，腸道內(nèi)大量細菌侵入機體引起細菌易位，導致全身應激反應，損傷機體多個器官組織[27]。

3結(jié)語

近年來，在臨床中因腸缺血再灌注損傷引起的腸屏障功能障礙引起的疾病越來越受到重視，對于腸屏障的保護和維持不僅能使患者本身的腸道疾病得到較快的恢復，也可以為其他原發(fā)病提供一個良好的恢復基礎(chǔ)，可以使患者早日康復，減少患者住院時間和醫(yī)療花費。隨著對腸屏障功能及腸道缺血再灌注損傷的研究，如黃芩苷、谷氨酰胺、色甘酸等都可以減輕腸缺血再灌注損傷，以維持腸屏障功能。隨著人們對健康質(zhì)量的要求越來越高，在臨床中因腸缺血再灌注損傷引起的腸屏障功能障礙引起的疾病也將越來越受到重視。

[參考文獻]

[1]Groschwitz KR，Hogan SP.Intestinal barrier function：molecular regulation and disease pathogenesis[J].J Allergy Clin Immunol Pract，2009，124（1）：3-20.

[2]Isik A，Peker K，Gursul C，et al.The effect of ozone and naringin on intestinal ischemia/reperfusion injury in an experimental model[J].Int J Surg，2015，21：38-44.

[3]Bai CH，Liu H，Li SY，et al.The protective effects of sacral nerve electrostimulation on intestinal mucosal mechanical barrier in rats with spinal cord injury[J].Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi，2014，30（5）：471.

[4]Turner JR.Intestinal mucosal barrier function in health and disease[J].Nat Rev Immunol，2009，9（11）：799-809.

[5]王麗姣，周國華.腸黏膜機械屏障的研究進展[J].醫(yī)學綜述，2011，17（24）：3702-3704.

[6]Orrenius S，Gogvadze V，Zhivotovsky B.Calcium and mitochondria in the regulation of cell death[J].Biochem Biophys Res Commun，2015，460（1）：72-81.

[7]Assimakopoulos SF，Dimitropoulou D，Marangos M，et al.Intestinal barrier dysfunction in HIV infection：pathophysiology，clinical implications and potential therapies[J].Infection，2014，42（6）： 951-959.

[8]王玉宏，趙飛，劉曉慧，等.營養(yǎng)支持方式對腸破裂修補術(shù)后合并腹腔感染患者的影響研究[J].現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2016，25（16）：1745-1747.

[9]Martin Padura I，Lostaglio S，Schneem annM，et al.Junctional adhesionmolecule，a novel member of the immunoglobulin superfamily that distributes at intercellular junctions and modulates monocyte transmigration[J].J Cell Biol，1998，142（1）：117-127.

[10]Faber F，B?umler AJ.The impact of intestinal inflammation on the nutritional environment of the gut microbiota[J].Immunol Lett，2014，162（2 Pt A）：48-53.

[11]McDermott AJ，Huffnagle GB.The microbiome and regulation of mucosal immunity[J].Immunology，2014，142（1）：24-31.

[12]Barreau F，Hugot JP.Intestinal barrier dysfunction triggered by invasive bacteria[J].Curr Opin Microbiol，2014，17：91-98.

[13]Proulx F，Leteurtre S，Joyal JS，et al.Multiple Organ Dysfunction Syndrome[A]//Pediatric Critical Care Medicine[M].London：Springer，2014：457-473.

[14]Wen H，F(xiàn)eng L，Jiang W，et al.Dietary tryptophan modulates intestinal immune response，barrier function，antioxidant status and gene expression of TOR and Nrf2 in young grass carp （Ctenopharyngodon idella）[J].Fish Shellfish Immunol，2014，40（1）：275-287.

[15]Macpherson AJ，McCoy KD，Johansen FE，et al.The immune geography of IgA induction and function[J].Mucosal Immunol，2008，1（1）：11-22.

[16]曹珊，王晶桐，劉玉蘭.胃腸道黏膜屏障與自身免疫性疾病[J].胃腸病學和肝病學雜志，2007，16（2）：198-200.

[17]Cao SS，Kaufman RJ.Endoplasmic reticulum stress and oxidative stress in cell fate decision and human disease[J].Antioxid Redox Signal，2014，21（3）：396-413.

[18]Abdukeyum GG，Owen AJ，Larkin TA，et al.Up-Regulation of mitochondrial antioxidant superoxide dismutase underpins persistent cardiac nutritional-preconditioning by long chain n-3 polyunsaturated fatty acids in the rat[J].J Clin Med，2016，5（3）：E32.

[19]Lucas AM，Caldas FR，da Silva AP，et al.Diazoxide prevents reactive oxygen species and mitochondrial damage，leading to anti-hypertrophic effects[J].Chem Biol Interact，2017，261： 50-55.

[20]張喜平，張宇.急性胰腺炎腸道屏障損害機制的研究進展[J].世界華人消化雜志，2006，14（4）： 417-421.

[21]Mitsuoka H，Schmid-Schonbein GW.Mechanisms for blockade of in vivo activator production in the ischemic intestine and multi-organ failure[J].Shock，2000，14：522-527.

[22]Sun J，Zhou J，Wu S，et al.Biomarkers for risk assessment，diagnosis and target microbiome and intestinal homeostasis for prevention and treatment of amyotrophic lateral sclerosis，WO/2015/175388[P].2015.

[23]Turroni F，Marchesi JR，F(xiàn)oroni E，et al.Microbiomic analysis of the bifidobacterial population in the human disttal gut[J].ISME，2009，3（6）：745-751.

[24]O'Mahony S，F(xiàn)erguson A. Small intestinal mucosal protection mechanisms and their importance in rheumatology[J].Ann Rheum Dis，1991，50（5）：331-336.

[25]余佩武，肖光夏，府偉靈，等.血小板活化因子在燒傷大鼠早期腸源性內(nèi)毒素血癥發(fā)病中的作用[J].中華醫(yī)學雜志，1999，79（2）：136-138.

[26]Zhao HX，F(xiàn)u XS，Zhou XY，et al.Endoplasmic reticulum stress may not be involved in intestinal epithelial cell apoptosis in experimental acute pancreatitis[J].Dig Dis Sci，2015，60（6）：1690-1698.

[27]Dziarski R. Recognition of bacterial peptidoglycan by the innate immune system[J].Cell Mol Life Sci，2003，60（9）：1793-1804.

（收稿日期：2017-04-05 本文編輯：許俊琴）