維生素A 對(duì)腸道屏障及其相關(guān)疾病的影響
——以腸道感染性疾病和孤獨(dú)譜系障礙為例

吳 丹，王立霞,2，楊苗苗，任彩霞，李白存，徐 文

（1.陜西學(xué)前師范學(xué)院，陜西 西安 710100；2.陜西師范大學(xué)，陜西 西安 710119；3.西安醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710021）

維生素A（Vitamin A，VA）是在人體正常代謝中不可或缺，也是最容易缺乏的脂溶性化合物，有“抗感染維生素”之稱，其主要以類胡蘿卜素和視黃醇的形式廣泛存在于各類食物中，如胡蘿卜、生菜、紅薯、牛奶、雞蛋和肝臟等。膳食來源的VA 經(jīng)腸道上皮細(xì)胞吸收后，在卵磷脂視黃醇?；D(zhuǎn)移酶的作用下生成視黃醇酯，或進(jìn)一步代謝為視黃醛或視黃酸（RA），RA可以抵御外部環(huán)境刺激，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，維持上皮細(xì)胞完整性，促進(jìn)腸道免疫，調(diào)節(jié)腸道菌群[1]。

腸道菌群被稱為人體內(nèi)“隱藏的器官”[2-3]，分娩方式、抗生素、應(yīng)激源、飲食習(xí)慣等都會(huì)直接或間接影響腸道菌群狀態(tài)[4-7]。腸道菌群對(duì)機(jī)體健康至關(guān)重要[8]，首先其能代謝膳食化合物，例如，腸道細(xì)菌分解植物來源的膳食纖維，從而產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs），如丙酸和丁酸[9]，該方式不僅能維持腸道的形態(tài)和功能，還能提高結(jié)腸中鈉的吸收效率[10]；其次，腸道微生物群還能合成維生素K 以及大多數(shù)水溶性B 族維生素，如生物素、葉酸、核黃素等[11-12]。腸道菌群通過其代謝產(chǎn)物影響宿主的能量代謝以及行為、免疫、中樞系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等[13-15]，與全身各系統(tǒng)疾病的發(fā)展有一定關(guān)聯(lián)[16-18]，部分關(guān)聯(lián)已在無菌小鼠模型的胃腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育中得到驗(yàn)證[19]。

目前研究發(fā)現(xiàn)，VA 不僅可維持胃腸黏膜上皮細(xì)胞天然屏障功能，調(diào)節(jié)黏膜免疫反應(yīng)及腸道菌群[20]，維持正常免疫功能[21]，緩解腸道相關(guān)疾病癥狀，還可以通過“微生物—腸—腦軸”影響宿主的多種行為[22]。因此本文總結(jié)了VA 與腸道屏障的關(guān)系，以及維生素A 缺乏對(duì)腸道感染性疾病和孤獨(dú)譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）的間接影響，以期為研究維生素A 參與機(jī)體相關(guān)疾病的功能提供新思路。

1 維生素A 的生理功能及其缺乏癥

1.1 維生素A 的生理功能

VA 在維持視覺、細(xì)胞增殖、分化調(diào)節(jié)、細(xì)胞間信息交流和免疫應(yīng)答等方面有重要的生理作用，其缺乏會(huì)導(dǎo)致生理功能異常和病理變化[23]。近年來有研究證實(shí)，VA 是一種潛在的免疫增強(qiáng)劑，最經(jīng)典的特征就是抗氧化性[24-25]。

1.2 維生素A 缺乏癥

維生素A 缺乏癥（Vitamin A deficiency，VAD）被世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)定為世界四大營養(yǎng)素缺乏癥之一[26]。對(duì)兒童來說，輕微缺乏VA 就會(huì)導(dǎo)致免疫力降低，增加呼吸道感染等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[26]。研究發(fā)現(xiàn)，缺乏VA 更容易誘發(fā)感染，尤其是腸道、泌尿生殖道和呼吸道[27]。VAD 兒童腹瀉和呼吸道感染率很高，嚴(yán)重影響兒童的生長(zhǎng)發(fā)育及健康狀況，目前已引起廣泛的關(guān)注。

研究發(fā)現(xiàn)，VA 可通過降低呼吸道和胃腸道的感染[28]，有效降低兒童的死亡率[29]。一些發(fā)展中國家通過植物性飲食、補(bǔ)充VA 或其他增加VA 攝入量的方法來糾正廣泛存在的維生素A 缺乏癥[30]。通過蕓萃分析發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充VA 可使6 個(gè)月至5 歲兒童的死亡率降低24%[29]，若每天給予嚴(yán)重營養(yǎng)不良兒童低劑量的VA，就能顯著降低患兒腹瀉的發(fā)生率，減少腹瀉導(dǎo)致的死亡。

1.3 維生素A 缺乏的現(xiàn)狀

目前，VA 缺乏在飲食中VA 含量較低的發(fā)展中國家尤為顯著，已是全球范圍內(nèi)最普遍存在的公共衛(wèi)生營養(yǎng)問題[31]。據(jù)估計(jì)，全球每年約有1.4 億學(xué)齡前兒童和至少720 萬孕婦存在著VA 缺乏問題，其中超過1 000 萬人有臨床并發(fā)癥[30]，約20 萬～50 萬例兒童死于VAD，其中撒哈拉以南非洲和南亞的發(fā)生率最高[32]。

2 維生素A 對(duì)腸道屏障功能的影響

2.1 腸道屏障及其作用

維持正常腸道屏障功能的不僅有腸道微生物菌群，還包括腸黏膜上皮屏障、腸道免疫系統(tǒng)、腸道內(nèi)分泌及蠕動(dòng)等。若腸道屏障受到損害，則會(huì)影響腸道正常菌群的平衡，引起腹瀉等腸道感染性疾病的發(fā)生[33]。

腸道緊密連接蛋白在腸道黏膜上皮細(xì)胞側(cè)膜表面的頂端形成了腸道屏障功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也是腸道屏障功能的重要組成部分，若其完整性受損，會(huì)導(dǎo)致腸道屏障功能受損[34]。腸道緊密連接蛋白的表達(dá)、功能以及完整性與多種腸道疾病緊密相關(guān)[35-36]。腸道緊密連接蛋白表達(dá)的變化會(huì)直接影響腸道屏障滲透性的功能，其中ZO-1、Occludin 和Claudin-1 三種蛋白在維持腸道屏障功能正常發(fā)揮方面至關(guān)重要。Occludin 是最早被鑒定出的緊密連接跨膜蛋白，在維持緊密連接屏障中起關(guān)鍵作用；Claudins 是調(diào)節(jié)緊密連接細(xì)胞旁通透性的主要決定因素；ZOs 是連接細(xì)胞骨架和跨膜緊密連接蛋白的重要細(xì)胞內(nèi)緊密連接蛋白，ZO-1 與其他緊密連接蛋白有密切聯(lián)系，常被作為評(píng)價(jià)腸道屏障功能的指標(biāo)[34,37]。

2.2 維生素A 對(duì)腸道屏障功能的影響

研究發(fā)現(xiàn)，VA 參與多種腸道屏障功能相關(guān)疾病的病理過程，補(bǔ)充VA 可以改善大鼠的腸道屏障功能[38]。VA 可改善感染后腸道的形態(tài)結(jié)構(gòu)，調(diào)控空腸黏膜Mucin-2 和Occludin 的mRNA 相對(duì)表達(dá)量[39]，降低血清中免疫球蛋白水平，從而緩解由感染引起的腸道結(jié)構(gòu)損傷。VA 的衍生物RA 對(duì)壞死性小腸結(jié)腸炎有保護(hù)作用[40]，可通過提高ZO-1、Occludin、Claudin-1 蛋白的表達(dá)來改善腸道屏障功能。在日糧中添加VA，則對(duì)空腸ZO-1 基因的mRNA 相對(duì)表達(dá)量有上調(diào)作用，有利于緩解感染引起的腸道屏障功能的損傷。

相關(guān)研究[41]也證實(shí)了VA 在維持腸道功能屏障方面有重要作用，即通過增強(qiáng)緊密連接蛋白來維持腸道細(xì)胞完整性，改善腸道屏障的功能。但楊菊等[42]指出，0.1～10 μmol/L 的VA 能保護(hù)豬腸上皮細(xì)胞活力和細(xì)胞完整性，還能影響緊密連接蛋白mRNA 的表達(dá)，緩解大豆7S 球蛋白對(duì)IPEC-J2 細(xì)胞屏障功能的損傷，但是10 000 μmol/L 的VA 則會(huì)加重該類損傷。由此可見，VA 的含量水平對(duì)緊密連接蛋白的表達(dá)有一定影響，但VA 是如何影響緊密連接蛋白表達(dá)的升高并維持腸道滲透性的機(jī)理尚不明晰，其影響緊密連接蛋白的表達(dá)進(jìn)而維持腸道微生物種群功能的機(jī)制有待進(jìn)一步探究。

3 維生素A 對(duì)腸道感染性疾病的影響

3.1 維生素A 缺乏降低腸道的抗感染能力

通過構(gòu)建VAD 與維生素A 正常（VAN，Vitamin A normal）母鼠模型，發(fā)現(xiàn)VAD 仔鼠結(jié)腸黏膜組織中的緊密連接蛋白ZO-2 的表達(dá)水平始終低于VAN組，提示VA 缺乏可能會(huì)降低仔鼠腸道的天然免疫調(diào)節(jié)能力，影響腸道屏障功能，從而降低腸道的抗感染能力[43]。Yang 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，通過檢測(cè)VAD 大鼠腸道黏膜細(xì)胞因子的變化，發(fā)現(xiàn)VAD 不僅降低腸道黏膜中的細(xì)胞免疫和體液免疫，也會(huì)影響?zhàn)つた垢腥久庖叻磻?yīng)，降低其抗感染能力。Amit-Romach 等[45]研究發(fā)現(xiàn)：VAD 會(huì)干擾胃腸黏膜屏障的完整性，影響小鼠腸道菌群的組成，也會(huì)導(dǎo)致促炎因子分泌增加，促進(jìn)屏障功能損傷[46]。通過對(duì)VAD 小鼠腸道病理觀察，可見黏膜下層有炎癥細(xì)胞浸潤，提示VAD 兒童腸道微生物的移植可以導(dǎo)致無菌小鼠腸道發(fā)生炎癥反應(yīng)[47]。VAD 導(dǎo)致腸道菌群比率的變化，降低產(chǎn)生丁酸鹽細(xì)菌的效率，引起微生物群與宿主肝臟代謝的變化[48]。暫時(shí)性的VA 含量降低也會(huì)導(dǎo)致小鼠腸道菌群的變化，引起腸道菌群失調(diào)，降低腸道的抗感染能力[49]。

3.2 維生素A 缺乏對(duì)腸道感染性疾病的間接影響

研究發(fā)現(xiàn)，便秘大鼠經(jīng)VA 灌胃后，恢復(fù)了腸道菌群豐度，改善了腸道菌群失調(diào)，促進(jìn)了腸道蠕動(dòng)，緩解了腸道損傷[50]。VA 對(duì)腸道菌群的影響是由于其間接地調(diào)節(jié)黏膜屏障及免疫細(xì)胞，VA 的免疫功能可以重塑腸道菌群，進(jìn)而間接地維持胃腸道穩(wěn)態(tài)，緩解腸道感染性疾病的癥狀。VA 的添加能緩解脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的腸黏膜損傷以及腸道炎癥[51]，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的損傷修復(fù)[52-53]。試驗(yàn)表明，VAD 小鼠腸黏膜上皮細(xì)胞蛋白的mRNA 表達(dá)量明顯下降，腸道上皮細(xì)胞的緊密連接結(jié)構(gòu)被破壞，腸黏膜的通透性增加，腸道炎癥因子TNF-α 和IL-6 顯著升高，提示VAD能降低腸道定植抗力，使腸道有益菌減少，菌群失調(diào)，腸道微生態(tài)環(huán)境被破壞，導(dǎo)致宿主系統(tǒng)慢性炎癥[54]。對(duì)珍珠龍膽石斑魚進(jìn)行研究，結(jié)果表明，VA 顯著下調(diào)TGF-β1 和IL-10 等抗炎細(xì)胞因子的mRNA 水平，顯著上調(diào)促炎細(xì)胞因子TNF-α 和IL-1β的mRNA 水平，表明VA 的缺乏會(huì)增加腸道的炎癥反應(yīng)，適量添加VA 可以抑制腸道炎癥的發(fā)生[55]。VA 可通過調(diào)控早產(chǎn)兒體內(nèi)IL-4、IL-6 和IFN-γ 等細(xì)胞因子來抵抗不同病原體的感染[56]。VA 缺乏還會(huì)導(dǎo)致魚類腸道氧化損傷，并損害相關(guān)腸道物理屏障及腸道的完整性，提高腸炎的發(fā)病率[57-58]。

基于此，VA 缺乏將會(huì)間接地導(dǎo)致腸道感染性疾?。孩賄A 間接調(diào)節(jié)腸道屏障及免疫細(xì)胞，進(jìn)而間接地維持胃腸道穩(wěn)態(tài)，緩解腸道感染性疾病的癥狀；②VA 缺乏會(huì)顯著下調(diào)TGF-β1 和IL-10 等抗炎細(xì)胞因子的mRNA 水平，顯著上調(diào)促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-1β的mRNA 水平，間接地引起腸道炎癥反應(yīng)；③VA 缺乏導(dǎo)致腸道氧化損傷，損害了腸道的物理屏障，加重了腸道炎癥。

3.3 補(bǔ)充維生素A 改善腸道感染性疾病

補(bǔ)充VA 不僅可明顯降低腹瀉和腸道感染性疾病的發(fā)病率，而且還可降低疾病的嚴(yán)重程度。Liu 等[59]研究發(fā)現(xiàn)：補(bǔ)充VA 可以改善妊娠期VAD 大鼠后代的腸道免疫反應(yīng)。肖灑[60]研究發(fā)現(xiàn)，新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎（NEC）組的VA 水平明顯低于對(duì)照組，說明當(dāng)新生兒缺乏VA 時(shí)，腸道的完整性及腸上皮屏障的修復(fù)可能會(huì)受到影響，表明VA 能增強(qiáng)腸道上皮屏障，調(diào)節(jié)腸道菌群，對(duì)NEC 病程的發(fā)展也有一定的保護(hù)作用。飲食干預(yù)也是調(diào)節(jié)腸道微生物群的手段之一，可以改變腸道微生物的結(jié)構(gòu)，維持胃腸道的穩(wěn)態(tài)，以及預(yù)防慢性疾病[61-64]。研究發(fā)現(xiàn)可以通過在飲食中加入VA 來促進(jìn)Th17 細(xì)胞的生成，從而穩(wěn)定胃腸道穩(wěn)態(tài)[65]。VA 對(duì)腸道微生物的影響可能是由于微量營養(yǎng)素對(duì)宿主的間接影響，因此可通過增加飲食中的VA水平來維持胃腸道穩(wěn)態(tài)。研究亦證實(shí)VA 等營養(yǎng)物質(zhì)可調(diào)節(jié)腸道內(nèi)Th17 細(xì)胞的發(fā)育，從而維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)。因此，腸道感染性疾病的治療可考慮VA 與疾病的相互作用。

4 維生素A 對(duì)孤獨(dú)癥譜系障礙（ASD）兒童的影響

4.1 維生素A 對(duì)孤獨(dú)譜系障礙的影響

孤獨(dú)譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）兒童存在營養(yǎng)缺乏癥狀，ASD 兒童VAD 的發(fā)生率高達(dá)77.9%[66]，在所調(diào)查營養(yǎng)素中缺乏率最高。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：ASD 兒童的VA 水平顯著低于正常兒童[67]；低血清VA 水平可能是ASD 的發(fā)病因素之一，補(bǔ)充VA 即可改善ASD 兒童的癥狀[68]；ASD 兒童的血清中VA 水平有異常[69]，推測(cè)相關(guān)維生素水平異?？赡芘c自閉癥的發(fā)生有關(guān)，補(bǔ)充VA 可以改善ASD 兒童的社交及情緒[70]，同時(shí)也能改善ASD 模型小鼠的ASD 行為[71]。李莉莎等[72]對(duì)仔鼠進(jìn)行行為學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)VAD 組仔鼠出現(xiàn)社會(huì)交往障礙、重復(fù)刻板等孤獨(dú)癥樣行為表現(xiàn)，維生素A 充足（Vitamin A supplement，VAS）可改善仔鼠大部分行為缺陷，VAD 組仔鼠血清的視黃醇水平明顯低于VAN 組和VAS 組。通過觀察VA 與ASD 患兒胃腸共患病之間的關(guān)系[73]，并探討VAD 與胃腸共患病同時(shí)存在是否加重ASD 患兒的核心癥狀，研究推測(cè)VAD 可能同時(shí)導(dǎo)致ASD 個(gè)體的大腦和腸神經(jīng)系統(tǒng)（Enteric nervous system,ENS）損傷。孕期開始的VAD 可能導(dǎo)致個(gè)體更易受ASD 相關(guān)危險(xiǎn)因素的影響，增加有胃腸共患病的ASD 亞型的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和癥狀。王斯[74]研究發(fā)現(xiàn)，孕初期VAD 會(huì)加重ASD模型大鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙和小腦損傷，但出生后早期補(bǔ)充VA，可顯著改善VAD 的孤獨(dú)癥模型大鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙和小腦損傷，而VAD 加重ASD 模型大鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙的原因可能是由于小腦組織蛋白R(shí)ARα 在小腦的表達(dá)下降，RARα與RORα基因啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合減少所致。林兵等[75]研究發(fā)現(xiàn)，ASD 患兒的血清二胺氧化酶（DAO）水平升高，表明其腸道屏障功能存在一定損傷，且ASD 病情越嚴(yán)重，腸道屏障的功能損傷性就越大。

4.2 維生素A 通過調(diào)節(jié)腸道菌群間接改善ASD 癥狀

眾多研究表明[76]，腸道菌群的變化與孤獨(dú)癥譜系障礙嚴(yán)重程度密切相關(guān)?！拔⑸铩c—腦軸”被認(rèn)為參與了ASD 的發(fā)病機(jī)制[77]，穩(wěn)定腸道菌群不僅可以改善ASD 患者的腸胃狀況，還能改善其不良行為，為該疾病的治療提供思路。實(shí)現(xiàn)ASD 兒童腸道菌群的平衡，是改善ASD 兒童胃腸道疾病癥狀和行為癥狀的潛在途徑。Liu 等[78]通過對(duì)ASD 兒童進(jìn)行VA 介入治療（Vitamin A intervention, VAI）后，發(fā)現(xiàn)擬桿菌門比例升高，厚壁菌門比例下降，變形菌門和放線菌門比例減少；研究還發(fā)現(xiàn)經(jīng)VA 介入治療后，雙歧桿菌比例減少，這可能與擬桿菌門中優(yōu)勢(shì)比例菌的增加有關(guān)，但具體機(jī)制或原因還有待探究。以上結(jié)果表明，VA 可能會(huì)促進(jìn)腸道菌群組成的變化而改善ASD 癥狀，還可以通過改變腸道菌群的生態(tài)失調(diào)改善ASD的腸胃癥狀，改善其不良行為，為該疾病的治療提供思路[79]。

4.3 維生素A 通過調(diào)節(jié)五羥色胺（5-HT）水平間接改善ASD 癥狀

ASD 兒童存在高五羥色胺血癥，因此有研究認(rèn)為ASD 與五羥色胺（5-HT）有關(guān)。神經(jīng)遞質(zhì)5-HT 是通過色氨酸羥化酶2 在大腦中產(chǎn)生并起著至關(guān)重要的作用。而人體90%以上的5-HT 是在腸道中產(chǎn)生，腸道菌群是5-HT 產(chǎn)生的主要基礎(chǔ)[80]。5-HT 可以改變ASD 小鼠的社交能力，ASD 模型小鼠小腸和大腸黏膜中的5-HT 與正常小鼠相比減少了50%。ASD兒童外周血的5-HT 濃度明顯升高，而且5-HT 水平與ASD 的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，與語言程度呈負(fù)相關(guān)，5-HT 影響ASD 兒童的臨床癥狀。動(dòng)物試驗(yàn)表明，VA可以調(diào)控5-HT 濃度，對(duì)ASD 癥狀有一定的緩解作用。結(jié)果顯示，補(bǔ)充VA 后，ASD 兒童的5-HT 水平顯著降低[81]。VA 缺乏可能不參與ASD 的發(fā)病機(jī)制，但可以明確的是，補(bǔ)充VA 可以有效改善ASD 兒童的營養(yǎng)狀況及5-HT 代謝水平，進(jìn)而改善ASD 癥狀。因此，針對(duì)ASD 類似的精神疾病，應(yīng)在行為干預(yù)的過程中密切關(guān)注患者的營養(yǎng)狀況，及時(shí)進(jìn)行營養(yǎng)干預(yù)。

基于此，VA 緩解孤獨(dú)譜系障礙癥狀有兩種路徑：一是VA 促進(jìn)腸道微生物組成的變化，穩(wěn)定腸道屏障及胃腸道穩(wěn)態(tài)，改善ASD 兒童癥狀；二是VA 通過調(diào)控一些蛋白的表達(dá)降低ASD 兒童5-HT 的水平，緩解ASD 兒童癥狀。

5 展望

腸道微生物對(duì)機(jī)體健康至關(guān)重要[2]，而VA 通過維護(hù)腸道微生物穩(wěn)態(tài)而維持機(jī)體健康，缺乏VA 會(huì)導(dǎo)致微生物失調(diào)，加劇結(jié)腸炎，增加胃腸傳染性疾病的易感性。VA 在腸道中的抗感染作用主要體現(xiàn)在對(duì)腸道屏障功能的調(diào)節(jié)，緩解腸道炎癥以及孤獨(dú)癥譜系障礙。但VA 對(duì)腸道屏障的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確，明確具體調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)預(yù)防相關(guān)疾病有重大影響。不僅如此，未來還需進(jìn)一步闡明VA 代謝與腸道菌群的關(guān)系，以及腸道菌群失調(diào)所引起的腸道感染性疾病和孤獨(dú)癥譜系障礙的調(diào)控機(jī)制，尋求VA 對(duì)腸道功能的保護(hù)點(diǎn)，旨在為VA 參與機(jī)體相關(guān)疾病的功能提供新思路，為人類健康研究提供一定參考。