2型糖尿病腸黏膜屏障損傷研究及治療進(jìn)展*

楊瓊，張秋，徐丹青，黎學(xué)穎，戴霞

（廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，廣西 南寧 530021）

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)胃腸道不只發(fā)揮單純的消化、吸收作用，其分泌激素、屏障作用是保證機(jī)體穩(wěn)態(tài)的前提[1-2]。腸黏膜屏障（intestinal mucosal barrier,IMB）是腸內(nèi)容物與宿主血液循環(huán)的重要屏障，一旦受損可能加速病原菌及其代謝毒素通過(guò)血液循環(huán)，引發(fā)多種疾病，如炎癥性腸病[3]和心血管疾病[4]。研究發(fā)現(xiàn)，T2DM 的發(fā)生、發(fā)展伴隨著IMB的病理改變和功能障礙，其潛在的機(jī)制尚未明確[5]。鑒于此，修復(fù)腸道黏膜損傷很可能成為改善T2DM 生理學(xué)機(jī)制研究的新靶點(diǎn)。本文主要論述腸黏膜屏障受損與T2DM 的關(guān)系及其治療的研究進(jìn)展。

1 IMB的結(jié)構(gòu)與功能

IMB 是對(duì)抗外源因素的生理屏障系統(tǒng)，主要由物理、生物、化學(xué)及免疫4 個(gè)屏障共同維持腸黏膜完整性，對(duì)維持宿主內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用。腸上皮細(xì)胞由若干上皮細(xì)胞亞群組成，通過(guò)與細(xì)胞間連接復(fù)合物結(jié)合，共同構(gòu)成了腸黏膜物理屏障，細(xì)胞間連接復(fù)合物包括緊密連接（TJs）、黏附連接、橋粒和間隙連接。TJs 由閉鎖蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudin）和外周膜蛋白（ZO）等構(gòu)成，可通過(guò)自發(fā)移位阻止病原菌侵入，避免腸黏膜受損，是決定腸黏膜通透性的關(guān)鍵因素[6-7]；腸黏膜免疫屏障主要由位于腸壁中的腸黏膜相關(guān)淋巴組織、免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、T 細(xì)胞和其分泌的分子如抗菌肽、免疫球蛋白等構(gòu)成，在抵御細(xì)菌移位和內(nèi)毒素血癥等方面起重要作用[8]。腸黏膜微生物屏障是腸道共生菌在腸內(nèi)形成的生物膜和代謝產(chǎn)物，正常情況下，腸內(nèi)益生菌可抑制致病微生物的增殖，有助于維持腸道微生物穩(wěn)態(tài)[9]。腸化學(xué)屏障的主要成分為黏蛋白，其次包括胃腸道分泌的胃酸、膽汁、各類消化酶、分泌性免疫球蛋白sIgA等化學(xué)物質(zhì)，主要起對(duì)外來(lái)病菌的殺傷作用和保護(hù)上皮細(xì)胞的作用[10-11]。

2 T2DM IMB完整性的改變

有研究發(fā)現(xiàn)，T2DM 患者胃腸道癥狀如胃痛、腹瀉等發(fā)病率較高，甚至增加發(fā)生胃潰瘍等胃腸黏膜損傷的風(fēng)險(xiǎn)[12-13]。COX等[14]基于脂多糖（LPS）、脂多糖結(jié)合蛋白和腸道脂肪酸結(jié)合蛋白（iFABP）評(píng)分后發(fā)現(xiàn)，T2DM 患者的腸黏膜通透性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分增加；ZHONG等[15]發(fā)現(xiàn)，T2DM 患者的小腸黏膜病變嚴(yán)重，Lewis 評(píng)分（基于腸道絨毛水腫、潰瘍及狹窄）與胰島素抵抗呈正相關(guān)，提示腸黏膜損傷隨著T2DM 的進(jìn)展而發(fā)生、發(fā)展。高糖狀態(tài)可直接破壞腸上皮完整性，減少腸絨毛高度和面積，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞和細(xì)胞間TJs 受損和脫落，增加炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，導(dǎo)致腸道致病菌和細(xì)菌產(chǎn)物異常流入血液循環(huán)，誘發(fā)慢性氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)T2DM 的發(fā)生、發(fā)展[16-17]，因此，IMB 受損與T2DM 可能存在因果關(guān)系。此外，高糖狀態(tài)還可促進(jìn)腸道致病菌的生長(zhǎng)和移位，菌群失調(diào)會(huì)改變腸黏膜通透性[17]。盡管目前缺乏關(guān)于T2DM 改變的細(xì)菌種類的相關(guān)研究，但有證據(jù)表明，丁酸鹽產(chǎn)生菌的減少和致病菌的增加是其重要的致病因素[18-19]。

3 T2DM IMB損傷的可能機(jī)制

3.1 菌群失調(diào)

腸道病原菌具有直接破壞黏液屏障的能力，腸道共生菌如多形芽孢桿菌和糞腸球菌可通過(guò)增強(qiáng)杯狀細(xì)胞分化和誘導(dǎo)黏蛋白糖基化相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)黏液的產(chǎn)生[20]。一些病原菌還可通過(guò)分泌酶或直接介導(dǎo)腸道黏蛋白分泌及緊密連接損傷，有研究發(fā)現(xiàn)，T2DM 患者感染艱難梭菌的風(fēng)險(xiǎn)較高，艱難梭菌可分泌毒素A 和毒素B 破壞細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架，影響其與緊密連接蛋白Claudin 和Occludin 間的相互作用[21-22]。鼠類檸檬酸桿菌和大腸桿菌通過(guò)Ⅲ型分泌系統(tǒng)附著在腸上皮細(xì)胞，重新組織細(xì)胞骨架，損壞緊密連接蛋白的結(jié)構(gòu)和IMB的完整性[23-24]。菌群失調(diào)可直接觸發(fā)NLRP3 炎癥小體通路，激活效應(yīng)蛋白Caspase-1，促進(jìn)白細(xì)胞介素β 釋放，導(dǎo)致上皮屏障的嚴(yán)重破壞[25]。因此，腸道菌群的組成會(huì)影響腸黏膜通透性，但大部分條件致病菌對(duì)IMB 的損傷作用尚未闡明，未來(lái)需進(jìn)一步探討該方面的機(jī)制。

3.2 內(nèi)毒素血癥

機(jī)體炎癥反應(yīng)是T2DM 胰島素抵抗的重要因素，主要為代謝性內(nèi)毒素血癥。LPS 位于革蘭陰性桿菌細(xì)胞壁上并具有毒性作用，在正常情況下，腸道內(nèi)僅少量LPS 通過(guò)腸黏膜進(jìn)入門靜脈，在逃逸肝臟Kupffer 細(xì)胞吞噬后才能進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。LPS 可通過(guò)阻斷TJs 的磷酸化和去磷酸化過(guò)程，降低ZO-1在上皮細(xì)胞間的表達(dá)[26]。LPS 特異性識(shí)別上皮細(xì)胞表面的CD14/TLR4 特異性受體，激活髓樣分化分子88 或信號(hào)分子TIRF 來(lái)誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，激活髓樣分化分子88 可通過(guò)激活核因子NF-κB，促白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）等促炎因子的釋放，加快腸上皮細(xì)胞的凋亡[27-28]。TNF-α 通過(guò)下調(diào)Clauding-1 的表達(dá)和增加Occuludin 和Claudin-4 的內(nèi)化進(jìn)一步提高腸黏膜通透性[29-30]。此外，LPS 可通過(guò)調(diào)控JAK/STAT 信號(hào)通路加重腸上皮Caco-2 細(xì)胞炎癥反應(yīng)，JAK/STAT 途徑是腸道炎癥的主要信號(hào)通路，在調(diào)控急慢性炎癥反應(yīng)方面具有重要作用[31]。

3.3 氧化應(yīng)激反應(yīng)

腸道氧化應(yīng)激反應(yīng)可增強(qiáng)腸黏膜通透性，機(jī)體氧化應(yīng)激損傷會(huì)加重T2DM 的發(fā)生、發(fā)展。LPS通過(guò)特異性結(jié)合TLR4 激活NF-κB 與AP-1 信號(hào)通路誘導(dǎo)炎癥因子和活性氧（ROS）的產(chǎn)生。NADPH氧化酶（Nox）是ROS 產(chǎn)生的主要來(lái)源，主要存在于腸上皮細(xì)胞的是Nox2 和Nox4 兩種亞型，過(guò)量的ROS可對(duì)IMB 產(chǎn)生損傷[32]。WU等[33]發(fā)現(xiàn)，Nox 的表達(dá)水平與LPS 誘導(dǎo)的腸黏膜損傷程度有關(guān)，采用Nox 相關(guān)抑制劑可上調(diào)腸道緊密連接蛋白ZO-1 和Occludin 蛋白的表達(dá)，降低Nox2 和Nox4 蛋白表達(dá)。此外，過(guò)量的ROS 可導(dǎo)致細(xì)胞線粒體出現(xiàn)功能障礙，當(dāng)體內(nèi)無(wú)法及時(shí)清除ROS時(shí)，即可能破壞線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的完整性而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載和膜通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，引起線粒體膜去極化，影響信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)，激發(fā)相關(guān)調(diào)控基因來(lái)破壞線粒體的正常功能，導(dǎo)致上皮細(xì)胞凋亡[34-35]。因此，氧化應(yīng)激反應(yīng)的失調(diào)會(huì)對(duì)腸黏膜造成氧化損傷，導(dǎo)致腸黏膜通透性增加，加重全身炎癥反應(yīng)。

3.4 激素分泌

內(nèi)分泌細(xì)胞是腸上皮細(xì)胞的重要組成部分，其分泌的激素對(duì)維持腸道屏障穩(wěn)態(tài)具有重要作用。胰高血糖素樣肽2（GLP-2）是一種腸內(nèi)分泌肽，可通過(guò)促進(jìn)隱窩細(xì)胞增殖、促進(jìn)絨毛伸長(zhǎng)等來(lái)增強(qiáng)腸屏障功能，減少炎癥反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，益生元可改變腸道菌群結(jié)構(gòu)以增加GLP-2 濃度，采用GLP-2 拮抗劑可消除益生菌對(duì)高脂誘導(dǎo)肥胖小鼠的腸道TJs 和胰高血糖素原mRNA 的積極作用，這進(jìn)一步提示對(duì)腸道微生物群進(jìn)行特異性調(diào)節(jié)可提高GLP-2 的內(nèi)源性的產(chǎn)生，并通過(guò)GLP-2 依賴性機(jī)制增強(qiáng)腸道屏障功能，減少腸道炎癥，改善代謝紊亂[36]。此外，L 型細(xì)胞分泌的一種特異性胃腸激素酪酪肽除具有調(diào)節(jié)食欲和葡萄糖穩(wěn)態(tài)作用，還可促進(jìn)腸隱窩細(xì)胞的增殖，進(jìn)一步增殖和分化為腸上皮細(xì)胞，其機(jī)制可能與MAPK 信號(hào)通路有關(guān)[37-38]。

4 T2DM IMB受損的相關(guān)治療

4.1 短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids,SCFAs）是腸道菌群酵解纖維的主要終產(chǎn)物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸等。大部分SCFAs 存在于結(jié)腸，可影響上皮細(xì)胞的運(yùn)輸，加速上皮細(xì)胞的增殖與分化。SCFAs 通過(guò)結(jié)合G 蛋白耦聯(lián)受體或抑制組蛋白去乙?；刚{(diào)控下游反應(yīng)，在調(diào)節(jié)IMB 中發(fā)揮重要作用。其中，SCFAs 與GPR43 結(jié)合通過(guò)mTOR/STAT3 誘導(dǎo)抗菌肽的表達(dá)[39]；乙酸通過(guò)與GPR43 結(jié)合，促進(jìn)B 細(xì)胞和杯狀細(xì)胞分泌免疫球蛋白和IgA 黏液素，增強(qiáng)屏障功能[40]。丁酸鹽通過(guò)抑制組蛋白去乙酰化酶3 來(lái)促進(jìn)腸上皮視黃酸的生成，可上調(diào)緊密連接蛋白Occludin 以及ZO-1 的表達(dá)，增加腸上皮屏障功能[41]。因此，T2DM 可通過(guò)補(bǔ)充SCFAs 改善腸道免疫穩(wěn)態(tài)功能，調(diào)節(jié)能量代謝以改善T2DM 癥狀。

4.2 益生菌

益生菌是一類對(duì)宿主健康具有積極作用的活性微生物，乳酸桿菌和雙歧桿菌是人類腸道微生物群中的重要菌屬，HUNG等[42]用副干酪乳桿菌亞種NTU101 對(duì)高脂高糖誘導(dǎo)的T2DM 大鼠進(jìn)行9 周的喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該菌可恢復(fù)結(jié)腸中緊密連接蛋白Occludin 的表達(dá)和肝臟GLUT2 mRNA 的表達(dá)，降低血清LPS 和空腹血糖水平。WU等[43]證實(shí)羅伊乳桿菌可通過(guò)增加R-spondins 的表達(dá)，激活Wnt/βcatenin 通路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)腸上皮細(xì)胞的增殖并修復(fù)上皮損傷，降低LPS 濃度和炎癥反應(yīng)。羅伊乳桿菌還可誘導(dǎo)腸道干細(xì)胞向Paneth 細(xì)胞分化，增加抗微生物肽的表達(dá)，抑制病原菌的定植。將Caco-2 細(xì)胞與特定的植物乳桿菌和鼠李糖乳桿菌預(yù)孵育可削弱病原體介導(dǎo)的腸上皮屏障破壞[44-45]；在體內(nèi)和體外模型中，嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌增加了Occludin 的表達(dá)，植物乳桿菌還通過(guò)刺激TLR2 誘導(dǎo)ZO-1 和Occludin 的重新定位[44-46]。

4.3 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

運(yùn)動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和代謝產(chǎn)物來(lái)改善T2DM 患者的IMB。有研究表明，對(duì)T2DM 患者進(jìn)行90 min/次，每周3次，共6 個(gè)月的混合訓(xùn)練（有氧、抗阻和柔韌性訓(xùn)練）可減少T2DM 患者腸內(nèi)致病菌的定植，降低糞便ZO-1 和血清LPS、C 反應(yīng)蛋白濃度[5]。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可增加產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌豐度，丁酸通過(guò)促進(jìn)TJs基因的表達(dá)，誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素10，發(fā)揮維持腸道上皮屏障的功能[47]。有研究發(fā)現(xiàn)，6 周的輪式跑步訓(xùn)練未能改變Muc2-/-小鼠的腸道炎癥狀態(tài)，而在健康小鼠中卻發(fā)現(xiàn)了較為積極的生理效應(yīng)，包括下調(diào)促炎因子的表達(dá)，提高SCFAs 水平和菌群多樣性，這提示運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能對(duì)已存在嚴(yán)重腸黏膜損傷個(gè)體的改善作用不大[48]。

4.4 降糖藥物

降糖藥對(duì)T2DM 的降糖作用與腸道微環(huán)境的改變有關(guān)。ZHANG等[49]發(fā)現(xiàn)，阿卡波糖可增加瘤胃球菌屬和雙歧桿菌屬數(shù)量，而二甲雙胍和西格列汀增加了乳酸菌的相對(duì)豐度，這進(jìn)一步提示降糖藥對(duì)T2DM 的有益作用是通過(guò)腸道菌群介導(dǎo)的。阿克曼菌是腸內(nèi)的正常定植菌，通過(guò)釋放細(xì)胞外囊泡激活上皮中的腺苷酸激活蛋白激酶，加強(qiáng)腸道緊密連接。二甲雙胍能顯著恢復(fù)T2DM 患者腸道阿克曼菌豐度，提高GLP-2 以增強(qiáng)腸上皮屏障功能，減輕內(nèi)毒素血癥[50]。此外，二甲雙胍可減輕TNF-α對(duì)間隙連接的破壞作用，上調(diào)TJs 相關(guān)蛋白的表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)腸道屏障功能[51]。因此，降糖藥用于治療T2DM 的機(jī)制之一是通過(guò)降低腸黏膜通透性和調(diào)節(jié)紊亂的腸道微生態(tài)來(lái)強(qiáng)化IMB，

4.5 中藥治療

中藥在T2DM 的治療中發(fā)揮重要作用。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)中藥的降血糖作用做了大量研究，中藥通過(guò)修復(fù)IMB 及調(diào)節(jié)腸道菌群治療T2DM 表現(xiàn)出了潛在的優(yōu)勢(shì)，其中包括一些中草藥單體、化合物和活性成分，以及中藥復(fù)方制劑等。小檗堿是從中草藥黃連中分離出來(lái)的天然植物生物堿，有研究發(fā)現(xiàn)小檗堿可升高T2DM 大鼠的GLP-2 濃度來(lái)增加絨毛高度，抑制炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和上皮細(xì)胞的脫落，有效地修復(fù)受損的腸黏膜，緩解T2DM[52]。姜黃素為中藥材姜黃根莖中提取出來(lái)的多酚類天然活性成分，WANG等[53]研究發(fā)現(xiàn)用一定劑量的姜黃素可促進(jìn)LPS 誘導(dǎo)的ZO-1、Claudin-1、Claudin-7以及肌動(dòng)蛋白絲相關(guān)蛋白的解體，抑制白細(xì)胞介素1β 誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞中p38-MAPK 的表達(dá)，從而減輕腸黏膜的損傷。羥基紅花黃色素A 是中草藥紅花主要的藥效成分之一，可顯著恢復(fù)小腸絨毛高度和隱窩深度，增加ZO-1 的表達(dá)，維持IMB 完整性[54]。ZHANG等[55]采用黃芩-黃連藥灌胃T2DM大鼠，發(fā)現(xiàn)黃芩-黃連藥可降低大鼠腸內(nèi)致病菌如變形菌門和大腸桿菌的豐度，促產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌如毛螺菌科和普雷沃菌科的增殖，上調(diào)TJs 的表達(dá)，減輕LPS 誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，改善糖脂代謝，這進(jìn)一步證明黃芩-黃連藥可能通過(guò)抑制有關(guān)腸道炎癥和調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)改善糖代謝。廣西甜茶又名甜葉懸鉤子屬，ZHANG等[56]研究發(fā)現(xiàn)其提取物可上調(diào)TJs 表達(dá)來(lái)維持腸黏膜完整性，調(diào)節(jié)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ 和胰島素受體的表達(dá)，防止全身炎癥的激活。

5 展望

綜上所述，多項(xiàng)研究支持IMB 功能在T2DM 病理生理中的重要性，腸黏膜損傷不僅直接影響到腸道內(nèi)分泌及免疫作用，還可增加LPS 引起的一系列炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)。因此，以胃腸道為靶點(diǎn)的治療很可能成為改善T2DM 生物學(xué)機(jī)制的新方向，但這一領(lǐng)域仍處于早期階段。未來(lái)的研究應(yīng)進(jìn)一步探究不同治療方式對(duì)改善IMB 的作用，為防治T2DM 提供理論和實(shí)踐依據(jù)。