腸屏障功能障礙在膿毒癥中的研究進(jìn)展

李艷偉 王彬 苗雨露 李小錦 張亞東 韓娟 莊朋偉 張艷軍

天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院（天津 301617）

第45 屆美國重癥醫(yī)學(xué)年會將膿毒癥定義為由宿主對感染的反應(yīng)失調(diào)而引起的嚴(yán)重器官功能障礙綜合征［1］。一項全球調(diào)查顯示2017年全世界大約有4 900 萬膿毒癥病例和1 100 萬與膿毒癥相關(guān)的死亡病例［2］，因此它是威脅人類生命健康的疾病之一。膿毒癥的死因多與多器官功能障礙綜合征（MODS）有關(guān)，且腸道一直被認(rèn)為是膿毒癥MODS 的“馬達(dá)”［3］，而腸道的屏障功能在其中起著關(guān)鍵的作用。腸屏障由物理屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障與生物屏障共同構(gòu)成，其中物理屏障最為重要，因此維持腸物理屏障的完整性是預(yù)防膿毒癥加重和降低死亡率的有效治療手段［4］。近年來膿毒癥腸屏障功能障礙機(jī)制的研究主要集中在非編碼RNA［5］及腸菌［6］對腸屏障的調(diào)節(jié)，但這些目前只停留在動物實驗階段，尚未經(jīng)過大樣本臨床隨機(jī)對照試驗的驗證。

1 膿毒癥腸屏障功能障礙的機(jī)制

1.1 腸上皮細(xì)胞異常 由于腸上皮細(xì)胞（IECs）是腸屏障的重要組成部分，所以IECs 的凋亡或功能異常勢必會造成腸細(xì)胞屏障的破壞、腸通透性的增大。在膿毒癥的進(jìn)程中諸多因素造成了IECs 凋亡，而膿毒癥引起的IECs 凋亡會進(jìn)一步加重膿毒癥小鼠的死亡［7］。在盲腸結(jié)扎穿孔（CLP）模型中，mtDNA-STING 信號通路可促進(jìn)IECs 凋亡［8］；Lnc RNA H19 可通過抑制自噬和降低Paneth 和Goblet細(xì)胞的功能而損害腸屏障［9］；抗凋亡蛋白（Bcl-2）不僅可以抑制IECs 的凋亡，也可抑制腸細(xì)胞旁屏障相關(guān)蛋白的下調(diào)，兩種作用共同促進(jìn)腸通透性及死亡率的改善［10］。在內(nèi)毒素血癥模型中，Pololike kinase1（PLK1）的過表達(dá)可抑制LPS 誘導(dǎo)的IECs 的凋亡［11］。此外，三十八陰性激酶1（TNK1）可通過促進(jìn)STAT3 的磷酸化及p65 的核轉(zhuǎn)位來誘導(dǎo)隱窩特異性的IECs 凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致了腸源性多器官功能衰竭［12］。因此，找到靶向抑制mtDNASTING、Lnc RNA H19、TNK1 或促進(jìn)PLK1、Bcl-2 表達(dá)的方法或藥物，將有助于預(yù)防膿毒癥導(dǎo)致的IECs 異常。

1.2 炎癥介質(zhì) 在膿毒癥中，病原體相關(guān)分子模式（PAMPs）與損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）被模式識別受體（PRR）識別后可通過NF-κB 等信號通路引發(fā)炎癥風(fēng)暴，導(dǎo)致大量的促炎細(xì)胞因子和抗炎因子被釋放，這些炎癥介質(zhì)作用于腸細(xì)胞旁屏障可導(dǎo)致腸細(xì)胞旁屏障相關(guān)蛋白分布異常或表達(dá)減少，進(jìn)而促進(jìn)腸通透性增高。一方面，炎癥介質(zhì)會介導(dǎo)腸屏障相關(guān)蛋白分布異常。TNF 可通過肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）介導(dǎo)的肌球蛋白輕鏈（MLC）磷酸化來調(diào)節(jié)Occludin 的內(nèi)吞進(jìn)而參與腸細(xì)胞旁屏障的破壞［13］，DIVERTIN 等［14］通過阻斷此過程來改善腸屏障功能，姜黃素也可通過抑制TLR4∕NF-κB 信號通路來降低TNF-α 等炎癥因子的表達(dá)進(jìn)而起到保護(hù)腸屏障的作用［15］。另一方面，炎癥介質(zhì)會誘導(dǎo)腸屏障相關(guān)蛋白表達(dá)異常。經(jīng)體外實驗證實，IL1β 通過上調(diào)miR200C-3p 而降解Occludin mRNA［16］；IL4 和IL13 可通過誘導(dǎo)Claudin-2 的表達(dá)使腸通透性增加［17］。因此，可通過靶向抑制MLCK及TNF-α、IL1β、IL4 及IL13 等炎癥介質(zhì)的過表達(dá)來保護(hù)腸細(xì)胞旁屏障。

1.3 免疫狀態(tài)異常 膿毒癥中存在著免疫激活和免疫抑制，本質(zhì)上為免疫細(xì)胞功能狀態(tài)、種類比例、數(shù)量及分布的失衡，免疫狀態(tài)的異?？芍苯訁⑴c腸屏障功能的調(diào)節(jié)。腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（IELs）是一種重要的免疫細(xì)胞，IELs、IECs 及其它免疫細(xì)胞之間的相互作用對腸屏障具有保護(hù)作用［18］。體外實驗證明，在CD4+T 與IECs 相互作用的過程中，IECs 中的S1P∕S1PR2 軸參與了調(diào)節(jié)腸屏障功能［19］；巨噬細(xì)胞和IECs 之間的相互作用會導(dǎo)致腸屏障缺陷，機(jī)制可能與PTPN2-IL6 信號通路有關(guān)［20］。在菌血癥模型中，Occludin 介導(dǎo)的γδIEL 遷移可限制模型小鼠體內(nèi)病原體的跨上皮侵襲［21］。因此，糾正免疫細(xì)胞功能狀態(tài)、種類比例、數(shù)量及分布的紊亂可能是治療膿毒癥腸屏障功能障礙的有效方法之一。

1.4 微循環(huán)及凝血功能障礙 膿毒癥腸屏障功能障礙的主要原因之一是內(nèi)臟區(qū)域的血流低灌注，血流低灌注會造成組織細(xì)胞的缺氧死亡。血流低灌注通常與循環(huán)血量降低、微血栓形成有關(guān)。循環(huán)血量降低的主要原因是血管內(nèi)皮完整性的破壞及凝血功能障礙導(dǎo)致的血管滲漏；微血栓的形成通常與凝血∕纖溶系統(tǒng)的紊亂有關(guān)。在內(nèi)毒素血癥模型中，右美托咪定可通過減輕腸道的微循環(huán)障礙進(jìn)而改善腸屏障功能及模型死亡率［22］。血小板活化因子（PAF）是一種參與凝血的細(xì)胞因子，在體外實驗中，PAF 可增加Caco-2 單層細(xì)胞的通透性，同時也可降低Claudin-1、ZO-1 的表達(dá)［23］。在由微循環(huán)功能障礙造成的缺氧條件下，囊性纖維化跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（CFTR）被認(rèn)為是維持腸道屏障的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在缺氧條件下CFTR 的下調(diào)參與了連接復(fù)合體（TJ、AJ、JAM 等構(gòu)成的復(fù)合體）的表達(dá)異常及腸菌易位［24-32］。目前，國內(nèi)外文獻(xiàn)中微循環(huán)及凝血功能障礙導(dǎo)致腸屏障功能受損的相關(guān)分子機(jī)制較少，因此該領(lǐng)域可能具有較強(qiáng)的探索價值。

1.5 腸道酶反應(yīng)異常 膿毒癥中的諸多病理環(huán)節(jié)（如炎癥風(fēng)暴、凝血及微循環(huán)功能障礙等）會影響到腸道酶反應(yīng)，腸道酶反應(yīng)的異常反過來也會作用于腸屏障，常見的腸道酶反應(yīng)異常表現(xiàn)為腸道酶表達(dá)量的異常及腸道酶的作用環(huán)節(jié)異常。腸道堿性磷酸酶（IAP）是一種內(nèi)源性產(chǎn)生于腸黏膜刷狀緣的酶，具有防止腸道細(xì)菌入侵的作用；在菌血癥模型中，IAP 可通過抑制ERK-SP1-VEGF 和ERKCDX2-Claudin2 信號通路來保護(hù)腸屏障［33］。小腸中的基質(zhì)金屬蛋白酶7（MMP7）負(fù)責(zé)激活α-防御素，具有放大炎癥的作用；在內(nèi)毒素血癥模型中，MMP7 可通過α-防御素激活巨噬細(xì)胞進(jìn)而放大腸道炎癥，導(dǎo)致腸通透性增大及腸菌易位［34］。膽汁與胰酶均為消化酶，正常情況下均不會對腸屏障造成不利影響，但在由膿毒癥凝血功能及微循環(huán)功能障礙造成腸壁表面黏蛋白缺失的條件下，胰酶與腸壁的直接接觸會導(dǎo)致腸屏障受損［35］；相反，膽汁可通過IL6 信號通路降低腸通透性及抑制腸菌易位，對腸屏障具有保護(hù)作用［35-36］。因此，可針對性的通過補(bǔ)充相應(yīng)腸道酶或腸道酶的抑制劑來調(diào)節(jié)腸屏障。

1.6 腸道菌群及SCFAs 膿毒癥會嚴(yán)重影響腸道菌群的組成［25］，進(jìn)而也會影響到菌群代謝物SCFAs的產(chǎn)生，菌群及SCFAs 異常在膿毒癥腸屏障功能障礙的形成中具有重要作用。在TNF誘導(dǎo)的腸黏膜損傷中，羅伊乳桿菌（Lactobacillus reuteri）可通過R-Spondins 的過表達(dá)激活Wnt∕β-catenin 信號通路，該通路可通過刺激IECs的增殖保護(hù)腸屏障［26］；核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2（NOD2）是腸道屏障的關(guān)鍵感受器分子，假結(jié)核耶爾森氏菌（YP）的效應(yīng)因子YopJ 可通過抑制NOD2∕RICK∕TAK1 及caspase-1 信號通路誘導(dǎo)腸屏障功能障礙［27］。丁酸與Urolithin A 均為腸道菌群的代謝產(chǎn)物，丁酸可通過IECs metabolism-O2-HIF1 信號通路保護(hù)腸屏障［28］；Urolithin A 可通過激活A(yù)hR-NRF2 途徑來上調(diào)TJ 進(jìn)而改善屏障功能［29］。因此，菌群及菌群代謝產(chǎn)物對膿毒癥腸屏障功能障礙具有明確的影響。

通過干預(yù)腸道菌群改善腸屏障功能是當(dāng)下的研究熱點，干預(yù)方式主要有糞菌移植（FMT）及益生菌的直接干預(yù)。在CLP 模型中，F(xiàn)MT 可通過減少IECs 的凋亡及抑制TJ 的下調(diào)而改善腸道屏障功能［30］；此外，兩種益生菌鼠李糖乳桿菌及長雙歧桿菌的直接干預(yù)既可通過改善腸細(xì)胞凋亡而保護(hù)腸道的屏障功能，也可以通過蛋白激酶B 途徑來保護(hù)腸道的機(jī)械功能［31］。在TNF 誘導(dǎo)的腸黏膜損傷中，植物乳桿菌可通過調(diào)節(jié)TLR4 的表達(dá)來抑制E.coli B5 的跨Caco-2 細(xì)胞轉(zhuǎn)位［32］。雖然干預(yù)腸道菌群在動物實驗中取得了較好的療效，但目前仍缺乏臨床隨機(jī)對照試驗的驗證。

1.7 其他因素 在臨床試驗中發(fā)現(xiàn)，β1 受體阻滯劑可通過CCK 受體保護(hù)腸屏障［37］。在CLP 模型中，間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的微泡（MMV）可將mfn2、PGC-1α 和功能性線粒體輸送至IECs，協(xié)同改善膿毒癥后IECs 線粒體動態(tài)平衡，恢復(fù)線粒體功能和腸屏障功能［38］。在內(nèi)毒素血癥模型中，刺激迷走神經(jīng)既可以抑制NF-κB p65 的易位也可以下調(diào)MLCK的表達(dá)，進(jìn)而減弱LPS 對TJ 的破壞［41］。經(jīng)體外實驗證實，環(huán)氧合酶2（COX-2）及表皮生長因子受體（EGFR）的磷酸化介導(dǎo)IECs 的遷移，此過程具有預(yù)防腸屏障損傷的作用［39］；E-cadherin 為粘附連接蛋白（AJ）的一種，在維持腸屏障功能中具有重要的作用，RNA 結(jié)合蛋白CUGBP1、HuR 可通過與E-cadherin mRNA3'非編碼區(qū)的相互作用調(diào)節(jié)E-cadherin 的表達(dá)，但兩者的作用相反，HuR 的過表達(dá)可抑制腸通透性的增高［40］。

2 腸屏障功能障礙對膿毒癥的影響

膿毒癥腸屏障功能障礙是腸菌易位的主要原因［42］，在CLP 模型中，利用16s RNA 基因測序發(fā)現(xiàn)，膿毒癥急肺損傷中出現(xiàn)的肺部菌群與腸菌易位有關(guān)［43］，膿毒癥急性神經(jīng)炎與腸菌易位有關(guān)［44］；在臨床試驗中發(fā)現(xiàn)，膿毒癥急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）中出現(xiàn)的肺部菌群與腸菌易位有關(guān)［43］，膿毒癥急性腦功能障礙與腸菌易位有關(guān)［44］。因此，腸屏障功能障礙會通過細(xì)菌易位持續(xù)或加重全身炎癥反應(yīng)，甚者會導(dǎo)致MODS。

腸屏障損傷導(dǎo)致細(xì)菌和內(nèi)毒素從腸腔易位至腸系膜淋巴和體循環(huán)，循環(huán)中的毒素使細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)向有氧糖酵解［45］，有氧糖酵解導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP水平下降［46］及線粒體損傷，而ATP 減少及線粒體損傷是導(dǎo)致急性腎損傷及腎功能障礙的主要原因［47］；同理，循環(huán)中的毒素也可作用于全身其它組織器官。此外，在內(nèi)毒素血癥模型中發(fā)現(xiàn)，由腸屏障功能障礙介導(dǎo)的腸菌易位會使SCD1 的活性減弱，由于該酶是肝臟生成脂肪的關(guān)鍵酶，由此導(dǎo)致肝臟飽和及不飽和脂肪酸水平降低，進(jìn)而損害了紅細(xì)胞的質(zhì)膜流動性，從而顯著縮短了紅細(xì)胞的壽命；同時，在腸屏障功能障礙小鼠中發(fā)現(xiàn)，脾臟巨噬細(xì)胞對紅細(xì)胞的吞噬效率會增高，進(jìn)而形成促進(jìn)細(xì)菌生長的富鐵環(huán)境［48］，加之腸菌易位，即可共同促成菌血癥及MODS 的發(fā)生。因此，糾正或防治腸屏障功能障礙對于治療膿毒癥具有重要意義。

3 結(jié)語

目前，治療膿毒癥MODS 的方法主要有：消除潛在感染、穩(wěn)定血流動力學(xué)以確保充分的微循環(huán)灌注、針對與細(xì)胞功能障礙和膿毒癥反應(yīng)有關(guān)的免疫調(diào)節(jié)療法［49］，但由于膿毒癥具有較強(qiáng)的異質(zhì)性，所以單純的應(yīng)用免疫抑制劑或免疫刺激劑均未取得好的療效［50］，且仍未找到預(yù)防膿毒癥MODS 的行之有效的治療手段，而防治腸屏障功能障礙對預(yù)防膿毒癥MODS 具有重要意義，因此通過改善膿毒癥腸屏障功能防治膿毒癥MODS 具有較好的發(fā)展前景。

膿毒癥的病理機(jī)制極其復(fù)雜，涉及到炎癥、免疫、凝血功能、微循環(huán)、腸道菌群及SCFAs 等，這些因素均會導(dǎo)致腸屏障功能障礙，但目前國內(nèi)外還沒有從膿毒癥諸多的病理環(huán)節(jié)角度綜述腸屏障功能障礙機(jī)制的文獻(xiàn)報道，大多數(shù)文獻(xiàn)將注意力集中于炎癥、腸道菌群、IECs 凋亡對腸屏障的調(diào)節(jié)，忽略了免疫、微循環(huán)及凝血功能在腸屏障功能障礙中的調(diào)節(jié)作用，因此這三個被忽略的方向具有較高的探索價值。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，非編碼RNA 成為膿毒癥腸屏障功能障礙機(jī)制的一大研究熱點，對非編碼RNA 對免疫、微循環(huán)及凝血功能等的調(diào)節(jié)作用的相關(guān)研究，將更好的闡釋膿毒癥腸屏障功能障礙的機(jī)制。腸菌及其代謝產(chǎn)物在膿毒癥中可通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)腸屏障功能，調(diào)節(jié)腸道菌群作為治療膿毒癥的新興途徑，是膿毒癥腸屏障功能障礙機(jī)制領(lǐng)域值得深入探索的方向。

此外，隨著計算機(jī)科學(xué)及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，使得基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中發(fā)現(xiàn)的分子靶點通過藥物設(shè)計變?yōu)榫哂休^好療效的臨床藥物成為了可能。同時，膿毒癥腸屏障功能障礙的形成機(jī)制是多方面的，因此在臨床治療中不可只針對某一具體機(jī)制進(jìn)行藥物干預(yù)，應(yīng)針對多種機(jī)制并結(jié)合患者的狀態(tài)及疾病的不同階段進(jìn)行多機(jī)制、多靶點干預(yù)，才有可能取得更好的療效。