中藥活性物質(zhì)對腸屏障功能的保護作用研究進(jìn)展

馮雯，張亞薇，張祎，王丹，陳倩，劉夢揚，吳昱錚，王濤（天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 300190）

腸道是人體重要的消化器官，參與營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收并維持機體電解質(zhì)和水的穩(wěn)態(tài)。與此同時，腸道也與外部環(huán)境中大量存在的病毒、細(xì)菌、促炎因子等不利因素不斷發(fā)生著密切接觸。正常生理狀態(tài)下，腸屏障可以防止?jié)撛谟泻ξ镔|(zhì)從腸腔進(jìn)入內(nèi)部環(huán)境，同時選擇性地允許營養(yǎng)物質(zhì)通過，以確保機體內(nèi)部穩(wěn)態(tài)。然而，如果腸屏障受損，腸上皮細(xì)胞通透性增加，腸腔內(nèi)的細(xì)菌及毒素發(fā)生移位進(jìn)入體內(nèi)環(huán)境，將會激活炎癥信號通路，引發(fā)腸道微生物群失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致消化系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病、甚至代謝性疾病的發(fā)生[1]。因此，維護腸屏障功能對于預(yù)防疾病及維持機體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。目前，有大量研究顯示，中藥活性物質(zhì)對腸屏障損傷有顯著治療作用。本文就腸屏障的結(jié)構(gòu)組成及功能，中藥活性物質(zhì)保護腸屏障功能的機制，以及中藥活性物質(zhì)對腸屏障損傷的修復(fù)作用進(jìn)行綜述。

1 腸屏障的結(jié)構(gòu)組成及功能

腸屏障由機械屏障、化學(xué)屏障、腸道微生物屏障和免疫屏障構(gòu)成[2]。

機械屏障主要包括腸上皮細(xì)胞和細(xì)胞間緊密連接[3]。腸上皮細(xì)胞構(gòu)成了機械屏障的基本骨架，包括腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞等類型，其中腸細(xì)胞是吸收型細(xì)胞，杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞是分泌型細(xì)胞。吸收型細(xì)胞負(fù)責(zé)營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和代謝，分泌型細(xì)胞分泌MUC2、MUC5、MUC6等黏蛋白和抗菌肽，形成黏液層，將腸腔中的共生菌和宿主組織隔離開來，以維持腸道和機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[4]。同時，腸上皮細(xì)胞還負(fù)責(zé)將腸腔內(nèi)的抗原、內(nèi)毒素等微生物信號傳遞給黏膜免疫細(xì)胞，調(diào)控宿主-腸道微生物的相互作用，促進(jìn)腸道環(huán)境的平衡[5]。腸上皮細(xì)胞之間的縫隙由緊密連接填充。緊密連接由咬合蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudins）、閉合小環(huán)蛋白（Zonula occludens，ZOs）和連接黏附分子（JAMs）構(gòu)成，受到肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）、蛋白激酶C（PKC）、Rho/Rho激酶等蛋白或者信號分子的調(diào)控[6-7]。緊密連接具有選擇透過性和動態(tài)可變性，在正常生理條件下可以限制腸腔內(nèi)抗原和細(xì)菌位移到固有層，同時為營養(yǎng)物質(zhì)的吸收提供了通道[8]。

化學(xué)屏障主要指腸道黏液層，由黏蛋白、電解質(zhì)、脂質(zhì)以及水分等組成[9]。腸道黏液層分為內(nèi)層和外層，內(nèi)層黏液層緊貼腸上皮細(xì)胞，細(xì)菌無法穿透，避免細(xì)菌對腸免疫系統(tǒng)的影響。外層黏液由內(nèi)層黏液轉(zhuǎn)化而來，厚度約為內(nèi)層黏液層的兩倍。與內(nèi)層黏液不同，外層黏液為松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，體積擴展為內(nèi)層黏液的四倍，有更強的流動性，因此成為了共生腸菌的棲息地[10]。除此之外，腸道黏液層還作為表面清潔劑發(fā)揮作用，在腸道蠕動力的輔助下，結(jié)合并收集腸腔中的食物殘渣、碎片和細(xì)菌，將其排出體外。黏蛋白與水結(jié)合的能力還賦予了腸道黏液層保濕和潤滑的特性，保護上皮細(xì)胞在管腔內(nèi)容物通過時免受脫水和機械應(yīng)力的影響[11]。

腸道微生物屏障是由共生微生物附著在腸道表面黏膜層上形成的。腸道微生物群主要由擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門和放線菌門等細(xì)菌組成，還包含古菌、真菌、病毒以及噬菌體[12-13]。腸道微生物最主要的功能是調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，為腸道上皮細(xì)胞提供能量，誘導(dǎo)免疫球蛋白A（IgA）產(chǎn)生并調(diào)節(jié)抗炎因子的表達(dá)，通過提供低水平的免疫刺激來促進(jìn)腸道的適應(yīng)性免疫[14-16]。腸道益生菌是腸道微生物屏障的重要組成部分，可以與病原體競爭營養(yǎng)物質(zhì)和黏膜定植位點，以抵抗病原體的入侵[17]。研究表明，益生菌通過促進(jìn)腸道免疫細(xì)胞的分化，刺激黏蛋白和抗菌肽的分泌，上調(diào)腸道緊密連接蛋白的表達(dá)從而起到保護腸屏障的作用[18-19]。此外，許多共生菌能代謝產(chǎn)生丙酸鹽和丁酸鹽等生物活性代謝物。丁酸鹽是腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，有助于維持腸上皮的完整性[20]。丙酸鹽可以促進(jìn)腸上皮緊密連接蛋白合成，增加ZO-1和Occludin蛋白的表達(dá)，增強腸黏膜機械屏障功能[21]。

免疫屏障包括腸道固有層中的樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞等免疫細(xì)胞及其分泌的免疫介質(zhì)[如分泌型免疫球蛋白A（SIgA）和細(xì)胞因子等]。SIgA由腸道固有層中的B細(xì)胞產(chǎn)生，穿過腸上皮，分泌到黏液層。細(xì)胞因子由免疫細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞分泌，是炎癥和免疫反應(yīng)中的重要調(diào)節(jié)因子[22]。在抗原的刺激下，腸道免疫細(xì)胞能夠?qū)︷つけ砻娴目乖M(jìn)行攝取和遞呈，幫助機體識別外來抗原以及自身的異?？乖?，保護腸道免受異常免疫反應(yīng)的影響[23-24]。SIgA可以與病原體和毒素結(jié)合，以一種免疫排斥的機制防止其黏附在腸黏膜上；同時，SIgA還能調(diào)節(jié)腸道微生物群組成，在維持腸道微生物群與宿主之間的穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮作用[25]。細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（IL）-22參與上皮細(xì)胞再生，誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞分泌黏液，釋放抗菌肽，在調(diào)節(jié)腸道免疫及維持腸道微生態(tài)平衡方面具有重要作用[14，26]。

2 中藥活性物質(zhì)保護腸屏障功能的機制

中藥活性物質(zhì)通過作用于不同的腸屏障結(jié)構(gòu)，對腸屏障功能進(jìn)行整體調(diào)控。就目前的研究結(jié)果進(jìn)行分析，中藥活性物質(zhì)主要通過調(diào)控緊密連接蛋白表達(dá)，抑制腸道炎癥和調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)等途徑發(fā)揮治療作用。

緊密連接蛋白（包括Claudins、Occludin、和ZOs）是腸道機械屏障的重要組成部分，其表達(dá)缺失直接導(dǎo)致腸屏障損傷及通透性增加。Claudins蛋白家族主要形成腸道中離子和水的選擇性屏障[27]。其中，Claudin-1的敲除會導(dǎo)致小鼠嚴(yán)重脫水和出生后死亡[28]。對Claudin-2離子通道的調(diào)節(jié)可作為調(diào)控腸屏障通透性的藥物靶點[29]。Occludin限制大分子的細(xì)胞旁通透性，Occludin的缺失明顯增加腸屏障的滲漏[30]。ZO-1是第一個被確認(rèn)的上皮細(xì)胞緊密連接蛋白，其是Wnt信號介導(dǎo)的細(xì)胞增殖的重要調(diào)控因子，對黏膜修復(fù)至關(guān)重要[31]。中藥活性物質(zhì)通過直接調(diào)節(jié)Claudins、Occludin和ZOs等腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，維持其正常生理功能，從而維護腸道機械屏障完整性。

炎癥是導(dǎo)致腸屏障損傷的關(guān)鍵因素。體外實驗表明，腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導(dǎo)肌球蛋白輕鏈磷酸化，進(jìn)而導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞間隙增加，腸屏障功能受損[32]。炎癥因子γ-干擾素（INF-γ）協(xié)同TNF-α，通過激活NF-κB信號通路和MLCK，影響緊密連接蛋白Occludin的表達(dá)，增加腸屏障對大分子化合物的通透性[33]。除此之外，多種IL對上皮細(xì)胞緊密連接蛋白也有不同程度的影響。例如，在炎癥性腸病患者腸黏膜中高表達(dá)的促炎細(xì)胞因子IL-1，抑制緊密連接蛋白Occludin、ZO-1的表達(dá)，增加腸上皮細(xì)胞旁通路孔隙，導(dǎo)致屏障滲漏[34]。中藥活性物質(zhì)抑制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的肌動蛋白重塑和緊密連接蛋白表達(dá)的變化，維持細(xì)胞間孔隙和離子通道的正常功能。

腸道上皮既是外部環(huán)境和機體內(nèi)環(huán)境之間的屏障，也是腸道菌棲息的場所。在體內(nèi)和體外模型中，腸道菌群的種類和數(shù)量變化可直接改變緊密連接蛋白的表達(dá)和定位[35-36]。腸道微生物可通過釋放可溶性肽或毒素對緊密連接蛋白和腸道屏障功能進(jìn)行直接調(diào)控[37]，也可通過短鏈脂肪酸（SCFA）等代謝物影響腸上皮細(xì)胞的生理狀態(tài)[38]。此外，微生物也可以通過調(diào)控宿主免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子的釋放間接地改變上皮屏障的通透性[39]。中藥活性物質(zhì)通過調(diào)控腸道微生物穩(wěn)態(tài)，維持腸道菌群正常的豐度和代謝狀態(tài)，從而恢復(fù)正常的腸道通透性。

3 中藥活性物質(zhì)對腸屏障的保護作用

腸屏障功能損傷和通透性增加是多種因素作用于不同屏障結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的結(jié)果。針對這一特點，中藥活性物質(zhì)發(fā)揮多途徑、多靶點、協(xié)同作用的優(yōu)勢，對腸屏障進(jìn)行整體修復(fù)。下面將從中藥活性物質(zhì)直接調(diào)控緊密連接蛋白表達(dá)、抑制炎癥及氧化反應(yīng)、調(diào)節(jié)腸道微生物等方面，對腸屏障保護作用進(jìn)行綜述。

3.1 中藥活性物質(zhì)直接調(diào)控緊密連接蛋白表達(dá)

腸道的機械屏障對維持腸道正常結(jié)構(gòu)及功能具有重要作用，中藥活性物質(zhì)能夠直接調(diào)控腸道黏膜緊密連接，改善腸道機械屏障功能。Fan等[40]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素和楊梅素通過降低細(xì)胞旁通透性、增加細(xì)胞單層的跨上皮細(xì)胞阻力、增強Occludin、Claudin-1和ZO-1三種緊密連接蛋白的表達(dá)，從而拮抗丙烯酰胺誘導(dǎo)的大鼠小腸上皮細(xì)胞（IEC-6）屏障功能障礙。Yue等[41]用脂多糖（LPS）刺激Caco-2細(xì)胞單層，在體外建立腸屏障損傷模型，用喬松素處理后，發(fā)現(xiàn)緊密連接蛋白Occludin、Claudin-1、ZO-1和JAM-A的表達(dá)顯著升高，Caco-2細(xì)胞單層的通透性增加，維持了正常的腸上皮屏障功能。Claudin-7是腸上皮細(xì)胞中的一種重要的緊密連接蛋白，在調(diào)控腸上皮干細(xì)胞存活、自我更新和分化方面不可或缺。Wen等[42]研究發(fā)現(xiàn)，川陳皮素可顯著上調(diào)葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中Claudin-7的表達(dá)，保護結(jié)腸黏膜屏障，并且減輕模型小鼠結(jié)腸病理損傷。

3.2 中藥活性物質(zhì)抑制炎癥及氧化反應(yīng)

大部分中藥活性物質(zhì)都具有抗炎的藥理活性，這一藥理作用在修復(fù)腸道屏障損傷方面也具有積極的效果[43-45]。有研究證實，大黃素通過抑制膿毒癥引起的全身性炎癥反應(yīng)從而阻止了炎癥因子對腸上皮緊密連接的損傷，維護了腸屏障的完整性[46-48]。Zhou等[49]研究發(fā)現(xiàn)，重癥急性胰腺炎能夠引起腸屏障損傷。大黃素通過降低體內(nèi)高濃度的促炎細(xì)胞因子，緩解了模型鼠因炎癥導(dǎo)致的結(jié)腸黏膜水腫、充血以及微絨毛脫落。同時，大黃素通過抑制炎癥反應(yīng)緩解了腸道細(xì)胞的凋亡，增加了結(jié)腸緊密連接蛋白的表達(dá)。Yuan等[50]用十溴二苯醚處理Caco-2細(xì)胞單層模擬腸屏障損傷，發(fā)現(xiàn)木犀草素通過降低活性氧（ROS）水平，增加超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）的活性，抑制TNF-α、IL-6和IL-1β等促炎細(xì)胞因子的分泌，并增加緊密連接蛋白（ZO-1、Occludin和Claudin-1）的表達(dá)，從而減輕十溴二苯醚誘導(dǎo)的腸上皮屏障損傷。Ren等[51]研究發(fā)現(xiàn)猴頭菌多糖通過下調(diào)小鼠結(jié)腸中氧化應(yīng)激的關(guān)鍵標(biāo)志物一氧化氮（NO）、丙二醛（MDA）、髓過氧化物酶（MPO）和炎性因子IL-6、IL-1β、TNF-α、環(huán)氧合酶-2（COX-2），誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的表達(dá)，阻斷核因子-κB（NFκB）、NF-κB抑制劑α（IκB-α）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和蛋白激酶B（Akt）的磷酸化，起到抗炎和抗氧化應(yīng)激的作用，從而減輕潰瘍結(jié)腸炎小鼠腸黏膜屏障損傷。綠原酸是一種天然多酚，具有強大的抗氧化活性。Chen等[52]用敵草快刺激斷奶仔豬，導(dǎo)致空腸和回腸中腸絨毛高度降低，堿性磷酸酶活性受到抑制，采用綠原酸治療提高了腸道絨毛高度和堿性磷酸酶活性，抑制了模型動物腸道細(xì)胞的氧化應(yīng)激和凋亡，升高了Occludin、Claudin-1、ZO-1等緊密連接蛋白的表達(dá)，表明綠原酸可以減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腸黏膜損傷，增強腸屏障完整性。

3.3 中藥活性物質(zhì)調(diào)節(jié)腸道微生物

過量飲酒、高脂飲食、過量食用肉類食品等會使腸道菌群失調(diào)，進(jìn)而損傷腸屏障功能，造成腸道通透性增加[53]。中藥活性物質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)腸道微生物穩(wěn)態(tài)，起到腸屏障保護作用。Zhang等[54]實驗發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷顯著降低了潰瘍性結(jié)腸炎模型鼠糞便中擬桿菌、螺桿菌等有害菌的比例和活性，顯著增加了有益菌群（乳酸桿菌、毛螺菌科、阿克曼氏菌）的比例和活性，從而改善了結(jié)腸微生物屏障功能?？咕幬锝閷?dǎo)的腸道微生物群紊亂模型中，小鼠腸屏障功能受損。Bai等[55]研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rk3能有效改善腸道微生物群生態(tài)失調(diào)，調(diào)節(jié)厚壁菌/擬桿菌（Firmicutes/Bacteroidetes，F(xiàn)/B）的比例。改善腸道微生物群多樣性，增加SCFA乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽的水平。此外，研究還發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rk3增加了緊密連接蛋白（ZO-1、Occludin和Claudin-1）的表達(dá)，抑制結(jié)腸炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6的過度產(chǎn)生，進(jìn)而修復(fù)腸屏障功能障礙。Dai等[56]實驗發(fā)現(xiàn)，黃連的主要成分——小檗堿，可以修復(fù)非酒精性脂肪肝病模型大鼠的腸屏障功能受損。小檗堿和吳茱萸堿聯(lián)合給藥豐富了腸道微生物群的豐度和多樣性，減少了梭桿菌、毛螺菌等有害菌數(shù)量。此外，小檗堿還能抑制腸上皮細(xì)胞凋亡，增加腸緊密連接蛋白表達(dá)量，降低促炎因子的表達(dá)，進(jìn)而緩解非酒精性脂肪性肝病狀態(tài)下的腸屏障損傷。越來越多的證據(jù)表明，2型糖尿?。═2D）與腸道屏障功能障礙有關(guān)。T2D患者腸道微生物結(jié)構(gòu)失衡，降低了微生物多樣性和丁酸鹽的水平，導(dǎo)致慢性低度炎癥從而破壞腸屏障[57]。穿心蓮內(nèi)酯通過增加擬桿菌與厚壁菌的比例，增加腸黏膜有益菌嗜黏蛋白阿克曼氏菌的豐度，調(diào)節(jié)SCFA的含量，重塑機體內(nèi)腸道微生物群組成。此外，穿心蓮內(nèi)酯能夠增加糖尿病小鼠腸道中Occludin和ZO-1的表達(dá)，進(jìn)一步改善糖尿病小鼠腸屏障功能[58]。

除此之外，中藥活性物質(zhì)還能通過抑制腸道細(xì)胞凋亡，保護腸道黏液層等作用起到保護腸黏膜屏障的作用。青蒿琥酯通過抑制細(xì)胞凋亡，增加腸道杯狀細(xì)胞分化，修復(fù)腸道隱窩損壞，顯著保護了潰瘍性結(jié)腸炎小鼠腸道屏障的完整性[59]。Li等[60]研究表明柴胡皂苷D增加DSS模型鼠結(jié)腸中黏蛋白Muc1和Muc2的表達(dá)，維持腸道黏液層的完整性。增加緊密連接蛋白ZO-1和Claudin-1的表達(dá)，改善結(jié)腸黏膜水腫、炎性浸潤和隱窩結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)TNF-α、IL-1β和IL-10等細(xì)胞因子表達(dá)，抑制NF-κB的激活，并調(diào)節(jié)腸道微生物群，增加腸菌豐富度，進(jìn)而恢復(fù)結(jié)腸炎小鼠腸屏障功能的完整性。肢體缺血-再灌注引起腸道屏障損傷，廣藿香揮發(fā)油通過增加腸黏液分泌量，減少腸黏膜肥大細(xì)胞數(shù)目，降低二胺氧化酶（DAO）活性，提高腸道自身防御體系，維持了正常的腸黏膜上皮結(jié)構(gòu)，修復(fù)腸道屏障損傷[61]。

對上述中藥活性物質(zhì)對腸屏障的保護作用進(jìn)行歸納總結(jié)，詳見表1。

表1 中藥活性物質(zhì)對腸屏障的保護作用Tab 1 Protective effect of bioactive compounds of Chinese medicine on the intestinal barrier

4 總結(jié)

本文總結(jié)討論了腸屏障結(jié)構(gòu)與功能以及中藥活性物質(zhì)對腸屏障損傷的修復(fù)作用與機制，為腸黏膜屏障修復(fù)的機制研究，新藥研發(fā)及相關(guān)保健品開發(fā)提供了參考和科學(xué)依據(jù)。

腸屏障損傷是許多疾病的伴隨癥狀和誘因，如不及時治療，可能會加重原發(fā)疾病或引起嚴(yán)重的并發(fā)癥。中藥活性物質(zhì)通過增加緊密連接蛋白，抑制腸道炎癥，調(diào)節(jié)腸道菌群等途徑，在維護腸屏障完整性，修復(fù)腸屏障功能方面發(fā)揮了顯著療效，對炎癥性腸病和代謝性疾病的疾病癥狀有很好的改善效果。因此，從中藥活性物質(zhì)中識別和開發(fā)新的可以改善腸屏障完整性的化合物十分有意義。然而，通過恢復(fù)腸屏障功能對疾病進(jìn)行治療和干預(yù)是一個新興的話題，我們對調(diào)節(jié)腸道通透性的機制的理解還有待進(jìn)一步深入。此外，現(xiàn)有的中藥活性物質(zhì)治療腸屏障損傷的研究主要集中在細(xì)胞水平和動物實驗，臨床應(yīng)用研究較少。接下來，需要在實驗?zāi)Ｐ椭袑φ{(diào)節(jié)腸屏障功能的機制進(jìn)行進(jìn)一步探索，以加強對免疫系統(tǒng)、炎癥、腸道微生物菌群和腸屏障功能之間關(guān)系的理解。除此之外，還需在人體組織樣本中進(jìn)行轉(zhuǎn)化研究，進(jìn)一步明確腸屏障功能和疾病治療的關(guān)系。