肠道屏障—健康与疾病的界面

氧化应激 活性氧（ROS）是一种与许多慢性疾病和衰老的病理生 理学有关联的化学物质。这些化学物质包括几种氧代谢 物，如超氧基(.O2–)，氢氧基(.OH–)，过氧化氢 （H2O2）,是氧失去一个或两个电子形成的。当细胞代 谢中的酶促反应产生产物或副产物时，活性氧在身体中 产生。尽管活性氧相当有害，它们同样作为细胞内信使， 在由生长因子或细胞因子引发产生的正常生理信号元素 的过程中发挥作用。因此，毫不奇怪，活性氧存在包括 胃肠道细胞的所有细胞中。 除此之外，ROS通过饮食等外因可以进入身体的组织中。 当细胞内的ROS水平超过了细胞的抗氧化能力，细胞分 子如脂肪，蛋白质和DNA会发生损伤。
MC及MC介体影响胃肠道的分子机制还不完全清
楚。蛋白酶激活受体是胃肠道中广泛分布的一个
受体。它调节离子在空肠的分泌，调节结肠肌细
胞和肠道蠕动，并增加细胞内钙和肠花生酸类。 这些受体是否也参与了肠通透性尚未见报道。MC 细胞释放的组胺也能够改变粘膜血流量和血管内 皮通透性。

胞内途径 胞内介质在调节肠道渗透性中扮演各种角色。通过调节上皮细胞和微 循环，一氧化氮（NO）在调节胃肠道正常的生理功能上似乎是一个重 要的介质。一氧化氮是不稳定的自由基，由L精氨酸通过NO合成酶 (NOS )产生，在有氧气的情况下，它迅速转化为稳定的物质：亚硝酸 盐和硝酸盐。 一氧化氮合成酶的两个主要亚型已经确定。一个，cNOS，是钙离子依 赖性的组成型活性异构体。另一个，iNOS，是钙离子独立的诱导型异 构体。 cNOS和iNOS在肠中都已经被发现了。在炎性细胞中发现 iNOS，它的合成和活性由内毒素，细胞因子，乙醇诱导产生（图2）。 几个体内和体外研究表明，低水平的NO（通常是由cNOS合成的）在 维持黏膜屏障功能正常中很重要。然而，由iNOS产生的过量的NO已 被确定为是肠屏障功能异常的主凶。 NO过量产生导致肠屏障功能紊乱的机制是复杂的和多因素的。包括蛋 白质氧化，硝化，S -亚硝基，cGMP的活化和细胞能量的消耗。表皮 生长因子和其他上皮酶影响肠道通透性以后再讨论。

胶粘剂黏液凝胶层（Adhesive mucous gel layer） 黏液凝胶涂层保护上皮茸毛免受物理摩擦，化学腐蚀和微 生物的黏附。这也是一个重要的扩散屏障。然而，胶粘 剂黏液凝胶层在肠道通透性中的作用还没有被完全弄懂。 Iiboshi 等人表明，用N-乙酰半胱氨酸破坏老鼠的肠黏膜 层，或用秋水仙素抑制杯状细胞中的黏液物，能够显著 增加黏膜的通透性。值得注意的是秋水仙素对肠道通透 性的影响是多方面的，不仅仅局限于黏液物的减少。事 实上，由于秋水仙素的使用造成的微管骨架网络的破坏 也许是促进肠道通透性的一个重要因素。黏液凝胶涂层 在完全肠外营养 (TPN)的过程中也可被破坏，也许促进肠 道的通透。
旁细胞途径。
旁细胞途径是一个复杂有序的结构，主要由上皮细胞间 的紧密连接所控制。该途径是肠道对大分子物质（如细 菌内毒素和其它微生物副产物）通透性的一个关键的调 节者。这个受到严格控制的途径的生理机能还不完全清 楚。然而，这种动态的通路在各种生理和病理条件下能 够改变大小。
Madara表明，跨上皮阻力和（TER）和紧密连接结构 可通过通透负荷而迅速改变。内腔通透负荷，尤其在钠 协同运输被激活时，能够增加老鼠空肠对大分子物质的 旁细胞通透性。此外，在摄入高渗透压溶液和及于饭相 关的溶解物如葡萄糖后，肠道的通透性增加。这也许能 够增强小肠吸收养分的能力。

上皮层
肠胃黏膜上皮本身是一个高度选择性屏障，它允许吸收的 营养物质从肠腔进入血液循环以及限制潜在的毒性组分如 管腔微生物的代谢物（如内毒素）的通过。这个选择性的 规则还没有被完全明白。然而，分子大小（流体动力学半 上皮的通透有两种主要的路线：跨上皮物质和旁细胞—上
径）和通透物质的理化性质也许在选择性上发挥主要作用。 皮屏障功能的完整性取决于健康的上皮细胞和功能正常的

内皮屏障 毛细管内皮屏障可能在维持肠屏障功能中发挥重 要作用。 Sun等人研究表明，内皮受损与内皮和上皮渗透
性的增加有关。此外，内皮屏障功能障碍与血液
中pH降低有关。这也许是危重病人及那些内脏
微循环显著降低的人（如发生急性胰腺炎的人）
的肠屏障功能破坏的发病机理的一个因素。

血流 充足的灌注是所有重要细胞发挥功能的先决条件。 因此，毫不奇怪，肠道屏障的完整性取决于足够的 粘膜灌注。 充足的血液供应提供营养和氧气，细胞用它们为各 种细胞功能提供能量（ATP）。老鼠模型中，肠道 通透性和组织ATP水平显示了强烈的负相关性。而 且，灌注还允许有害组分如氧自由基的快速清除， 氧自由基能够损坏防御结构。研究表明，老鼠在失 血性休克恢复后肠道通透性增加。
过量的活性氧对生物组织的完整性是有害的。一种机制 是脂质的氧化，破坏了细胞膜释放了细胞内的组分如酶， 导致了组织更严重的损伤。蛋白质氧化不仅使蛋白质失 活，蛋白质在细胞防御和其它功能上十分重要，而且引 起一系列上皮内反应，导致胃肠道屏障的完整性受到破 坏。 毫不奇怪，氧化应激能够对肠道屏障造成损害，改变它 的功能和增加肠道通透性。氧化损伤可以解释一些破坏 剂和保护性机制是怎样影响肠通透性的。
Leabharlann Baidu
下层结缔组织 该组分在肠通透性中的作用还不完全清楚。
Ghandehari 等人表明肠对大分子物质的总通透
性不受下层结缔组织的影响。然而，该组分也许
通过调节上皮而影响肠通透性。例如，脂多糖
（LPS）能够降低TER，松散紧密连接和增加上 皮渗透性，但是这只是在固有层成纤维细胞释放 的调节物存在的情况下才会发生。

饮食
饮食怎样影响肠屏障功能是一个重要的问题。以 目前的知识，还不能简单的回答。 辛辣调料影响肠道细胞单分子层通透性。 对老鼠喂养二糖，尤其是乳糖，增加了空肠对大 分子的通透性。 蛋白质缺乏而导致的恶性营养不良与149个病人
肠道通透性的增加有关。
纤维素对肠道菌群和屏障功能的作用还不清楚

心里应激 尽管压力在许多方面影响胃肠道，它对肠道屏障 功能的影响主要是增加通透性。这个机制还没有 很好的确定。然而，有老鼠受到环境压力后，上 皮和内皮的超微结构损伤的记录。 而且，脂质过氧化物能够在应激的老鼠的一些组 织（包括肠和肝组织）中检测出来。 压力对肠道屏障功能的影响不仅仅是增加肠通透 性。 压力同样可以通过调节肠道免疫系统影响肠道屏 障。 压力也许甚至可以影响肠道细菌菌群。


锻炼 研究表明锻炼可以影响胃肠通透性。Pals等人表明 在一小组志愿者身上，剧烈运动能够显著增加肠道 通透性。他们还发现肠道通透量与跑步剧烈程度有 很好的相关性 。 衰老和细胞凋亡 衰老导致了许多生物功能的改变。衰老对肠道屏障 功能的影响还没有被阐明。Ma等人的研究表明，在 老鼠模型中，衰老增加了中等大小的物质如聚乙二 醇和甘露醇的肠道通透性。细胞衰老和凋亡同样影 响肠道通透性。对细胞单层的研究表明上皮细胞凋 亡的增加与增加的肠通透性有关。

遗传 遗传和环境在疾病发病方面的作用一直争论不断。 遗传在肠屏障功能和结构中有着复杂的作用，我们 对它在肠屏障功能障碍发病中的作用的知识几乎是 零。许多遗传性免疫缺陷可能会影响肠屏障功能。 有两种研究，一种研究结果支持肠通透性由遗传决 定，一种支持肠通透性由环境决定。

细菌菌群 肠道菌群和肠屏障的相互作用也许参与了肠通透性 的变化。Garcia-Lafuente等人表明用混有菌群的老 鼠结肠片段通过手术接到结肠上，导致了肠通透性 的增加。不仅细菌的存在，它们的组成同样影响肠 屏障功能。包括大肠杆菌，肺炎克雷伯菌和草绿色 链球菌的某些共生细菌能够显著增加肠道通透性， 而乳酸杆菌则有相反的效果，降低通透性。目前还 不清楚肠道通透性这些变化是细菌的直接作用还是 免疫系统反应的结果。
旁细胞途径允许许多分子从内腔一侧进入细胞，从 浆膜一侧出去。它在肠通透性调节中同样十分重要。 利用辣根过氧化物酶，在动物模型研究表明，肠通 透性的增加与上皮内体的数量和大小有关。而且， Berin等人最近表明，在他们的老鼠模型中，抗原 致敏增加了肥大细胞跨细胞途径的独立性，而这又 引发了肥大细胞活化，然后通过肥大细胞依赖的旁 细胞途径增加了肠通透性。跨细胞途径的调节机制 还需要研究。
二、肠道通透性调节机制

肠道通透控制的机制尚未完全确定。如前所述，
一些结构参与了肠通透性，显然，这些结构的
任何变化都会影响肠道通透性。最近的研究提
供了上皮内途径在骨架结构和肠道通透性调节
中的作用的新知识。（如图2，3）

肥大细胞（MC）
肥大细胞是肠道通透性调解的基石。肥大细胞在脱颗粒 调节的众多的生物过程中（包括血液流量调节，上皮细 胞和内皮细胞通透性，粘膜分泌，胃肠道蠕动，免疫反 应，血管形成）释放物质。对MC缺陷的老鼠的研究有助 于确定MC在生物学过程中的作用。肥大细胞通过释放细 胞因子，尤其是肿瘤致死因子（TNF-α），在细菌感染 中有重要保护作用。在生理和病理条件下，肥大细胞介 体在胃肠通透性调节中也发挥着显著的作用。这些细胞 不仅通过表面绑定的IgE接触到特定的抗原而激活，而且 能中断大脑—肠轴效应器。

绪论 肠道构成了人与他周围环境的最大的界面。这个界面有两种重要的 功能。作为一个选择性通透的过滤器，它允许肠道内腔中人体需要 的营养物质移动到血液循环及肠内环境。作为一种屏障，它阻止微 生物，内腔抗原，及肠炎症因子等有害组分的渗透。屏障防御既包 括免疫性机制如免疫球蛋白和粘膜淋巴细胞，也包括非特异性机制， 如选择性渗透性。 肠道的通透性是一个高度有序的动态过程。在健康与疾病中，分子 通透数量在评估屏障完整性中可作为一种定量方法。有几种因素参 与肠道通透性的调节，将会被简要论述。然而，这篇综述主要关注 上皮（细胞）在肠道屏障渗透性方面所扮演的角色。
肠道屏障—健康与疾病的界面
主要内容
肠屏障的结构组成
肠道通透性调节机制
肠屏障功能的评价
肠屏障破坏与疾病
肠屏障保护与预防
结论与展望
摘要：
肠道构成了人与他周围环境的最大的界面，完整的肠道屏障在维持健康与 预防组织受损与多种疾病方面是十分重要的。肠道屏障包含有多种免疫与 非免疫性的组分。上皮屏障是最重要的非免疫性组分之一。这一屏障通透 性过高被认为可促进包括炎症性肠病，腹腔疾病和食物过敏等几个胃肠功 能紊乱疾病的发病。因此，评估屏障的完整性极为重要。对该评估的一种 定量方法是测量各种分子探针的跨上皮渗透性，糖类是最常用的分子探针。 对肠道通透性的测定对评估预后及各种胃肠紊乱也可能是有用的。本文是 关于肠道屏障功能正常与不正常，由肠道屏障完整性缺失而导致的各种疾 病，及可以修复屏障完整与正常的有潜力的物质和方法的综述。
对上皮细胞和旁细胞途径必不可少的主要结构之一是细胞 中称作细胞骨架的一种复杂的蛋白丝结构。细胞骨架不仅 是必不可少的旁细胞途径，但也是维持正常结构，运输和 包括胃肠上皮在内的所有真核细胞功能完整的关键。因此， 细胞骨架是维护肠屏障功能的一个重要结构。细胞骨架包 括三种类型的蛋白质纤维：微丝，微管和中间纤维。毫不 奇怪，微管的破坏（如用秋水仙素或抗有丝分裂的药物）， 会严重限制细胞的功能，破坏肠道屏障的结构完整性。肌 动蛋白在肠屏障的完整性和肠道紧密连接环的调节中也发 挥重要作用。屏障功能障碍与氧化剂导致的肌动蛋白破坏 有关。
一、肠道屏障的结构组成
肠道通透性是由几种屏障组分（非动水层，黏膜 表面疏水性，黏膜表面涂层，上皮因子，内皮因 子）的交互作用决定的。每种组分都有不同通透 性。然而每种组分在肠道通透性调节方面的具体 作用还有待研究。在这些因素中，上皮研究的最 多。


非动水层 肠道上皮扩散屏障最外层的组分可以通过肠膜酶对底物水 解的动力学积分曲面的分析来确定。最外层的大小可能受 到官腔搅拌（luminal stirring）的影响，厚度大约有100800μm。该组分在许多营养物质和药物的运输过程中是限 速的一步，尤其对脂溶性物质（通常在胶束中溶解后通过 这一层）。然而，在大分子的通透性中该层的作用依然未 知，需进一步研究。 黏膜表面疏水性 黏膜表面疏水性是因为粘液上部的表面活性磷脂层，它覆 盖在上皮上，是胃癌防御的的关键。然而，黏膜表面疏水 性在小肠的和大肠中的生物学作用还远没被探索。