维生素A 对肠道屏障及其相关疾病的影响
——以肠道感染性疾病和孤独谱系障碍为例

吴 丹，王立霞,2，杨苗苗，任彩霞，李白存，徐 文

（1.陕西学前师范学院，陕西 西安 710100；2.陕西师范大学，陕西 西安 710119；3.西安医学院，陕西 西安 710021）

维生素A（Vitamin A，VA）是在人体正常代谢中不可或缺，也是最容易缺乏的脂溶性化合物，有“抗感染维生素”之称，其主要以类胡萝卜素和视黄醇的形式广泛存在于各类食物中，如胡萝卜、生菜、红薯、牛奶、鸡蛋和肝脏等。膳食来源的VA 经肠道上皮细胞吸收后，在卵磷脂视黄醇酰基转移酶的作用下生成视黄醇酯，或进一步代谢为视黄醛或视黄酸（RA），RA可以抵御外部环境刺激，调节中枢神经系统的发育，维持上皮细胞完整性，促进肠道免疫，调节肠道菌群[1]。

肠道菌群被称为人体内“隐藏的器官”[2-3]，分娩方式、抗生素、应激源、饮食习惯等都会直接或间接影响肠道菌群状态[4-7]。肠道菌群对机体健康至关重要[8]，首先其能代谢膳食化合物，例如，肠道细菌分解植物来源的膳食纤维，从而产生短链脂肪酸（SCFAs），如丙酸和丁酸[9]，该方式不仅能维持肠道的形态和功能，还能提高结肠中钠的吸收效率[10]；其次，肠道微生物群还能合成维生素K 以及大多数水溶性B 族维生素，如生物素、叶酸、核黄素等[11-12]。肠道菌群通过其代谢产物影响宿主的能量代谢以及行为、免疫、中枢系统的稳态等[13-15]，与全身各系统疾病的发展有一定关联[16-18]，部分关联已在无菌小鼠模型的胃肠道免疫系统发育中得到验证[19]。

目前研究发现，VA 不仅可维持胃肠黏膜上皮细胞天然屏障功能，调节黏膜免疫反应及肠道菌群[20]，维持正常免疫功能[21]，缓解肠道相关疾病症状，还可以通过“微生物—肠—脑轴”影响宿主的多种行为[22]。因此本文总结了VA 与肠道屏障的关系，以及维生素A 缺乏对肠道感染性疾病和孤独谱系障碍（Autism spectrum disorder，ASD）的间接影响，以期为研究维生素A 参与机体相关疾病的功能提供新思路。

1 维生素A 的生理功能及其缺乏症

1.1 维生素A 的生理功能

VA 在维持视觉、细胞增殖、分化调节、细胞间信息交流和免疫应答等方面有重要的生理作用，其缺乏会导致生理功能异常和病理变化[23]。近年来有研究证实，VA 是一种潜在的免疫增强剂，最经典的特征就是抗氧化性[24-25]。

1.2 维生素A 缺乏症

维生素A 缺乏症（Vitamin A deficiency，VAD）被世界卫生组织（WHO）认定为世界四大营养素缺乏症之一[26]。对儿童来说，轻微缺乏VA 就会导致免疫力降低，增加呼吸道感染等疾病的风险[26]。研究发现，缺乏VA 更容易诱发感染，尤其是肠道、泌尿生殖道和呼吸道[27]。VAD 儿童腹泻和呼吸道感染率很高，严重影响儿童的生长发育及健康状况，目前已引起广泛的关注。

研究发现，VA 可通过降低呼吸道和胃肠道的感染[28]，有效降低儿童的死亡率[29]。一些发展中国家通过植物性饮食、补充VA 或其他增加VA 摄入量的方法来纠正广泛存在的维生素A 缺乏症[30]。通过芸萃分析发现，补充VA 可使6 个月至5 岁儿童的死亡率降低24%[29]，若每天给予严重营养不良儿童低剂量的VA，就能显著降低患儿腹泻的发生率，减少腹泻导致的死亡。

1.3 维生素A 缺乏的现状

目前，VA 缺乏在饮食中VA 含量较低的发展中国家尤为显著，已是全球范围内最普遍存在的公共卫生营养问题[31]。据估计，全球每年约有1.4 亿学龄前儿童和至少720 万孕妇存在着VA 缺乏问题，其中超过1 000 万人有临床并发症[30]，约20 万～50 万例儿童死于VAD，其中撒哈拉以南非洲和南亚的发生率最高[32]。

2 维生素A 对肠道屏障功能的影响

2.1 肠道屏障及其作用

维持正常肠道屏障功能的不仅有肠道微生物菌群，还包括肠黏膜上皮屏障、肠道免疫系统、肠道内分泌及蠕动等。若肠道屏障受到损害，则会影响肠道正常菌群的平衡，引起腹泻等肠道感染性疾病的发生[33]。

肠道紧密连接蛋白在肠道黏膜上皮细胞侧膜表面的顶端形成了肠道屏障功能的结构基础，也是肠道屏障功能的重要组成部分，若其完整性受损，会导致肠道屏障功能受损[34]。肠道紧密连接蛋白的表达、功能以及完整性与多种肠道疾病紧密相关[35-36]。肠道紧密连接蛋白表达的变化会直接影响肠道屏障渗透性的功能，其中ZO-1、Occludin 和Claudin-1 三种蛋白在维持肠道屏障功能正常发挥方面至关重要。Occludin 是最早被鉴定出的紧密连接跨膜蛋白，在维持紧密连接屏障中起关键作用；Claudins 是调节紧密连接细胞旁通透性的主要决定因素；ZOs 是连接细胞骨架和跨膜紧密连接蛋白的重要细胞内紧密连接蛋白，ZO-1 与其他紧密连接蛋白有密切联系，常被作为评价肠道屏障功能的指标[34,37]。

2.2 维生素A 对肠道屏障功能的影响

研究发现，VA 参与多种肠道屏障功能相关疾病的病理过程，补充VA 可以改善大鼠的肠道屏障功能[38]。VA 可改善感染后肠道的形态结构，调控空肠黏膜Mucin-2 和Occludin 的mRNA 相对表达量[39]，降低血清中免疫球蛋白水平，从而缓解由感染引起的肠道结构损伤。VA 的衍生物RA 对坏死性小肠结肠炎有保护作用[40]，可通过提高ZO-1、Occludin、Claudin-1 蛋白的表达来改善肠道屏障功能。在日粮中添加VA，则对空肠ZO-1 基因的mRNA 相对表达量有上调作用，有利于缓解感染引起的肠道屏障功能的损伤。

相关研究[41]也证实了VA 在维持肠道功能屏障方面有重要作用，即通过增强紧密连接蛋白来维持肠道细胞完整性，改善肠道屏障的功能。但杨菊等[42]指出，0.1～10 μmol/L 的VA 能保护猪肠上皮细胞活力和细胞完整性，还能影响紧密连接蛋白mRNA 的表达，缓解大豆7S 球蛋白对IPEC-J2 细胞屏障功能的损伤，但是10 000 μmol/L 的VA 则会加重该类损伤。由此可见，VA 的含量水平对紧密连接蛋白的表达有一定影响，但VA 是如何影响紧密连接蛋白表达的升高并维持肠道渗透性的机理尚不明晰，其影响紧密连接蛋白的表达进而维持肠道微生物种群功能的机制有待进一步探究。

3 维生素A 对肠道感染性疾病的影响

3.1 维生素A 缺乏降低肠道的抗感染能力

通过构建VAD 与维生素A 正常（VAN，Vitamin A normal）母鼠模型，发现VAD 仔鼠结肠黏膜组织中的紧密连接蛋白ZO-2 的表达水平始终低于VAN组，提示VA 缺乏可能会降低仔鼠肠道的天然免疫调节能力，影响肠道屏障功能，从而降低肠道的抗感染能力[43]。Yang 等[44]研究发现，通过检测VAD 大鼠肠道黏膜细胞因子的变化，发现VAD 不仅降低肠道黏膜中的细胞免疫和体液免疫，也会影响黏膜抗感染免疫反应，降低其抗感染能力。Amit-Romach 等[45]研究发现：VAD 会干扰胃肠黏膜屏障的完整性，影响小鼠肠道菌群的组成，也会导致促炎因子分泌增加，促进屏障功能损伤[46]。通过对VAD 小鼠肠道病理观察，可见黏膜下层有炎症细胞浸润，提示VAD 儿童肠道微生物的移植可以导致无菌小鼠肠道发生炎症反应[47]。VAD 导致肠道菌群比率的变化，降低产生丁酸盐细菌的效率，引起微生物群与宿主肝脏代谢的变化[48]。暂时性的VA 含量降低也会导致小鼠肠道菌群的变化，引起肠道菌群失调，降低肠道的抗感染能力[49]。

3.2 维生素A 缺乏对肠道感染性疾病的间接影响

研究发现，便秘大鼠经VA 灌胃后，恢复了肠道菌群丰度，改善了肠道菌群失调，促进了肠道蠕动，缓解了肠道损伤[50]。VA 对肠道菌群的影响是由于其间接地调节黏膜屏障及免疫细胞，VA 的免疫功能可以重塑肠道菌群，进而间接地维持胃肠道稳态，缓解肠道感染性疾病的症状。VA 的添加能缓解脂多糖（LPS）诱导的肠黏膜损伤以及肠道炎症[51]，促进肠上皮细胞的损伤修复[52-53]。试验表明，VAD 小鼠肠黏膜上皮细胞蛋白的mRNA 表达量明显下降，肠道上皮细胞的紧密连接结构被破坏，肠黏膜的通透性增加，肠道炎症因子TNF-α 和IL-6 显著升高，提示VAD能降低肠道定植抗力，使肠道有益菌减少，菌群失调，肠道微生态环境被破坏，导致宿主系统慢性炎症[54]。对珍珠龙胆石斑鱼进行研究，结果表明，VA 显著下调TGF-β1 和IL-10 等抗炎细胞因子的mRNA 水平，显著上调促炎细胞因子TNF-α 和IL-1β的mRNA 水平，表明VA 的缺乏会增加肠道的炎症反应，适量添加VA 可以抑制肠道炎症的发生[55]。VA 可通过调控早产儿体内IL-4、IL-6 和IFN-γ 等细胞因子来抵抗不同病原体的感染[56]。VA 缺乏还会导致鱼类肠道氧化损伤，并损害相关肠道物理屏障及肠道的完整性，提高肠炎的发病率[57-58]。

基于此，VA 缺乏将会间接地导致肠道感染性疾病：①VA 间接调节肠道屏障及免疫细胞，进而间接地维持胃肠道稳态，缓解肠道感染性疾病的症状；②VA 缺乏会显著下调TGF-β1 和IL-10 等抗炎细胞因子的mRNA 水平，显著上调促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的mRNA 水平，间接地引起肠道炎症反应；③VA 缺乏导致肠道氧化损伤，损害了肠道的物理屏障，加重了肠道炎症。

3.3 补充维生素A 改善肠道感染性疾病

补充VA 不仅可明显降低腹泻和肠道感染性疾病的发病率，而且还可降低疾病的严重程度。Liu 等[59]研究发现：补充VA 可以改善妊娠期VAD 大鼠后代的肠道免疫反应。肖洒[60]研究发现，新生儿坏死性小肠结肠炎（NEC）组的VA 水平明显低于对照组，说明当新生儿缺乏VA 时，肠道的完整性及肠上皮屏障的修复可能会受到影响，表明VA 能增强肠道上皮屏障，调节肠道菌群，对NEC 病程的发展也有一定的保护作用。饮食干预也是调节肠道微生物群的手段之一，可以改变肠道微生物的结构，维持胃肠道的稳态，以及预防慢性疾病[61-64]。研究发现可以通过在饮食中加入VA 来促进Th17 细胞的生成，从而稳定胃肠道稳态[65]。VA 对肠道微生物的影响可能是由于微量营养素对宿主的间接影响，因此可通过增加饮食中的VA水平来维持胃肠道稳态。研究亦证实VA 等营养物质可调节肠道内Th17 细胞的发育，从而维持肠道免疫稳态。因此，肠道感染性疾病的治疗可考虑VA 与疾病的相互作用。

4 维生素A 对孤独症谱系障碍（ASD）儿童的影响

4.1 维生素A 对孤独谱系障碍的影响

孤独谱系障碍（Autism spectrum disorder，ASD）儿童存在营养缺乏症状，ASD 儿童VAD 的发生率高达77.9%[66]，在所调查营养素中缺乏率最高。相关研究发现：ASD 儿童的VA 水平显著低于正常儿童[67]；低血清VA 水平可能是ASD 的发病因素之一，补充VA 即可改善ASD 儿童的症状[68]；ASD 儿童的血清中VA 水平有异常[69]，推测相关维生素水平异常可能与自闭症的发生有关，补充VA 可以改善ASD 儿童的社交及情绪[70]，同时也能改善ASD 模型小鼠的ASD 行为[71]。李莉莎等[72]对仔鼠进行行为学检测，发现VAD 组仔鼠出现社会交往障碍、重复刻板等孤独症样行为表现，维生素A 充足（Vitamin A supplement，VAS）可改善仔鼠大部分行为缺陷，VAD 组仔鼠血清的视黄醇水平明显低于VAN 组和VAS 组。通过观察VA 与ASD 患儿胃肠共患病之间的关系[73]，并探讨VAD 与胃肠共患病同时存在是否加重ASD 患儿的核心症状，研究推测VAD 可能同时导致ASD 个体的大脑和肠神经系统（Enteric nervous system,ENS）损伤。孕期开始的VAD 可能导致个体更易受ASD 相关危险因素的影响，增加有胃肠共患病的ASD 亚型的发病风险和症状。王斯[74]研究发现，孕初期VAD 会加重ASD模型大鼠的运动协调障碍和小脑损伤，但出生后早期补充VA，可显著改善VAD 的孤独症模型大鼠的运动协调障碍和小脑损伤，而VAD 加重ASD 模型大鼠运动协调障碍的原因可能是由于小脑组织蛋白RARα 在小脑的表达下降，RARα与RORα基因启动子区域结合减少所致。林兵等[75]研究发现，ASD 患儿的血清二胺氧化酶（DAO）水平升高，表明其肠道屏障功能存在一定损伤，且ASD 病情越严重，肠道屏障的功能损伤性就越大。

4.2 维生素A 通过调节肠道菌群间接改善ASD 症状

众多研究表明[76]，肠道菌群的变化与孤独症谱系障碍严重程度密切相关。“微生物—肠—脑轴”被认为参与了ASD 的发病机制[77]，稳定肠道菌群不仅可以改善ASD 患者的肠胃状况，还能改善其不良行为，为该疾病的治疗提供思路。实现ASD 儿童肠道菌群的平衡，是改善ASD 儿童胃肠道疾病症状和行为症状的潜在途径。Liu 等[78]通过对ASD 儿童进行VA 介入治疗（Vitamin A intervention, VAI）后，发现拟杆菌门比例升高，厚壁菌门比例下降，变形菌门和放线菌门比例减少；研究还发现经VA 介入治疗后，双歧杆菌比例减少，这可能与拟杆菌门中优势比例菌的增加有关，但具体机制或原因还有待探究。以上结果表明，VA 可能会促进肠道菌群组成的变化而改善ASD 症状，还可以通过改变肠道菌群的生态失调改善ASD的肠胃症状，改善其不良行为，为该疾病的治疗提供思路[79]。

4.3 维生素A 通过调节五羟色胺（5-HT）水平间接改善ASD 症状

ASD 儿童存在高五羟色胺血症，因此有研究认为ASD 与五羟色胺（5-HT）有关。神经递质5-HT 是通过色氨酸羟化酶2 在大脑中产生并起着至关重要的作用。而人体90%以上的5-HT 是在肠道中产生，肠道菌群是5-HT 产生的主要基础[80]。5-HT 可以改变ASD 小鼠的社交能力，ASD 模型小鼠小肠和大肠黏膜中的5-HT 与正常小鼠相比减少了50%。ASD儿童外周血的5-HT 浓度明显升高，而且5-HT 水平与ASD 的严重程度呈正相关，与语言程度呈负相关，5-HT 影响ASD 儿童的临床症状。动物试验表明，VA可以调控5-HT 浓度，对ASD 症状有一定的缓解作用。结果显示，补充VA 后，ASD 儿童的5-HT 水平显著降低[81]。VA 缺乏可能不参与ASD 的发病机制，但可以明确的是，补充VA 可以有效改善ASD 儿童的营养状况及5-HT 代谢水平，进而改善ASD 症状。因此，针对ASD 类似的精神疾病，应在行为干预的过程中密切关注患者的营养状况，及时进行营养干预。

基于此，VA 缓解孤独谱系障碍症状有两种路径：一是VA 促进肠道微生物组成的变化，稳定肠道屏障及胃肠道稳态，改善ASD 儿童症状；二是VA 通过调控一些蛋白的表达降低ASD 儿童5-HT 的水平，缓解ASD 儿童症状。

5 展望

肠道微生物对机体健康至关重要[2]，而VA 通过维护肠道微生物稳态而维持机体健康，缺乏VA 会导致微生物失调，加剧结肠炎，增加胃肠传染性疾病的易感性。VA 在肠道中的抗感染作用主要体现在对肠道屏障功能的调节，缓解肠道炎症以及孤独症谱系障碍。但VA 对肠道屏障的调节机制尚不明确，明确具体调节机制对预防相关疾病有重大影响。不仅如此，未来还需进一步阐明VA 代谢与肠道菌群的关系，以及肠道菌群失调所引起的肠道感染性疾病和孤独症谱系障碍的调控机制，寻求VA 对肠道功能的保护点，旨在为VA 参与机体相关疾病的功能提供新思路，为人类健康研究提供一定参考。