肠黏膜屏障对肠源性脓毒症发病及其防治影响的研究进展

许雄，张森

(广西医科大学第一附属医院，南宁530021)

脓毒症是由严重感染引起宿主反应失调的全身炎症反应综合征(SIRS)，亦是引发多器官功能障碍综合征(MODS)的最主要原因[1]。全球范围内，每年约有1 800万人患重度脓毒症，较高的发病率和病死率使家庭和社会面临沉重的经济负担。脓毒症的发病机制复杂，可能与宿主反应、免疫抑制、凝血与炎症网络异常、器官功能障碍等病理生理过程相关。过去诸多学者认为，肠道作为营养物质消化吸收的主要器官，在抵御内外病原微生物侵入机体及参与危重病的病理生理发展过程中仅是一个被动者的角色。随着对肠黏膜屏障的深入研究,胃肠道在脓毒症的发展及转归中所起的作用日益受到重视。现就近年关于肠黏膜屏障对肠源性脓毒症发病及其防治影响的研究进展综述如下。

1 肠黏膜屏障的构成

肠黏膜屏障是指阻隔肠腔内致病菌、毒素等跨越肠黏膜至血液循环和外周重要组织脏器结构及功能的总和，是机体屏障系统的重要组成部分[2]。主要由下列四部分构成：机械屏障、化学屏障、生物屏障和免疫屏障，各屏障结构虽不尽相同，却能通过相关的作用机制结合在一起，共同抵抗外来有害物质对机体的侵袭。

1.1 机械屏障 完整的机械屏障主要由肠上皮细胞、紧密连接、基底膜及黏膜下固有层等结构构成，是肠黏膜屏障的结构基础。由肠上皮细胞和杯状细胞共同分泌的黏蛋白(MUC)在黏膜的表层可形成弹性凝胶，使肠黏膜免受机械性和化学性破坏。肠上皮细胞间的连接，从顶端到底端按顺序排列为紧密连接、黏附连接、缝隙连接和桥粒。肠上皮细胞紧密连接复合体由紧密连接蛋白ZO-1、β-连环蛋白(β-catenin)、钙黏蛋白、闭合蛋白、咬合蛋白和β-catenin等构成。完整的结构可关闭邻近上皮细胞间的缝隙，阻止肠腔中细菌和产生的毒素物质抵达肠黏膜固有层，是影响肠管通透性的重要因素[3]。另外，肠黏膜上皮细胞的增殖和覆盖过程保持相对平衡，当肠上皮周期性脱落更替时，入侵的病原菌可被散落的细胞碎片所阻挡，最后通过肠道排出体外。而上皮细胞增生、迁移速率在肠黏膜损伤时会加快，以确保黏膜结构和功能的完整。

1.2 化学屏障 化学屏障主要由消化液、肠上皮分泌的黏液及有益菌分泌的相关抑菌物质组成。由肠道杯状细胞和上皮细胞产生的黏蛋白是肠上皮表层黏液的主要成分，其碳氢结构与细菌黏附受体相似，通过结合位点竞争可抑制细菌结合于肠上皮细胞上，从而使其滞留在黏液层，在肠发生蠕动时被排出。肠道内的消化液可稀释毒素，同时冲刷肠腔亦不利于致病菌在肠上皮黏附。胃酸可直接杀死胃肠道内的一部分有害菌，从而降低在胃肠道定植细菌的数量；肠道内的胆汁酸盐能结合内毒素产生难吸收的复合物，以抑制内毒素从肠道摄取；溶菌酶可通过破坏细胞壁从而裂解细菌。

1.3 免疫屏障 根据分布和功能，肠道黏膜免疫系统可分为肠相关淋巴组织(GALT)、弥散的免疫细胞和分泌型免疫球蛋白(SIgA)。GALT主要包括肠系膜淋巴结、肝脏Kupper细胞、固有层淋巴细胞等。GALT通过及时清除危险信号，维持肠道免疫环境的稳定；而对于无害刺激，GALT可激活免疫耐受机制，使机体处于低反馈的免疫监视状态[4]。SIgA是体液免疫的主要参与者，SIgA可与细菌的特异性抗原结合抑制细菌黏附，还能在结合未完全消化的食物蛋白阻碍其跨越肠黏膜，减轻由IgM免疫复合物在肠道局部产生的免疫性损伤[5]。此外，肠黏膜固有层中的巨噬细胞、自然杀伤细胞等亦是肠道免疫屏障中的重要组成部分，参与到肠道相关免疫活动中。

1.4 生物屏障 生物屏障是由肠腔内正常菌群按一定比例与宿主形成一个的微生态系统。依据细菌在黏膜层定植的深度，研究发现黏膜表层中大肠杆菌和肠球菌等为优势菌群，类杆菌为主的兼性厌氧菌主要定居黏膜中层，而深层乳酸杆菌、双歧杆菌等为主导菌群。肠道细菌的种类、数量、寄居部位的稳定，均是维持肠道正常内环境所必需的条件。相关研究表明双歧杆菌、乳酸杆菌等可凭借独特的结构和代谢活动抑制某些致病菌的生长，调节黏膜局部和全身免疫反应及代谢功能，从而改善肠黏膜屏障功能[6]。

2 肠黏膜屏障损伤机制

肠黏膜屏障功能障碍定义为创伤、感染等因素引起的肠黏膜结构和功能的损伤，可引起致病菌和释放的毒素进入血液，形成肠源性内毒素血症，并可进一步诱发加重全身炎性反应和多器官功能障碍。

由于研究技术所限，以往脓毒症病程中肠黏膜屏障损伤的研究重点多关注肠上皮屏障的基础结构--紧密连接，发现脓毒症进程中机体产生的促炎细胞因子如TNF-α等能下调紧密连接蛋白如闭锁蛋白ZO-1表达，削弱封闭蛋白Claudin-1的磷酸化水平等。而对于脓毒症条件下细菌易位时肠道微生物屏障的变化情况，肠上皮屏障、肠道菌群及肠黏膜免疫三者间的作用关系均不完全清楚。近年来，随着细菌16 SrDNA测序技术的发展，关于肠道菌群组成和功能的相关研究取得较大进展，重新诠释了肠道细菌易位发生的相关机制。

2.1 肠道菌群易位与微生物屏障损伤 肠道微生态约由万亿共生菌组成，主要分为五大类：厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门与梭杆菌门。其中，厚壁菌门与拟杆菌门细菌是成人肠道内的主要菌群(约占90%)。这些细菌共同构成复杂的微生态系统，在机体代谢、免疫系统发育和成熟、病原体定植抵抗等生理过程中发挥重要作用[7]。1960年Fine等使用放射性核素标记的大肠杆菌证明了细菌可向腹腔移位。1966年“细菌移位(BT)”概念被Wolochow 等提出，认为肠腔内细菌通过肠黏膜的迁移过程。后来Alexander等将定义扩大为“微生物移位”，提出除了活的细菌，肠腔内死亡的细菌及其产物内毒素等均可跨越结构完整的肠黏膜屏障转移至肠道外。这使得细菌移位的概念得到补充与发展。Meakins等[8]阐述了胃肠道是发生MODS原动力的观点，认为肠内细菌、内毒素易位是诱发MODS形成的重要原因。受技术所限，患者血培养结果一般为阴性或单一菌种。因而，细菌移位的概念并未得到当时研究者们的一致认同。Macfie等[9]通过对行腹部手术后患者肠系膜淋巴结及血培养研究，有力证明了细菌易位现象的存在，并提出了“肠源性脓毒症学说”，此为阐明严重创伤、感染、重症急性胰腺炎等引发危重症的产生提供了理论基础。16 SrDNA分子技术应用于脓毒症人外周血病细菌检测发现，多种肠道细菌易位至患者外周血，表明在脓毒症患者中多种细菌易位是普遍存在的现象。

以往对肠道菌群屏障功能的研究，主要围绕病原体定植抵抗展开，即共生菌如何抑制有害菌过度繁殖以抑制感染的发生。但在肠源性感染引起的脓毒症条件下，肠道菌群如何变化及在细菌易位中的作用机制尚不明确。研究表明，在脓毒症动物模型中，肠道菌群结构的变化主要为肠道菌群种类减少，共生菌如厚壁菌门数量下降，条件性致病菌如拟杆菌门、变形菌门等细菌明显增加，肠道菌群稳态失衡[10]。炎症性肠病患者临床试验发现，与健康组比较，活动期组肠道菌群检测发现肠道链球菌等比例上升，双歧杆菌、类杆菌等益生菌数量下降。同时，与肠黏膜非溃疡区相比，溃疡区域细菌菌群组成亦有明显差异[11]。在小肠移植患者肠道菌群研究中亦发现有肠道菌群比例失调的现象。可见，肠道微生物屏障损伤与细菌易位有一定相关性。而研究表明在细菌易位的发生机制中两种分子发挥了重要作用，一个是TLR 系统，TLR受体(TLRs)通过MyD88 蛋白激活NF-κB和丝裂素活化蛋白激酶等机制，抑制胃肠道平滑肌引起肠蠕动减慢；另一个是病原相关性分子模式。

2.2 肠道菌群易位与肠黏膜机械屏障肠损伤 腔内的细菌可通过TLRs介导的途径诱导肠上皮细胞的增殖分化，强化肠黏膜上皮紧密连接，减少病原菌对肠黏膜的破坏，保护肠黏膜屏障功能。而在重度肠源性感染时，肠黏膜上皮细胞凋亡增加，紧密连接蛋白一定程度缺失，导致肠黏膜细胞通透性增高，肠黏膜水肿致使肠道细菌易位，释放炎症因子并引起肠道局部感染，肠道菌群稳态被打破[10]。为了研究肠道菌群失衡与机械屏障破坏二者间的的关系，有学者采用致病大肠杆菌灌胃小鼠，发现成功诱导肠道菌群微生态平衡失调，肠上皮紧密连接损伤及紧密连接蛋白降低，伴随肠道细菌易位的发生[12]。说明肠道菌群的紊乱可诱导肠上皮屏障的破坏，两者协同在肠源性感染的发生中起作用。

2.3 肠道菌群易位与肠黏膜免疫屏障损伤 无菌动物模型研究发现，肠道菌群在肠黏膜免疫的发育成熟过程中扮演重要角色。肠道菌群可诱导sIgA的产生，同时维持多种T淋巴细胞包括调节性T细胞(Treg)、T辅助细胞1(Th1)及T辅助细胞17(Th17)等的稳态[13]，同时维持多种T淋巴细胞包括调节性T细胞(Treg)、Th1及Th17等的稳态；肠道菌群的平衡对黏膜相关淋巴组织的发展与Treg形成过程中黏膜诱导耐受机制的形成密切相关[14],菌群紊乱时，致病菌可分泌相关免疫抑制性蛋白，而后者可引发黏膜免疫的失调[6]。为探究肠黏膜免疫影响菌群结构和组成改变的机制，李秋荣等[15]用CD25单抗特异性处理石蟹猴，采用清理肠黏膜淋巴细胞的方式诱发肠黏膜免疫屏障破坏，观察到黏膜淋巴细胞被清除后有肠道菌群失衡的加剧，后者在肠黏膜淋巴细胞的功能恢复后逐渐恢复稳定，说明肠黏膜免疫细胞的变化可一定程度上影响肠道微生态的平衡继而破坏屏障的完整性。另外，肠道缺血-再灌注损伤的动物模型中亦发现有黏膜炎性浸润及肠上皮紧密连接的破坏[16]。

3 肠黏膜屏障在肠源性脓毒症发病中的作用

生理情况下，结构和功能完整的肠黏膜屏障作为第一道防线，分泌的抗微生物肽和黏蛋白及相关解毒酶等以防止细菌定植和内毒素渗透。当少量的内毒素穿过消化道黏膜，并通过门静脉引导至肝脏，其中可通过脱乙酰化和胆汁排泄而被清除掉。研究表明，肠黏膜屏障受损后，致病菌和内毒素可能通过脂筏或网格蛋白介导的内吞作用或与杯状细胞相关的通道跨细胞转运机制穿过肠上皮细胞，或肝脏枯否细胞吞噬功能降低时，内毒素水平过高引起肝脏清除不足，通过门静脉入肝和腹腔淋巴管-胸导管-右心两个途径进入全身循环系统[17]。肝脏枯否细胞可被内毒素刺激，导致细胞增殖变形，清除细菌或病毒的能力增强，同时分泌各种炎性因子如肿瘤坏死因子(TNF-α)、白三烯、IL-1、血小板活化因子等，均可对肝脏自身造成损伤。而后者一旦发生时，单核巨噬细胞功能下降、肠黏膜屏障损伤不能有效阻止细菌和内毒素进入门静脉，继而引发恶性循环，肝脏和其他脏器的损伤，激活炎症级联反应，最终处于免疫抑制状态，对炎症免疫反应失控引发脓毒症的发生。

4 肠黏膜屏障对肠源性脓毒症防治的影响

近年来，肠黏膜屏障损伤修复是肠源性脓毒症防治中较为关注的问题。研究发现中药大黄可通过降低肠上皮细胞凋亡，上调紧密连接结构蛋白ZO-1、claudin等表达，抑制过度炎症反应，减轻肠黏膜的损伤[18]，临床研究表明大黄可减少脓毒症胃肠功能衰竭患者的病死率。作为免疫营养中较关注的对象，谷氨酰胺已被证实能改善胃肠黏膜，降低感染发生率，在危重症患者的治疗中有较好效果。小肠移植终末期患者肠道慢性炎性损伤易诱发小肠移植慢性失功，后者会伴随有肠黏膜损伤、细菌发生移位的现象。用具有免疫调节功效的鱼油干预小肠移植慢性失功患者，表现为肠黏膜炎性反应明显减弱，肠上皮屏障损伤和肠道菌群失衡未继续加重，肠道内环境稳态趋于恢复[19]，张华东等[20]发现鱼油脂肪酸可显著降低脓毒症并发肠功能障碍患者的病死率，机制可能与提高肠黏膜免疫功能有关。Batista等[21]用瓜氨酸预处理小鼠脓毒症模型发现，瓜氨酸可降低促炎因子IFN-α水平，提高肠液中sIgA水平加强免疫屏障。蔡彬等[22]证实瓜氨酸可通过调控JAK-STAT信号通路减少对全身重要脏器的损伤及减轻脓毒症的感染症状，提示瓜氨酸作为免疫调节剂在脓毒症肠损伤修复上有一定价值。

微生物与肠道的关联性表明调节微生物群亦是防治危重症胃肠功能失常的可能途径。大型多中心研究显示ICU患者中有60%～70%在住院期间接受抗生素治疗，而抗菌剂的大量使用对肠道微生物群会产生急剧变化，鉴于对抗生素会增强微生物耐药性的担忧，利用微生态制剂逆转肠微生态失调已引起重大关注。研究表明益生菌可直接作用于肠黏膜上皮，改善局部微生态环境、纠正菌群平衡失调，通过影响肠黏膜固有免疫和适应性免疫来调节肠上皮细胞对病原菌的抵抗能力。方喜斌等[23]发现脓毒症休克患者早期行肠内营养添加益生菌可有效降低血液中TNF-α、IL-6等炎性因子含量，脓毒症症状有一定改善。

粪便菌群移植(FMT)是近年来兴起的一种肠道菌群靶向治疗方法，原理是将健康志愿者的FMT至疾病个体以再建患者正常肠道微生态。目前已在复发性难辨梭状芽胞杆菌感染(CDI)、炎症性肠病(IBD)、肠易激综合征(IBS)等治疗中取得一定疗效。有学者将FMT手段应用至脓毒症休克伴严重腹泻患者治疗中，发现患者脓毒症症状得到一定控制，机体炎性反应减轻，血培养结果变为阴性，患者肠道菌群失衡得到一定程度纠正。说明FMT可为肠源性脓毒症的防治提供新的思路[24]。

综上所述，肠黏膜屏障损伤、肠道菌群失衡及细菌易位相互作用、相互影响，共同参与肠源性脓毒症的发生发展。大量研究已证实肠屏障损伤可诱发肠道细菌易位，肠道菌群失调是脓毒症中细菌易位形成的重要因素。因此，肠屏障损伤应引起临床足够关注。传统药物中药大黄和免疫调节剂谷氨酰胺等均对肠黏膜有一定保护作用。微生态制剂如益生菌和益生元可提高肠道免疫功能，增强免疫屏障功能，调节肠道微生态平衡，在危重症相关胃肠道生态失调的治疗中有较好价值，但考虑到安全性和有效性，仍需进一步试验验证益生菌菌株特异性和剂量依赖性[25]。FMT在脓毒症感染治疗中已显示出初步效果，但目前临床应用仍存在诸多问题，如交叉感染风险、操作复杂、国内缺乏相关临床指南等,需对FMT的效果、安全性及标准化深入研究以期更好地在脓毒症患者中应用。