肠道微生物与消化系统疾病：肠黏膜屏障特征及功能

肠道能够阻止肠道内有害物质穿过肠黏膜进入其他组织器官，上述结构与功能合称为肠黏膜屏障。肠黏膜屏障主要由机械屏障、化学屏障、免疫屏障以及微生物屏障构成。

（一）机械屏障

生理状态下肠上皮细胞间存在大量紧密连接，完整的肠上皮细胞和细胞间紧密连接共同构成肠黏膜机械屏障，阻止细菌、内毒素等通过肠黏膜屏障进入门静脉。生理状态下仅有少量肠道来源的内毒素能够通过肠黏膜屏障进入门静脉，随门静脉血流入肝，维持肝脏网状内皮系统处于激活状态。肠上皮细胞损伤或细胞间紧密连接破坏可引起肠黏膜通透性增加，大量细菌及内毒素经门静脉血流入肝，通过其直接毒性作用和免疫应答反应参与肝脏疾病进程。

肝硬化早期，反复的炎症损伤能够促进库普弗细胞增殖并释放促炎性细胞因子IL-4，后者随胆汁进入肠道后使病原微生物黏附于肠黏膜概率增加，引起肠上皮细胞损伤；T细胞和自然杀伤细胞分泌IFN-γ，激活NF-κB通路，诱导缺氧诱导因子-1（HIF-1）表达，肠上皮细胞凋亡增加。肝硬化后期门静脉高压导致门静脉回流欠佳、肠道淤血，肠黏膜上皮细胞缺血缺氧，产生过量氧自由基、脂质过氧化物，肠上皮细胞水肿、坏死。上述病理过程均导致肠黏膜上皮细胞完整性受到破坏，肠道通透性增加，肠黏膜屏障功能受到破坏。

细胞间紧密连接由分支状封闭索网络组成，连接相邻细胞的细胞骨架。肝硬化患者肠黏膜紧密连接蛋白表达减少，且随Child-Pugh分级程度加重而愈加明显。肝硬化早期炎症损伤能够激活单核细胞和库普弗细胞释放炎性细胞因子，调节肠上皮细胞紧密连接蛋白。肝硬化患者肠系膜淋巴结单核细胞分泌TNF-α明显增加，后者可导致肠上皮细胞紧密连接数量和功能异常。研究显示，胆管结扎肝纤维化模型小鼠单核细胞分泌的TNF-α与肠上皮细胞TNF受体结合，引起肠上皮细胞内RhoA（Ras homolog gene family，member A，Ras同源基因家族，成员A）激活，肌球蛋白轻链磷酸化，导致细胞骨架重排，细胞间紧密连接蛋白Occludin、Clandin-4、Zo-1表达均明显下调，最终导致细胞间紧密连接明显减少，肠上皮通透性明显提高。T细胞和自然杀伤细胞分泌的IFN-γ通过抑制PI3K信号通路激活，降低紧密连接蛋白的表达。与此同时，肝硬化患者消化道胃酸分泌明显减少，肠内pH降低，细胞内H＋增加，Ca2＋_H＋交换激活Ca2＋通道，肠上皮细胞内Ca2＋浓度提高，促进c-Jun N-末端激酶快速活化，激活Src激酶导致细胞间紧密连接中断。肝硬化后期门静脉高压导致一氧化氮合成酶过度激活，NO合成增加，一方面能够扩张血管、缓解门静脉高压，另一方面导致细胞骨架损伤、细胞间紧密连接松弛。上述病理过程均导致肠上皮细胞紧密连接数量或功能异常，肠道通透性增加，肠黏膜屏障功能受到破坏。

（二）化学屏障

化学屏障主要由肠黏膜上皮细胞分泌的黏液、黏蛋白、胆汁酸及肠道微生物产生的抑菌物质构成，抑制病原微生物定植、细菌过度生长和细菌易位。小肠黏液层能够抵御机械和化学损伤。上皮杯状细胞分泌的黏蛋白能够防止病原微生物在肠上皮细胞定植。杀菌肽能够杀灭肠上皮细胞核肠腔中的病原微生物。胆汁酸盐能够抑制细菌过度生长和易位（详见第3节“胆汁酸”部分）。

肝硬化患者肠道黏液分泌明显减少，屏障功能减弱。肝硬化患者肠道黏蛋白分泌明显减少，有利于病原微生物在肠上皮细胞定植，导致肠上皮损伤。此外，肝硬化患者胆汁酸、黏多糖、溶解酶、蛋白分解酶等分泌也明显减少，导致肠道细菌过度生长，进一步破坏肠道黏膜屏障功能。(www.xing528.com)

（三）免疫屏障

免疫屏障主要由肠道相关淋巴组织产生的特异性分泌型免疫球蛋白（SIgA）和肠黏膜淋巴细胞为主的免疫活性细胞组成。分泌型免疫球蛋白能够刺激肠道黏液分泌、加速黏液流动，从而防止细菌及其代谢物在肠上皮细胞黏附，还能选择性包被革兰阴性菌形成抗原抗体复合物，阻碍细菌与肠上皮细胞受体结合。

肝脏慢性损伤过程中肠道相关淋巴组织功能低下，分泌型免疫球蛋白生成减少，病原微生物大量黏附于肠黏膜上皮导致肠黏膜损伤。此外，肝硬化患者的营养状况差导致全身免疫功能异常，局部肠黏膜淋巴细胞为主的免疫活性细胞组分相应改变。动物实验证实肝硬化大鼠派尔集合淋巴结中CD3＋细胞比例及CD4＋CD8－、CD4－CD8＋亚群比例显著降低，肠上皮细胞中CD4＋CD8＋亚群比例则明显增加。肝硬化患者往往存在肠道CD33＋CD14＋巨噬细胞过度活化，导致血小板活化因子（PAF）、5-脂氧化酶（5-LO）等促炎性细胞因子产生，加重肠黏膜屏障损伤。肝硬化时，在炎症或免疫刺激下NO合酶生成过量NO，破坏细胞能量代谢，产生细胞毒性作用，诱导细胞死亡，破坏肠道黏膜。

（四）微生物屏障

正常肠道微生物与肠道形成了一个相互依赖、相互作用的微生态系统，能够促进肠道蠕动、消化道黏液流动，并与肠道黏膜上皮细胞表面的特异性受体结合形成正常菌膜结构，有效防止病原微生物黏附；还能通过分泌抗菌物质或通过营养竞争来抑制外源性病原微生物生长。生理状态下，肠道微生物能够抑制病原微生物定植，保护宿主免受外源性病原微生物侵袭，构成肠黏膜的微生物屏障。肠黏膜微生物屏障主要由肠道优势菌群构成，主要包括拟杆菌属、真杆菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属等14个专性厌氧菌属，肠球菌属、肠杆菌属等兼性厌氧菌仅占1%。肠道微生态失衡后病原微生物入侵肠黏膜并定植，同时肠黏膜通透性改变、肠源性内毒素吸收增加，引起一系列病理性改变。

肝硬化可以引起或加重肠道菌群失衡。肝硬化患者肠道内肠杆菌属、肠球菌属增多，双歧杆菌属明显减少。非优势菌群在肠道大量繁殖产生内毒素，直接或通过促炎性细胞因子介导，加重炎症浸润及肠黏膜水肿，破坏肠黏膜机械屏障的完整性。肝硬化门静脉高压导致门静脉回流欠佳，肠道组织淤血水肿、缺血缺氧，肠道推进式蠕动减弱导致内容物滞留时间延长，小肠细菌过度生长，生物屏障功能也明显减弱。