综述肠黏膜屏障与细菌易位研究进展

综述肠黏膜屏障与细菌易位研究进展马炳强————————————————————【作者单位】甘肃省人民医院普外科（甘肃兰州73000）；【作者简介】马炳强（1982-），男，甘肃人，医学硕士，主治医师，主要从事临床营养支持及肠瘘治疗的临床及科研工作，E-mail:[e-mail]。摘要：危重病人存在肠屏障功能障碍，导致肠道细菌易位，引发全身炎症反应综合症和多器官功能障碍，肠屏障功能障碍和细菌易位互为因果，形成恶性循环。此文就肠屏障功能障碍和细菌易位的发病机制、治疗措施进展作一综述。关键词：细菌易位；肠屏障功能障碍AdvancesinIntestinalbarrierdysfunctionandBacterialtranslocationAbstract:EvidencesuggeststhatlowIntestinalbarrierdysfunctionindeedexistincriticallyillpatients,thiscanleadtoBacterialtranslocation,andThenSIRSandMODSwillhapped.ThisreviewwillprovideaprogressonthepathogenesisandtherapeuticmeasuresofIntestinalbarrierdysfunctionandBacterialtranslocation.KeyWords:Bacterialtranslocation;Intestinalbarrierdysfunction0、引言健康成人胃肠道内寄居有多种细菌而不引起感染，主要是因为人体存在肠黏膜屏障，能有效阻止细菌侵入机体。但在严重创伤、缺血再灌注、感染等情况下肠道屏障功能受损，发生细菌易位，对机体造成“二次打击”，可继发全身炎症反应综合症（SIRS）、多器官动能障碍（MODS）甚至导致病人死亡，目前肠道屏障功能已成为影响危重病人预后的重要因素。因此，如何防治细菌易位显得尤为重要。本文就肠黏膜屏障损伤以及细菌易位的防治等方面的进展进行综述。1、肠黏膜屏障的组成正常健康成人胃肠道约有500种细菌，分为个30个种属，总数达1014个，包括需氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌[1]，如此数量的细菌与宿主和平共处，归因于肠道黏膜屏障的完整性。肠道黏膜屏障主要包含以下几个方面的内容：机械屏障、生物屏障、化学屏障及免疫屏障等。1.1机械屏障机械屏障由肠道黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接与菌膜三者构成，是肠黏膜屏障的最重要部分[2]，其上皮细胞层中的杯状细胞分泌粘液，在肠黏膜表面形成一层疏水粘液膜，可以阻止肠道细菌的穿透；黏液糖蛋白的化学基团与肠上皮表面结构具有相似性，可被细菌识别和黏附[3]，并且能抑制肠上皮细胞表面的黏附素受体，有效阻止肠道细菌的黏附定植[4]；黏液糖蛋白本身带有负电荷，有利于包裹细菌，和肠道黏膜表面的sIgA形成一抗体黏膜屏障，捕捉黏液层中的细菌，通过肠的蠕动将其清除出体外[5]。上皮细胞间的紧密连接由多种蛋白质组成，受肠腔内容物成分和细胞因子、黏附素的调控，开放和关闭具有可控性[6-7]，通常情况下，细胞间的紧密连接结构能阻止细菌的穿透，在肠黏膜缺血等情况下，肠道黏膜细胞萎缩活坏死，肠上皮细胞间的紧密连接损伤，细菌或内毒素可通过损伤的紧密连接跨越黏膜屏障，从而进入机体，此为细菌和内毒素进入机体的细胞旁路径[8],如下图。ReinerWiest，Bacterialtranslocationinthegut1.2生物屏障人体胃肠道内的500多种细菌大致可分为三种：需氧菌、厌氧菌及兼性菌，他们寄居与肠腔或定植于肠黏膜表面，既相互作用有相互依赖，形成一微生态系统，构成了肠道的微生物屏障[9]。肠腔内的细菌可分为三群：膜菌群——肠黏膜表面的厌氧菌，双歧杆菌与乳杆菌，紧贴黏膜表面，与黏膜上皮细胞表面紧密粘连，为肠道内共生菌，具有重要生理意义，膜菌群中紧贴于黏膜表面的专性厌氧菌被糖衣所包被，形成相对稳定的膜菌群，能够阻止肠腔内的潜在致病菌和过路的致病菌粘附于肠黏膜表面的细胞，并且还可以竞争抑制肠道内的兼性厌氧菌和需氧菌等条件致病菌对肠黏膜的粘附[9]；中层为类杆菌、消化链球菌、韦荣球菌、优杆菌；腔菌群：大肠杆菌、肠球菌等需氧与兼性厌氧菌。兼性厌氧肠杆菌可以消耗肠道中的游离氧，并可以在肠道中形成厌氧菌必需的氧化还原电位，能有效维持肠道的厌氧环境，并在厌氧菌的定植中起重要的作用[10]。1.3免疫屏障肠道是人体内最大的免疫器官，主要包括肠相关淋巴组织（gut-associatedlymphoidtissue，GALT)和弥散免疫细胞。肠相关淋巴组织主要指分布于肠道的集合淋巴小结，又称为Peyer结(peyer’spatches)，是免疫应答的诱导和活化部位，弥散免疫细胞则是肠黏膜免疫的效应部位[10]。在肠道的免疫系统中，有多种细胞和细胞因子参与免疫应答[11]，以M细胞和上皮内淋巴细胞最为活跃。M细胞是位于黏膜淋巴结滤泡上皮中的抗原递呈细胞，是一种特化的扁平上皮细胞[12]，因其具有膜样结构而称作膜样细胞(membranouscell)或膜性细胞(membranecell)，简称M细胞[13]，有研究表明Ｍ细胞是大分子颗粒抗原进入上皮下淋巴组织的主要途径[14]，主要表现为M细胞能摄取和运输多种大分子物质（微生物），将其运送至黏膜下的淋巴组织[15]。完整的过程为肠黏膜细胞表面的微生物等抗原物质与M细胞膜结合后，以吞饮小泡的形式进入M细胞内并被直接转运至上皮下淋巴组织，在此过程中微生物等抗原几乎不被M细胞的溶酶体作用，这样抗原就以完整的活性形式跨越M细胞[16]。上皮下淋巴组织内的抗原提呈细胞（巨噬细胞和树突状细胞）识别抗原后将其提呈给T、B淋巴细胞产生免疫应答：包括细胞免疫和体液免疫[17]。人体内70%～90%产生免疫球蛋白的细胞分布于肠道，全身约90%的循环免疫球蛋白直接作用于肠腔抗原[18]；其中分泌型IgA(secretoryimmunoglobulinA，sIgA)是胃肠道黏膜表面主要免疫球蛋白，对消化道黏膜防御起着重要作用，是防御病菌在肠道黏膜黏附和定植的第一道防线[19-20]，肠黏膜表面的sIgA能阻止肠道微生物在肠黏膜表面的黏附，并中和其产生的毒素，与补体同时发挥抗菌作用[21]。1.4化学屏障化学屏障由肠黏膜上皮细胞分泌的粘液、消化液和肠道寄生菌产生的抑菌物质构成。胃酸能杀灭进入胃肠道的细菌，抑制细菌在胃肠道上皮的黏附和定植[22]；溶菌酶能破坏细菌的细胞壁，使细菌裂解；黏液中含有的补体成分可增加溶菌酶及免疫球蛋白的抗菌作用；肠道分泌的大量消化液可稀释毒素，冲洗清洁肠腔，使潜在的条件致病菌难以黏附到肠上皮细胞表面。在长期禁食、营养不良和长期全肠外营养情况下，各种消化液及消化酶的分泌减少，化学杀菌作用减弱，削弱了限制外籍菌过度繁殖的因素，加速了外籍菌的过度繁殖，为细菌进入机体提供了可能性。2、细菌易位细菌易位这一概念最初由首先由Berg和Garlington提出[23]，随后逐渐演变为活菌和非活菌以及细菌的产物，如内毒素，自肠腔内穿过肠上皮组织迁移到肠系膜淋巴结以及其他脏器的过程[24]。细菌易位可能为肝硬化时自发性细菌性腹膜炎的原因，也可能和失血性休克、烧伤、脓毒症时的多器官功能衰竭有关，在一些消化道疾病诸如肠梗阻、营养不良、胆道梗阻等，均可导致细菌易位。3.肠黏膜屏障损伤及细菌易位的原因目前对肠道黏膜屏障功能的研究发现，多种因素可导致肠黏膜屏障功能损伤，主要有：严重创伤、烧伤、肠梗阻、胆道梗阻、急性胰腺炎、蛋白质营养不良、长期应用广谱抗生素或免疫抑制剂、电离辐射等，各种原因导致黏膜屏障功能损伤的机制有多种：肠道微生态失调、肠道缺血再灌注、各种炎症介质、内毒素、肠黏膜免疫功能受损、NO以及全身炎症反应综合症等[25]。3.1肠道微生态失调正常情况下，肠道菌群、宿主和外部环境建立起一个动态的生态平衡，对人体肠黏膜免疫系统及健康有重要作用[26]。肠道内共生菌的作用主要是激活肠道免疫系统的活性，增加sIgA、sIgM抗体的活性。肠腔内的细菌带有丰富的免疫刺激分子，在肠腔内的细菌进入机体后即可引发免疫反应，这种免疫反应是阻止细菌进入机体的免疫屏障，在对SPF小鼠的研究中发现，针对正常菌群的分泌型IgA可阻止细菌膜蛋白和其他的细胞壁成分进入体内。而在体内，有种被称为CPG-DNA的细菌DNA是免疫刺激物质，其免疫活性与DNA中非甲基化的胞嘧啶-鸟嘧啶核苷酸(CPG)有关，这种DNA可激活树突样细胞、巨噬细胞参与免疫应答反应[27]。动物实验发现在肠道细菌移位的过程中，兼性厌氧菌和厌氧菌群覆盖在黏膜的表面，限制外袭菌的定植和过度生长。选择性的清除厌氧菌会导致小肠内的细菌过度增生，并发生细菌的移位[22]。肠道细菌微生态失衡导致肠道细菌移位，肠道细菌通过肠黏膜到达肠系膜淋巴结，并进一步侵犯远端脏器，引起免疫屏障的损伤。3.2肠道缺血再灌注在某些休克、创伤性失血等病理情况下，机体为了保证心脑等重要器官的血供应，减少内脏血流，在这种血液再分布情况下，肠道是最早发生缺血缺氧的器官并且恢复血流的时间最晚，也就是说肠道是最容易受到损伤的器官，在这种情况下，肠黏膜及黏膜下层血流减少，黏膜上皮细胞坏死，黏膜修复能力降低，肠黏膜由于处于低灌注状态下而受到损伤[28]；同时由于肠黏膜缺血缺氧，上皮细胞进行无氧代谢导致酸中毒，细胞内H+浓度增加，导致细胞内外离子交换，并激活pH值依赖的浆膜Ca2+通道，细胞内Ca2+浓度增加，导致紧密连接的松解，影响上皮细胞的功能进而损伤黏膜屏障。酸中毒还可以通过产生氧自由基从而增加黏膜的通透性。这些物质扰乱黏膜的细胞骨架，从而增加上皮通透性[29-30]。肠黏膜上皮细胞含有丰富的黄嘌呤脱氢酶，肠缺血期间，细胞内大量ATP分解成次黄嘌呤，促使黄嘌呤脱氢酶向氧化酶转化，组织内次黄嘌呤大量堆积，再灌注时，大量分子氧随血液进入缺血组织，产生大量氧自由基，造成组织细胞过氧化或氧应激损伤。组织再灌注后，肠黏膜细胞产生的前列腺素、促凝血素、前列环素和白细胞三烯等，又会频繁地引起血管收缩和舒张，增加了血管的渗透性[31]；缺血时ATP耗竭也是引起肠上皮屏障功能不全的一个重要因素[32]。3.3细胞因子大量的促炎症细胞因子如INF-γ、IL24、TNF-α、PAF等能增加动物模型肠上皮细胞的通透性。在对血小板活化因子PAF的研究中发现，PAF在肠缺血再灌注、肠黏膜屏障损伤和细菌移位的病理改变中起关键作用，并在全身炎症反应综合征(systemicinflammatoryresponsesyndrome,SIRS)的发生过程中促进关键性介质的释放[33]。有学者认为PAF在肠缺血再灌注、肠黏膜屏障功能损害和细菌移位的病理变化中起关键作用，它被认为是在SIRS中促进关键炎性介质释放的重要因子，抑制其活性可改善肠上皮的通透性。实验表明，TNF-α通过改变肠细胞单层的形态和功能，还可使其表达粘附因子异常和肌动蛋白解聚而影响肠黏膜通透性。INF-γ的作用可能是刺激NO的生成增多而破坏肠上皮的通透性[34]。缺氧对肠黏膜可造成不可逆的损伤，还表现为大肠杆菌产生肠内细胞因子产物并降解DNA，最大程度地造成肠黏膜的损伤和肿瘤坏死因子（TNF）的增加，释放出更多的致炎细胞因子[35]。3.4饥饿和营养不良当饥饿或营养不良时，全身蛋白分解增加，合成减少，在肠道可表现为肠黏膜细胞DNA含量减少，蛋白质合成及细胞增生下降，直接导致肠腔内黏液层变薄，黏膜萎缩，肠黏膜酶活性下降，肠黏膜免疫功能受损。饥饿时，蛋白质-热量营养不良降低机体蛋白质水平，引起淋巴细胞减少、免疫球蛋白水平下降、巨噬细胞功能不良，甚至影响肠道和全身的免疫功能[36]。长期禁食或全肠外营养，可引起肠黏膜萎缩、肠道激素分泌及蠕动降低、肠黏膜上皮通透性增加、肠道免疫功能障碍，肠壁细胞增殖与凋亡失衡从而引起肠道细菌移位，甚至导致肠源性败血症[37]。3.5一氧化氮（NO）目前研究普遍认为