腸道屏障

多種多樣的外源性物質(zhì)會進(jìn)入我們的腸腔，比如微生物、毒素和抗原。如果沒有一個完整的、功能正常的腸道屏障，這些物質(zhì)就可以穿透腸壁組織，擴(kuò)散到血液和淋巴循環(huán)中，破壞組織穩(wěn)態(tài)。完整健康的腸道屏障系統(tǒng)包括物理屏障、化學(xué)屏障和免疫屏障，可以阻止大多數(shù)病原體的進(jìn)入。這些屏障相互配合，以防止不友好的腸腔內(nèi)容物進(jìn)入體內(nèi)。

物理屏障

人的腸道上皮表面積可達(dá)300-400平方米。雖然只有單層細(xì)胞，但是腸道黏膜上皮細(xì)胞是腸道屏障的主體，起著物理屏障的作用。腸道黏膜上皮細(xì)胞包括柱狀腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞、M細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞等多種類型的功能細(xì)胞。在所有這些細(xì)胞類型中，柱狀腸上皮細(xì)胞占絕對多數(shù)。腸上皮細(xì)胞是吸收性細(xì)胞，對營養(yǎng)吸收至關(guān)重要。然而，越來越多的證據(jù)表明腸上皮細(xì)胞的功能并不局限于營養(yǎng)吸收，還可以通過表達(dá)一種抗菌蛋白控制細(xì)菌的數(shù)量。我們的腸道黏膜上皮細(xì)胞更新頻率很高，除潘氏細(xì)胞外，其余均為每3-5天更新一次，壽命大約為2個月。

腸道黏膜上皮細(xì)胞之間通過緊密連接蛋白結(jié)合在一起。與跨細(xì)胞途徑不同，細(xì)胞旁途徑允許物質(zhì)通過腸道上皮細(xì)胞之間的間隙運輸。緊密連接的可塑性受到多種分子的控制，主要是蛋白質(zhì)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了40多種緊密連接蛋白。在各種病理條件下，細(xì)胞旁通透性可能增加，導(dǎo)致不受歡迎的、潛在的有害分子進(jìn)入。

腸道上皮上面的黏液層分為內(nèi)層和外層，覆蓋整個腸上皮，將腸腔內(nèi)的微生物與腸道上皮分開，提供物理保護(hù)。黏液的主要成分是一種高度糖基化的凝膠形成黏蛋白MUC2，還包括IgA以及酶和蛋白質(zhì)（比如乳鐵蛋白）等多種分子。杯狀細(xì)胞是一種分布于柱狀上皮細(xì)胞之間的黏液分泌細(xì)胞，它們不僅產(chǎn)生MUC2黏蛋白，還分泌許多其它黏液成分。Muc2缺乏的小鼠會自發(fā)發(fā)生結(jié)腸炎，這表明MUC2在黏膜保護(hù)中的重要作用。除了凝膠形成黏蛋白以外，還有一種與上皮細(xì)胞非常接近的黏蛋白叫做跨膜黏蛋白?？缒ゐさ鞍字饕芍鶢钅c上皮細(xì)胞產(chǎn)生。

腸道共生菌也是腸道物理屏障的一個重要組成部分，主要有兩個方面的主要功能。第一是通過爭奪營養(yǎng)物質(zhì)、占據(jù)附著位點和釋放抗菌物質(zhì)來促進(jìn)對有害菌或致病菌的定殖抵抗。此外，腸道菌群調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，為上皮細(xì)胞提供能量。腸道菌群直接能量供應(yīng)的一個很好的例子就是產(chǎn)生短鏈脂肪酸，它們被結(jié)腸細(xì)胞用于生長和代謝?？傊c道黏膜上皮細(xì)胞、黏液層和腸道微生物是限制不友好的腸腔內(nèi)容物進(jìn)入宿主組織的物理屏障。

化學(xué)屏障

具有抗菌特性的生化分子不僅存在于黏液中，還深入到腸腔中，包括膽汁酸和抗菌蛋白。這些不同的分子形成了一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，以減少定殖細(xì)菌的數(shù)量，減少腸腔抗原與宿主細(xì)胞接觸的機(jī)會，構(gòu)成腸道的化學(xué)屏障，這是物理屏障的良好補(bǔ)充，也是腸道屏障功能的重要組成部分。

小腸近端的微生物很少。但是隨著與胃的距離增加，pH值升高，細(xì)菌的數(shù)量逐漸增加。面對大量的微生物，腸道細(xì)胞會產(chǎn)生多種抗菌蛋白來對抗入侵者。這些抗菌蛋白可以分為許多類型，包括α-和β-防御素、C型凝集素、Cathelicidin抗菌肽、溶菌酶和腸道堿性磷酸酶。潘氏細(xì)胞作為抗菌蛋白的主要產(chǎn)生細(xì)胞，參與維持和調(diào)節(jié)腸道的化學(xué)屏障功能。

免疫屏障

腸道上皮下有淋巴濾泡，包括派爾淋巴集結(jié)和孤立淋巴濾泡。在淋巴濾泡中，多種免疫細(xì)胞，包括B細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，通過呈遞抗原、分泌細(xì)胞因子和產(chǎn)生抗原結(jié)合抗體來協(xié)調(diào)免疫反應(yīng)。在淋巴濾泡所在的腸道上皮中存在M細(xì)胞，它們將抗原由腸腔轉(zhuǎn)運到上皮下的免疫細(xì)胞，從而誘導(dǎo)黏膜免疫應(yīng)答或免疫耐受。此外，杯狀細(xì)胞可以將小腸腔內(nèi)捕獲的抗原呈遞給小腸固有層的CD103+樹突狀細(xì)胞。有趣的是，在常規(guī)飼養(yǎng)的老鼠中，只在小腸觀察到自發(fā)的抗原呈遞，結(jié)腸中沒有發(fā)現(xiàn)，但是將該鼠置于無菌環(huán)境中并且經(jīng)口飼喂抗生素后，便在結(jié)腸中發(fā)現(xiàn)了自發(fā)抗原呈遞過程。這表明結(jié)腸的抗原呈遞過程可能被結(jié)腸共生菌群所抑制。杯狀細(xì)胞還能感知入侵的病原體，抑制致病菌進(jìn)入宿主的免疫系統(tǒng)。

免疫屏障的另一個組成部分是分泌型免疫球蛋白A（sIgA）。IgA是機(jī)體最豐富的免疫球蛋白，主要存在于腸道黏膜表面。分泌型IgA可能與腸道共生菌相互作用，抵御病原體的感染。分泌型IgA的一個獨特之處在于，與黏膜表面的其它抗體相比，它在富含蛋白酶的環(huán)境中具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)彈性，仍然能夠保持功能活性。最后，分泌型IgA可以經(jīng)上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)位，分泌入腸腔。

腸道菌群與腸道屏障

腸道微生物可以通過模式識別受體被宿主所感知，比如Toll樣受體和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體。在腸道中，細(xì)菌與宿主之間的相互作用很大程度上依賴于細(xì)胞表達(dá)的模式識別受體對微生物相關(guān)分子模式的識別。某些菌群、細(xì)菌組分和代謝產(chǎn)物會影響腸道屏障功能并導(dǎo)致組織穩(wěn)態(tài)的破壞。腸漏時，腸腔內(nèi)的細(xì)菌及其產(chǎn)物能夠從腸腔逃離，如果進(jìn)入外周循環(huán)，可能會引起炎癥，造成全身組織損傷。這一過程叫做細(xì)菌易位。

腸道屏障的發(fā)育和功能依賴于腸道菌群。在無菌動物中，由于缺乏腸道細(xì)菌，黏液層的厚度極低。腸道菌群在調(diào)節(jié)杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白方面也發(fā)揮重要作用。較薄的黏液層使得細(xì)菌容易滲透，這可能引發(fā)炎癥和炎癥性疾病，比如結(jié)腸炎。腸道共生菌或細(xì)菌組分，比如脂多糖和肽聚糖，可以幫助恢復(fù)黏液層。腸道共生菌和黏液層之間存在一種平衡，共同維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。黏液層內(nèi)有多種抗菌蛋白的分泌，可以清除病原體，控制共生菌的定植。反過來，某些抗菌蛋白的產(chǎn)生也受到腸道菌群及其組分的調(diào)節(jié)。例如，抗菌蛋白RegIIIγ有助于避免細(xì)菌與腸道上皮細(xì)胞發(fā)生接觸。酗酒者和接受酒精處理的小鼠的RegIIIγ被抑制，補(bǔ)充益生元或者增加腸道中的乳酸桿菌和雙歧桿菌可以幫助恢復(fù)RegIIIγ的功能和控制細(xì)菌過度生長。Ang4是血管生成素家族的一員，是另一個腸道共生菌調(diào)節(jié)抗菌蛋白產(chǎn)生的例子。一項研究發(fā)現(xiàn)，小鼠潘氏細(xì)胞中Ang4的產(chǎn)生和分泌是由一種叫做多形擬桿菌的腸道細(xì)菌所誘導(dǎo)的。因此，Ang4在腸腔內(nèi)的抗菌活性又取決于某些腸道共生菌的存在。

此外，腸道微生物與抗菌蛋白之間存在著相互作用，比如腸道堿性磷酸酶。腸道堿性磷酸酶主要由腸道黏膜上皮細(xì)胞產(chǎn)生，既可以錨定在上皮細(xì)胞膜上，也可以分泌進(jìn)入腸腔。腸道堿性磷酸酶缺乏的小鼠中，微生物數(shù)量更少，細(xì)菌組成也發(fā)生了改變，尤其是乳酸桿菌的數(shù)量明顯減少。上調(diào)腸道堿性磷酸酶的活性可以選擇性地增加LPS抑制菌（比如雙歧桿菌），同時減少LPS產(chǎn)生菌（比如大腸桿菌）。由于其體內(nèi)滅活LPS的能力，堿性磷酸酶在防止LPS易位（一種源自細(xì)菌的促炎癥刺激）方面至關(guān)重要。值得注意的是，腸道堿性磷酸酶的表達(dá)依賴于腸道菌群的存在。腸道堿性磷酸酶還可以通過增加某些緊密連接蛋白的表達(dá)來增強(qiáng)腸道屏障功能。

腸道干細(xì)胞產(chǎn)生新的腸道黏膜上皮細(xì)胞對于腸道屏障功能的維持至關(guān)重要，因為腸道黏膜上皮細(xì)胞的凋亡和脫落頻率很高。腸道黏膜上皮細(xì)胞中多達(dá)10%的基因轉(zhuǎn)錄，特別是與免疫、細(xì)胞增殖和代謝相關(guān)的基因，是由腸道菌群調(diào)控的。無菌小鼠和抗生素處理的小鼠中，腸道上皮細(xì)胞增殖率降低，表明腸道菌群在上皮細(xì)胞更新中的重要作用。來自大腸桿菌的LPS可以以劑量依賴的方式誘導(dǎo)細(xì)胞脫落。短雙歧桿菌的定殖，或者更準(zhǔn)確地說是其表面成分胞外多糖，可以積極地調(diào)節(jié)脂多糖誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞脫落。腸道黏膜上皮細(xì)胞的更新依賴于位于隱窩底部的腸道干細(xì)胞的活性以及Toll樣受體4的表達(dá)。除了LPS以外，細(xì)菌代謝物，尤其是丁酸，也是腸道干細(xì)胞增殖的抑制劑。腸道隱窩結(jié)構(gòu)保護(hù)腸道干細(xì)胞免受丁酸的不良影響。作為細(xì)胞旁通路的守門人，緊密連接蛋白也是腸道菌群調(diào)控的主要目標(biāo)，這對于某些益生菌物種尤其如此。

腸漏的機(jī)制

大量影響腸道屏障和/或腸道菌群的因素都可能導(dǎo)致細(xì)菌易位，并導(dǎo)致局部和全身炎癥。這些因素包括飲食、感染、飲酒和燒傷等。

飲食誘導(dǎo)的腸漏

營養(yǎng)和食品成分有助于維持或改變腸道菌群和腸道屏障功能。維生素D 可以通過誘導(dǎo)某些緊密連接蛋白的表達(dá)作為一種腸道屏障功能的保護(hù)劑。維生素D受體基因敲除的小鼠會表現(xiàn)出更加嚴(yán)重的實驗性結(jié)腸炎，表明維生素D對黏膜屏障的保護(hù)作用。低纖維飲食會導(dǎo)致黏液降解細(xì)菌的大量繁殖，包括嗜黏蛋白阿克曼氏菌和糞擬桿菌。其結(jié)果是，低纖維飲食的小鼠的黏液厚度明顯減少，較薄的黏液層和受損的腸道屏障功能導(dǎo)致對某些誘導(dǎo)結(jié)腸炎的病原體高度敏感。此外，高飽和脂肪的飲食會大大減少乳酸桿菌和增加顫螺菌的數(shù)量，這些變化與近端結(jié)腸通透性顯著增加有關(guān)。此外，顫螺菌的豐度與形成腸道屏障的緊密連接的mRNA表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。

應(yīng)激誘導(dǎo)的腸漏

在某些情況下，應(yīng)激引起的腸道菌群的改變和腸道屏障的損傷會導(dǎo)致細(xì)菌易位的發(fā)生。燒傷和飲酒就是這種應(yīng)激的例子。燒傷導(dǎo)致腸道通透性增加，這是由肌球蛋白輕鏈激酶活性增加所調(diào)節(jié)的。肌球蛋白輕鏈磷酸化或激酶激活可以觸發(fā)上皮細(xì)胞緊密連接的打開。在燒傷中，緊密連接蛋白被重新分配，這可以通過補(bǔ)充肌球蛋白輕鏈磷酸化抑制劑來逆轉(zhuǎn)。此外，燒傷的人和小鼠腸道菌群也發(fā)生類似的變化，特別是腸桿菌科細(xì)菌的豐度增加。重要的是，燒傷也使這些革蘭氏陰性需氧菌發(fā)生易位。另一項研究使用不同的小鼠燒傷模型發(fā)現(xiàn)結(jié)腸通透性增加以及腸道需氧菌和厭氧菌群減少，特別是產(chǎn)丁酸的細(xì)菌群。因此，燒傷小鼠糞便中的丁酸水平明顯降低。有趣的是，當(dāng)實驗小鼠接受糞菌移植時，其改變的細(xì)菌數(shù)量和受損的黏膜屏障功能被逆轉(zhuǎn)，表明腸道菌群直接參與燒傷引起腸漏發(fā)生。

長期飲酒會導(dǎo)致腸道屏障功能障礙、腸道菌群質(zhì)和量的改變、LPS易位和酒精性肝病。在人類和小鼠中都發(fā)現(xiàn)，酒精可以破壞腸道屏障功能，這與腸道單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞以及攜帶腫瘤壞死因子受體的腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的腫瘤壞死因子增加，進(jìn)而下游激活肌球蛋白輕鏈激酶密切相關(guān)。值得注意的是，當(dāng)給長期飲酒的小鼠同時口服抗生素處理以清除腸道細(xì)菌時，腫瘤壞死因子的產(chǎn)生水平和腸道通透性降低到與對照組小鼠相當(dāng)?shù)乃?。這說明酒精誘導(dǎo)的、腫瘤壞死因子介導(dǎo)的腸漏在很大程度上依賴于腸道菌群。飲酒后可觀察到細(xì)菌過度生長，而抗生素可以降低細(xì)菌負(fù)荷，減弱酒精性肝病的發(fā)生。有益的乳酸桿菌在飲酒時被顯著抑制，直接補(bǔ)充益生菌或通過益生元或飲食間接刺激乳酸桿菌可以減少細(xì)菌過度生長，恢復(fù)腸道黏膜完整性，抑制細(xì)菌易位。細(xì)菌易位，尤其是LPS的易位，參與了酒精性肝病的發(fā)展和進(jìn)程。值得注意的是，一些細(xì)菌物種可以產(chǎn)生酒精，包括大腸桿菌和融合魏斯氏菌（Weissella confusa），這也可能是它們破壞腸道屏障功能的機(jī)制。

感染在調(diào)節(jié)黏膜屏障中發(fā)揮重要作用。一個很好的例子是感染人類胃的革蘭氏陰性細(xì)菌幽門螺旋桿菌。幽門螺旋桿菌可以通過重新分配緊密連接蛋白直接增加上皮通透性。此外，噬菌體通常被認(rèn)為不會對哺乳動物產(chǎn)生致病性，但它們會對腸漏產(chǎn)生影響。當(dāng)給大鼠喂食含有腸道沙門氏菌噬菌體的混合噬菌體時，腸道屏障的完整性被破壞。

總而言之，由于各種因素所導(dǎo)致的腸道菌群破壞可以導(dǎo)致腸道通透性增加以及細(xì)菌成分和產(chǎn)物的易位。細(xì)菌易位隨后會引發(fā)異常的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致腸道以外的器官的炎癥和/或組織損傷。

腸漏與自身免疫性疾病

一些疾病狀態(tài)與腸道菌群失調(diào)、腸道屏障功能障礙和細(xì)菌易位有關(guān)，這些疾病包括阿爾茨海默病、酒精性肝病、癌癥和多種自身免疫性疾病等等。自身免疫性疾病的特征是產(chǎn)生對抗自身抗原的自身抗體，攻擊人體自身組織，造成損傷。遺傳和環(huán)境因素長期以來被認(rèn)為是導(dǎo)致自身免疫的主要因素。近年來，越來越多的證據(jù)表明，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的細(xì)菌易位和腸道屏障功能障礙是自身免疫性疾病的另一個重要致病因素。下面我們以1型糖尿病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡為例，討論腸漏導(dǎo)致自身免疫性疾病的作用機(jī)制。

1型糖尿病

1型糖尿病是一種器官特異性的自身免疫性疾病，其特征是對胰腺β細(xì)胞的自身免疫反應(yīng)，導(dǎo)致胰島素分泌不足。有些人認(rèn)為，腸漏只是疾病的結(jié)果，而不是疾病的始作俑者，但是在1型糖尿病中不是如此。首先，1型糖尿病患者的研究以及1型糖尿病動物模型的研究表明，腸道屏障功能受損發(fā)生在疾病發(fā)病之前。其次，腸通透性增加在1型糖尿病中的致病作用依賴于連蛋白（一種緊密連接蛋白），而連蛋白的產(chǎn)生依賴于菌群的定植。通過添加連蛋白抑制劑來逆轉(zhuǎn)腸道屏障功能失調(diào)，可以改善疾病易感大鼠的1型糖尿病表現(xiàn)。第三，細(xì)菌易位可以促進(jìn)1型糖尿病的發(fā)生。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病模型中，與對照組相比，鏈脲佐菌素處理的小鼠擁有一個獨特的腸道菌群。更重要的是，腸道細(xì)菌能夠易位到胰淋巴結(jié)，促進(jìn)1型糖尿病的發(fā)生。當(dāng)小鼠接受口服抗生素處理時，胰淋巴結(jié)似乎是無菌的，疾病也被減弱。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，胰淋巴結(jié)中的細(xì)菌易位觸發(fā)了NOD2的激活，加重了1型糖尿病的癥狀?？傊?，這些結(jié)果表明腸漏在1型糖尿病的進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

系統(tǒng)性紅斑狼瘡

系統(tǒng)性紅斑狼瘡是一種自身免疫性疾病，以嚴(yán)重和持續(xù)的炎癥為特征，可導(dǎo)致多個器官的組織損傷。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁成分LPS通過腸上皮的滲透和組織易位可以促進(jìn)系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)生和疾病進(jìn)程。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中，可溶性CD14水平升高提示LPS升高，因為當(dāng)細(xì)胞暴露于LPS時，可溶性CD14從單核細(xì)胞中釋放出來。激活Toll樣受體4會加劇紅斑狼瘡的發(fā)生。當(dāng)Toll樣受體4反應(yīng)增加時，小鼠會自發(fā)發(fā)生紅斑狼瘡；而當(dāng)使用抗生素清除腸道共生菌群時，可以顯著改善惡化的疾病表型。這清楚地表明Toll樣受體4對腸道菌群的高反應(yīng)性是系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)病機(jī)制之一。此外，LPS可以促進(jìn)磷脂結(jié)合蛋白誘導(dǎo)的小鼠系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)生。相反，抑制Toll樣受體4可以減少系統(tǒng)性紅斑狼瘡易感小鼠自身抗體的產(chǎn)生，降低腎小球IgG的沉積。總之，這些數(shù)據(jù)提示LPS刺激和TLR4激活是系統(tǒng)性紅斑狼瘡的致病因素。脂磷壁酸是革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁的組成部分，也可促進(jìn)紅斑狼瘡的發(fā)生。Toll樣受體2是脂磷壁酸的受體，在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中，Toll樣受體2的表達(dá)也增加了。在紅斑狼瘡易感小鼠中，激活Toll樣受體2可以引發(fā)狼瘡性腎炎，而敲除Toll樣受體2基因可以減輕狼瘡樣癥狀。因此，一些有害細(xì)菌及其組分可能發(fā)生易位，特別是在存在腸漏時，Toll樣受體可能通過感知這些有害細(xì)菌而促進(jìn)系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)生。

修復(fù)腸漏是自身免疫性疾病的一種潛在治療方法

由于腸漏和細(xì)菌易位對炎癥和多種疾病的影響，修復(fù)腸漏似乎是一個非常有潛力的治療策略。例如，益生菌和益生元可以用來降低腸道通透性。不同的益生菌物種可以通過針對腸道黏膜屏障系統(tǒng)的不同部分來保護(hù)腸道屏障的完整性。脆弱擬桿菌可以作為一種益生菌。在小鼠模型中，自閉癥被證明伴有腸道屏障功能障礙、腸道菌群失調(diào)和腸漏，源自腸道共生細(xì)菌的4-乙基苯基硫酸鹽（4EPS）通過腸漏進(jìn)入血液，自閉癥小鼠的血液中4EPS的水平比其它小鼠高40多倍。當(dāng)給野生型小鼠靜脈注射4EPS時，可以直接導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)自閉癥樣的行為異常。給小鼠補(bǔ)充脆弱擬桿菌可以降低致病性的4EPS的易位，并且顯著改善自閉癥小鼠的行為缺陷。脆弱擬桿菌對自閉癥的益處與其改變腸道菌群組成和增強(qiáng)腸道屏障功能的能力有關(guān)。脆弱擬桿菌的表面莢膜多糖A（PSA）也可以誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的發(fā)育，對于結(jié)腸炎和自身免疫性腦脊髓炎等炎癥性疾病具有有益作用。當(dāng)然，脆弱芽孢桿菌在預(yù)防腸漏和逆轉(zhuǎn)自身免疫方面的應(yīng)用還值得進(jìn)一步研究。從實踐角度來看，不同的益生菌在修復(fù)腸漏方面具有不同的作用靶點，可能協(xié)同作用以減弱疾病的癥狀?？偠灾c漏是許多自身免疫性疾病發(fā)生的危險信號，修復(fù)腸漏對于預(yù)防和治療自身免疫性疾病十分關(guān)鍵。由于益生菌被普遍認(rèn)為是安全的，益生菌或?qū)⒊蔀樽陨砻庖咝约膊』颊叩囊环N經(jīng)濟(jì)有效的治療選擇。