肠黏膜屏障功能检测的研究进展

肠黏膜屏障功能检测的研究进展

炎症肠病（ibd）是由病因不明的慢性肠炎（包括溃疡性胃炎（tc）和克罗恩病（cd）引起的慢性肠炎。目前，这种疾病可能与感染、免疫、遗传、精神、环境等因素有关。近年研究发现IBD患者多存在不同程度的肠黏膜屏障功能异常,本文就肠黏膜屏障的结构和功能、评价方法、影响因素、肠黏膜屏障功能损伤与IBD的关系以及肠黏膜屏障功能的保护作一综述。一、肠黏膜皮质结构正常肠黏膜屏障由机械屏障(肠黏膜上皮结构)、化学屏障(肠黏液、消化液等)、免疫屏障(肠黏膜淋巴组织、分泌型IgA)、生物屏障(正常肠道菌群)构成,能有效阻止肠道内细菌和内毒素易位,机械屏障是肠黏膜屏障最重要的组成部分。肠黏膜上皮结构包括完整的上皮细胞、上皮细胞刷状缘严密的脂质双分子层以及细胞侧缘由黏着连接(adherensjunction)和紧密连接(tightjunction)构成的细胞连接。黏着连接在细胞识别和调节细胞间联系方面具有重要意义,但并不直接起屏障作用。紧密连接主要由occludin蛋白、claudins蛋白、zonulaoccludens蛋白、连接黏附分子(junctionaladhesionmolecule)组成,多呈带状分布,主要功能为维持肠上皮细胞极性和调节肠黏膜屏障的通透性,不允许毒性大分子和微生物通过。肠黏液层包括800μm厚的非流动液层和黏蛋白层,可保护上皮层免受各种机械性和化学性损伤,同时限制上皮层与肠道微生物直接接触。二、般肠皮质检测探针评价肠黏膜屏障功能的定性方法为检测易位至肠系膜淋巴结、肝、脾的肠道内细菌,但此法只适用于动物实验研究,临床应用价值不大。肠黏膜通透性增加是肠黏膜屏障功能异常的重要特征之一,其发生早于组织形态学改变,因此研究中常以肠黏膜通透性反映肠黏膜屏障功能,通透性增加提示肠黏膜屏障功能损伤。评价肠黏膜通透性常用的定量方法为检测肠上皮对不同分子探针的通透性,理想的探针应具备在肠道内以简单扩散的方式通过肠上皮被吸收、无毒性、不被机体代谢、无免疫原性等特点。常用的分子探针主要有糖分子探针、放射性核素探针、聚乙二醇(PEGs)类探针。糖分子探针包括甘露醇、乳果糖、鼠李糖、纤维二糖等,尿中浓度较血浆浓度高约100倍,易于检测,临床上较为常用。常用检测糖分子探针的方法有气相色谱法、气-液相色谱法、比色法、酶学法等。放射性核素探针包括51Cr-EDTA、99mTc-DTPA。与其他探针相比,此类探针的优点为易于检测,缺点为准确度较低,对设备要求较高,且放射性核素可能对人体造成损害,故临床应用受到一定限制。PEGs类探针包括PEG100、400、600、900、4000。此类探针分子量较大,除PEG400外,灌入肠腔后通常很少被吸收。PEGs既具有水溶性特点,又有一定的脂溶性,在肠道内的吸收易受渗透压浓度的影响,静脉注射后回收率甚低。目前除PEG400外,其余PEGs类探针均很少应用。三、肠黏膜屏障病理生理进展在饥饿和营养不良、严重感染、创伤等状态下,肠黏膜屏障的结构将发生一系列病理生理变化,如肠黏膜萎缩、肠绒毛短而稀疏,导致黏膜通透性增加,黏膜屏障功能受损。1.降低肠黏膜屏障功能饥饿和营养不良可引起肠上皮细胞DNA含量和蛋白质合成减少,细胞增殖减低,肠黏膜萎缩,黏膜屏障功能受损;同时,肠黏膜分泌减少使黏液屏障缺失;蛋白质和能量不足使机体蛋白质水平降低,引起淋巴细胞数量减少,免疫球蛋白水平降低,巨噬细胞功能不良,甚至影响肠道和全身免疫功能。2.毒素的影响发生严重感染、脓毒血症时,在细菌内毒素的直接作用和炎症介质的介导下,肠黏膜和黏膜下水肿,肠绒毛顶部细胞坏死,黏膜通透性增加,黏膜屏障功能受损。3.黏膜缺损,更新变化在手术、烧伤、辐射等应激情况下,内脏血流减少,肠系膜低血流灌注导致肠黏膜缺血、缺氧,肠上皮细胞凋亡,黏膜修复能力减弱,通透性增加,黏膜屏障功能受损。动物实验证实,一定剂量的电离辐射可使肠黏膜DNA和蛋白质含量降低,肠绒毛萎缩、肿胀、脱落,肠黏膜结构不完整,黏膜屏障功能受损。四、肠黏膜屏障功能损伤研究显示CD患者肠黏膜通透性显著高于UC患者和正常对照者,并与疾病活动度呈正相关,可用于疾病复发和预后的预测。SAMP1/YitFc小鼠发生的慢性回肠炎与人类CD类似,模型小鼠肠黏膜通透性增加,伴紧密连接蛋白claudin-2、occludinmRNA表达改变,且肠黏膜通透性增加早于回肠炎症的发生。上述发现提示肠黏膜屏障功能损伤与IBD密切相关。IBD患者的肠黏膜屏障功能损伤主要与肠上皮细胞紧密连接的结构和功能异常有关。Marin等对CD患者末端回肠病变部位上皮细胞紧密连接结构的观察显示,鹅卵石样黏膜处紧密连接结构破坏最为明显,表现为异型、断裂、与细胞轴方向偏离,而鹅口疮样溃疡和小溃疡处紧密连接结构破坏相对较轻,提示上皮细胞紧密连接结构异常可能导致肠黏膜屏障功能损伤。Schmitz等发现UC患者的炎症乙状结肠黏膜屏障功能严重受损,伴上皮细胞紧密连接结构改变,提示紧密连接结构改变可造成肠黏膜屏障功能损伤。S觟derholm等检测了CD患者的远端回肠手术标本,发现非炎症黏膜的基础通透性与对照组相似,经肠腔内容物刺激后,肠黏膜通透性迅速增加,上皮细胞紧密连接扩张,以非炎症黏膜为著,细胞连接旁丝状肌动蛋白分解亦以非炎症黏膜为著,提示CD非炎症黏膜的紧密连接对肠腔内刺激更为敏感,该过程可能是由细胞骨架收缩异常介导的。这一发现表明即使是在无活动性炎症的情况下,IBD患者的肠上皮细胞紧密连接亦可能出现异常,从而引起肠黏膜屏障功能损伤。IBD发病时,肠腔内抗原分子向黏膜固有层易位并激活固有层免疫细胞,产生大量炎性细胞因子和炎症介质,炎性细胞因子可通过调节紧密连接蛋白的表达引起肠黏膜屏障功能损伤。Gassler等的研究显示,UC或CD患者活动性炎症黏膜组织的细胞连接蛋白及其mRNA表达显著下调,而非活动性炎症黏膜组织仅少数细胞连接分子如E-cadherin、α-catenin的表达受到影响,桥粒或紧密连接相关蛋白的表达基本不变,非炎症黏膜的细胞连接蛋白表达与正常对照组无明显差异,提示细胞连接分子表达下调与IBD的炎症过程有关。Zeissig等检测了活动期和缓解期CD患者的乙状结肠活检标本,发现活动期CD患者肠黏膜屏障功能受损,上皮细胞紧密连接减少、中断,occludin和封闭性紧密连接蛋白claudin-5、claudin-8表达下调,孔道形成紧密连接蛋白claudin-2表达显著上调,上皮细胞凋亡增加,而缓解期CD患者的肠黏膜屏障功能、紧密连接蛋白表达和细胞凋亡均不受影响,提示紧密连接蛋白表达异常与IBD炎症活动性有关。关于肠黏膜屏障功能损伤是IBD的病因还是继发性改变,目前仍存在争议。Hollander等对CD患者及其一级健康亲属的研究发现,两者肠黏膜通透性均显著高于健康志愿者,因此推测肠黏膜屏障功能损伤并非继发于肠道炎症,而可能是CD的发病因素之一。目前观点之一为CD患者的一级健康亲属肠黏膜通透性增加系由遗传因素所决定,但在缺乏其他刺激因素的情况下不足以引起CD。动物模型研究显示结肠黏液屏障缺失的Muc2-/-小鼠对葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎易感,提示肠黏膜屏障功能损伤是UC的发病因素之一。有学者认为IBD以异常黏膜免疫反应为特征,而肠道微生物因素和肠黏膜屏障功能异常可促进异常的黏膜免疫反应。表达于肠黏膜上皮的有机阳离子转运蛋白(OCTN)缺陷可使细菌及其代谢产物的处理发生改变,导致上皮功能损伤,使正常或已发生紊乱的黏膜免疫系统过度暴露于肠道微生物中,从而增加CD的发生风险。目前肠黏膜通透性已成为鉴别存在IBD发生风险者或IBD早期患者的亚临床标记物之一。五、各组大鼠肠黏膜透性指标的变化鉴于肠黏膜屏障功能损伤与IBD密切相关,保护和恢复肠黏膜屏障功能对IBD的治疗具有重要意义。Suenaert等的研究显示肿瘤坏死因子-α(TNF-α)抗体英夫利昔单抗可显著修复活动期CD患者受损的肠黏膜屏障,治疗后肠黏膜通透性指标降至正常范围内。张文安等发现肝素可保护大鼠应激状态(烫伤)下的肠黏膜屏障,抑制促炎细胞因子产生。刘铁军等发现微生物酵素可增加肠道益生菌数量,调节肠系膜淋巴结淋巴细胞凋亡,通过对生物屏障和免疫屏障的影响达到改善肠黏膜屏障功能的作用。Greenspon等的研究发现1-磷酸-鞘氨醇可显著增加肠上皮细胞内和细胞连接中的黏着连接蛋白E-cadherin