腸黏膜屏障功能的研究進(jìn)展

腸黏膜屏障功能的研究進(jìn)展

腸粘膜屏障功能是指腸腔相對(duì)完整的功能隔離帶，它可以將腸腔和身體環(huán)境分隔開來，防止病原體（如腸腔中的細(xì)菌、有毒物質(zhì)、食品原生動(dòng)物質(zhì)等）入侵，保持體內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，保持體內(nèi)環(huán)境正?；顒?dòng)。腸粘膜屏障主要由機(jī)械屏障、生物屏障、化學(xué)屏障及免疫屏障組成。1底膜、溶液等組成腸道機(jī)械屏障由腸粘膜表面的粘液層、腸上皮本身及其緊密連接、上皮基底膜、粘膜下固有層等組成。廣義的機(jī)械屏障還應(yīng)包括腸道的運(yùn)動(dòng)功能,腸蠕動(dòng)將腸內(nèi)食物殘?jiān)蜻h(yuǎn)側(cè)推進(jìn),防止細(xì)菌在鄰近腸粘膜的長時(shí)間滯留,減少細(xì)菌穿過粘液層到達(dá)上皮的機(jī)會(huì),起到“腸道自潔作用”。1.1粘蛋白的糖蛋白組織生理狀態(tài)下,腸道杯狀細(xì)胞及腸上皮細(xì)胞分泌的粘蛋白形成一種疏水的彈性凝膠層被覆在腸黏膜表面,保護(hù)腸粘膜免受化學(xué)和機(jī)械性損傷。粘蛋白是一類糖蛋白,其碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)特異,有細(xì)菌結(jié)合的特異位點(diǎn),使常駐菌有序地嵌入上皮細(xì)胞間,構(gòu)成有層次的菌膜結(jié)構(gòu),能有效地阻止條件致病菌與腸上皮結(jié)合,使其處于粘液層,以利于腸蠕動(dòng)時(shí)被清除。粘液層為專性厭氧菌提供了良好的生態(tài)環(huán)境,另外雙歧桿菌,乳酸桿菌可促進(jìn)粘蛋白分泌,減少有害菌對(duì)腸上皮細(xì)胞的粘附。1.2腸道菌群與腸道正常菌群的關(guān)系單層的腸上皮展開后表面積可達(dá)400m2,其中數(shù)量最多的為吸收細(xì)胞(absorptivecell)起著機(jī)械屏障作用,杯狀細(xì)胞(gobletcell)可分泌粘液及IgA等參與組成機(jī)械及免疫屏障,數(shù)量較少的潘氏(Paneth)細(xì)胞可吞噬細(xì)菌,并可分泌非特異性的溶菌酶,天然抗生肽(Antibioticpeptide)和防御素(HD-5、HD-6),調(diào)節(jié)腸道菌群。粘膜淋巴小結(jié)穹隆上的濾泡相關(guān)細(xì)胞(follicularassociatedcell)通過抗原呈遞作用參與免疫反應(yīng),同時(shí)它是腸粘膜上皮中惟一具有通透性的上皮細(xì)胞,因而也是腸道屏障的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),充當(dāng)了病原體入侵的門戶。腸上皮細(xì)胞由腸隱窩中的多能干細(xì)胞分化而來,壽命為6~7d,一定數(shù)量的腸道正常菌群(≥10.7CFU)對(duì)腸上皮細(xì)胞的分化有影響。體外實(shí)驗(yàn)證明,雙歧桿菌的代謝產(chǎn)物可抑制腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生TNF。腸道專性厭氧菌還可產(chǎn)生丁酸等營養(yǎng)物質(zhì),有利于腸上皮細(xì)胞的生長。1.3蛋白質(zhì)組成腸上皮細(xì)胞之間有一種特殊的結(jié)構(gòu)叫緊密連接,是相鄰上皮細(xì)胞間隙的松散連接,由多種功能各異的蛋白質(zhì)組成。該結(jié)構(gòu)可有效地阻止腸腔內(nèi)細(xì)菌、毒素及炎性介質(zhì)等物質(zhì)的旁細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn),維持腸粘膜上皮屏障功能的完整,并對(duì)其所圍繞的細(xì)胞造成膜質(zhì)的區(qū)域性差異,使這些區(qū)域可進(jìn)行專一的功能活動(dòng),如離子的定向轉(zhuǎn)運(yùn)等。1.4樹突細(xì)胞感染粘膜下固有層內(nèi)的B細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞后可分泌IgA,經(jīng)胞飲作用進(jìn)入杯狀細(xì)胞,后被分泌到腸腔起局部粘膜免疫作用。樹突細(xì)胞除呈遞抗原外,還可伸出突起穿過上皮細(xì)胞間隙而不影響緊密連接的完整性,來吞噬腸腔細(xì)菌。巨噬細(xì)胞可吞噬和處死穿過屏障的極少量共生菌,而不導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。還有肌纖維母細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等參與屏障功能。2腸道菌群的發(fā)生和代謝腸道作為人體最大的細(xì)菌庫,寄居著大約1013~1014個(gè)細(xì)菌,超過了我們機(jī)體和生殖細(xì)胞總數(shù)的10倍,使人體成為了一個(gè)會(huì)走路的培養(yǎng)基。腸菌中多數(shù)為厭氧菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌等,還有較少的需氧菌與兼性厭氧菌。正常情況下,這些菌群之間保持著穩(wěn)定的比例,與宿主的微空間結(jié)構(gòu)形成一個(gè)相互依賴、又相互作用的微生態(tài)系統(tǒng),其中厭氧菌貼附于腸粘膜上皮,被糖衣包被,比較穩(wěn)定,稱為膜菌群。其余細(xì)菌游離于腸腔內(nèi),稱為腔菌群,膜菌群有抵御腔菌群附著或定植于腸上皮的能力稱為“定植抗性(colonizationresistance)”,構(gòu)成了腸道生物屏障。其對(duì)腸道屏障功能的保護(hù)機(jī)制有:①調(diào)整并維持腸道微生態(tài)平衡,對(duì)致病菌起著生物拮抗作用,中和或減少腸道內(nèi)某些有毒物質(zhì)對(duì)腸粘膜造成的損害。實(shí)驗(yàn)證明雙歧桿菌可顯著抑制E.ColiO157:H7對(duì)腸Caco-2上皮細(xì)胞的粘附。②通過酵解作用產(chǎn)生短鏈脂肪酸,降低了腸道的pH值,并為腸粘膜上皮細(xì)胞提供能量,改善腸粘膜組織的局部血供,促進(jìn)損傷的腸上皮修復(fù)。③激活腸道免疫系統(tǒng)活性,增加S-IgA、IgM等抗體的分泌;產(chǎn)生抑菌肽抑制外來菌的定植和生長。④提高營養(yǎng)素的消化吸收效率,改善機(jī)體的營養(yǎng)代謝狀況。研究發(fā)現(xiàn),有些共生菌可調(diào)節(jié)一些對(duì)腸道屏障功能起重要作用的基因表達(dá),如營養(yǎng)物質(zhì)吸收、腸粘膜屏障結(jié)構(gòu)形成、血管形成及腸道上皮細(xì)胞成熟、分化,參與某些物質(zhì)代謝的解毒等。腸道菌群及其基因組為我們提供了我們自身不需進(jìn)化即獲得的基因的和代謝屬性。實(shí)驗(yàn)表明:正常菌群增加了結(jié)腸上皮細(xì)胞中的細(xì)胞保護(hù)性蛋白hsp25和hsp27。無毒力的沙門氏菌通過阻斷磷酸化的IkBa的多泛素化,可以抑制上皮細(xì)胞NF-κB的活化。細(xì)菌定植增加了宿主腸道中上調(diào)的糖苷,并產(chǎn)生了血糖和胰島素的上升,二者通過影響兩個(gè)基本的螺旋-袢-螺旋/亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子-ChREBP和SREBP-1c,都刺激了肝臟脂肪生成。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸也導(dǎo)致了脂肪生成。菌群相對(duì)高的效應(yīng)將促進(jìn)能量?jī)?chǔ)存(肥胖),反之將導(dǎo)致消瘦(效應(yīng)被定義為個(gè)體腸道菌群對(duì)消化的食物的能量獲得及促進(jìn)儲(chǔ)存的潛能)。一個(gè)廣泛的和有活性的腸道免疫系統(tǒng)的存在依賴于共生菌群。因此,飼養(yǎng)在無菌條件下的小鼠具有缺乏生發(fā)中心的、小的、低度發(fā)育的PP,在LP中僅有少量的IgA漿細(xì)胞、CD4細(xì)胞和少量IEL,實(shí)驗(yàn)證明其上皮分化過程被改變,如抗菌分子的產(chǎn)生。進(jìn)一步地,用菌群改造無菌小鼠足以恢復(fù)粘膜免疫系統(tǒng)。腸道菌群與人類共同進(jìn)化,宿主對(duì)微生物的選擇在系統(tǒng)的多個(gè)水平同時(shí)發(fā)生,其中的一個(gè)可能介質(zhì)是s-IgA。我們對(duì)成人消化道獨(dú)立培養(yǎng)的細(xì)菌的核糖體RNA基因(16srRNA)進(jìn)行測(cè)序。GenBank中≥200,000個(gè)的rRNA基因序列中,僅1822種被注釋為來自人消化道。1689種為未培養(yǎng)出的細(xì)菌。3免疫屏障腸道是機(jī)體接觸外界抗原物質(zhì)最廣泛的部位,通過細(xì)胞免疫和體液免疫以防止致病性抗原對(duì)機(jī)體的傷害。3.1免疫調(diào)節(jié)作用腸道擁有人體最大的粘膜相關(guān)淋巴樣組織,涉及兩種不同表型的淋巴細(xì)胞,即上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(intraepitheliallymphocyte,IEL)和固有層淋巴細(xì)胞(1aminaproprialymphocytes,LPL)。IEL主要是CD8+細(xì)胞,在受到刺激時(shí),可分泌IL-2,3,4,5,10、IFN-α、IFN-γ等多種細(xì)胞因子或產(chǎn)生不同的細(xì)胞毒作用,來對(duì)抗致病原和促進(jìn)損傷后腸道愈合。LPL包括B淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞,分布在血管和淋巴管豐富的結(jié)締組織中。其中70%~90%的漿細(xì)胞產(chǎn)生IgA,而18%的漿細(xì)胞則產(chǎn)生IgM。固有層中還有豐富的、能產(chǎn)生IgE的細(xì)胞。最近發(fā)現(xiàn)專有的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞可深度抑制多種免疫反應(yīng)。來自GALT的淋巴細(xì)胞還參與細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng),包括以下四種不同類型:①T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng);②抗原依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng);③自發(fā)性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng);④激活型淋巴因子殺傷細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性反應(yīng)。在最近幾年,食物過敏越來越常見,目前的研究認(rèn)為其機(jī)制涉及4個(gè)部分:谷蛋白,T細(xì)胞,主要組織相容性復(fù)合位點(diǎn)HLA-DQ,和內(nèi)源性酶-組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(tTG)。麥膠蛋白的一個(gè)多肽(31-49殘基)在被灌注入患者腸道時(shí),產(chǎn)生快速的絨毛萎縮,研究證明為谷蛋白導(dǎo)致的T細(xì)胞依賴的固有免疫活化所致。人類與感染性疾病的斗爭(zhēng)進(jìn)化中,免疫系統(tǒng)上調(diào)了HLA-DQ2,提示這個(gè)等位基因在感染中優(yōu)先進(jìn)化,而谷蛋白肽對(duì)HLA-DQ2的巧合性親和力導(dǎo)致了負(fù)性效應(yīng),引起食物過敏。3.2派爾集合淋巴結(jié)石腸道還有一種特殊的防御結(jié)構(gòu):派爾集合淋巴小結(jié)(Peyerpatches),在成人平均可達(dá)200個(gè),可調(diào)節(jié)腸道途徑所遇到的抗原,并啟動(dòng)粘膜的IgA免疫。派爾集合淋巴小結(jié)與其他淋巴結(jié)不同,含有特殊分化的濾泡相關(guān)細(xì)胞,外來的大分子抗原通過濾泡相關(guān)細(xì)胞進(jìn)入派爾集合淋巴小結(jié),轉(zhuǎn)運(yùn)到下方的樹突細(xì)胞和巨噬細(xì)胞群,它們產(chǎn)生組織相容性復(fù)合物并傳遞抗原給CD4T淋巴細(xì)胞,經(jīng)CD4T淋巴細(xì)胞的處理和表達(dá),誘導(dǎo)B細(xì)胞增生和分化,轉(zhuǎn)變成產(chǎn)生細(xì)胞因子的細(xì)胞或漿細(xì)胞,分泌型免疫球蛋白A(S-IgA)含量明顯增加,產(chǎn)生粘膜免疫。派爾集合淋巴小結(jié)內(nèi)T細(xì)胞可以參與排斥反應(yīng),增加細(xì)胞毒性T細(xì)胞的數(shù)量和功能。3.3核苷酸-連接寡聚化域腸上皮本身能直接感受共生菌和病源:主要通過表達(dá)哺乳動(dòng)物表型識(shí)別受體(PRRs)來識(shí)別細(xì)菌和病毒的保守結(jié)構(gòu),活化了NF-κB轉(zhuǎn)錄因子,導(dǎo)致促炎反應(yīng)來提醒宿主感染的存在。PRRs分2種:Toll樣受體(TLRs)常與細(xì)胞膜相關(guān),其外部有一個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)單位(LRR)的識(shí)別域和細(xì)胞內(nèi)IL-1受體(IL-1R)樣信號(hào)域;核苷酸-連接寡聚化域(Nod)分子,Nod1和Nod2(也稱為CARD4和CARD15-caspase活化和補(bǔ)充域)出現(xiàn)在上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠中。這些蛋白也有C末端的LRRs,和N末端的一個(gè)Nod域和CARD域。Nod1和Nod2可以識(shí)別細(xì)菌肽聚糖的多肽基序的微小差異,這提示它們對(duì)胞內(nèi)感染或者上皮細(xì)胞的嘗試性細(xì)菌破壞很敏感。TLR1-TLR9可以識(shí)別細(xì)菌和病毒的許多不同成分。例如,TLR4識(shí)別G-性細(xì)菌細(xì)胞壁的脂多糖,TLR5識(shí)別細(xì)菌鞭毛蛋白。3.4腸內(nèi)膠原組織的分離M細(xì)胞(membranouscell)為的扁平上皮細(xì)胞,與鄰近上皮細(xì)胞間通過橋粒緊密連接,將腸內(nèi)抗原與上皮下淋巴組織隔開,當(dāng)粘膜表面的抗原與M細(xì)胞膜結(jié)合后,M細(xì)胞便將其吞入形成吞飲小泡并轉(zhuǎn)運(yùn)至上皮下淋巴組織。巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞將轉(zhuǎn)運(yùn)來的抗原呈遞給T、B淋巴細(xì)胞,產(chǎn)生特異性B淋巴母細(xì)胞,在生發(fā)中心繁殖后,隨血流遷移到遠(yuǎn)處的粘膜和腺體組織,進(jìn)一步分化成為漿細(xì)胞,產(chǎn)生分泌型IgA。3.5對(duì)腸道感染的影響人類腸道每天分泌3-5gIgA,其中絕大部分是S-IgA,其分子結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)同樣的重鏈和兩個(gè)同樣的輕鏈組成,可與細(xì)菌上的特異抗原結(jié)合,防止細(xì)菌的粘附,中和毒素和病毒,增強(qiáng)具有FC受體(FcR)細(xì)胞的吞噬功能,與補(bǔ)體、溶菌酶協(xié)同殺菌,還能在小腸內(nèi)結(jié)合和阻擋沒有經(jīng)過消化的食物蛋白質(zhì)穿過腸粘膜,抑制由IgM免疫復(fù)合物介導(dǎo)的抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用(ADCC作用)對(duì)腸道局部的免疫損傷。研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌、乳酸桿菌均可促進(jìn)腸道GALT產(chǎn)生sIgA。腸粘膜上皮細(xì)胞還可分泌IgE、IgM、IgG等免疫球蛋白,在腸道體液免疫中發(fā)揮著重要作用。IgE是由腸道引起的過敏反應(yīng)在其他系統(tǒng)造成變態(tài)反應(yīng)性疾病的重要原因。IgM具有腸粘膜保護(hù)作用。IgG在炎癥反應(yīng)的發(fā)病機(jī)制中以及某些腸道疾病的組織損傷中都起作用。3.6內(nèi)毒素修飾intearalization肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞主要為Kupffer細(xì)胞(KC)。門脈中內(nèi)毒素首先被KC所攝取,經(jīng)細(xì)胞內(nèi)內(nèi)化(internalization),脫去糖基,切除0抗原鏈,及對(duì)脂質(zhì)A進(jìn)行修飾處理后,再釋放出來,在肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步脫去?；?去除毒性部分。經(jīng)上述處理后的內(nèi)毒素抗原性片段被去除,機(jī)體對(duì)其產(chǎn)生免疫耐受,從而避免了內(nèi)毒素的直接和間接損傷。故肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的功能亦是腸屏障的組成成分。4腸黏膜屏障的主要功能胃腸道分泌的胃酸、膽汁、各種消化酶、溶菌酶、粘多糖、糖蛋白和糖脂等化學(xué)物質(zhì)組成腸粘