肠道屏障与肠道微生态

肠道屏障与肠道微生态 肠道在消化、吸收各种营养物质的同时又能将细菌及其代谢产物通过菌膜屏障抑制于肠道内，在此过程中肠道屏障起重要作用。肠道屏障包括肠道正常菌群、黏液层、肠上皮细胞层、肠道免疫系统、肠-肝轴、防御素（defensins）等(1)，其功能主要在于防止肠道内细菌及内毒素移位。肠道微生态与肠道屏障的构建以及肠道屏障受损后细菌、内毒素移位密切相关。现就肠道微生态与肠道屏障的关系与作用进行综述如下。 1 肠道细菌在肠道屏障构建中的作用 1.1 肠道正常菌群：正常情况下，肠道微生态处于平衡状态，一方面，正常菌群中的专性厌氧菌如双歧杆菌可通过磷壁酸黏附作用占据于肠上皮细胞 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面，形成一层菌膜屏障，抑制肠道内（主要为肠杆菌科细菌）以及外源性潜在致病菌（PPMOs）对肠上皮细胞的黏附、定植，起定植抗力作用(1，2)；另一方面，肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等生理有益菌还有多种生物拮抗功能，如通过争夺营养，酸性代谢产物（乙酸、乳酸）降低肠道局部pH、产生具有广谱抗菌作用的物质如亲脂分子(3)、小菌素、过氧化氢等(4),对肠内大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、沙门菌、链球菌等起抑菌或杀菌作用，抑制肠道PPMOs生长。双歧杆菌还可显著抑制E.Coli O157∶H7对肠细胞株Caco-2上皮细胞的黏附(5)。可以认为肠道正常菌群参与了肠道第一道屏障的构建。 1.2 肠道黏液层：主要由肠道杯状细胞及肠上皮细胞分泌的黏蛋白组成。含大量水分的黏蛋白象凝胶样铺垫在肠腔内，同时黏液层中也包含了分泌性免疫球蛋白（sIgA）。黏蛋白是一类糖蛋白，由杯状细胞表达的MUC2、MUC3型黏蛋白是回肠、结肠黏蛋白的主要分，结肠黏蛋白以MUC2型为主，而MUC3型表达量低(6)；MUC3型主要由小肠杯状细胞及肠上皮细胞表达。黏蛋白碳氢结构特异，有细菌黏附结合的生态位点。黏液蛋白中的结合位点可与肠上皮细胞上的结合位点竞争，以阻止细菌（主要为PPMOs）与肠上皮结合，使细菌处于黏液层，以利于肠蠕动时被清除(7)。一般认为，黏液层为专性厌氧菌提供了良好的生态环境，可促进其生长。双歧杆菌、乳酸杆菌不仅不降解黏蛋白，还可促进肠道黏蛋白分泌，并抑制大肠杆菌、产气荚膜梭菌等有害菌对黏液、肠上皮细胞的黏附(8)。如乳酸杆菌L.rhamnosus GG可定植到肠上皮细胞上，并可诱导肠上皮细胞（HT-29细胞）黏蛋白MUC2、MUC3 mRNA表达及分泌黏蛋白，减少致病性大肠杆菌对肠上皮细胞黏附(9)。因此，肠道双歧杆菌、乳酸杆菌对维护肠黏液层屏障功能稳定有重要作用。 1.3 肠上皮细胞层：主要由肠上皮细胞及细胞间紧密连接组成，可阻止肠道细菌及毒素等大分子物质的通过。近年发现，肠上皮细胞具有吞噬细胞样的功能，又称为非专业吞噬细胞，可吞噬并杀灭细菌(9)。肠上皮细胞主要由隐窝中的多能干细胞分化而来，寿命为6~7 d，更新速度很快。肠道正常菌群成分对肠上皮细胞分化有影响，且这种影响与细菌数量呈明显的依赖关系，即细菌必须达到相当的数量（≥10.7 CFU）才能对肠上皮细胞的分化产生影响(10)。对悉生动物的研究表明，给无菌小鼠单联丝状分枝细菌后，窝隐细胞分化增快，肠绒毛处肠上皮细胞/杯状细胞的比值增加(10)。体外研究也显示，双歧杆菌、乳酸杆菌及其代谢产物可促进肠上皮细胞（IEC-6）DNA的合成，有促进肠上皮细胞增殖的作用(11)。肠道专性厌氧菌可产生丁酸为肠上皮细胞生长提供营养；肠道有益菌可通过增强肠上皮细胞紧密连结来加强肠上皮细胞层的屏障功能(12)。此外，双歧杆菌通过其代谢产物可抑制肠上皮细胞产生肿瘤坏死因子(TNF)(13)。 1.4 肠道免疫系统：又称肠道相关淋巴组织（GALT），包括肠上皮细胞间、固有层的淋巴细胞，淋巴滤泡，潘氏细胞，肠系膜淋巴结。GALT在防止细菌黏附及细菌移位中起着重要的作用。由B细胞转化为浆细胞后产生的sIgA被认为是肠道免疫屏障的一个重要方面，对肠道菌群有调节作用(14)。sIgA位于黏液层，可通过与细菌胞壁抗原决定簇结合包裹细菌，抑制细菌对肠上皮细胞的黏附，起到免疫排斥作用。研究发现，双歧杆菌、乳酸杆菌均可促进肠道GALT产生sIgA；双歧杆菌B.longum6001以及乳酸杆菌L delbrueckii subsp bulgaricus strain 1023对小鼠潘氏细胞有较强的丝裂原活性，可促进潘氏细胞尤其是B细胞的增生(15-17)。1.5 肠-肝轴：其主要功能在于防止肠道内毒素移位，因为胆盐可与内毒素结合形成去污剂样难以吸收的复合物，抑制内毒素移位，这在肝、胆系统疾病如阻塞性黄疸、肝衰竭中有重要的意义。 1.6 防御素(7)：防御素是一类由肠细胞分泌的肽类抗菌物质。防御素包括主要由潘氏细胞产生的α-防御素（HD-5、HD-6），肠上皮细胞产生的β-防御素（hBD-1、hBD -2）(18)及Cathelicidins（LL37/hCAP18），其作用机制在于其独特的结构及阳离子作用，它可与原核细胞膜磷脂中的阴离子结合并插入细胞膜中，形成膜孔，使原核细胞丧失能量及其他离子成分，细胞随之裂解。研究发现，大鼠失血性休克后，肠道潘氏细胞α-防御素产生增加10倍，结合失血性休克后，肠壁屏障功能下降，易发生细菌移位，故防御素也是肠壁黏膜屏障的组成部分(19)。 2 肠道屏障功能损伤因素及后果严重感染、重型肝炎、内毒素血症、休克、创伤、烧伤、滥用广谱抗生素、放疗、化疗、不合理全胃肠外营养等均可损伤肠道屏障功能。 　严重疾病时，常有肠道菌群失衡。我们的研究发现，慢性重型肝炎患者肠道双歧杆菌、类杆菌数量明显减少，而肠杆菌科细菌、肠球菌等显著增加，有肠道PPMOs过度生长的情况，存在肠壁屏障功能受损的依据(20，21)。动物实验证明，急性肝衰竭大鼠存在肠道微生态失调、肠道细菌及内毒素移位(22)。 　长期应用广谱抗生素，一方面杀灭肠道敏感的专性厌氧菌，损害菌膜屏障功能，使正常菌群肠道定植抗力及其他生物拮抗功能消失；另一方面使易产生耐药的肠杆菌科细菌（如大肠杆菌、克雷伯杆菌等）、外源性耐药菌及真菌易黏附于肠上皮细胞，并得到优势生长，同时扩大肠道内毒池，引起肠道细菌及内毒素移位(2)。由此引起的难以控制的二重感染、脓毒血症、多器官功能障碍综合征(MODS)甚至多器官功能衰竭(MOF)，是临床面临的一个十分棘手的问题。肠道过度生长的细菌通常为兼性厌氧的革兰阴性杆菌，这些细菌可通过产生细菌蛋白酶直接破坏肠上皮细胞微绒毛膜蛋白，或通过改变肠道上皮细胞的生化反应，使绒毛受损甚至消失(23)；此外，它们还可产生各种毒素或其他代谢产物抑制肠上皮细胞的蛋白质合成，从而损伤肠上皮细胞屏障。研究发现，白色念珠菌、铜绿假单胞菌及某些肠杆菌科细菌能产生可降解IgA的蛋白酶(24)，如降解IgA1的特异性IgA1蛋白酶，降解IgA1、IgA2的非特异性蛋白酶。已知IgA2亚族占肠道总sIgA分泌量的30%，占初乳sIgA的45%以上。因此，肠道微生态失衡，肠杆菌科细菌、铜绿假单胞菌及白色念珠菌等获得优势生长后，此类蛋白酶即可大量降解肠道sIgA，使肠道由sIgA引起的免疫排斥功能减弱或消失，进一步促进PPMOs对肠上皮细胞的黏附、定植，引起严重后果。如何从肠道微生态平衡角度修复、维护肠道屏障功能是临床必须面对的问题。 　创伤、烧伤、失血性休克等常可引起肠屏障功能损伤，主要涉及到肠细胞屏障功能损伤，缺血-再灌注损伤是肠上皮细胞损伤的主要原因之一(25，26)。孙晓庆等(27)在肠缺血-再灌注损伤模型、烫伤模型和急性坏死性胰腺炎模型研究中均证实存在肠壁屏障功能受损和通透性增加。在缺血、缺氧状态下，一方面，肠上皮细胞内ATP转化为次黄嘌呤，再灌注时，次黄嘌呤经黄嘌呤氧化酶作用与O2发生反应，生成有细胞毒性作用的超氧阴离子等一系列氧自由基，引起肠上皮组织的损伤；另一方面，缺血-再灌注损伤可以促进肠上皮细胞表达白细胞介素-6（IL-6)、TNF等细胞因子，增加肠黏膜的通透性。因此，肠上皮细胞既是氧自由基、炎性细胞因子产生的部位，又是其作用的靶位，这使得肠上皮细胞极易受损(25)。缺血-再灌注损伤还可使肠上皮细胞吞噬细菌增加，杀菌功能下降，促进细菌移位的发生。 　适量的一氧化氮（NO）对抗感染有益，但严重感染、内毒素血症时，内毒素可诱导诱生型一氧化氮合酶（iNOS）表达，导致NO过量产生，引起一系列不良后果(28)。研究发现，NO在形成过氧化亚硝酸盐后，可通过氧化铁-硫中心、蛋白质巯基、损伤DNA、脂质过氧化、灭活Na+通道、破坏细胞肌动蛋白骨架、抑制ATP形成、松解肠上皮细胞间的紧密连接等方式破坏肠上皮细胞屏障功能；用二硫代氨基甲酸盐衍生物清除过量的NO及其毒性衍生物过氧化亚硝酸盐可阻止内毒素引起的肠屏障功能下降及肠道细菌移位。此外，内毒素还可通过激活其效应细胞（单核-巨噬细胞）释放一系列炎症介质，如TNF、IL-1、IL-6、血小板活化因子等损伤肠上皮细胞，增加肠壁通透性，加重细菌移位。 　谷氨酰胺（Gln）是肠上皮细胞及GALT生长主要的能量来源，全胃肠外营养因缺乏Gln，可引起肠黏膜萎缩，影响肠上皮细胞屏障功能。专性厌氧菌的主要代谢产物丁酸是结肠上皮细胞的主要营养来源，缺乏可促进专性厌氧菌生长的纤维素食物，或由于滥用广谱抗生素后肠道菌群失调且长时间不能纠正，也可影响结肠上皮细胞的生长(29)。 3 调节肠道微生态在肠道屏障功能维护中的作用 　根据肠道屏障的结构、受损原因及病理生理过程的变化，可将肠道屏障功能保护措施分为两大类：针对恢复、维持肠道微生态平衡及针对修复、保护肠上皮细胞功能措施。 　肠道正常菌群在肠道屏障构建、维护及破坏方面均起重要作用，此与肠道微生态平衡与否有密切关系。因此，从肠道微生态角度维护肠道屏障功能的完整性有着重要的临床意义：①合理应用抗生素：肠道正常菌群中的专性厌氧菌如被杀灭，则肠道定植抗力消失，可促进肠道内兼性厌氧的革兰阴性杆菌(主要为肠杆菌科细菌)耐药性的形成及外源的耐药菌定植与优势生长。因此，早期经验性用药并及时根据细菌培养、药敏试验结果调整用药是基本 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，目的在于尽可能地保护菌膜屏障功能。②选择性肠道脱污染(30)：即利用针对兼性厌氧的革兰阴性杆菌及真菌的窄谱抗生素，短期内预先清除PPMOs，以有效保护专性厌氧菌，尤其是膜菌群，减少细菌移位及临床感染的发生，待患者渡过危险期后即可撤用。③补充医学益生菌：从益生菌到医学益生菌，这是对微生态制剂临床重要性的体现，目前研究较多的是双歧杆菌及乳酸杆菌两大类。补充医学益生菌的目的在于恢复肠道微生态平衡，修复肠道菌膜屏障(31)；抑制PPMOs过度生长，减少肠道内毒素的产生(32)；促进肠上皮细胞黏蛋白分泌及潘氏细胞sIgA的分泌，调节全身免疫功能等。据研究，肠道正常菌群可起一定的抗炎作用，因而又被称为抗炎微生物(33，34)。但医学益生菌菌种选择、功能的确定及如何保证足量有效的活菌进入肠道是目前需要加强研究的问题，否则会影响其临床疗效。④补充益生元：益生元又称结肠食品，如乳果糖、菊糖、果寡糖等，可促进肠道有益菌优势生长，并籍此抑制PPMOs生长及其有害代谢物的产生。乳果糖一方面可通过扶植双歧杆菌等有益菌优势生长来抑制肠杆菌科细菌等生长，以减少内毒素的产生；另一方面，通过其酸性代谢产物促进肠蠕动，加快肠道细菌及毒素的排出，而几乎无任何毒副作用。 4 其他维护肠道屏障功能的方法 在修复、保护肠上皮细胞功能方面，还有以下措施：尽早恢复经肠道营养，并在肠道营养配方中补充燕麦、精氨酸、ω-3脂肪酸等(27)免疫营养剂，以保护肠黏膜屏障，增强肠道免疫功能，预防肠道细菌移位，对那些不能经肠道营养者，应补充足量的Gln，同时给予生长激素，以促进肠上皮细胞的生长；维持血流动力学的稳定，改善组织灌流，是减少缺血-再灌注损伤的重要措施；应用别嘌呤醇可阻断氧自由基的产生；二硫代氨基甲酸盐衍生物的早期应用可清除自由基及减少NO的过量产生；对严重感染患者可用血液净化技术清除血液中内毒素及TNF-α、IL-1等炎性介质。 　以上措施在临床应根据实际情况综合应用。由于肠道屏障功能、肠道微生态，尤其是肠道微生态与肠道屏障功能之间的关系极为复杂，很多问题还需深入研究。