肠-肝轴研究进展

中国科技论文在线肠-肝轴研究进展#张雪群，马燕燕*基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20090101120110）；浙江省医药卫生科学研究基金（2009A070）作者简介：张雪群（1980-），女，副研究员，主要研究方向：脂肪性肝病的发病机制和诊治.E-mail:[e-mail]（浙江大学医学院附属第一医院消化内科）5摘要：肠道除了消化吸收功能外，还是人体重要的防御屏障，而肝脏作为第二道防御线，通过门脉系统与肠道屏障相互联系。肝脏疾病可以引起肠黏膜屏障受损，进而肠道内细菌发生移位，导致菌血症和内毒素血症，并进一步加重肝损伤。基础研究和临床资料均显示肠道和肝脏不是两个相互独立的器官，在功能上有着广泛的联系。关键词：内科学；肠-肝轴；肠道屏障；肝损伤10中图分类号：R575.5Theadvancesinresearchesofgut-liveraxisZHANGXuequn,MAYanyan(DigestiveDepartment,theFirstAffiliatedHospital,ZhejiangUniversity,310001)15Abstract:Thegutisregardedasthebody'simportantdefensebarrierinadditiontoitsroleindigestionandabsorption.Theliver,however,astheseconddefensiveline,contactswiththegutthroughtheportalsystem.Liverdiseasecancauseintestinalbarrierdamageandintestinalbacteriashift,whichleadstobacteremia,endotoxemia,andfurtherexacerbationofliverinjury.Basicresearchandclinicaldatashowedthatthegutandtheliverarenottwoindependentorgans.They20haveextensivecontactsonfunctions.Keywords:internalmedicine;gut-liveraxis;intestinalbarrier;liverinjury0引言肠道和肝脏具有共同的胚胎学起源[1]，而且肝脏持续不断地通过门脉系统从肠道接受血25液。我们有理由相信肝和肠之间有密切联系，1998年，Marshall提出了“肠-肝轴”的概念[2]：肠道遭受打击后，肠屏障功能受损，肠道内细菌和内毒素大量进入门静脉系统，肝脏内的kupffer细胞等被这些内毒素激活，释放一系列炎性因子；另一方面肝脏受损后，kupffer细胞吞噬能力下降，免疫蛋白合成减少，血流动力学改变等等，也会造成肠道功能受损。肠-肝轴之间通过各种细胞因子和炎症介质之间相互作用和相互影响，构成了一个复杂的网络30结构。1肠道机械屏障完整的肠道粘膜上皮细胞及细胞间的紧密连接能阻止细菌及大分子物质的侵入。黏膜上皮细胞是肠道机械屏障的主要组成部分，除非有特殊转运体，否则他们对亲水物质是不能透过的。在细胞旁间隙的屏障作用由紧密连接所替代[3]。紧密连接是相邻上皮细胞间隙的松散35连接，由蛋白质组成，起封闭细胞间隙的作用，只允许分子量小于500Daltons的物质通过，因此可有效阻止肠腔内细菌、毒素和炎性介质等物质从肠腔内渗漏到周围组织中；此外，肠道的正常蠕动能排除潜在致病菌，减少其在肠道中的停留。另外，肠道粘膜杯状细胞分泌的粘液，主要为高分子量的糖蛋白，覆盖于肠上皮细胞表面，为专性厌氧菌的生长及粘附提供中国科技论文在线了适宜的环境，也能阻止潜在致病菌的定植，抑制消化道中的消化酶和有害物质对上皮细胞40的损害。在严重创伤、重症全身性疾病等应激状态下，各种神经、免疫和内分泌机制作用于肠上皮，导致肠黏膜屏障功能改变，进而导致肠黏膜屏障的损伤[4]。Such等人[5]和Ramachandran等人[6]对慢性肝病患者肠黏膜超微结构进行研究发现患者的肠黏膜上皮发生变性，微绒毛排列紊乱，细胞间紧密连接松解，提示肠黏膜机械屏障严重破坏。另外，酒精和烧伤引起的损45伤[7]、梗阻性黄疸等特殊情况[8]及全肠外营养等也能损伤肠道粘膜的有效屏障作用，这均为细菌移位提供了有利条件，引起一系列的损伤。2肠道免疫屏障肠道免疫屏障包括细胞免疫屏障和体液免疫屏障。而细胞免疫屏障又包括肠上皮细胞、肠道上皮内淋巴细胞、固有层淋巴细胞、peyer's淋巴结和肠系膜淋巴结。肠道黏膜免疫系统50是机体免疫系统内最大也是最为复杂的部分[9]，因为肠道的内环境非常复杂，使得肠道黏膜免疫系统持续地受到包括病原体、食物蛋白和共生菌群在内的信号刺激，既要维持肠黏膜重要的生理功能，即对外来食物抗原产生免疫耐受，保障机体对营养物质的消化和吸收；又要发挥黏膜防御功能，对肠道内条件致病菌、外来菌进行免疫监视和清除[10]。若打破肠道粘膜组织内免疫耐受，肠内菌群失调，肠内大量毒素移位超出肠道及肝脏内55的单核巨噬细胞系统的处理能力，会导致免疫反应失控，引起大量的炎症介质释放。由于门静脉回流，肝脏又成为首要受害器官，激活肝星状细胞分泌细胞因子产生炎症反应，引起细胞因子级联反应，进一步加重肝脏的损伤及病情进展。2.1肠黏膜免疫的主效因子——SIgA分泌型IgA(secretoryimmunoglobulinA，SIgA)是黏膜体液免疫的主要效应因子，是肠60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粘附和定植的第一道防线。微生物引起感染的先决条件是必须粘附在组织细胞上，进而生长繁殖。而SIgA有4个结合位点，能通过与细菌结合，封闭细菌与肠上皮细胞结合的特异部位，阻止其与肠上皮细胞的吸附，避免细菌穿透肠上皮发生移位[11-14]，是阻止细菌移位的重要环节。而且，SIgA可中和肠道内的毒素、酶和病毒，并结合抗原形成免疫复合物通过吞噬作用清65除，还可激活补体的C-3旁路途径，与溶菌酶、补体共同引起细菌溶解。在小鼠模型中发现，SIgA对于保护肠道上皮避免霍乱肠毒素的损害是非常必要的[15]。Spaeth[16]发现肝硬化大鼠体内SIgA分泌减少，说明肝硬化的发生影响SIgA的分泌。机体免疫力的下降使得机体清除内毒素的能力减弱，进而促进了内毒素血症的发生。肠黏膜免疫的主效因子——SIgA702.2Peyer'spatch（PP）与淋巴小结相关上皮细胞（M细胞）肠相关性淋巴样组织中最有代表性的是Peyer'spatch（PP），它是位于粘膜固有层的疏松结缔组织中的淋巴小结的集合体。PP其肠管管腔侧有一层特殊分化的圆柱上皮细胞层覆盖，这层上皮又称滤泡相关上皮，由绒毛上皮和M细胞构成[17]，而M细胞是各种细菌和毒性抗原的传送者[18]，很早以前就有人认为M细胞是肠道免疫的第一步[19]。75PP内大部分T淋巴细胞属胸腺依赖性细胞，位于滤泡间区，表达T细胞受体（TCR），主要是抗原特异的Thl和Th2及CTL，这些细胞诱导和调整了体液免疫和细胞介导的免疫反应，是粘膜屏障的重要组成部分。而B淋巴细胞位于滤泡区，属于非胸腺依赖性细胞。内，与一定数量的PP细胞如树突状细胞、T和B淋巴细胞选择性交联[20]，它们产生组织相容性复合物，经80CD4+T淋巴细胞的处理和表达，诱导B细胞增生和分化，转变成产生细胞因子的细胞或浆细胞，产生粘膜免疫。2.3肠上皮内淋巴细胞肠道拥有人体最大的粘膜相关淋巴样组织，涉及两种不同表型的淋巴细胞，即上皮内淋巴细胞(intraepitheliallymphocyte，IEL)和固有层淋巴细胞(1aminapropfialymphocytes，LPL)。85LPL包括B淋巴细胞、浆细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞，分布在血管和淋巴管丰富的结缔组织中。iIEL位于肠黏膜基底膜上方，黏膜上皮细胞之间的一群表型及功能异质的淋巴细胞。占iIEL大部分的CD8+T细胞能产生Thl和Th2两种类型的细胞因子，以发挥抗细菌、抗病毒及抗局部细胞癌变的作用。iIEL还能针对病原体入侵及上皮细胞变性做出的快速反应机制，起到溶细胞作用。Inamura等[21]对小鼠肝硬化模型的研究90表明，造模12周后，上皮内区域及肠腔内的淋巴细胞均有显著增加，免疫组化检测发现肝硬化鼠CD8亚群明显增加，经过分离纯化后iIELCD3+细胞比例在96%以上，流式细胞仪检测发现肝硬化鼠iIEL数量明显增加2.38±0.50×10／cm小肠。因为iIEL是最靠近肠腔的肠道免疫系统的部分，而且小鼠iIEL在体内和体外受到刺激时可分泌多种细胞因子，所以我们有理由相信肝病的发展过程中伴随着iIEL的变化。953肝脏屏障作用现在认为，肝脏网状内皮系统也是肠道屏障的组成部分。肝脏网状内皮细胞主要为Kupffer细胞，占全身单核吞噬细胞系统的80％～90％，是机体一道重要的防线。肝脏的网状内皮系统如肝窦状内皮细胞和kupffer细胞可清除LPS，不引起局部炎症反应，阻止全身播散及全身炎症反应。而且，肝窦状内皮细胞作为肝网状内皮系统的一部分，可以不依赖100kupffer细胞而独立清除LPS，充当清道夫的角色。肝脏疾病时，肝脏kupffer细胞吞噬功能降低，内毒素清除减少。肝细胞损伤合成白蛋白的能力下降，免疫功能下降。交感神经兴奋，副交感神经抑制，消化道运动、分泌、吸收等功能普遍受到抑制。NO生成增加，抑制平滑肌收缩，血管扩张，引起血流动力学改变[22]。门脉高压引起肠道微循环障碍，肠黏膜充血、水肿和糜烂，削弱了肠道屏障功能，使通透性105增加。Kalaitzakis[23]及Lee[24]等人采用不同的检测方法测定肝硬化患者肠道通透性的变化，均发现肝硬化患者存在肠道通透性的异常。也有研究发现肝硬化患者肠化生和肠道萎缩的发生频率较正常人明显升高[25]。总之，肝脏疾病时也会影响肠道的功能。4肠道菌群众所周知，包括人体在内的哺乳动物经过长期的进化后，已经与复杂庞大的微生态系统110密切相关。肠道菌群是人体最大、最复杂、最重要的微生态系统，正常成年人肠道内的肠道菌群总重量有l-2kg，包含约500-l000种不同的类型，其细胞总量约有1013-1014，几乎是人体自身细胞的l0倍，其编码的基因数量至少是人体自身基因的100倍[26-28]。但由于肠黏膜的屏障功能，这些菌群都被限制在肠道内，参与营养代谢而不表现出病理症状。肠道发生病变如小肠细菌过度生长（smallintestinalbacterialovergrowth，SIBO）、细菌115移位、肠黏膜通透性改变等所产生的肠源性内毒素血症（intestinalendotoxemia，IETM）自中国科技论文在线始自终起着关键作用。而内毒素（endotoxin，ET）可能激活肝脏Kupffer细胞，一方面使其增殖和变形，增强吞噬和杀灭细菌或病毒能力，清除来自肠道门静脉系统中的细菌及内毒素等微粒物质，而当肝功能受损时其清除率降低；另一方面伴有多种细胞因子、炎症介质等的释放，后者又反过来加重了肝脏的损害，从而形成恶性循环，最终可能导致肝功能衰竭，甚120至多器官功能障碍。4.1菌群易位与内毒素血症细菌易位（bacterialtranslocation,BT）是指细菌或细菌产物从胃肠道通过上皮转位至系膜淋巴结或其他肠外器官[29]。最常见的易位细菌是肠道菌群的革兰氏阴性菌、肠球菌及其他链球菌属。正常情况下，少量的细菌易位能被肠道免疫系统破坏掉。导致易位的主要机制125包括肠道