【正文】
腸漏反映腸道通透性的簡化術語,在研究克羅恩病、乳糜瀉及非甾體抗炎藥(nonsteroidal anti-inflammatory drugs,NSAIDs)所致的消化道潰瘍時被提出,提示腸道通透性升高【1,2】。 關於腸漏症候群,目前通俗說法認為,腸屏障由單層腸上皮細胞連接構成,細胞連接破壞會導致腸道通透性加,食物大分子、腸道代謝廢物、微生物及毒素等會透過腸屏障進入血液循環,刺激自身免疫系統引起多種免疫性疾病,細菌、毒素可損傷內臟器官引起多種全身性疾病。腸漏被宣傳嚴重威脅人類健康,是導致食物過敏、纖維肌痛、慢性疲勞及自閉症等多種臨床症狀的病因,通過改善腸屏障功能、恢復腸道通透性可以治療多種疾病;但需要強調的是,這種說法缺乏臨床研究數據支持,過度誇大了腸漏在非腸道疾病中的作用。嚴格意義上講,腸漏是指腸上皮細胞緊密連接功能障礙,導致細胞旁路途徑異常開放、腸道通透性增加,其與腸上皮細胞病理性凋亡和潰瘍導致的上皮細胞層完整性破壞不同,即使細胞旁路途徑異常開放,大分子物質或細菌等也無法通過細胞旁路途徑進入體內【3】。因此客觀地看待腸漏與疾病的關係,有助於臨床醫生及時診斷及治療腸道通透性升高所致疾病。本文將對腸道機械屏障與腸道通透性的關係、腸道通透性的檢測方法、腸道通透性與疾病的關係進行闡述,探討腸漏的機制及臨床意義。
1 腸道機械屏障與腸道通透性
腸屏障是腸道防止腸腔內的有害物質(細菌、毒素、代謝廢物等) 穿過腸黏膜進入血液循環和機體內其他組織器官的結構和功能的總和,是一個動態變化的整體,隨著與不同的刺激物相互作用而發生變化。廣義的腸道屏障主要由機械屏障、微生物屏障、化學屏障及免疫屏障構成。本文探討的腸漏主要是由於機械性屏障功能障礙,導致細胞旁路途徑異常開放,腸道通透性升高,表現為溶質和液體通過腸道上皮細胞在腸腔和組織間進行交換的能力增加。
腸機械屏障包括表面黏液層、腸上皮細胞、細胞間緊密連接及黏膜下固有層。黏液層由不動水層、多糖 -蛋白複合物、高度糖基化黏蛋白及免疫球蛋白 (immunoglobulin A,IG-A)等構成,可以隔絕一些大分子物質,使其無法與腸上皮接觸,可以抑制有害菌黏附、定植。膽鹽及食物乳化劑等親脂、親水的兩性分子可以破壞腸黏液層,損害腸道屏障功能,增加腸道通透性【4,5】。腸上皮細胞主要由吸收細胞、杯形細胞及潘氏細胞等構成。吸收細胞含量最多,呈高柱狀,起主要的機械屏障作用,其中緊密連接是細胞間最重要的連接方式,是細胞旁路途徑(圖1)的調節因子,吸收細胞可分泌氯化物和抗菌多肽發揮免疫防禦功能。潘氏細胞主要位於腸隱窩,可產生α-防禦素、溶菌酶及 Reg3蛋白等物質,具有殺菌、抑制細菌移位的作用【6,7】。黏膜下固有層中含有成纖維細胞、漿細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、 肥大細胞及淋巴細胞,可以通過分泌IgA細胞因子,趨化因子和肥大細胞蛋白酶等共同參與構成腸機械屏障。
腸道上皮細胞間頂面由緊密連接和黏附連接連接,在靠近細胞基底面由橋粒連接。其中緊密連接是細胞間最重要的連接方式,起著調節細胞旁路途徑的作用。緊密連接由多種膜蛋白構成,其中整合蛋白(occuldin和claudin)連接細胞頂端間隙並調節細胞間通透性。其中,claudin家族最為重要,claudin 1、3、4、5和 8 可以增加腸屏障功能,降低腸道通透性;而claudin 2、7、10和23可以降低腸屏障功能,增加腸道通透性【7】。此外,斑塊蛋白【連接黏附分子(junctional adhesion molecules,JAMs)、緊密連接蛋白(zona occludens,ZO)、上皮細胞鈣黏蛋白 (E-cadherin)】整合緊密連接蛋白和肌動蛋白細胞骨架間的連接。緊密連接蛋白具有電荷選擇性和離子大小選擇性,主要調控孔通道和滲透通道,其中細胞旁路途徑中的孔通道具有高容量、電荷選擇性及離子大小選擇性,在離子及水轉運方面有重要作用,細胞旁路途徑中的滲透通道具有低容量、非選擇性的特點【8】 。促炎因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)可作用於滲透通道增加腸道通透性,而IL-13可通過上調整合蛋白claudin-2 作用於孔通道,增加腸道通透性【9】。
另外,腸道細菌及其代謝產物也參與調節機械屏障,如雙歧桿菌通過調節細胞緊密連接的密封蛋白,降低壞死性腸炎小鼠模型的腸道通透性【10】 ;布拉氏酵母菌CNCM I-7475 能夠糾正腸道微生物群失調並改善腸道上皮屏障功能【11】。不同大腸埃希菌菌株對腸屏障的作用不同:大腸埃希菌尼氏 1917(Escherichia coli Nissle 1917,EcN 1917)菌株能夠上調緊密連接蛋白-2(zonula occludens 2,ZO-2)的表達,降低右旋葡聚糖硫酸鈉 (dextran sodium sulfate,DSS)結腸炎建模小鼠的腸道通透性【12】; 但移位的非致病性大腸埃希菌C25菌株則會增加腸道通透性【13】。細菌的代謝產物,包括經細菌脫羧作用產生的次級膽汁酸、細菌酵解產生的短鏈脂肪酸等,均具有增強腸道屏障功能的作用【14,15】。
2 腸道通透性的檢測方法
腸道通透性是指分子通過非載體依賴擴散的方式通過腸道上皮細胞層的過程,可反應腸黏膜的損傷程度,是評價腸屏障功能的重要指標。腸道通透性可受多種因素影響,其中晝夜周期節律和心理應激是最易被忽略的影響因素【16,17】。
2.1 體內腸道通透性檢測 目前檢測腸道通透性的分子探針主要有糖類、放射性核素及聚乙二醇類,這些分子探針在體內無法代謝,能被腎小球濾過,但無法被腎小管重吸收,通過計算這些探針分子在尿液中的排出率,可以評價腸道通透性【9】。目前最常用的是糖分子探針,主要分為單糖如甘露醇、鼠李糖,二糖如乳果糖、三氯蔗糖。糖分子探針在小腸及結腸內均可被吸收,分析不同時間段尿液中糖分子探針的排出率可以反映腸道不同節段的通透性,如 0~2h主要反映小腸通透性,8~24h主要反映結腸通透性【18】。糖分子探針中甘露醇和乳果糖排出率較高, 受腸腔內滲透壓影響較小,乳果糖/甘露醇排出率比值(lactulose mannitol excretion ratio,LMR)是目前常用的評估腸道通透性的指標。乳果糖分子較大 (相對分子量342,直徑0.92nm),只能經受損的細胞旁路途徑透過腸道被吸收;甘露醇分子直徑較小(相對分子量182,直徑0.67nm),可以通過腸上皮細胞的水溶性微孔經跨細胞途徑被腸道吸收。在某些病理或應激狀態下,腸黏膜受損、萎縮,腸道吸收面積減少,導致甘露醇通過量減少、腸上皮細胞間的緊密連接受到破壞、乳果糖的通過量增加,使 LMR值升高,提示腸道通透性增加。 目前臨床中常用的組合是乳果糖或三氯蔗糖(二糖)與甘露醇或鼠李糖(單糖)的組合,但由於食物對三氯蔗糖和甘露醇的潛在「汙染」,目前更推薦採用乳果糖和鼠李糖或13C-甘露醇組合檢測腸道通透性。但 Camilleri M【19】通過對糖分子探針分子大小進行分析,結果顯示不同糖分子探針的分子直徑無顯著差異,並提出糖分子探針的三維結構可能是影響其吸收的重要因素。因此,糖探針分子是否經過不同途徑穿過腸上皮,仍有待研究進一步證實。51Cr-EDTA無法被腸道細菌代謝、降解,可用於檢測結腸腸屏障的完整性,但因其具有放射性,限制了其在臨床上的應用【20】。 聚乙 二醇類 (polyethylene glycol,PEG)物質不存在於人體內,無法被代謝,可通過計算 PEG在尿液中的排出率評價腸道通透性, 但此類探針分子兼有水溶性和脂溶性,在腸道吸收時易受腸道滲透壓的影響,且檢測過程耗時較長,無法用於快速診斷【21】。另外,其他腸道屏障功能評價指標,如血漿細菌內毒素、D-乳酸、瓜氨酸、腸型脂肪酸結合蛋白 (intestinal fatty acid binding protein,IFABP)及 claudin-3均有報導被用於評價腸道通透性。
2.2 體外腸道通透性檢測 通過內鏡活檢獲取腸黏膜組織樣本,在體外利用尤斯灌流室 (Ussing chamber)系統檢測放射性核素標記或螢光素標記的大分子物質透過腸道上皮層的比率來評估腸上皮的通透性,已成為研究腸道通透性的重要方法之 一。但體外檢測方法並不能完全反映腸屏障功能,如在體內通過腸屏障的探針分子的分子量大小要比體外小10倍。 另外,腸道其他功能性屏障,如固有層、黏膜下神經細胞的神經支配和末端毛細血管的通透性等,均是探針分子穿過腸屏障進入體內的潛在障礙。其他體外檢測方法還包括定量檢測腸黏膜組織中的緊密連接蛋白,電壓電阻儀測定腸上皮細胞跨膜電阻抗變化(transepithelial resistance,TER)【22】,利用光學或電子顯微鏡直接觀察腸上皮細胞、腸微絨毛及細胞內細胞器變化情況,利用共聚焦顯微內鏡直接觀察靜脈注射螢光素在腸腔內的滲漏情況【23】。
3 腸道通透性升高的臨床意義
3.1 腸道通透性與疾病的關係 目前腸道通透性升高與疾病的關係並不明確,Odenwald MA和Turner JR【9】認為:①腸道通透性改變可能只是一個偶然事件,任何炎症過程均可能削弱腸道屏障的完整性,其他因素如飲食構成、膽汁酸等也可改變腸道屏障功能。②雖然過敏原、應激及體育運動等均可能改變腸道通透性,但這一過程對臨床結局的影響仍不明確。③腸道通透性升高本身並不足以導致某種疾病的發生。④腸道通透性增加並不一定是有害的,目前尚無可靠證據表明提高或恢復腸道屏障功能可以改變某一疾病的自然病程【9】。雖然有研究顯示細胞緊密連接調節劑 Larazotide acetate能夠抑制緊密連接開放,降低腸道通透性,可用於治療乳糜瀉【24】,抗TNF-α治療可以減輕炎症性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)患者的腸黏膜炎症,降低腸道通透性【25】,但這只是為這些疾病的治療提供了一個嶄新的方向,將降低腸道通透性作為治療靶點仍為時尚早。
腸道通透性升高多見於IBD和乳糜瀉,在 IBD 患者未患病的直系親屬中也可能出現腸道通透性增加【26】。 在腸易激症候群(irritable bowel syndrome,IBS)中,腸道通透性增加也很常見,且與IBS導致的腹痛相關,但嚴重程度要低於IBD和乳糜瀉【27】。Dinca R等【28】的縱向研究結果表明,腸道通透性升高出現在克羅恩病復發前,提示腸屏障功能障礙可能是 BQF的發病因素之一。此外很多非腸道疾病被認為與腸道通透性升高相關,包括哮喘、自閉症、帕金森病、多發性硬化、溼疹、牛皮癬、嗜酸性食管炎(Eosinophilic esophagitis,EoE)、纖維肌痛、抑鬱症、慢性疲勞症候群、多器官衰竭症候群 (休克、燒傷和創傷)非酒精性脂肪肝、酒精性肝硬化、肥胖、代謝症候群、胰腺炎和類風溼關節炎等,但仍缺乏相關臨床依據【9,29】。但值得注意的是,上述疾病多與腸上皮病理性凋亡或潰瘍所致的腸上皮層完整性破壞或胞吞轉運作用相關,而並非是細胞旁路途徑異常開放所致的腸漏【30】。
3.2 腸道通透性與應激的關係 不同原因導致的持續性應激狀態會降低腸屏障功能,增加腸道通透性,飲食等非藥物幹預措施可以降低應激狀態導致腸通透性升高。Karl JP等【31】對參加滑雪越野訓練士兵的腸道通透性進行分析,這些士兵在訓練期間處於持續性應激狀態,結果顯示他們的腸道通透性較訓練前顯著升高,且腸道通透性升高與腸道菌群構成、腸道代謝及炎性因子的改變相關。Marchbank T等【32】研究了牛初乳對劇烈運動後的運動員的腸道通透性的影響,結果顯示運動後運動員尿液中乳果糖/鼠李糖比值(Iactulose rhamnose ratio,LRR)增加,提示腸道通透性升高,服用牛初乳組LRR增加程度顯著低於對照組。Mahmood A等【33】分析了鋅肌肽對吲哚美辛所致的腸道通透性升高的治療作用,結果顯示安慰劑組志願者口服吲哚美辛後LRR值較前增加了 2倍,而鋅肌肽組的志願者腸道通透性較前無明顯變化。
3.3 腸道通透性與微生物群落改變的關係 腸道通透性升高、微生物菌群改變及疾病表型之間的關係在動物模型中已被證實,但對三者之間的因果關係仍存在爭議。在慢性肝病中,一種假說認為腸道細菌(如大腸埃希菌)過度生長、繁殖產生大量內源性乙醇,導致腸通透性增加,進而細菌或細菌產物穿過通透性增加的腸屏障,發生移位並誘發肝炎【34】。另一種假說認為,慢性肝病會引起全身性炎症反應,導致腸道通透性增加,腸道細菌發生移位並進一步損害肝臟【35】。但在臨床研究中,腸道屏障功能障礙、疾病表型及微生物菌群改變間的關係仍未完全明確,三者間的關係多是基於假說或推斷,腸道通透性增加可能是某些疾病的原因或結果,正常或異常的微生物群落可能通過炎症反應或其他作用對某種疾病產生影響。研究表明,食管微生物菌群如嗜血桿菌、奈瑟菌及棒狀桿菌,可促進EoE的發生【36,37】,但腸道通透性改變與EoE間的關係仍不明確,Leung ATJ等【38】研究表明 EoE患者腸道通透性較對照組無明顯變化,但Katzka DA等【39】研究表明在 EoE活躍期,患者小腸通透性升高。在某些情況下,微生物菌群改變可能會對人體有益,如乾酪乳桿菌菌株Shirota(Lactobacillus casei strain Shirota)或益生菌VSL#3(probiotic VSL#3)可用於治療肝硬化【40】。
4 降低腸道通透性的臨床研究
表1總結了部分改善腸道通透性的臨床研究,其中Zhou Q等【41】開展了一項口服穀氨醯胺對IBS患者腸易激症候群嚴重程度評分 (Irritable Bowel Syndrome Severity Scoring System,IBS-SS) 及腸道通透性影響的隨機對照臨床試驗,結果顯示口服補 充穀氨醯胺可顯著降低 IBS患者腸易激症候群嚴重程度評分、減少大便次數、增加大便稠度、降低腸道通透性。其他臨床研究分析了多種不同的療法,但多數研究樣本量較小,其臨床有效性仍有待進一步驗證。腸道益生菌或共生菌有望用於改善人體腸道屏障功能,但目前研究多處在動物研究階段,如嗜黏蛋白-艾克曼菌來源的胞外囊泡(Akkermansia muciniphila-derived extracellular vesicles,AmEVs)可以降低腸道通透性,增加腸道屏障功能【42】,植物乳桿菌最小結構域微整合膜蛋白(micro-integral membrane protein,MIMP),可降低腸道通透性、降低促炎因子(INF-y、IL-17和IL-23)表達、增加抗炎因子(IL-4和IL-10)表達【43】。目前較為明確的是通過飲食及非藥物療法,如益生元、益生菌等,可以治療非病理性疾病所導致的腸通透性升高。
5 結論
腸漏通常是指細胞旁路途徑異常開放,導致腸道通透性增加,其與腸上皮細胞病理性凋亡和潰瘍導致的腸上皮細胞層完整性缺失不同,即使細胞旁路途徑異常開放,大分子類物質或細菌也無法通過腸上皮細胞層。目前腸道通透性檢測方法多樣,尚無診斷金標準,臨床應用中應結合各種檢測方法的優缺點及患者情況,選擇合適的檢測方式。一些非病理性疾病或狀態,如應激,也可導致腸道通透性升高,通過飲食等非藥物幹預措施可以改善這些原因導致的腸漏。但是對於病理性疾病,雖然一些藥物、營養素、益生菌或植物提取物可降低腸道通透性,但其有效性仍有待臨床研究進一步證實,對這些疾病,目前仍應以治療原發病為主,將降低腸道通透性作為治療靶標仍為時尚早。