李靜 蔣春明,2

1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院，浙江杭州 310053；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬杭州市第一人民醫(yī)院兒科，浙江杭州 310006

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一種病因尚不明確的慢性胃腸道炎癥性疾病，主要分為克羅恩?。–rohn’s disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）兩種臨床類型。流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明，IBD 的發(fā)病率和患病率在世界范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，且發(fā)病呈年輕化態(tài)勢(shì)，已成為一種亟待研究的全球性疾病。研究表明腸道菌群在調(diào)控腸道屏障方面具有重要作用，深入研究腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在IBD 腸道屏障中的作用，了解與其相關(guān)的通路與機(jī)制，可為研究腸道菌群靶向治療IBD提供依據(jù)和線索。

1 IBD 患者腸道屏障改變

1.1 黏液屏障——黏液層

腸道黏液屏障位于腸上皮和腸腔微生物之間，主要結(jié)構(gòu)是由杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白2（Muc2）。最新研究發(fā)現(xiàn)，杯狀細(xì)胞存在兩種分化軌跡，分為隱窩間杯狀細(xì)胞（intercrypt GC，icGC）和隱窩杯狀細(xì)胞。隱窩杯狀細(xì)胞產(chǎn)生的黏液羽（mucus plume）覆蓋于隱窩表面，對(duì)保護(hù)隱窩底部干細(xì)胞微環(huán)境的穩(wěn)定性起重要作用。icGC 具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄譜，可產(chǎn)生滲透性黏液，填補(bǔ)隱窩開口分泌的黏液羽之間的空間區(qū)域，阻擋大分子細(xì)菌接觸腸上皮且有助于營養(yǎng)物質(zhì)的滲透吸收?；顒?dòng)期和緩解期UC 患者均表現(xiàn)為icGC 數(shù)量減少和黏液組織改變，提示icGC 及其形成的黏液在腸道屏障中發(fā)揮重要作用。杯狀細(xì)胞分泌黏液可受到Foxo1 的調(diào)節(jié)。Foxo1 缺陷的杯狀細(xì)胞會(huì)發(fā)生自噬缺陷，導(dǎo)致Muc2 分泌減少，腸黏液層變薄，腸道菌群移位，引起菌群紊亂，其中共生菌群中產(chǎn)短鏈脂肪酸（short–chain fatty acid，SCFA）的菌群減少，破壞腸上皮緊密連接，增加對(duì)腸道炎癥的易感性。

1.2 機(jī)械屏障——上皮層和細(xì)胞間連接復(fù)合物

腸道機(jī)械屏障主要由排列整齊的上皮細(xì)胞和細(xì)胞間連接復(fù)合物組成。連接復(fù)合物包括緊密連接、黏附連接和橋粒，其中緊密連接是決定細(xì)胞旁通透性的主要因素。緊密連接由跨膜蛋白、支架蛋白（如ZO 家族）、胞質(zhì)斑塊和調(diào)節(jié)蛋白組成。以上細(xì)胞及細(xì)胞間連接復(fù)合物構(gòu)成機(jī)械屏障，其主要功能是限制腸腔內(nèi)的致病菌毒素和抗原的滲透，在細(xì)胞旁途徑、跨細(xì)胞途徑介導(dǎo)下吸收腸腔內(nèi)的水、電解質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)上皮細(xì)胞損傷時(shí)，機(jī)械屏障通透性大大增加，腸腔內(nèi)如大分子蛋白質(zhì)、致病菌可通過破損的機(jī)械屏障進(jìn)入固有層，誘導(dǎo)結(jié)腸炎的發(fā)生。腸上皮細(xì)胞更新大概4～7d。腸上皮細(xì)胞凋亡、脫落增加與腸屏障功能障礙和IBD 發(fā)展有關(guān)，而生理性細(xì)胞脫落可在不損害屏障功能的情況下更新上皮層。當(dāng)腸上皮細(xì)胞Pggt1b 基因缺失時(shí)，可引起GGTase1表達(dá)下降，RAC1 為GGTase 靶點(diǎn)，參與細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)和上皮細(xì)胞脫落，RAC1 功能受損可導(dǎo)致細(xì)胞過度擁擠和上皮滲漏，從而誘發(fā)慢性腸道炎癥。

1.3 免疫屏障——腸道免疫系統(tǒng)

腸道免疫屏障破壞是IBD 重要的發(fā)病特征。正常的腸道免疫可抵御病原體入侵，但持續(xù)、異常的免疫反應(yīng)會(huì)損傷腸壁。研究發(fā)現(xiàn)，IBD 患者中先天性免疫和適應(yīng)性免疫均有異常表現(xiàn)，且UC 和CD 的免疫學(xué)特征具有差異。Mitsialis等通過對(duì)正常人、UC 和CD 患者的血清及腸道的單細(xì)胞分析發(fā)現(xiàn)，UC和CD 具有不同的免疫學(xué)細(xì)胞特征，具體表現(xiàn)為UC患者腸黏膜以白細(xì)胞介素–17A（interleukin–17A，IL–17A）CD161效應(yīng)T 細(xì)胞、IL–17A調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（regulatory T cell，Treg 細(xì)胞）、HLA–DRCD56粒細(xì)胞增加和3 型天然淋巴細(xì)胞（innate lymphoid cell，ILC）減少為特征；而 CD 患者腸黏膜以IL–1βHLA–DRCD38T 細(xì)胞、IL–1βTNFIFNg原始B 細(xì)胞、IL–1β樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）和IL–1β髓樣DC 為特征。血清單細(xì)胞分析發(fā)現(xiàn)，與UC 患者相比，CD 患者IL–1βTreg 細(xì)胞、IL–1β髓樣DC 和IL–1β單核細(xì)胞增加，而1 型ILC 減少。既往觀點(diǎn)認(rèn)為IBD 適應(yīng)性免疫紊亂主要是由T 細(xì)胞介導(dǎo)，最近有研究發(fā)現(xiàn)B 細(xì)胞也發(fā)揮重要作用。腸黏膜固有層中的B 細(xì)胞接收來源于DC 抗原呈遞的信號(hào)，分泌免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA），抵抗病原體的入侵，為黏膜免疫的重要組成部分。Nagaishi等通過CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)獲得IgA 缺陷小鼠，發(fā)現(xiàn)IgA小鼠回腸表現(xiàn)出自發(fā)性炎癥，而胃腸道的其他部分沒有表現(xiàn)?；啬c相應(yīng)炎癥部位免疫細(xì)胞活性增強(qiáng)，其中固有層CD4T 細(xì)胞顯著增加；促炎細(xì)胞因子γ–干擾素（interferon–γ，IFN–γ）和IL–17 增加；腸道微生物群失去平衡，絲狀菌數(shù)量增加，提示IgA 可通過調(diào)節(jié)腸道菌群和抑制腸道炎癥來維持腸道穩(wěn)態(tài)，IgA小鼠有望成為CD模型。

1.4 微生物屏障——腸道菌群

1.4.1 腸道菌群的生理作用 腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門組成，其次是放線菌門、變形菌門、梭菌門、疣梭菌門，構(gòu)成獨(dú)一無二的腸道微生態(tài)系統(tǒng)。腸道菌群構(gòu)成微生物屏障，通過競(jìng)爭(zhēng)營養(yǎng)、分泌抑菌素等抵御機(jī)會(huì)致病菌的定植，維護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)。此外，腸道菌群通過代謝難以消化的化合物，提供宿主所必要的營養(yǎng)，在宿主代謝和免疫系統(tǒng)的發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

1.4.2 腸道菌群可調(diào)控腸道屏障 腸道菌群的組成與黏液屏障形成有相關(guān)性，但具體機(jī)制尚不清楚，可能與糖基轉(zhuǎn)移酶的差異性表達(dá)有關(guān)。Muc2 單體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成二聚體，然后在高爾基體中被O–糖基化，在反面高爾基網(wǎng)中，Muc2 二聚體形成三聚體，包裝在分泌囊泡內(nèi)。Muc2 主要特征是糖基化修飾。研究發(fā)現(xiàn)，在活動(dòng)性UC 患者中，Muc2 的O–糖基化譜發(fā)生改變，變化幅度與炎癥嚴(yán)重程度相關(guān)。

目前尚不清楚腸道菌群的組成如何調(diào)節(jié)腸道免疫，但有研究表明，某些特定菌株可通過介導(dǎo)某些免疫細(xì)胞亞型的發(fā)育調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。如IBD 患者腸道放線菌（菌）可產(chǎn)生強(qiáng)心苷還原酶，解除對(duì)Th17 轉(zhuǎn)錄因子Rorγt 的抑制以非依賴性抗原機(jī)制激活Th17，分泌IL–17a。另外，研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群對(duì)機(jī)體特異性免疫的誘導(dǎo)并不局限于腸道內(nèi)，腸道DC 可將微生物抗原從腸道運(yùn)輸至胸腺，誘導(dǎo)胸腺內(nèi)特異性T 細(xì)胞擴(kuò)增，從而增強(qiáng)對(duì)腸道病原體的識(shí)別和清除能力。

1.4.3 菌群紊亂是IBD 的發(fā)病關(guān)鍵 當(dāng)物理屏障、化學(xué)屏障、黏液屏障受損時(shí)，腸道菌群可穿透屏障，進(jìn)入固有層，誘導(dǎo)異常的免疫反應(yīng)。Muc2 基因變異小鼠可抑制腸道杯狀細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，引起黏液分泌減少和蛋白錯(cuò)誤折疊增加，在無菌條件下即能引起輕度自發(fā)性結(jié)腸炎，腸道菌群存在時(shí)可引起嚴(yán)重且持續(xù)的結(jié)腸炎。菌群紊亂可破壞腸道屏障，造成組織損傷。IBD 患者的一個(gè)典型特征是腸道菌群失調(diào)，表現(xiàn)為變形菌門、梭桿菌屬等豐度增加，而和等細(xì)菌豐度普遍降低或缺乏。和作為產(chǎn)SCFA 菌，SCFA 與上皮生長、黏液分泌、免疫調(diào)節(jié)都有相關(guān)性，因此產(chǎn)SCFA 菌減少會(huì)破壞腸道屏障。

綜上，腸道菌群與腸道屏障在IBD 發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。

2 腸道菌群代謝產(chǎn)物在IBD 腸道屏障中的作用

2.1 膽汁酸

膽汁酸的改變已被證明可影響腸道穩(wěn)態(tài)，這可能是導(dǎo)致IBD 發(fā)病的關(guān)鍵機(jī)制。初級(jí)膽汁酸經(jīng)腸道菌群代謝可轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸脫氧膽酸和石膽酸（lithocholic acid，LCA），Hang等通過將LCA 的兩種不同衍生物3–oxoLCA 和isoalloLCA 作為T 細(xì)胞調(diào)節(jié)劑發(fā)現(xiàn)，3–oxoLCA 可直接抑制Th17 細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子RORγt（視黃醇受體相關(guān)的孤兒受體γt）的活性而抑制Th17 細(xì)胞分化，isoalloLCA 通過產(chǎn)生線粒體活性氧增強(qiáng)Treg 細(xì)胞分化，導(dǎo)致Foxp3 表達(dá)增加，提示膽汁酸代謝物可通過直接調(diào)節(jié)Th17 和Treg 細(xì)胞的平衡以控制宿主免疫反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，人類腸道內(nèi)將LCA 轉(zhuǎn)化為3–oxoLCA 和異石膽酸的酶為3α–羥類固醇脫氫酶（3α–hydroxysteroid dehydrogenase，3α–HSD）和3β–HSD，而在IBD 患者中3–oxoLCA、異石膽酸及3α–HSD 水平顯著降低，提示膽汁酸代謝物調(diào)節(jié)Th17/Treg 細(xì)胞功能與IBD發(fā)病有關(guān)。此外，腸道干細(xì)胞可分化為不同類型的細(xì)胞，如腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞等，膽汁酸可結(jié)合TGR5 激活腸道干細(xì)胞，促進(jìn)腸道再生，直接或間接參與腸道屏障的形成，保護(hù)小鼠免受結(jié)腸炎的侵襲。

2.2 丁酸鹽

活動(dòng)期UC 患者的丁酸鹽水平降低，而緩解期UC 患者糞便中丁酸鹽水平恢復(fù)，提示丁酸鹽在UC發(fā)病中具有重要作用。丁酸鹽主要通過以下機(jī)制調(diào)控腸道屏障。①調(diào)節(jié)黏液屏障：丁酸鹽可通過M2型巨噬細(xì)胞提高杯狀細(xì)胞Muc2 和SPDEF基因表達(dá)，當(dāng)阻斷M2/WNT/ERK1 信號(hào)時(shí)，可顯著降低丁酸鹽對(duì)杯狀細(xì)胞Muc2 的分泌，因此丁酸鹽通過激活M2/WNT/ERK 信號(hào)通路促進(jìn)腸道黏液屏障的修復(fù)。②調(diào)節(jié)機(jī)械屏障：丁酸鹽通過組蛋白脫乙酰酶抑制機(jī)制調(diào)控腸上皮細(xì)胞肌動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白突觸素（actin–associatedproteinsynaptopodin，SYNPO）表達(dá)，SYNPO 位于腸上皮內(nèi)和F–肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維緊密連接，對(duì)屏障完整性和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。當(dāng)丁酸鹽缺乏時(shí)，SYNPO 表達(dá)減少，機(jī)械屏障受損和通透性增加。③調(diào)節(jié)免疫屏障：丁酸鹽可通過調(diào)控Treg 細(xì)胞、CD4T 細(xì)胞、ILC、Th1、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞，增加IL–10、IL–22 分泌，減輕腸道炎癥反應(yīng)，維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)。④調(diào)節(jié)微生物屏障：丁酸鹽由產(chǎn)SCFA 的腸道菌群代謝產(chǎn)生，可反作用于腸道菌群，影響其組成和代謝。丁酸鹽可抑制擬桿菌屬菌群生長，該作用具有菌株和聚糖類型差異。擬桿菌對(duì)丁酸鹽的敏感性與其?；o酶A 代謝有關(guān)。?；o酶A 轉(zhuǎn)移酶可將丁酸鹽轉(zhuǎn)化為有毒代謝物丁酰輔酶A，而酰基輔酶A 硫酯酶可減少丁酰輔酶A 的積累。因此，擬桿菌屬在人腸道中的豐度與酰基輔酶A 和丁酸鹽的代謝水平相關(guān)。

綜上所述，腸道菌群代謝產(chǎn)物丁酸鹽的水平，對(duì)IBD 發(fā)病及治療起重要作用。通過飲食療法或補(bǔ)充丁酸鹽治療IBD，目前正處于探索階段。

3 展望

IBD 是一種慢性腸道炎癥性疾病，由于發(fā)病機(jī)制不明，目前尚無靶向治療藥物。腸道菌群作為其重要病因，可通過多種不同途徑參與IBD 發(fā)病機(jī)制。本文通過綜述腸道菌群及其代謝產(chǎn)物膽汁酸和丁酸鹽與腸道屏障之間在IBD 的研究進(jìn)展，為今后腸道菌群及其代謝產(chǎn)物靶向療法提供理論依據(jù)。