自个体从母体分娩以来肠道就长期暴露于大量抗原、微f生物及有毒物质中，其自身抵御有毒物质及致病微生物的屏障功能对维持肠道稳态至关重要。炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）发病机制目前仍不甚清楚，一般认为与遗传、环境、感染及免疫等因素有关。近年来，随着对肠道屏障功能及对慢性炎症发生机制的深入研究，发现肠黏膜屏障结构和功能的完整性是维持人体健康的重要因素，而肠黏膜屏障的破坏则是发生炎症性肠病及其他相关疾病的基础，后天因素所导致的肠黏膜屏障功能紊乱及免疫反应异常是引起IBD发生发展的关键因素。

传统的肠道屏障的概念多指肠黏膜机械屏障（intestinal mucosa barrier），但随着肠道屏障功能的深入研究，肠道屏障已不仅限于上述概念。目前认为，完整的肠道屏障包括机械、免疫、微生物和化学四个部分：①肠黏膜上皮屏障是肠黏膜物理结构的解剖屏障，即机械屏障，由肠黏膜表面的黏液层、结构和功能完整的肠上皮细胞（intestinal epithelia cell，IEC）及肠上皮细胞间的紧密连接（tight junction，TJ）、黏膜下固有层等组成；广义的机械屏障还包括肠道的运动功能，将肠内食物残渣向远端推进，防止细菌在临近肠黏膜的长时间停留，减少细菌穿过黏液层到达上皮的机会，起到肠道自洁作用。②肠道黏膜免疫屏障，胃肠道是机体接触外界抗原物质最广泛的部位，也是人体中最大、最复杂的微生物储存库，肠相关淋巴样组织（gut-associated lymphoid tissue，GALT） 与肠道免疫屏障密切相关，其主要由肠道免疫系统的细胞群组成，通过细胞免疫和体液免疫以防止致病性抗原对机体的伤害；③肠道微生物屏障，肠道作为人体最大的细菌库，寄居着大约10 ¹³～10 ¹⁴个细菌，其中一部分细菌称为益生菌，存在胃肠道的对宿主机体健康有益的非致病性微生物，能维持肠道菌群平衡，调节内生态及免疫系统，且能促进肠道上皮细胞的紧密连接，刺激肠道免疫组织产生免疫性小分子物质，对肠黏膜屏障具有重要的影响；④肠黏膜上皮细胞分泌的黏液、消化液和肠道寄生菌产生的抑菌物质为化学屏障。

正常肠道屏障功能的维持依赖于上述四个部分结构和功能的完整，其中最关键的是肠黏膜机械屏障和肠道黏膜免疫屏障。相关章节将对肠道黏膜免疫屏障进行详解，本章不再赘述。

肠黏膜机械屏障由肠黏膜表面的黏液层、肠上皮本身及其紧密连接、上皮基底层、黏膜下固有层等组成。黏液层指在生理状态下，肠道杯状细胞及肠上皮细胞分泌的黏蛋白形成一种疏水的弹性凝胶层被覆在肠黏膜表面，保护肠黏膜不受化学和机械损伤。黏蛋白属于糖蛋白的一种，具有特异的碳氢结构，包含细菌结合的特异位点，能使对机体有一定生理功能的常驻细菌有序地嵌入上皮细胞间，有效地阻止致病菌与肠上皮结合，使细菌处于黏液层，以利于肠蠕动时被有效清除。此外，黏液层还为肠道常驻细菌中占据绝大多数的专性厌氧菌提供良好的生存环境，而专性厌氧菌中的双歧杆菌、乳酸杆菌可促进黏蛋白的分泌，减少有害细菌的黏附。

肠上皮细胞包括吸收细胞（absorptive cell）、杯状细胞（goblet cell）、少量的潘氏细胞（Paneth cell）和滤泡相关细胞（follicular associated cell）。吸收细胞为上皮中数量最多的细胞，具有吸收功能，起着机械屏障的作用。杯状细胞可分泌黏液及IgA等物质，对肠壁有重要的机械及免疫保护作用。潘氏细胞可吞噬细菌，并可分泌非特异性的溶菌酶和抗菌肽（antimicrobial peptide），起到调节肠道菌群及清除外来细菌等作用。滤泡相关细胞主要功能是摄取抗原或微生物，快速呈递给肠黏膜内的相关淋巴细胞，引起有效的免疫反应，是肠黏膜上皮中唯一具有通透性的上皮细胞，也是肠道屏障的一个薄弱环节，易成为病原体入侵的门户。

TJ是肠上皮细胞间的一种特殊结构，由多种功能特异的蛋白质组成的相邻上皮细胞间隙的松散连接，位于相邻上皮细胞、间皮和内皮之间，起着封闭细胞间隙的作用，可有效阻止肠腔内物质自由通过细胞间隙，并由此对穿过上皮细胞层的物质进行调控。在维持肠黏膜上皮屏障功能完整性的同时，还可对其所围绕的细胞形成膜质的区域性差异，使这些区域能够进行专一的功能活动，如离子的定向转运、大分子的吸收。

黏膜下固有层内含有成纤维细胞、树突细胞、浆细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞及淋巴细胞等，与黏膜上皮细胞共同组成屏障功能单位。黏膜下固有层内的B细胞转化为浆细胞后可分泌IgA，经胞饮作用进入杯状细胞，后被分泌到肠腔起局部黏膜免疫的作用。树突细胞可呈递抗原，还可伸出突起穿过上皮细胞间隙而不影响紧密连接的完整性，来吞噬肠腔细菌。巨噬细胞可吞噬穿过屏障的极少量共生菌，不引起促炎细胞因子的释放。

肠道是人体最大的细菌库，其细菌结构中多数为厌氧菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等，还有少量的兼性厌氧菌及需氧菌，与宿主一起，形成一个相互依赖、相互作用的微生态系统。厌氧菌贴附于肠黏膜上皮，有糖衣包被，被称作膜菌群。其余菌群游离于肠腔中，被称为腔菌群。膜菌群定植于肠黏膜上皮，可阻止腔菌群附着与定植，这种能力称为“定植抗性”，从而构成了肠道的生物屏障。肠道菌群可调整并维持肠道微生态平衡，拮抗致病菌，中和、减少肠道内有毒物质对肠黏膜的损害。还可产生短链脂肪酸，降低肠道pH，同时为肠黏膜上皮提供能量，改善肠黏膜局部血供，从而促进损伤肠上皮的修复。肠道细菌还能够激活肠道免疫系统活性，使淋巴细胞分泌抗体增加，产生抑菌肽抑制外来菌的定植和生长。动物实验显示 ^［1-4］，较正常小鼠而言，肠道无菌小鼠的肠道淋巴组织发育不完全，佩尔淋巴结（Peyer patches）更少，独立的淋巴滤泡的发育、成熟均有异常，同时抗菌肽的分泌、肠道反应性B淋巴细胞及固有层CD4 ⁺T淋巴细胞的数目均减少，辅助T淋巴细胞（T helper cell）的功能亦受影响。另外，肠道菌群还可提高肠腔内营养物质的吸收效率，改善机体的营养代谢。一些共生菌可以调节对肠道屏障功能起重要作用的基因的表达，协调营养物质吸收、肠黏膜屏障结构形成、血管形成及肠道上皮细胞的分化、成熟，参与物质的代谢、解毒等。以这种方式，肠道微生物及其基因组赋予了人类额外的基因及代谢功能。

肠黏膜化学屏障主要由胃肠道分泌的胃酸、胆汁，各种消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白、糖脂等化学物质组成。其中胃酸能杀灭进入胃肠道的不耐酸菌，抑制细菌黏附、定植于胃肠道上皮。排泄到肠内的胆汁能与肠腔内的内毒素结合，形成难以吸收的复合物，阻止内毒素从肠道吸收。肠道分泌的大量消化液可稀释毒素，冲洗肠腔，使潜在的致病菌难以黏附于肠道上皮。溶菌酶能破坏细菌的细胞壁，从而使细菌裂解，杀灭细菌。同时，黏液中所含的补体成分还可增加溶菌酶及免疫球蛋白的抗菌作用。

肠道自稳，即肠道稳态（gut homeostasis），是宿主，主要是肠道黏膜和肠道免疫系统与包括肠道菌群在内的肠道内环境及营养、代谢产物等相互作用所达到的动态平衡状态。研究证实，肠道稳态的破坏与消化道炎症、肿瘤及功能性疾病的发生关系密切，如感染性腹泻、假膜性肠炎、IBD、结直肠癌（colorectal cancer，CRC）、肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）等。肠道屏障的结构和功能的完整性对维持肠道自稳状态具有重要意义。其中又以微生物屏障及免疫屏障为近年来研究的热点，在未来IBD的治疗中，具有重要的应用前景。

肠道上皮具有选择性通透性，可以选择性地吸收组织器官代谢需要的物质而将其他抗原及有害物质阻挡在上皮外，构成一道选择性的物理屏障，一旦这道屏障被打破，肠道上皮通透性的增加失去调控，便会引起肠黏膜过度的免疫反应，导致肠道慢性炎症的发生。多项研究显示 ^［5］，IBD患者及肠道炎症的动物模型均存在由上皮细胞连接结构的破坏所导致的明显的肠道通透性的改变。除此之外，肠道上皮之间TJ的破坏在肠道炎症的发生中扮演着重要的角色，TJ具有调节肠道上皮通透性、调控通过肠道上皮细胞的分子、离子等物质的功能。大量动物实验证实，肠道炎症的发生与紧密连接的损害具有直接的关联。在IBD患者及其家属中，亦发现肠道上皮通透性及紧密连接蛋白的改变。活动期克罗恩病（Crohn disease，CD）患者肠道屏障功能受损，上皮细胞TJ减少、中断，TJ相关蛋白表达下调，上皮细胞凋亡增加，而缓解期CD患者的肠黏膜屏障功能、TJ蛋白表达和细胞凋亡均不受影响。另外，有研究证实 ^［6，7］在CD患者中，肠道通透性的增加可使该病的发作及复发提前一年。

肠道上皮细胞的功能和完整性对肠道屏障的维持不可或缺。结构蛋白及维持细胞稳定性相关蛋白的改变，可引起上皮屏障的破坏。IBD患者肠上皮屏障功能损伤主要与肠上皮细胞TJ的结构和功能异常有关。CD患者鹅卵石样黏膜处TJ结构破坏最为明显，出现TJ异型、断裂、与细胞轴方向偏离，而鹅口疮样溃疡和小溃疡处TJ结构破坏相对较轻。溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）患者乙状结肠炎症部位黏膜屏障功能严重受损，伴上皮细胞TJ结构改变。此外，细胞极性消失可导致上皮细胞功能严重缺陷，触发肠道强烈的炎性反应。有研究 ^［8］报道了Ap1m2蛋白（细胞极性的重要调节因子）缺陷型小鼠发生自发性结肠炎的过程，此类小鼠β-防御素释放减少，肠上皮固有免疫功能减退，激活病理性的Th17免疫反应。肠上皮细胞的正常发育和分化对肠道正常功能的维持亦相当重要。Notch 信号通路在调节肠道上皮细胞发育和分化的过程中扮演着重要的角色，IgκJ蛋白（RBP-J）参与了Notch通路的调控，RBP-J敲除动物模型出现了自发性Th17激活为主的，以上皮细胞防御细菌功能减弱为特征的结肠炎、杯状细胞增生、IEC 再生延迟。CD患者肠黏膜通透性显著高于UC患者与正常对照者，且与疾病活动度呈正相关，可用于疾病复发及预后的预测。

肠道菌群一直是IBD发病机制中的研究热点，肠道正常菌群对宿主具有营养、防御、免疫调节等重要作用。目前的研究并未发现特异细菌与IBD的发病直接相关，当前的工作多针对肠道菌群的动态变化。大量研究发现，与正常人相比，IBD患者的肠道菌群多样性及优势菌群的比例均显著降低，数量亦有变化。肠道微生态失衡可促进IBD的发生发展。IBD患者肠道有害细菌超过有益菌，其中以脆弱拟杆菌及肠杆菌为主，真杆菌数量显著下降，前者可占60%以上，后者可降至30%以下，在正常个体，优势菌群占全部菌群的90%以上，而肠道免疫系统对肠道的菌群改变不能耐受。致病菌引起肠道炎症的机制包括：①肠道内致病菌增多，可分泌大量的肠毒素使肠上皮通透性升高；②部分致病菌可分泌免疫抑制蛋白，引起黏膜免疫失调；③致病菌直接侵犯、损伤肠上皮细胞；④肠腔内菌群失衡，部分细菌过度生长，影响上皮细胞能量代谢，导致上皮细胞的损伤。肠道上皮屏障受损、通透性增高、肠腔内抗原、内毒素等物质进入肠黏膜固有层，激活自身免疫反应，最终可导致IBD的发生。有研究证实，免疫缺陷型IBD模型在肠道无菌环境下并不发生肠道炎症反应 ^［10］，而在恢复正常肠道菌群状态时，则会出现肠道炎症反应 ^［11］。IBD患者肠道的炎性病变多发生于细菌含量丰富的肠段 ^{［12，13］}，这些研究表明，肠道菌群是IBD发生的必需条件。

大量研究表明免疫紊乱在UC的发病中起着关键作用，而肠道菌群紊乱是免疫紊乱、免疫损伤过程的重要激发因素。目前认为，UC患者肠道的双歧杆菌及乳杆菌数量均显著减少。有研究显示 ^［14］，UC患者肠道中柔嫩梭菌数急剧上升。柔嫩梭菌包括几种产丁酸盐菌群，后者可导致肠黏膜损伤，引起炎症反应。亦有研究显示，UC患者中甲烷细菌中的甲烷短杆菌属及脱硫菌属中的硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria，SRB）均增加。SRB在结肠中将硫酸盐转化成硫化物，而硫化物对结肠上皮有细胞毒性作用。对UC患者补充双歧杆菌及乳杆菌等益生菌的治疗方法在临床上取得了良好的效果。

CD患者中，链球菌属占主导地位，CD患者肠道乳酸杆菌、双歧杆菌、柔嫩梭菌、弯曲杆菌、拟杆菌及瘤胃球菌均明显下降，而链球菌属增加。CD患者中甲烷短杆菌及硫酸盐还原菌及侵袭性大肠埃希菌数量增加，侵袭性大肠埃希菌可入侵肠上皮和巨噬细胞，促进白细胞介素8（interleukin 8，IL-8）及肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）分泌，导致肠道炎症发生并促进肠肉芽肿形成。近年来，普拉梭菌（ Faecalibacterium prausnitzii，FP）逐渐成为研究热点，FP是肠道共生菌中硬壁菌门柔嫩梭菌属的主要成员，是人类肠道中最常见的细菌。研究发现 ^［12］，CD患者肠道中FP数量下降，FP所分泌的产物在体外具有免疫调节活性，动物实验中，服用该菌群或其上清液，可以减少实验性小鼠结肠炎性反应的程度，其机制尚不清楚。

肠黏膜屏障功能与IBD密切相关，保护和恢复肠黏膜屏障功能对IBD的治疗具有重要意义。目前，可通过以下几种途径修复、增强肠道黏膜屏障功能，相关药物多涉及增强肠道固有免疫、降低肠道通透性、增加肠黏膜的再生等方面。

目前，粒细胞单核细胞集落刺激因子（granulocyte-monocyte colony stimulating factor，GMCSF）即沙格司亭（sargramostim）已被推荐应用于CD患者的治疗。一项安慰剂与GM-CSF的随机对照试验显示 ^［15］，虽然两组患者的临床缓解率无明显差异，但与安慰剂相比，GMCSF可显著缓解活动性CD患者的病情。GM-CSF并非因抑制免疫系统或作为抗炎物质而发挥功效，相反的，GM-CSF在治疗炎症性疾病中，可增强固有免疫应答。这看似矛盾，其实可以解释为GM-CSF可通过刺激中性粒细胞表达模式识别受体（pattern recognition receptor，PRRs），增加中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞抗菌活性，增强固有免疫功能，从而加强肠黏膜屏障。

益生菌亦可调节肠道固有免疫应答，目前认为，益生菌可通过Toll样受体（toll like receptors，TLRs）或下调细胞因子刺激肠道免疫功能。目前常用的益生菌中，乳酸杆菌可显著增加细胞表达TLR2，而大肠埃希菌属Nissle 1917（EcN）可以刺激β-防御素、TLR2及TLR4的表达。当然，益生菌应用于IBD患者并不仅仅因其可以增强肠道固有免疫。益生菌与产肠毒素菌及外源性致病菌竞争代谢所需的能量及肠上皮细胞的结合位点，从而改变IBD患者的肠道菌群结构，通过这种方式，封闭肠上皮表面致病菌的结合位点，抑制病原菌的侵袭，从而降低致病菌向上皮内移位的机会。同时，益生菌还可降低肠上皮的通透性，具体将在后文阐述。

调节TJ蛋白表达的药物在未来可能为IBD的治疗提供新的方向。目前，调节TJ蛋白表达、增强TJ蛋白功能的复合物已应用于乳糜泻的治疗中，而该病的特点与IBD有许多相似之处，比如都存在肠上皮通透性的增加。

维生素D亦具有降低肠上皮通透性及减轻IBD患者肠道炎症的作用。IBD患者多伴有维生素的缺乏，如维生素A、维生素D、维生素K、维生素E，通常认为与IBD引起的小肠及结肠的吸收障碍有关，但有研究发现 ^［16］，补充维生素D对IBD模型大鼠的愈合具有明显促进作用，提示维生素D可能参与IBD的发病过程。目前多项研究显示，维生素D可能对维持肠道屏障功能具有重要作用，但在维生素合理应用于临床治疗IBD患者之前，可能还需更多的研究及确切的数据。

除上述因素，调节肠道免疫反应及肠道通透性的可能还有性激素。目前普遍认为女性炎症性疾病及自身免疫性疾病的发病率高于男性患者，虽然在IBD患者中此性别特征不甚明显。其实，CD患者中，女性稍多于男性，且疾病进展更快。然而，雌激素及雄激素调节肠黏膜免疫反应的机制及具体过程仍不清楚。除此之外，亦有推荐注射普通肝素及低分子肝素，如依诺肝素、瑞维肝素等治疗IBD，主要因为其具有抗炎特性，然而关于普通肝素及低分子肝素是否具有确切疗效仍存在争议。

益生菌亦可降低肠上皮的通透性，其机制涉及影响TJ结构稳定性的重要蛋白，如ZO-2，蛋白激酶Cζ（PKCζ）及闭锁蛋白等的重排。在化学诱导的结肠炎症中，益生菌可降低肠上皮通透性，恢复上皮屏障的完整性。

肠上皮细胞自身的完整性，包括完整的细胞膜、全肠道上皮覆盖黏液层，对维持肠道稳态均具有非常重要的作用。早在20世纪80年代，即有研究提示黏膜再生缺陷是UC的主要特征。

抗TNF单克隆抗体治疗对IBD患者达到临床及内镜下缓解均有显著疗效，代表药物为英夫利昔单抗。此类药物应用于CD患者的治疗，除了其强大的免疫调节功能外，抗TNF单克隆抗体亦能恢复肠黏膜屏障的完整性及肠上皮正常的通透性，机制可能涉及对肠上皮细胞凋亡的调节。因肠道共生菌可参与调节在肠道屏障中起重要作用的基因的表达，调整肠道菌群结构可能达到相似的效果。

生长因子可加快肠上皮的修复过程，促进黏膜损伤的修复，从而增强黏膜屏障的完整性。有人提出，表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）可作为UC治疗的备选制剂。在应用美沙拉秦治疗UC时，同时应用EGF灌肠可提高治疗的有效率，证实增强上皮细胞的完整性在IBD患者的治疗中具有重要作用。

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