黏液屏障在炎症性肠病中的研究进展*

陈中霞　孙　静　占　强

江苏省无锡市人民医院消化科(214023)

炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)和克罗恩病(Crohn’s disease, CD)。其发病原因尚未完全阐明，主要与基因、环境、免疫功能紊乱以及肠道黏膜屏障功能失调有关[1]。黏液屏障作为肠道黏膜屏障的第一道防线，在IBD发生、发展中发挥重要作用[2]。近年随着医学技术的发展，黏液屏障的组成和功能逐渐被认识。本文就黏液屏障在IBD中的研究进展作一综述。

一、黏液屏障的结构和功能

肠道黏液屏障主要分为两层：内层黏液结构致密，紧密附着于肠上皮细胞，形成抗菌屏障；外层黏液结构松散，为肠道共生菌提供栖息点[3]。外层黏液因肠内容物摩擦不断被消耗，内层黏液不断转换为外层黏液，而杯状细胞可通过胞吐作用释放黏蛋白颗粒，不断补充内层黏液。致病菌侵犯黏液屏障时，黏液分泌速度加快，并冲刷致病菌，从而维持黏液屏障结构稳定以及内层黏液的无菌状态。然而杯状细胞的更新速度有限，持续致病菌刺激可引起黏液分泌不足，从而导致黏液屏障缺陷[4]。

黏液屏障功能与黏液厚度和质量有关。UC患者结肠黏液层变薄，肠道内细菌可与肠上皮细胞接触，引起肠道炎症。肠道黏液主要是由O-糖基化的黏液素通过C端二聚化或N端三聚化形成。黏液质量与黏液素的糖基化、唾液酸化、硫酸盐化等有关[5]，糖基化修饰使黏液素不易被蛋白水解酶降解，而唾液酸化和硫酸盐化可增加黏液素的黏度。

二、黏液屏障改变与肠道炎症的相关性

1. 结肠炎小鼠肠道黏液屏障改变：葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠黏液屏障功能失调主要表现为杯状细胞破坏以及黏液素消耗[3]。研究[6]发现，野生型小鼠给予5% DSS后，肠道细菌可在4 h内穿透黏液内层，并在12 h内到达肠上皮细胞，且这些病理改变均先于黏膜炎症细胞浸润等出现。此外，黏液屏障破坏程度与疾病活动指数(DAI)评分变化一致，证实黏液屏障功能受损与肠道黏膜炎症具有一定的相关性。白细胞介素(IL)-10基因敲除诱导的结肠炎小鼠肠道总黏液层和黏液内层厚度、杯状细胞和黏液腺泡数量与野生型小鼠相比无明显差异，但其黏液层更易被肠道细菌穿透[6]，提示肠道黏液质量可在病理条件下发生改变，并在黏液屏障功能失调中发挥重要作用。

2. IBD患者肠道黏液屏障改变：UC患者结肠黏膜发生炎症性损伤，杯状细胞和黏液素减少，总黏液层和黏液内层明显变薄[7]。同时，UC患者结肠黏液糖基化和硫酸盐化水平明显降低，导致大量肠道细菌直接与肠上皮细胞接触[8]。UC患者肠道黏液素合成、分泌减少，黏液素糖基化水平发生显著改变，且与肠道炎症程度具有一定的相关性[9]。

CD患者肠道炎症常慢性迁延，且病变范围广，大量炎症因子刺激肠道黏液分泌，导致黏液层明显增厚[10]，然而仍有大量细菌穿透黏液屏障直接与肠上皮细胞接触，这可能与CD患者黏液质量改变(糖基化和硫酸盐化减少，唾液酸化增强)有关[8]。

三、肠道黏液屏障功能失调在IBD发生、发展中的作用

1. 肠道菌群与黏液屏障：肠道黏液外层寄生有大量肠道细菌，宿主与菌群维持互惠互利的共生关系。生理条件下黏液屏障与肠道菌群处于动态平衡，当黏液屏障功能缺陷或肠道致病菌数量过多时，细菌可穿透黏液层到达肠上皮细胞，诱发肠道炎症。IBD患者肠道菌群失调表现为细菌负荷量增加以及细菌种类改变[11]：黏液降解能力较强的细菌(如扭链瘤胃球菌)数量增加，而黏液降解能力较弱的细菌(如Akkermansiamuciniphila)比例显著下降。此外，IBD患者肠道菌群中的部分细菌可降解黏液硫酸盐化基团，使黏液层更易于被穿透[12]。

2. 肠道免疫系统与黏液屏障：肠道细菌(尤其是致病菌)穿透黏液内层后，直接与上皮细胞接触，进而激活获得性免疫应答，调控杯状细胞分化、黏液分泌及其糖基化，发挥对宿主的保护作用。IBD患者获得性免疫系统被过度激活后，释放大量炎症因子，进而破坏肠道黏液屏障[13]。其中，Th2细胞分泌的IL-13可促进杯状细胞增殖以及肠道黏液分泌，介导黏液素的糖基化过程，预防肠道致病菌诱发的感染[14]。

3. 自噬与黏液屏障：自噬相关基因ATG16L1是IBD易感基因之一[15]，自噬功能异常可影响黏液屏障结构和功能。自噬基因(如Atg7、Atg5等)缺陷可引起杯状细胞数量和黏液素分泌减少，从而导致黏液屏障对致病菌的抵抗力显著降低[16]。NOD样受体蛋白6(NLRP6)缺陷可影响杯状细胞自噬以及肠道黏液分泌，并增加小鼠对DSS的敏感性[17]。

然而，Sun等[18]发现饲养于无特定病原体(SPF)环境中的IL-10基因敲除小鼠在8～12周时可出现自发肠道炎症，其中轻度炎症小鼠肠道黏液厚度正常，但其黏液内层已可见细菌穿透，提示黏液屏障失调可能先于肠道炎症发生，与Johansson等[6]和Tsuboi等[16]的研究结果相一致。黏液屏障与IBD的关系仍需进一步研究来明确。

四、IBD黏液屏障功能失调的治疗进展

黏液屏障功能失调与肠道炎症的发生、发展密切相关，故黏液屏障是IBD患者病情监测的重要指标和治疗的主要方向。目前已有针对黏液屏障功能调节的治疗药物应用于临床，如脂肪酸合酶(FAS)、硫化要(H2S)、短链脂肪酸(SCFA)、益生元、益生菌等。

1. FAS：FAS是一种对脂质合成至关重要的胰岛素反应关键酶。UC患者肠道FAS表达减少[19]，而高胰岛素血症可降低IBD患者的临床复发率，提示FAS与IBD发生、发展之间存在一定相关性。研究[20]发现，糖尿病模型小鼠FAS可调节肠道黏液素分泌，维持黏液屏障稳态，而FAS缺陷则导致黏液素分泌减少。此外，FAS可促进黏液素N端棕榈酰化，改善肠道黏液质量。

2. H2S：H2S作为一种重要的信号分子，已被证实可影响多种胃肠道功能。H2S有助于提高黏膜防御功能，加速胃肠道黏膜愈合，促进炎症缓解。研究[21]证实H2S对肠道黏液屏障具有调节作用：H2S产生关键酶基因缺陷或表达下降均可增加小鼠结肠炎的易感性，抑制肠道黏液产生；而治疗性的H2S干预可缓解小鼠结肠炎症状，促进肠道黏液产生，修复肠道微生物膜。

3. SCFA：SCFA是肠道未消化食物成分经细菌发酵后的产物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸。研究[22]发现CD患者肠道菌群失调主要表现为丁酸盐产生菌比例减少，如普拉梭菌等。丁酸盐对IBD具有治疗作用[23]，外源性丁酸盐干预可减轻结肠炎小鼠肠道炎症[24]。此外，丁酸盐可为杯状细胞提供能量，并通过诱导自噬来调节杯状细胞黏液分泌，从而维持肠道黏膜内环境稳态，预防结肠炎发生[3,16-17]。

4. 益生元和益生菌：益生元是由不被消化的食物成分经选择性发酵形成，可调节肠道菌群。益生元可下调IL-10基因敲除小鼠肠道炎症因子表达，减少肠上皮细胞破坏，并可影响肠道黏液素生成，抵抗致病菌侵袭[25]。益生元还可影响肠道黏液素的唾液酸化和硫酸盐化，调节黏液质量[26]。益生菌作为一种有益的活菌制剂，具有改善肠道微环境的作用。研究[27]发现益生菌(如VSL#3)可影响黏液素合成、分泌，抑制炎症因子产生，促进肠上皮屏障功能恢复。

五、结语

黏液屏障作为肠道黏膜屏障的第一道防线，其功能失调可促进多种疾病发生、发展，包括IBD、缺血性肠炎、肠易激综合征等。IBD患者存在明显的黏液屏障功能失调，可影响肠道微生态、免疫系统和自噬作用，引起疾病进展。目前已有针对肠道黏液屏障的治疗方案应用于临床，随着对黏液屏障在IBD中作用研究的深入，其有望成为IBD治疗的新靶点。

1 Geremia A, Biancheri P, Allan P, et al. Innate and adaptive immunity in inflammatory bowel disease[J]. Autoimmun Rev, 2014, 13 (1): 3-10.

2 Sovran B, Lu P, Loonen LM, et al. Identification of Commensal Species Positively Correlated with Early Stress Responses to a Compromised Mucus Barrier[J]. Inflamm Bowel Dis, 2016, 22 (4): 826-840.

3 Cobo ER, Kissoon-Singh V, Moreau F, et al. MUC2 Mucin and Butyrate Contribute to the Synthesis of the Antimicrobial Peptide Cathelicidin in Response to Entamoeba histolytica- and Dextran Sodium Sulfate-Induced Colitis[J]. Infect Immun, 2017, 85 (3): pii: e00905-e00916.

4 Grootjans J, Hundscheid IH, Lenaerts K, et al. Ischaemia-induced mucus barrier loss and bacterial penetration are rapidly counteracted by increased goblet cell secretory activity in human and rat colon[J]. Gut, 2013, 62 (2): 250-258.

5 Gouyer V, Dubuquoy L, Robbe-Masselot C, et al. Delivery of a mucin domain enriched in cysteine residues strengthens the intestinal mucous barrier[J]. Sci Rep, 2015, 5: 9577.

6 Johansson ME, Gustafsson JK, Holmén-Larsson J, et al. Bacteria penetrate the normally impenetrable inner colon mucus layer in both murine colitis models and patients with ulcerative colitis[J]. Gut, 2014, 63 (2): 281-291.

7 Lennon G, Balfe, Bambury N, et al. Correlations between colonic crypt mucin chemotype, inflammatory grade andDesulfovibriospecies in ulcerative colitis[J]. Colorectal Dis, 2014, 16 (5): O161-O169.

8 Sun J, Shen X, Li Y, et al. Therapeutic Potential to Modify the Mucus Barrier in Inflammatory Bowel Disease[J]. Nutrients, 2016, 8 (1): pii: E44.

9 Larsson JM, Karlsson H, Crespo JG, et al. Altered O-glycosylation profile of MUC2 mucin occurs in active ulcerative colitis and is associated with increased inflammation[J]. Inflamm Bowel Dis, 2011, 17 (11): 2299-2307.

10Smirnova MG, Birchall JP, Pearson JP. TNF-alpha in the regulation of MUC5AC secretion: some aspects of cytokine-induced mucin hypersecretion on theinvitromodel[J]. Cytokine, 2000, 12 (11): 1732-1736.

11Filyk HA, Osborne LC. The Multibiome: The Intestinal Ecosystem’s Influence on Immune Homeostasis, Health, and Disease[J]. EBioMedicine, 2016, 13: 46-54.

12Rowan F, Docherty NG, Murphy M, et al.Desulfovibriobacterial species are increased in ulcerative colitis[J]. Dis Colon Rectum, 2010, 53 (11): 1530-1536.

13Sartor RB. Genetics and environmental interactions shape the intestinal microbiome to promote inflammatory bowel disease versus mucosal homeostasis[J]. Gastroenterology, 2010, 139 (6): 1816-1819.

14Wang B, Gao Y, Zheng G, et al. Platycodin D inhibits interleukin-13-induced the expression of inflammatory cytokines and mucus in nasal epithelial cells[J]. Biomed Pharmacother, 2016, 84: 1108-1112.

15Kattah MG, Mahadevan U. Insights into the molecular pathophysiology of inflammatory bowel disease: ATG16L1 suppresses nod-driven inflammation[J]. Gastroenterology, 2014, 147 (2): 528-530.

16Tsuboi K, Nishitani M, Takakura A, et al. Autophagy Protects against Colitis by the Maintenance of Normal Gut Microflora and Secretion of Mucus[J]. J Biol Chem, 2015, 290 (33): 20511-20526.

17Wlodarska M, Thaiss CA, Nowarski R, et al. NLRP6 inflammasome orchestrates the colonic host-microbial interface by regulating goblet cell mucus secretion[J]. Cell, 2014, 156 (5): 1045-1059.

18Sun J, Shen X, Dong J, et al. Laquinimod ameliorates spontaneous colitis in interleukin-10-gene-deficient mice with improved barrier function[J]. Int Immunopharmacol, 2015, 29 (2): 423-432.

19Cornick S, Tawiah A, Chadee K. Roles and regulation of the mucus barrier in the gut[J]. Tissue Barriers, 2015, 3 (1-2): e982426.

20Carvalho FA, Koren O, Goodrich JK, et al. Transient inability to manage proteobacteria promotes chronic gut inflammation in TLR5-deficient mice[J]. Cell Host Microbe, 2012, 12 (2): 139-152.

21Motta JP, Flannigan KL, Agbor TA, et al. Hydrogen sulfide protects from colitis and restores intestinal microbiota biofilm and mucus production[J]. Inflamm Bowel Dis, 2015, 21 (5): 1006-1017.

22Wang W, Chen L, Zhou R, et al. Increased proportions ofBifidobacteriumand theLactobacillusgroup and loss of butyrate-producing bacteria in inflammatory bowel disease[J]. J Clin Microbiol, 2014, 52 (2): 398-406.

23艾静, 王承党. 丁酸盐与炎症性肠病的研究进展[J]. 胃肠病学, 2014, 19 (1): 47-49.

24Zhang T, Ding C, Zhao M, et al. Sodium Butyrate Reduces Colitogenic Immunoglobulin A-Coated Bacteria and Modifies the Composition of Microbiota in IL-10 Deficient Mice[J]. Nutrients, 2016, 8 (12): pii: E728.

25Desai MS, Seekatz AM, Koropatkin NM, et al. A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility[J]. Cell, 2016, 167 (5): 1339-1353. e21.

26Hino S, Takemura N, Sonoyama K, et al. Small intestinal goblet cell proliferation induced by ingestion of soluble and insoluble dietary fiber is characterized by an increase in sialylated mucins in rats[J]. J Nutr, 2012, 142 (8): 1429-1436.

27Kumar M, Kissoon-Singh V, Coria AL, et al. Probiotic mixture VSL#3 reduces colonic inflammation and improves intestinal barrier function in Muc2 mucin-deficient mice[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2017, 312 (1): G34-G45.