肠上皮细胞紧密连接在肠易激综合征发病中的作用*

赵　磊　林　江

上海中医药大学1(201203)　上海中医药大学附属龙华医院消化科2

肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS)是常见的功能性胃肠病，以腹痛或腹部不适为主要特征，可伴排便习惯改变。根据罗马Ⅳ诊断标准[1]，IBS可分为腹泻型、便秘型、混合型和不确定型4种临床类型。目前认为IBS发病是多因素综合作用的结果，主要与遗传、环境、精神心理障碍、胃肠运动紊乱、脑-肠轴功能异常、内脏高敏感、肠道菌群改变、炎症、免疫因素等有关，但其确切病因和发病机制尚未完全阐明。近年肠黏膜屏障(intestinal mucosal barrier)在IBS发病中的作用备受关注。肠黏膜屏障是由机械屏障(肠上皮分泌的黏液、肠上皮细胞及其连接)、生物屏障(肠道共生菌)和免疫屏障(消化道相关淋巴组织和免疫细胞)等组成的复杂屏障系统，发挥消化、吸收、内分泌、防御等功能。肠黏膜内表面致密的肠上皮细胞是肠黏膜屏障的重要组成结构，可维持肠上皮与肠道微环境之间的物质转运和信息传递，并能发挥保护作用，防御致病菌入侵。肠上皮细胞的生物学功能与其细胞间紧密连接(tight junction, TJ)密切相关[2]。IBS患者常存在肠黏膜TJ结构异常和通透性改变[3-4]，可能与IBS发病相关。本文就肠上皮细胞TJ在IBS发病中的作用作一综述。

一、TJ的结构和功能

肠上皮细胞呈单层柱状紧密排列，细胞间存在多种细胞连接，包括TJ、缝隙连接、桥粒等，其中以TJ最为重要，在维持肠黏膜屏障功能及其通透性中发挥关键作用[5-6]。TJ主要由TJ蛋白组成，包括闭合蛋白(claudin)、咬合蛋白(occludin)和带状闭合蛋白(zonula occluden, ZO)等。

Claudin是具有四个跨膜结构域的细胞膜表面蛋白[7]，包含至少24个家族成员，其中claudin-1、claudin-5、claudin-8、claudin-11、claudin-14等可通过降低细胞膜的阳离子通透性，增高宿主细胞的跨膜电阻；claudin-2、claudin-10、claudin-15等可参与细胞膜的阳离子通道形成，降低细胞跨膜电阻。Claudin在不同组织、器官中的分布和差异性表达使其在TJ中表现出不同的作用。Occludin亦含有四个跨膜结构域，但与claudin具有不同的胞外环，可参与TJ结构形成，并维持其稳定性。Claudin和occludin共同组成TJ主体，并通过ZO蛋白PDZ结构域与细胞内骨架蛋白连接。在相邻肠上皮细胞顶侧膜肠腔侧，TJ形成连续的环形带状门控结构，使相邻细胞膜的接触和信息传递集中，细胞间隙消失，并通过细胞旁间隙控制细胞膜对离子和小分子物质的通透性；在胞质侧，TJ形成肌动蛋白结合位点，通过其跨膜结构域与细胞内肌动蛋白细胞骨架相连，调控细胞膜对细胞旁间隙中可溶性物质的通透性[8]。综上所述，TJ在维护黏膜通透性方面起有重要作用。

二、IBS患者TJ异常

多种致病因素可导致IBS患者TJ结构和功能改变，并引起相邻肠上皮细胞间隙的通透性增加以及黏膜屏障功能异常。

1. 基因和蛋白表达异常：部分IBS患者的肠黏膜TJ出现基因和蛋白表达异常。Bertiaux-Vanda⊇le等[9]发现与正常人相比，IBS患者肠黏膜claudin-1、occludin和ZO-1表达减少，且以腹泻型IBS患者的claudin-1和occludin水平降低最为明显。Martínez等[10]发现IBS患者肠黏膜ZO-1 mRNA和蛋白水平均显著低于正常人，而腹泻型IBS患者肠黏膜claudin-2表达明显增加。Cheng等[11]发现，claudin-1表达在腹泻型IBS患者中明显减少，而在便秘型IBS患者中却有增高趋势。TJ作为调控黏膜通透性的主要部位，TJ蛋白是其结构和功能的基础，TJ蛋白表达异常可引起TJ组装不完整甚至畸形组装，进而影响其离子通道功能，最终引起跨膜电阻(上皮屏障功能评判指标)改变。在腹泻型IBS患者中多表现为阳离子通道作用强化或通道破坏引起的TJ封闭作用丧失，增加肠道电解质流失；在便秘型IBS患者中则表现为阳离子通道作用减弱。TJ的这些结构异常可影响肠黏膜功能，引起持久的黏膜通透性改变以及水、电解质代谢失衡。

2. 蛋白结构和分布异常：IBS患者肠黏膜的TJ空间结构出现移位或解离，可伴或不伴TJ蛋白表达异常。Martínez等[10]发现腹泻型IBS患者肠黏膜ZO-1表达减少，并从TJ解离至细胞质内，从而导致TJ功能失调。Lauffer等[12]发现在亚急性或慢性应激条件下，大鼠TJ蛋白表达未见明显异常，但其黏膜的跨膜电阻发生改变。Vanhaecke等[13]证实应激模型大鼠肠黏膜occludin、claudin等蛋白表达未出现异常，而ZO-1分布发生改变；益生菌制剂可恢复和维持黏膜通透性，且在应激前给药可发挥预防黏膜屏障功能破坏的作用。Keszthelyi等[14]发现部分IBS患者肠黏膜屏障功能减弱，occludin脱离TJ结构，并在细胞质内异常分布；通过服用5-羟色胺酸(5-HTP)可促进这种分布异常，并增加黏膜通透性。Annaházi等[15]发现半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease, CP)可通过降解occludin，引起TJ结构改变，是便秘型IBS发病的重要机制；CP抑制剂可改善TJ结构异常，明显缓解便秘型IBS患者的腹痛、便秘症状。该研究提示CP在维持TJ结构稳定中可能具有重要调节作用，其具体机制有待进一步研究加以证实。综上所述，claudin和occludin与ZO蛋白结合形成TJ，并与细胞内的骨架蛋白连接，该结构在组装过程中出现异常或TJ蛋白解离引起的结构破坏均会影响TJ的正常功能，导致黏膜通透性改变。

3. TJ调控功能异常：研究[16-17]证实，肌球蛋白轻链激酶(MLCK)和Rho相关激酶(ROCK)诱导的肌球蛋白轻链(MLC)磷酸化可触发肌动蛋白收缩，引起细胞旁间隙扩大，黏膜通透性增加。Samak等[18]的研究发现，MLCK激活引起的人结肠腺癌细胞株Caco-2细胞拉伸可直接导致TJ结构改变。Gong等[19]以结肠球囊刺激诱导慢性内脏高敏感的IBS大鼠模型，发现其肠黏膜MLCK表达较正常大鼠明显增加，而小檗碱治疗可缓解这种异常高表达。Huang等[20]发现脂多糖可通过增加MLCK活性，促进MLC磷酸化，增加内皮细胞通透性，而黄芩素治疗可明显抑制这种效应。Wu等[21]发现MLCK激活可引起黏膜刷状缘呈扇形开放，促使肠道内非侵袭性共生菌向肠黏膜渗透并黏附，进而诱导慢性炎症的发生。

TJ蛋白结构、组成及其功能异常均可引发黏膜通透性改变，进而诱导或加重IBS症状。这些异常表现可单独或同时出现，可能与IBS致病因素不同有关，且可能是IBS患者临床表现差异的原因之一。

三、TJ改变在IBS发病中的作用

针对IBS中TJ改变的研究较多，但因IBS发病原因复杂以及早期诊断方法缺乏，TJ改变是IBS的首发因素还是继发症状仍有争议。IBS患者多存在精神心理应激，部分存在消化道感染史，其黏膜可发生不同程度的炎症反应。因此在制备IBS动物模型时，多采用外界刺激、菌群移植、慢性化学性炎症诱导等方法。

1. 应激：应激在IBS发病中起有重要作用。IBS患者脑-肠互动异常，进而引发肠道运动、黏膜通透性和敏感性改变，其机制与中枢神经和肠神经系统功能紊乱有关。应激条件下，大脑可通过脑-肠轴传递神经、内分泌等信号到肠道，其中下丘脑-垂体-肾上腺轴可激活自主神经系统，引起皮质醇、炎症因子和促肾上腺皮质激素释放因子(CRF)释放，CRF受体过度激活导致肠黏膜claudin-2表达增加，而CRF受体抑制剂可降低claudin-2水平，部分恢复跨膜电阻和黏膜通透性[22]。应激亦可引起血清肥大细胞活化以及5-羟色胺(5-HT)释放。健康人血清5-HT可引起肠黏膜ZO-1表达增加，而不影响TJ结构和黏膜功能；IBS患者血清5-HT水平异常升高，进而抑制occludin表达，增加黏膜通透性[14]。

2. 肠道菌群：部分急性肠道感染患者临床治愈后可发生感染后IBS(PI-IBS)，并可伴肠道菌群紊乱。肠道益生菌治疗可明显改善其症状，表明肠道菌群与IBS发生密切相关[23]。Zihni[24]等发现，梭状芽孢杆菌、志贺杆菌、沙门菌等致病菌可通过促进TJ蛋白内化、降解以及破坏细胞骨架，直接或间接引起TJ结构改变；此外，这些致病菌通常可引起严重腹泻，诱导炎症因子释放，引发急、慢性炎症，这可能是PI-IBS发生的原因之一。Wang等[25]利用双歧杆菌、乳酸菌、链球菌等益生菌对PI-IBS患者进行治疗，发现益生菌可明显抑制炎症因子白细胞介素(IL)-6、IL-17表达，促进claudin-1、occludin蛋白表达，且三者合用的疗效优于单独用药。Abbas等[26]证实布拉酵母菌治疗可明显改善IBS患者黏膜炎症和临床症状。不同肠道细菌对TJ蛋白的作用不同，肠道菌群异常与IBS发病密切相关。随着对IBS患者肠道菌群与TJ关系研究的深入，有望为其治疗提供新方向。

3. 炎症反应：肠道感染早期，致病菌可直接破坏TJ结构，引起黏膜通透性改变。经抗菌治疗后，肠黏膜仍可存在持续性低水平炎症反应，主要表现为黏膜免疫细胞活化、浸润以及炎症细胞因子释放，进而导致PI-IBS发生[27]。功能性消化不良患者十二指肠黏膜存在持续性低水平炎症[28]，表现为肥大细胞和嗜酸性粒细胞数量增加，通过诱导ZO-1、occludin等TJ蛋白的异常磷酸化，引起黏膜通透性改变。肠道感染后期或应激条件下，血清细胞因子[如肿瘤坏死因子(TNF)-α等]明显升高，从而促进活性氧生成，下调TJ蛋白表达，引起黏膜通透性改变。Abbas等[26]认为，益生菌对IBS的疗效是通过降低炎症因子IL-8、TNF-α水平以及升高IL-10水平来实现的，可减少炎症引起的TJ结构破坏。肠黏膜炎症反应及其诱导的通透性改变可能是IBS尤其是便秘型IBS患者症状反复发作的重要原因。

4. 其他可能的机制：IBS和炎症性肠病(IBD)患者均存在TJ结构改变，用于治疗IBD的药物(如益生菌、抗菌药物等)[29]对PI-IBS亦有一定疗效，推测IBS可能与IBD存在相似的黏膜屏障损伤机制(如肠道菌群失调、炎症反应紊乱等)[30-31]。然而，研究[32]发现IBD的治疗药物美沙拉嗪对IBS疗效不佳，而泮托拉唑可部分缓解IBS患者症状[33]，因此由TJ异常导致IBS发病的具体机制仍需进一步研究加以证实。

四、结语

综上所述，引起IBS发病的因素复杂多样，IBS患者各项炎症指标异常的机制仍有待进一步研究加以阐明。TJ结构异常和黏膜通透性改变是IBS患者的共有特征。随着对TJ在IBS发病中作用的进一步明确，有望为IBS发病机制研究和治疗药物研发提供新思路。

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