人体肠道的屏障机制

2021
11/01

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LittleAxe
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人体肠道是消化、吸收食物中营养物质的重要器官,同时也将食物中的微生物及其代谢产物、致敏物质等阻隔于肠道内,肠道所形成的这道屏障就肠道屏障,或肠屏障。肠屏障功能在预防、阻止全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome, SIRS)、脓毒症(sepsis)、多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)的发生发展中发挥着重要作用。肠屏障功能若发生障碍,会引起肠内病原微生物及其毒素纵向移位入血,发生菌血症和毒血症,引起促肠源性感染的发生与发展,严重时可导致多系统器官功能衰竭。生理状态下,肠道发挥自身的屏障功能可有效防止机体内环境受到有害物质的侵害,保障机体内环境稳定。


机械屏障

正常情况下,肠粘膜上皮表面覆盖着粘液,保护上皮细胞不受有毒物质的侵害。其结构基础是完整的上皮细胞和上皮细胞之间的紧密连接。细胞间的这种紧密联接可选择性的转运物质,防止肠腔内细菌、毒素及炎性介质等有害物质的旁细胞转运,维持肠粘膜上皮屏障功能的完整。肠粘膜上皮是一类单层柱状上皮细胞,其和下方的结缔组织和固有层的支持组织共同构成了屏障功能单位。细胞间的紧密联接是指绒毛上皮间紧密连接和腺管细胞间紧密连接,有效地防止肠腔内有毒物质自由通过细胞间隙而渗透进周围组织中的作用,同时也给细菌提供了理想的生殖空间,肠屏障正常情况下可以限制潜在致病细菌的进入。粘液层的主要成分是粘蛋白,由肠粘膜细胞分泌,磷脂也分布在粘液表面,也起着重要的保护作用,由于其疏水性,细菌毒素的渗透性可显著降低。机械屏障还包括肠动力的功能。肠蠕动可以充分移走肠道食物残渣,以防止细菌长时间留在肠黏膜中,减少细菌通过的可能性,起到清洁的效果。

免疫屏障

包括肠黏膜相关淋巴组织和胃肠道排泄的抗体。前者由粘膜上皮内淋巴细胞和固有层中分散分布的淋巴细胞、浆细胞、巨噬细胞以及粘膜淋巴滤泡组成。粘膜淋巴滤泡可促进分泌型免疫球蛋白IgA 的含量上升,从而激发IgA 免疫反应。研究发现,粘膜上皮内淋巴细胞主要是免疫效应细胞-- CD8+细胞,而 CD8+细胞具有细胞毒作用,CD8+细胞激活时,可释放多种细胞因子,如穿孔素、端粒酶和丝氨酸醋酶等,从而达到细胞杀伤作用,在防御肠道病原体入侵方面发挥重要功能。在胃黏膜中25%是淋巴组织,结合细胞免疫和体液免疫以防止人体损伤,特异性免疫球蛋白与肠相关的淋巴组织结合进入肠道,选择性地破坏革兰氏阴性细菌,产生抗原抗体复合物,阻碍细菌结合具有上皮细胞的受体和刺激肠道分泌,加速粘液的流动,有效阻断细胞粘附到肠黏膜。淋巴组织可在肠道免疫屏障宏观上发挥重要作用,吞噬细胞等抵抗并消除一些致病微生物,起着不可替代的作用。免疫球蛋白在肠固有层中产生,被肠上皮细胞处理后分泌到肠腔中,防止细菌、毒素和病毒抗原的粘附,在抗原清洁中发挥作用。 

化学屏障  

指胆汁、胃酸和各种化学物质,包括消化性溶菌酶、粘多糖、糖蛋白和从胃肠道分泌的糖脂等。当胃肠道分泌的消化液进入肠腔后,肠粘膜上皮细胞分泌的粘液与肠道寄生菌产生的抑菌物质共同构成化学屏障。胃酸能够轻而易举地杀死胃肠道中的细菌,抑制细菌粘附和肠上皮细胞的集落定植。胰液中含有胰蛋白酶,可水解细菌。胆汁中胆盐与肠内的内毒素结合形成难以吸收的复合物,降解内毒素分子,并且含有分泌型 IgA,发挥免疫屏障作用,防止内毒素从肠道吸收。溶菌酶破坏细菌的细胞壁并溶解细菌,直接切断连接 N-乙酞葡萄糖胺和 N-乙酞胞壁酸的聚糖链,导致细胞丧失坚韧性,在低渗状态下发生细胞裂解。大量的胃肠道分泌物还可以稀释毒素,清洗和清洁肠道,使潜在的致病性病原体不能附着在肠上皮细胞上。流体由杯状细胞分泌,其含有糖蛋白和糖脂,在肠黏膜中可以促进细菌与其结合,在肠道蠕动产生的分泌液中毒素得到稀释,进而随着肠道蠕动而排出体外。 

生物屏障   

人体肠道中蕴藏着巨量的微生物。肠道细菌的总量约1014株,其中的99%是厌氧细菌,仅不足 1%的细菌是兼性厌氧菌。肠道菌群结构形成一种相互依赖并与其他微生物相互作用的微生物系统,其生态平衡形成了人体肠道的生物屏障。存在于肠道中的包括细菌在内的众多微生物和宿主之间形成了微生物依赖性和相互关联的微生物生态系统。生态平衡的肠道微生物群具有参与机体能量-营养素代谢,防止外来菌种入侵,刺激机体免疫功能的建立、完善和维持等生理功效。肠道微生物群平衡一旦被打破,肠道条件致病菌开始对机体产生危害。正常有益细菌沉淀在人体肠道中并与宿主保持这种共生关系,不仅宿主能够维持肠道的细菌平衡,而且能为宿主提供必要的营养物质,参与构成的人体肠道屏障的重要组员。生物屏障菌群主要由专性厌氧菌,如乳酸杆菌、双歧杆菌等构成,并通过磷壁酸与肠粘膜上皮紧密结合而形成菌膜屏障,从而防止致病菌及其有害物质的侵袭。生物屏障产生醋酸、乳酸、短链脂肪酸等,致肠道PH值呈酸性,抑制难以在酸性环境下生存的致病菌。研究发现,生物屏障能产生一些特定的物质,有提高宿主黏膜免疫功能的作用,能够促进动物体内免疫器官的发育和成熟,提高特异性和非特异性免疫功能,具有很强的广谱抗菌作用。

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关键词:
细胞,肠道,免疫,屏障,细菌

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