內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在危重病腸黏膜屏障損傷中的作用①

尹 蒙 王 鵬 李福龍 趙自剛（河北北方學(xué)院微循環(huán)研究所，張家口075000）

腸屏障是機(jī)體防御系統(tǒng)的重要組成部分。良好的腸屏障功能可有效阻止腸道細(xì)菌、內(nèi)毒素向腸外組織、器官移位，維持內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定。腸屏障損傷成為多種嚴(yán)重致病因素引起全身炎癥反應(yīng)失控和多器官功能障礙和衰竭的主要機(jī)制之一［1］。一般來(lái)說(shuō)，腸屏障由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障與生物屏障共同構(gòu)成，以機(jī)械屏障最為重要，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為完整的腸黏膜上皮細(xì)胞及細(xì)胞間緊密連接，亦稱(chēng)為腸黏膜屏障。研究顯示，失血性休克、嚴(yán)重?zé)齻?、重癥急性胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）、膿毒癥等危重病可引起腸黏膜屏障損傷，因此，研究腸黏膜屏障損傷的發(fā)生機(jī)制對(duì)探尋腸屏障損傷的防治策略顯得尤為重要。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）指細(xì)胞受到內(nèi)外因素（缺血/缺氧、感染、炎癥等）刺激后，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)損傷，功能障礙，蛋白質(zhì)加工運(yùn)輸受阻，表現(xiàn)為大量未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白累積及Ca2+平衡紊亂，從而導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和細(xì)胞損傷［2-4］。因此，過(guò)度ERS成為疾病發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一，ERS在多種危重病腸黏膜屏障損傷中的作用值得關(guān)注。本文綜述了ERS參與失血性休克、嚴(yán)重?zé)齻AP、膿毒癥引起腸黏膜屏障損傷中的作用，以期針對(duì)ERS探尋防治腸屏障損傷的新策略。

1 ERS參與失血性休克引起的腸黏膜屏障損傷

失血性休克引起有效循環(huán)血量減少，全身血液重新分布，保證了心、腦等重要器官的血液供應(yīng)，而腸道微循環(huán)低灌注最易發(fā)生缺血缺氧性損害。研究發(fā)現(xiàn)，失血性休克大鼠腸黏膜上皮細(xì)胞水腫、壞死脫落，有淋巴細(xì)胞及中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)；腸絨毛高度顯著降低，排列紊亂，腸黏液層破壞，分泌黏液蛋白的杯狀細(xì)胞數(shù)目減少，腸通透性顯著升高，緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-2的蛋白與基因表達(dá)顯著降低。以上研究表明，失血性休克可引起腸黏膜屏障損傷［5-6］。

研究顯示，失血性休克后，缺血缺氧在引起組織細(xì)胞出現(xiàn)能量代謝障礙、鈣超載和自由基大量生成的同時(shí)，錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逐漸堆積，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙，發(fā)生ERS［7］。失血性休克在引起腸屏障損傷的同時(shí)，增加了腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶免疫球蛋白結(jié)合蛋白（binding immunoglobulin protein，BIP）/糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose regulated protein 78 kD，GRP78）蛋白表達(dá)、ERS標(biāo)志物剪接型X盒結(jié)合蛋白1（spliced X-box binding protein 1，XBP-1s）mRNA表達(dá)［8］；失血性休克大鼠復(fù)蘇后，小腸組織涉及蛋白激酶RNA樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase RNA-like ER kinase，PERK）和肌醇必需酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）通路的ERS標(biāo)志分子X(jué)BP-1s、總XBP-1、C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）、生長(zhǎng)抑制與DNA損傷基因34（growth arrest and DNA damage-inducible 34，GADD34）、GRP78、GRP94、跨膜蛋白活化轉(zhuǎn)錄因子4（activating transcription factor 4，ATF4）的mRNA表達(dá)均顯著降低［9］。這些研究結(jié)果表明失血性休克引起了腸黏膜上皮細(xì)胞ERS。

針對(duì)失血性休克引起腸黏膜上皮細(xì)胞ERS機(jī)制的研究顯示，Toll樣受體4（Toll like receptor 4，TLR4）基因缺陷及TLR4抑制劑C34顯著降低了GRP78、XBP-1s蛋白表達(dá)，腸損傷程度減輕；給予外源性高遷移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）顯著增加了TLR4基因缺陷小鼠失血性休克后的腸損傷，說(shuō)明TLR4/HMGB1信號(hào)通路參與失血性休克引起的腸黏膜上皮細(xì)胞ERS的發(fā)生［8］。除此以外的其他機(jī)制還有待深入研究。

2 ERS參與嚴(yán)重?zé)齻鸬哪c黏膜屏障損傷

大面積燒傷除了引起皮膚和皮下組織嚴(yán)重?fù)p毀外，還可導(dǎo)致其他多種臟器功能不同程度的損傷［10］。由于腸道極易受到組織灌注不足和缺氧的影響，故燒傷后應(yīng)激反應(yīng)引起的組織缺血缺氧，使腸道成為受損最為嚴(yán)重的器官之一［11］。缺血缺氧造成細(xì)胞能量代謝障礙，引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，進(jìn)而引起細(xì)胞功能紊亂、凋亡甚至死亡，最終導(dǎo)致黏膜受損、抑制黏膜修復(fù)，發(fā)生腸屏障損傷［12-13］；嚴(yán)重?zé)齻鹉c黏膜組織學(xué)損害的主要表現(xiàn)為絨毛排列不規(guī)則、脫落，并可見(jiàn)固有層慢性炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。HUANG等［14］研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重?zé)齻竽c黏膜上皮細(xì)胞緊密連接蛋白ZO-1、occludin、Claudin-1表達(dá)顯著降低，Claudin-2表達(dá)顯著增高，提示燒傷可引起腸上皮細(xì)胞緊密連接破壞，成為腸屏障損傷的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。DEITCH等［15］和EPSTEIN［16］等分別經(jīng)臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生中度至重度燒傷后不久，腸道通透性顯著增加，進(jìn)一步證實(shí)燒傷引起的腸屏障損傷。黏膜和屏障損傷導(dǎo)致細(xì)菌和毒素移位進(jìn)入肝臟和血液，尤其是通過(guò)腸淋巴途徑回流至全身，導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征和遠(yuǎn)隔器官功能障礙和損傷，成為嚴(yán)重?zé)齻颊咚劳龅闹饕颍?7-18］。

研究顯示，ERS參與嚴(yán)重?zé)齻嚓P(guān)的腸黏膜屏障功能障礙。HUANG等［14］應(yīng)用30%體表面積燒傷小鼠，發(fā)現(xiàn)腸通透性增加程度、黏液層和緊密連接蛋白破壞程度與燒傷延續(xù)時(shí)間正相關(guān)；最重要的是，燒傷引起了腸黏膜上皮細(xì)胞BIP、CHOP、IRE1/XBP1的蛋白表達(dá)增加，表明嚴(yán)重?zé)齻鹉c黏膜受損的機(jī)制與ERS有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，谷氨酰胺是腸黏膜重要的能源物質(zhì)。研究顯示，谷氨酰胺在改善腸上皮組織灌注、能量代謝的同時(shí)，降低了ERS程度，在維護(hù)腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能方面發(fā)揮重要作用［12］。胡建紅［19］研究發(fā)現(xiàn)，腸三葉因子治療能明顯減輕燒傷動(dòng)物的ERS，降低CHOP含量，改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，促進(jìn)二硫鍵異構(gòu)酶合成，從而促進(jìn)谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)，改善燒傷后腸黏膜屏障功能。這些研究不僅表明ERS參與燒傷損傷腸黏膜屏障的過(guò)程，也為針對(duì)ERS改善嚴(yán)重?zé)齻蟮哪c屏障功能開(kāi)辟了新的方向。但相關(guān)機(jī)制還需進(jìn)一步探索。

3 ERS參與SAP所致腸黏膜屏障損傷

由于生活習(xí)慣和飲食習(xí)慣的變化，急性胰腺炎的發(fā)病率逐漸增加，且有20%的急性胰腺炎患者發(fā)展為SAP；而由于SAP進(jìn)展迅速、并發(fā)癥多、預(yù)后差、死亡率約為20%～30%而備受關(guān)注［20］。研究表明，SAP可破壞腸黏膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腸道通透性增加，使腸道細(xì)菌和內(nèi)毒素進(jìn)入腸外組織和全身循環(huán)，引起全身炎癥反應(yīng)失控及遠(yuǎn)隔器官損傷；腸黏膜屏障的完整性在SAP的發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮重要作用［21］。

針對(duì)ERS與SAP損傷腸黏膜屏障的相關(guān)研究顯示，SAP大鼠血清二胺氧化酶和內(nèi)毒素水平顯著升高；出現(xiàn)腸水腫、絨毛脫落，腸黏膜上皮細(xì)胞變性、壞死，伴有出血、白細(xì)胞浸潤(rùn)等；血清促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β水平均顯著升高；回腸組織ERS標(biāo)志分子GRP78、PERK、ATF6、IRE1α的蛋白與mRNA表達(dá)顯著增高；透射電鏡顯示腸黏膜上皮細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)廣泛腫脹；ERS特異性抑制劑4-苯基丁鹽（4-phenylbutyrate，4-PBA）治療顯著抑制了SAP大鼠上述指標(biāo)的變化［22］。研究結(jié)果表明，ERS是SAP引起腸黏膜屏障損傷及過(guò)度炎癥反應(yīng)的主要機(jī)制之一。

OUYANG等［23］研究顯示，SAP大鼠腸組織磷酸化的p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）、p53信號(hào)分子高表達(dá)，p38MAPK/p53信號(hào)通路特異性抑制劑SB203580可降低腸組織炎癥細(xì)胞因子水平，減少腸上皮細(xì)胞凋亡，上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)，從而減輕腸黏膜屏障損傷，結(jié)果表明p38MAPK/p53信號(hào)通路也參與腸黏膜屏障損傷過(guò)程。但SAP后腸黏膜上皮細(xì)胞發(fā)生ERS的機(jī)制是否與p38MAPK/p53信號(hào)通路有關(guān)還缺乏文獻(xiàn)支持。

4 ERS參與膿毒癥所致腸黏膜屏障損傷

膿毒癥是重癥患者死亡的主要原因。腸黏膜屏障損傷是膿毒癥引起重要臟器結(jié)構(gòu)損傷與功能障礙的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［24］。在盲腸結(jié)扎穿孔（cecal ligation and puncture，CLP）致大鼠膿毒癥的過(guò)程中，腸道通透性增加、腸黏膜緊密連接蛋白ZO-1和Claudin-1表達(dá)顯著降低［25］；在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）引起大鼠內(nèi)毒素血癥的過(guò)程中，亦發(fā)生腸組織學(xué)損傷加重、黏膜通透性增加、細(xì)菌移位增多、炎癥反應(yīng)亢進(jìn)的現(xiàn)象，緊密連接蛋白o(hù)ccludin、claudin-1和縫隙黏附分子A表達(dá)下調(diào)［26］；相關(guān)治療措施在改善腸黏膜屏障的同時(shí)，提高了模型動(dòng)物的存活率、延長(zhǎng)了存活時(shí)間［25-26］。

針對(duì)ERS與膿毒癥腸黏膜屏障損傷關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，早期給予4-PBA在顯著抑制CLP致膿毒性休克大鼠腸損傷、提高存活率的同時(shí)，抑制了腸組織ERS標(biāo)志蛋白CHOP表達(dá)，進(jìn)一步抑制ERS介導(dǎo)的氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)［27］；CHOP-/-小鼠在遭受CLP或LPS攻擊后，存活率顯著提高［28］；基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）13-/-小鼠在遭受LPS攻擊后，腸黏膜ERS受到顯著抑制，腸黏膜杯狀細(xì)胞消耗減少、腸通透性降低、緊密連接蛋白表達(dá)恢復(fù)正常，說(shuō)明膿毒癥腸黏膜ERS的發(fā)生機(jī)制與MMP13有關(guān)［29］?？梢?jiàn)，ERS參與膿毒癥損傷腸黏膜屏障的過(guò)程，但詳細(xì)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)與展望

腸道是危重癥發(fā)展為多器官功能障礙綜合征的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，腸黏膜屏障損傷在這一過(guò)程中扮演重要角色。ERS參與失血性休克、嚴(yán)重?zé)齻AP、膿毒癥等急危重癥引起的腸黏膜上皮細(xì)胞破壞→腸黏膜屏障損傷過(guò)程，表現(xiàn)為IRE1、PERK和ATF6等主要信號(hào)分子及其構(gòu)建的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生的一系列變化（圖1）?？傮w來(lái)看，研究者對(duì)于ERS參與危重病引起腸黏膜屏障損傷的過(guò)程已有較為深入的研究，但是對(duì)于腸黏膜發(fā)生ERS詳細(xì)機(jī)制的關(guān)注相對(duì)較少。目前，多種因素通過(guò)多種機(jī)制引起細(xì)胞ERS，ERS進(jìn)一步通過(guò)IRE1/XBP1、PERK/CHOP、ATF6等信號(hào)通路介導(dǎo)了隨后的細(xì)胞凋亡［30］。究竟哪些機(jī)制參與了危重病發(fā)展進(jìn)程中ERS介導(dǎo)的腸黏膜屏障損傷還有待深入研究。一些抑制ERS和能夠幫助蛋白質(zhì)正確折疊或者調(diào)節(jié)未折疊蛋白反應(yīng)信號(hào)分子的藥物對(duì)于改善腸屏障功能有良好的作用，但其分子機(jī)制尚不明確，且多是在動(dòng)物模型上得以證實(shí)，缺乏臨床實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。相信相關(guān)機(jī)制的闡明有利于今后從抑制ERS的角度尋找防治危重病的治療新策略。

圖1 ERS參與危重病發(fā)展進(jìn)程中的腸黏膜屏障損傷Fig.1 ERS involves in intestinal mucosal barrier injury during critical disease