為了消化和吸收，哺乳動物發育出了一個非常複雜且高度特化的由黏膜屏障維持的胃腸道系統。然而，除了可吸收的營養物質以外，腸黏膜還面臨大量的外部抗原，包括食物抗原、共生細菌、病原體和毒素。因此，在吸收營養物質的同時，還需要一種特殊的屏障功能來阻止各種外部抗原的進入。在腸道中，這一屏障的前線僅由一層特殊的上皮細胞維持，這些細胞通過緊密連接蛋白連接在一起。許多其它因子參與維持這一屏障，包括粘蛋白、抗菌分子、免疫球蛋白和細胞因子等。如果這些因子出現任何異常，腸道通透性就可能會增加，這就是「腸漏」。腸漏允許外部抗原從腸腔進入宿主，這可能促進局部和全身免疫反應。腸漏可能導致或加重多種疾病，包括自身免疫性疾病，比如炎症性腸病、自身免疫性肝炎、1型糖尿病、多發性硬化症和系統性紅斑狼瘡等。許多因素可以影響腸道通透性，比如各種飲食來源的化合物、酒精攝入和腸道菌群失調。腸道菌群研究在過去的十多年中受到了廣泛的關注。越來越多的證據表明，腸道菌群在調節腸道通透性和腸道屏障功能方面具有重要作用。

腸道屏障

多種多樣的外源性物質會進入我們的腸腔，比如微生物、毒素和抗原。如果沒有一個完整的、功能正常的腸道屏障，這些物質就可以穿透腸壁組織，擴散到血液和淋巴循環中，破壞組織穩態。完整健康的腸道屏障系統包括物理屏障、化學屏障和免疫屏障，可以阻止大多數病原體的進入。這些屏障相互配合，以防止不友好的腸腔內容物進入體內。

物理屏障

人的腸道上皮表面積可達300-400平方米。雖然只有單層細胞，但是腸道黏膜上皮細胞是腸道屏障的主體，起著物理屏障的作用。腸道黏膜上皮細胞包括柱狀腸上皮細胞、杯狀細胞、潘氏細胞、M細胞、腸內分泌細胞等多種類型的功能細胞。在所有這些細胞類型中，柱狀腸上皮細胞占絕對多數。腸上皮細胞是吸收性細胞，對營養吸收至關重要。然而，越來越多的證據表明腸上皮細胞的功能並不局限於營養吸收，還可以通過表達一種抗菌蛋白控制細菌的數量。我們的腸道黏膜上皮細胞更新頻率很高，除潘氏細胞外，其餘均為每3-5天更新一次，壽命大約為2個月。

腸道黏膜上皮細胞之間通過緊密連接蛋白結合在一起。與跨細胞途徑不同，細胞旁途徑允許物質通過腸道上皮細胞之間的間隙運輸。緊密連接的可塑性受到多種分子的控制，主要是蛋白質，目前已經發現了40多種緊密連接蛋白。在各種病理條件下，細胞旁通透性可能增加，導致不受歡迎的、潛在的有害分子進入。

腸道上皮上面的黏液層分為內層和外層，覆蓋整個腸上皮，將腸腔內的微生物與腸道上皮分開，提供物理保護。黏液的主要成分是一種高度糖基化的凝膠形成黏蛋白MUC2，還包括IgA以及酶和蛋白質（比如乳鐵蛋白）等多種分子。杯狀細胞是一種分布於柱狀上皮細胞之間的黏液分泌細胞，它們不僅產生MUC2黏蛋白，還分泌許多其它黏液成分。Muc2缺乏的小鼠會自發發生結腸炎，這表明MUC2在黏膜保護中的重要作用。除了凝膠形成黏蛋白以外，還有一種與上皮細胞非常接近的黏蛋白叫做跨膜黏蛋白。跨膜黏蛋白主要由柱狀腸上皮細胞產生。

腸道共生菌也是腸道物理屏障的一個重要組成部分，主要有兩個方面的主要功能。第一是通過爭奪營養物質、占據附著位點和釋放抗菌物質來促進對有害菌或致病菌的定殖抵抗。此外，腸道菌群調節營養物質的消化和吸收，為上皮細胞提供能量。腸道菌群直接能量供應的一個很好的例子就是產生短鏈脂肪酸，它們被結腸細胞用於生長和代謝。總之，腸道黏膜上皮細胞、黏液層和腸道微生物是限制不友好的腸腔內容物進入宿主組織的物理屏障。

化學屏障

具有抗菌特性的生化分子不僅存在於黏液中，還深入到腸腔中，包括膽汁酸和抗菌蛋白。這些不同的分子形成了一個複雜的網絡，以減少定殖細菌的數量，減少腸腔抗原與宿主細胞接觸的機會，構成腸道的化學屏障，這是物理屏障的良好補充，也是腸道屏障功能的重要組成部分。

小腸近端的微生物很少。但是隨著與胃的距離增加，pH值升高，細菌的數量逐漸增加。面對大量的微生物，腸道細胞會產生多種抗菌蛋白來對抗入侵者。這些抗菌蛋白可以分為許多類型，包括α-和β-防禦素、C型凝集素、Cathelicidin抗菌肽、溶菌酶和腸道鹼性磷酸酶。潘氏細胞作為抗菌蛋白的主要產生細胞，參與維持和調節腸道的化學屏障功能。

免疫屏障

腸道上皮下有淋巴濾泡，包括派爾淋巴集結和孤立淋巴濾泡。在淋巴濾泡中，多種免疫細胞，包括B細胞、T細胞、樹突狀細胞和中性粒細胞，通過呈遞抗原、分泌細胞因子和產生抗原結合抗體來協調免疫反應。在淋巴濾泡所在的腸道上皮中存在M細胞，它們將抗原由腸腔轉運到上皮下的免疫細胞，從而誘導黏膜免疫應答或免疫耐受。此外，杯狀細胞可以將小腸腔內捕獲的抗原呈遞給小腸固有層的CD103+樹突狀細胞。有趣的是，在常規飼養的老鼠中，只在小腸觀察到自發的抗原呈遞，結腸中沒有發現，但是將該鼠置於無菌環境中並且經口飼喂抗生素後，便在結腸中發現了自發抗原呈遞過程。這表明結腸的抗原呈遞過程可能被結腸共生菌群所抑制。杯狀細胞還能感知入侵的病原體，抑制致病菌進入宿主的免疫系統。

免疫屏障的另一個組成部分是分泌型免疫球蛋白A（sIgA）。IgA是機體最豐富的免疫球蛋白，主要存在於腸道黏膜表面。分泌型IgA可能與腸道共生菌相互作用，抵禦病原體的感染。分泌型IgA的一個獨特之處在於，與黏膜表面的其它抗體相比，它在富含蛋白酶的環境中具有很強的結構彈性，仍然能夠保持功能活性。最後，分泌型IgA可以經上皮細胞轉位，分泌入腸腔。

腸道菌群與腸道屏障

腸道微生物可以通過模式識別受體被宿主所感知，比如Toll樣受體和核苷酸結合寡聚化結構域樣受體。在腸道中，細菌與宿主之間的相互作用很大程度上依賴於細胞表達的模式識別受體對微生物相關分子模式的識別。某些菌群、細菌組分和代謝產物會影響腸道屏障功能並導致組織穩態的破壞。腸漏時，腸腔內的細菌及其產物能夠從腸腔逃離，如果進入外周循環，可能會引起炎症，造成全身組織損傷。這一過程叫做細菌易位。

腸道屏障的發育和功能依賴於腸道菌群。在無菌動物中，由於缺乏腸道細菌，黏液層的厚度極低。腸道菌群在調節杯狀細胞分泌黏蛋白方面也發揮重要作用。較薄的黏液層使得細菌容易滲透，這可能引發炎症和炎症性疾病，比如結腸炎。腸道共生菌或細菌組分，比如脂多糖和肽聚糖，可以幫助恢復黏液層。腸道共生菌和黏液層之間存在一種平衡，共同維持腸道內環境的穩態。黏液層內有多種抗菌蛋白的分泌，可以清除病原體，控制共生菌的定植。反過來，某些抗菌蛋白的產生也受到腸道菌群及其組分的調節。例如，抗菌蛋白RegIIIγ有助於避免細菌與腸道上皮細胞發生接觸。酗酒者和接受酒精處理的小鼠的RegIIIγ被抑制，補充益生元或者增加腸道中的乳酸桿菌和雙歧桿菌可以幫助恢復RegIIIγ的功能和控制細菌過度生長。Ang4是血管生成素家族的一員，是另一個腸道共生菌調節抗菌蛋白產生的例子。一項研究發現，小鼠潘氏細胞中Ang4的產生和分泌是由一種叫做多形擬桿菌的腸道細菌所誘導的。因此，Ang4在腸腔內的抗菌活性又取決於某些腸道共生菌的存在。

此外，腸道微生物與抗菌蛋白之間存在著相互作用，比如腸道鹼性磷酸酶。腸道鹼性磷酸酶主要由腸道黏膜上皮細胞產生，既可以錨定在上皮細胞膜上，也可以分泌進入腸腔。腸道鹼性磷酸酶缺乏的小鼠中，微生物數量更少，細菌組成也發生了改變，尤其是乳酸桿菌的數量明顯減少。上調腸道鹼性磷酸酶的活性可以選擇性地增加LPS抑制菌（比如雙歧桿菌），同時減少LPS產生菌（比如大腸桿菌）。由於其體內滅活LPS的能力，鹼性磷酸酶在防止LPS易位（一種源自細菌的促炎症刺激）方面至關重要。值得注意的是，腸道鹼性磷酸酶的表達依賴於腸道菌群的存在。腸道鹼性磷酸酶還可以通過增加某些緊密連接蛋白的表達來增強腸道屏障功能。

腸道幹細胞產生新的腸道黏膜上皮細胞對於腸道屏障功能的維持至關重要，因為腸道黏膜上皮細胞的凋亡和脫落頻率很高。腸道黏膜上皮細胞中多達10%的基因轉錄，特別是與免疫、細胞增殖和代謝相關的基因，是由腸道菌群調控的。無菌小鼠和抗生素處理的小鼠中，腸道上皮細胞增殖率降低，表明腸道菌群在上皮細胞更新中的重要作用。來自大腸桿菌的LPS可以以劑量依賴的方式誘導細胞脫落。短雙歧桿菌的定殖，或者更準確地說是其表面成分胞外多糖，可以積極地調節脂多糖誘導的上皮細胞脫落。腸道黏膜上皮細胞的更新依賴於位於隱窩底部的腸道幹細胞的活性以及Toll樣受體4的表達。除了LPS以外，細菌代謝物，尤其是丁酸，也是腸道幹細胞增殖的抑制劑。腸道隱窩結構保護腸道幹細胞免受丁酸的不良影響。作為細胞旁通路的守門人，緊密連接蛋白也是腸道菌群調控的主要目標，這對於某些益生菌物種尤其如此。

腸漏的機制

大量影響腸道屏障和/或腸道菌群的因素都可能導致細菌易位，並導致局部和全身炎症。這些因素包括飲食、感染、飲酒和燒傷等。

飲食誘導的腸漏

營養和食品成分有助於維持或改變腸道菌群和腸道屏障功能。維生素D 可以通過誘導某些緊密連接蛋白的表達作為一種腸道屏障功能的保護劑。維生素D受體基因敲除的小鼠會表現出更加嚴重的實驗性結腸炎，表明維生素D對黏膜屏障的保護作用。低纖維飲食會導致黏液降解細菌的大量繁殖，包括嗜黏蛋白阿克曼氏菌和糞擬桿菌。其結果是，低纖維飲食的小鼠的黏液厚度明顯減少，較薄的黏液層和受損的腸道屏障功能導致對某些誘導結腸炎的病原體高度敏感。此外，高飽和脂肪的飲食會大大減少乳酸桿菌和增加顫螺菌的數量，這些變化與近端結腸通透性顯著增加有關。此外，顫螺菌的丰度與形成腸道屏障的緊密連接的mRNA表達呈負相關。

應激誘導的腸漏

在某些情況下，應激引起的腸道菌群的改變和腸道屏障的損傷會導致細菌易位的發生。燒傷和飲酒就是這種應激的例子。燒傷導致腸道通透性增加，這是由肌球蛋白輕鏈激酶活性增加所調節的。肌球蛋白輕鏈磷酸化或激酶激活可以觸發上皮細胞緊密連接的打開。在燒傷中，緊密連接蛋白被重新分配，這可以通過補充肌球蛋白輕鏈磷酸化抑制劑來逆轉。此外，燒傷的人和小鼠腸道菌群也發生類似的變化，特別是腸桿菌科細菌的丰度增加。重要的是，燒傷也使這些革蘭氏陰性需氧菌發生易位。另一項研究使用不同的小鼠燒傷模型發現結腸通透性增加以及腸道需氧菌和厭氧菌群減少，特別是產丁酸的細菌群。因此，燒傷小鼠糞便中的丁酸水平明顯降低。有趣的是，當實驗小鼠接受糞菌移植時，其改變的細菌數量和受損的黏膜屏障功能被逆轉，表明腸道菌群直接參與燒傷引起腸漏發生。

長期飲酒會導致腸道屏障功能障礙、腸道菌群質和量的改變、LPS易位和酒精性肝病。在人類和小鼠中都發現，酒精可以破壞腸道屏障功能，這與腸道單核細胞/巨噬細胞以及攜帶腫瘤壞死因子受體的腸上皮細胞產生的腫瘤壞死因子增加，進而下游激活肌球蛋白輕鏈激酶密切相關。值得注意的是，當給長期飲酒的小鼠同時口服抗生素處理以清除腸道細菌時，腫瘤壞死因子的產生水平和腸道通透性降低到與對照組小鼠相當的水平。這說明酒精誘導的、腫瘤壞死因子介導的腸漏在很大程度上依賴於腸道菌群。飲酒後可觀察到細菌過度生長，而抗生素可以降低細菌負荷，減弱酒精性肝病的發生。有益的乳酸桿菌在飲酒時被顯著抑制，直接補充益生菌或通過益生元或飲食間接刺激乳酸桿菌可以減少細菌過度生長，恢復腸道黏膜完整性，抑制細菌易位。細菌易位，尤其是LPS的易位，參與了酒精性肝病的發展和進程。值得注意的是，一些細菌物種可以產生酒精，包括大腸桿菌和融合魏斯氏菌（Weissella confusa），這也可能是它們破壞腸道屏障功能的機制。

感染在調節黏膜屏障中發揮重要作用。一個很好的例子是感染人類胃的革蘭氏陰性細菌幽門螺旋桿菌。幽門螺旋桿菌可以通過重新分配緊密連接蛋白直接增加上皮通透性。此外，噬菌體通常被認為不會對哺乳動物產生致病性，但它們會對腸漏產生影響。當給大鼠喂食含有腸道沙門氏菌噬菌體的混合噬菌體時，腸道屏障的完整性被破壞。

總而言之，由於各種因素所導致的腸道菌群破壞可以導致腸道通透性增加以及細菌成分和產物的易位。細菌易位隨後會引發異常的免疫反應，導致腸道以外的器官的炎症和/或組織損傷。

腸漏與自身免疫性疾病

一些疾病狀態與腸道菌群失調、腸道屏障功能障礙和細菌易位有關，這些疾病包括阿爾茨海默病、酒精性肝病、癌症和多種自身免疫性疾病等等。自身免疫性疾病的特徵是產生對抗自身抗原的自身抗體，攻擊人體自身組織，造成損傷。遺傳和環境因素長期以來被認為是導致自身免疫的主要因素。近年來，越來越多的證據表明，腸道菌群失調導致的細菌易位和腸道屏障功能障礙是自身免疫性疾病的另一個重要致病因素。下面我們以1型糖尿病和系統性紅斑狼瘡為例，討論腸漏導致自身免疫性疾病的作用機制。

1型糖尿病

1型糖尿病是一種器官特異性的自身免疫性疾病，其特徵是對胰腺β細胞的自身免疫反應，導致胰島素分泌不足。有些人認為，腸漏只是疾病的結果，而不是疾病的始作俑者，但是在1型糖尿病中不是如此。首先，1型糖尿病患者的研究以及1型糖尿病動物模型的研究表明，腸道屏障功能受損發生在疾病發病之前。其次，腸通透性增加在1型糖尿病中的致病作用依賴於連蛋白（一種緊密連接蛋白），而連蛋白的產生依賴於菌群的定植。通過添加連蛋白抑制劑來逆轉腸道屏障功能失調，可以改善疾病易感大鼠的1型糖尿病表現。第三，細菌易位可以促進1型糖尿病的發生。在鏈脲佐菌素誘導的1型糖尿病模型中，與對照組相比，鏈脲佐菌素處理的小鼠擁有一個獨特的腸道菌群。更重要的是，腸道細菌能夠易位到胰淋巴結，促進1型糖尿病的發生。當小鼠接受口服抗生素處理時，胰淋巴結似乎是無菌的，疾病也被減弱。進一步分析發現，胰淋巴結中的細菌易位觸發了NOD2的激活，加重了1型糖尿病的症狀。總之，這些結果表明腸漏在1型糖尿病的進程中發揮重要作用。

系統性紅斑狼瘡

系統性紅斑狼瘡是一種自身免疫性疾病，以嚴重和持續的炎症為特徵，可導致多個器官的組織損傷。革蘭氏陰性菌的細胞壁成分LPS通過腸上皮的滲透和組織易位可以促進系統性紅斑狼瘡的發生和疾病進程。在系統性紅斑狼瘡患者中，可溶性CD14水平升高提示LPS升高，因為當細胞暴露於LPS時，可溶性CD14從單核細胞中釋放出來。激活Toll樣受體4會加劇紅斑狼瘡的發生。當Toll樣受體4反應增加時，小鼠會自發發生紅斑狼瘡；而當使用抗生素清除腸道共生菌群時，可以顯著改善惡化的疾病表型。這清楚地表明Toll樣受體4對腸道菌群的高反應性是系統性紅斑狼瘡的發病機制之一。此外，LPS可以促進磷脂結合蛋白誘導的小鼠系統性紅斑狼瘡的發生。相反，抑制Toll樣受體4可以減少系統性紅斑狼瘡易感小鼠自身抗體的產生，降低腎小球IgG的沉積。總之，這些數據提示LPS刺激和TLR4激活是系統性紅斑狼瘡的致病因素。脂磷壁酸是革蘭氏陽性細菌細胞壁的組成部分，也可促進紅斑狼瘡的發生。Toll樣受體2是脂磷壁酸的受體，在系統性紅斑狼瘡患者中，Toll樣受體2的表達也增加了。在紅斑狼瘡易感小鼠中，激活Toll樣受體2可以引發狼瘡性腎炎，而敲除Toll樣受體2基因可以減輕狼瘡樣症狀。因此，一些有害細菌及其組分可能發生易位，特別是在存在腸漏時，Toll樣受體可能通過感知這些有害細菌而促進系統性紅斑狼瘡的發生。

修復腸漏是自身免疫性疾病的一種潛在治療方法

由於腸漏和細菌易位對炎症和多種疾病的影響，修復腸漏似乎是一個非常有潛力的治療策略。例如，益生菌和益生元可以用來降低腸道通透性。不同的益生菌物種可以通過針對腸道黏膜屏障系統的不同部分來保護腸道屏障的完整性。脆弱擬桿菌可以作為一種益生菌。在小鼠模型中，自閉症被證明伴有腸道屏障功能障礙、腸道菌群失調和腸漏，源自腸道共生細菌的4-乙基苯基硫酸鹽（4EPS）通過腸漏進入血液，自閉症小鼠的血液中4EPS的水平比其它小鼠高40多倍。當給野生型小鼠靜脈注射4EPS時，可以直接導致小鼠出現自閉症樣的行為異常。給小鼠補充脆弱擬桿菌可以降低致病性的4EPS的易位，並且顯著改善自閉症小鼠的行為缺陷。脆弱擬桿菌對自閉症的益處與其改變腸道菌群組成和增強腸道屏障功能的能力有關。脆弱擬桿菌的表面莢膜多糖A（PSA）也可以誘導調節性T細胞的發育，對於結腸炎和自身免疫性腦脊髓炎等炎症性疾病具有有益作用。當然，脆弱芽孢桿菌在預防腸漏和逆轉自身免疫方面的應用還值得進一步研究。從實踐角度來看，不同的益生菌在修復腸漏方面具有不同的作用靶點，可能協同作用以減弱疾病的症狀。總而言之，腸漏是許多自身免疫性疾病發生的危險信號，修復腸漏對於預防和治療自身免疫性疾病十分關鍵。由於益生菌被普遍認為是安全的，益生菌或將成為自身免疫性疾病患者的一種經濟有效的治療選擇。

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