肠黏膜是机体中最大的黏膜表面，是营养物质消化吸收的重要场所。虽然成人肠道仅有5～7m长，但小肠通过环状襞及微绒毛等结构，大大增加了其吸收面积，使肠道的总面积可达到200m ²。肠道面积的庞大也意味着其与各种病原微生物、毒素等接触机会增多。肠道是人体最大的细菌储存器官，约存有10 ¹²～10 ¹⁴个共生菌。正常情况下，肠道具有屏障作用，可阻挡肠道内多种细菌及其毒素向肠腔外组织、器官易位，防止机体受内源性微生物及毒素的侵害。肠黏膜屏障是指化学屏障、机械屏障、免疫屏障、生物屏障等组成的一个复杂而又庞大的立体防疫体系，其主要作用是阻止肠道内有害物质进入体循环而对人体造成伤害。肠黏膜屏障的完整性对于维持肠道乃至机体稳态具有十分重要的意义。

胃肠道分泌的各种消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白和糖脂以及肝脏分泌的胆汁等化学物质共同组成了肠黏膜化学屏障。这些化学物质能够与肠道内的细菌及其代谢产物相互作用，阻止其进入体循环。

1. 胃酸能杀灭肠道的细菌，抑制细菌在胃肠道上皮的黏附和定植。细菌对酸性环境非常敏感，在生理状态下胃酸的pH值为2.0～3.0，可有效地杀灭随食物进入消化道内的细菌，防止其黏附和定植于消化道上皮。

2. 溶菌酶，全称为1，4-β-N-溶菌酶，又称黏肽N-乙酰基胞壁酰水解酶，可以切断细菌细胞壁的肽聚糖中N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β-1，4糖苷键，破坏肽聚糖支架，在内部渗透压的作用下使细胞胀裂开，引起细菌裂解。消化道中的十二指肠Brunner 腺、小肠Paneth 细胞以及肝脏中的库普弗细胞等可分泌溶菌酶，同时小肠黏液中的补体成分亦可增加溶菌酶及免疫球蛋白的抗菌作用。溶菌酶对大多数革兰氏阳性细菌具有抗菌作用，而革兰氏阴性细菌由于细胞壁肽聚糖含量较低，对溶菌酶有一定抵抗力。

3. 胆汁进入人体肠道后不仅有抑菌作用还可以灭活内毒素。胆汁酸盐进入肠道后，可以使某些革兰氏阴性菌的细胞膜瓦解，防止革兰氏阴性菌的过度生长，对天然肠道菌落起调节作用。此外，排泄到肠内的胆汁酸盐能与肠腔内的细菌内毒素结合，使内毒素分子分解为无活性的亚单位或形成难以吸收的去垢剂样复合物，阻止内毒素被吸收。

4. 小肠液能够清洁肠道、保护肠道黏膜。成人每日可分泌1～3L小肠液，这些消化液可稀释毒素，达到冲洗清洁肠腔的效果，使潜在的条件致病菌难以黏附到肠上皮上。其次，弱碱性的黏液能保护肠黏膜免受机械性损伤和胃酸的侵蚀。

化学屏障是肠道防止外界病原体及毒素进入体内的第一道非免疫屏障，与其他肠黏膜屏障相互作用，共同维持了肠黏膜屏障功能的完整性。

肠黏膜机械屏障由肠道黏膜上皮细胞、细胞间紧密连接、菌膜和黏液层等构成，它不仅是肠道抵御外环境中病原体及其毒素侵入肠黏膜组织的关键，也是维持肠上皮选择通透性及其屏障功能的结构基础。机械屏障是肠黏膜屏障结构和功能的基础，其中，肠上皮细胞与上皮细胞间的紧密连接是肠黏膜机械屏障的核心内容。

1. 肠上皮细胞 肠上皮细胞是肠道上皮屏障中最重要的部分，它不仅具有吸收的功能，同时肩负屏障的功能。上皮细胞为单层柱状上皮，由吸收细胞、杯状细胞及少量潘氏细胞组成。

（1） 肠上皮细胞的组成（图2-4）

1） 吸收细胞（absorptive cell）：又称柱状细胞：含量多，细胞呈高柱状，核为椭圆形，位于细胞的基部。吸收细胞游离面有许多微绒毛（microvillus），是细胞游离面伸向肠腔的细小突起，只有在电镜下才能辨认清楚，是小肠特有的结构。吸收功能活跃的吸收细胞具有较长的微绒毛，这些微绒毛排列整齐，在高倍镜下可以观察到细胞游离面呈纵纹状的纹状缘或刷状缘，这就是密集排列的长微绒毛的光镜图像。电镜下可见这些纹状缘是由许多细长的微绒毛组成。这些微绒毛长1.4μm，宽0.1μm，每个柱状细胞顶端约有1000～3000根微绒毛。在1mm ²的小肠黏膜表面，有1亿～2亿根微绒毛。微绒毛内部为纵行微丝组成的支架，微丝向下延伸与微绒毛下方的终末网（terminal web）的微丝交织在一起，相互牢固结合达到固定微绒毛的作用。微丝是由肌动蛋白组成，对微绒毛的收缩运动有一定作用。微绒毛表面有一层细胞衣，厚约0.11～0.5μm，由吸收细胞分泌的糖蛋白构成，其糖链含半乳糖、岩藻糖、甘露糖、唾液酸等糖基。

2） 杯状细胞（goblet cell）：散在分布于吸收细胞间，胞体膨大如高脚杯样。杯状细胞可以分泌黏液，具有润滑和保护黏膜的作用。从十二指肠至回肠末端，杯状细胞逐渐增多。

3） 潘氏细胞（Paneth cell）：小肠内上皮细胞的内陷处被称为肠道隐窝（crypt）。隐窝内含有潘氏细胞和小肠上皮干细胞。潘氏细胞是小肠腺的特征性细胞，常三五成群位于腺底部，细胞呈锥体形，顶部胞质充满粗大嗜酸性的分泌颗粒。潘氏细胞可以持续大量地分泌抗菌多肽（antibacterial peptide）、溶菌酶（lysozyme）和黏蛋白等抗菌蛋白。这些抗菌蛋白最终都会进入小肠黏液层当中，可消灭肠道中的有害微生物。

（2） 肠上皮细胞的功能：肠上皮细胞是肠道机械屏障最重要的部分，它具有吸收及屏障功能，组织灌注不良或较长时间肠腔内无营养底物，可导致肠黏膜细胞萎缩，细菌与其产物将从细胞旁通路，进入肠系膜淋巴结与门静脉循环。

吸收细胞的微绒毛极大地扩大了肠道的吸收面积，是营养物质的主要吸收场所。吸收细胞的胞质含有丰富的滑面内质网和高尔基复合体，可将细胞吸收的脂类物质结合形成乳糜微粒，然后从细胞侧面释放出。除了具有吸收功能外，吸收细胞的精密结构还在肠道防御外来毒物侵害方面发挥着重要的作用。吸收细胞顶端的糖蛋白与细胞膜的蛋白质和脂质结合牢固，可保护顶端暴露于肠腔的细胞表面免受肠道酶的消化。同时，黏液、糖衣和细胞膜也在一定程度上阻挡病原微生物和有害物质的直接破坏。相邻吸收细胞顶部有完善的紧密连接，可阻止肠腔的物质由细胞间隙进入组织，保证选择性吸收的进行。除吸收及屏障作用外，吸收细胞也参与分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，sIgA）的释放过程；近年发现，吸收细胞在免疫保护方面也有非常重要的作用，它可以将固有层中浆细胞产生的免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）与其基底面、侧面膜中的多聚免疫球蛋白受体（polymeric immunoglobulin receptor，pIgR）相结合形成分泌型IgA。sIgA被吸收细胞内吞后释放入肠腔。sIgA可特异性地与抗原（antigen，Ag）结合，阻止抗原黏附和穿入上皮。最后，十二指肠和空肠上段的吸收细胞还向肠腔分泌肠致活酶（enterokinase），可以激活胰腺分泌的胰蛋白酶原，使之转变为具有活性的胰蛋白酶。

2. 细胞间的紧密连接

（1） 形态学结构：细胞之间的连接装置在维持机体结构与生理功能方面发挥着重要作用。目前已知的连接装置有四种：紧密连接、黏附连接、桥粒连接和缝隙连接。肠上皮细胞间具有多种细胞连接装置，但主要为紧密连接。紧密连接（tight junction）：又称闭锁小带（zonula occludens），位于单层柱状细胞之间，呈箍状环绕细胞的顶端。多呈带状分布，形成连续的质膜融合带，相邻细胞的质膜紧密融合。质膜间的缝隙消失，在连续的细胞层中建立扩散屏障并起着封闭细胞间隙的作用，可防止肠腔内物质自由经过细胞间隙穿过上皮细胞层。少数为点状融合，非融合处有极窄的细胞间隙。电镜技术及冷冻蚀刻法研究证明，相邻细胞膜外层呈网格状融合，细胞间隙消失；而未融合处，有10～35nm宽的间隙（图2-5）。

（2） 紧密连接的蛋白质组成：紧密连接蛋白按照存在部位可分为跨膜蛋白和胞质蛋白，已发现的跨膜蛋白主要有occludin、claudins和连接黏附分子（junction adhesion molecule，JAM），胞质蛋白主要有带状闭合蛋白（zona occluden，ZO） -1、ZO-2、ZO-3、cingulin、7H6、rab3B、rab13、symplekin、AF-6等。根据功能可分为结构蛋白和调节蛋白，其中结构蛋白主要包括occludin、claudins、JAM等；调节蛋白主要包括E钙黏素、肌动蛋白、肌球蛋白、cingulin等。以下为目前研究较为明确的几种紧密连接蛋白。

1） occludin：是一种相对分子质量约为65kDa的Ⅱ型跨膜蛋白，含有4个跨膜结构，可分为2个细胞外环和2个细胞内环。冷冻蚀刻电镜显示occludin位于紧密连接线上。两个细胞外环分别含46和48个氨基酸，化学性质独特，尤其是第1个细胞外环（靠近氨基端），酪氨酸和氨基乙酸约占65%。其细胞质内的N末端为含65个氨基酸的多肽，细胞内环含10个氨基酸，C末端富含丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸，除了1个由155个氨基酸组成的ZO-1结合域外，还含有多个磷酸化部位以及1个含有27个氨基酸的螺旋结构域。在蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）作用下，occludin蛋白的丝苏氨酸残基被磷酸化，引起相应下游信号通路激活。

2） claudins：是第2个被发现的参与紧密连接的跨膜蛋白，相对分子质量为20～27kDa，已发现有24个异构体。与occludin蛋白相似，claudins蛋白也有4个跨膜结构，但细胞内环和外环的羧基末端和氨基末端都明显缩短，第1个细胞外环含有特征性的WGLWCC氨基酸序列。与occludin蛋白不同，claudins蛋白可聚合成线状原纤维（构成纤维的前体物质），而前者仅能形成短线状片段。claudins蛋白多种异构体的细胞外环等电点范围变化较大，与其所含的氨基酸种类和数量相关。有学者认为这可能是上皮细胞对不同离子强度的物质选择通透性不同的机制之一。

3） JAM：是最新发现的一种整合膜蛋白，它与紧密连接蛋白分子occludin、ZO-1、cingulin共同结合定位于表皮与内皮细胞的紧密连接处。JAM共有四个异构体，JAM-1相对分子质量约为43kDa，含单个跨膜结构，胞外为V型结构域，胞内羧基末端较短。JAM-2、JAM-3及JAM-4分别定为于内皮细胞、T淋巴细胞及肾小球和肠上皮细胞，参与信息传递及紧密连接的形成。JAM能够分别与ZO-1和cingulin发生共沉淀反应，表明JAM是紧密连接组成蛋白复合体成员之一。

4） ZOs（zona occludens）：紧密连接的胞质蛋白根据是否含有PDZ结构域（细胞与细胞连接处发现的一组蛋白，它们具有相同的结构域。此结构域称作PDZ区，PDZ区是以此区最先鉴定的三种蛋白PSD-95，Dlg，ZO-1的首位字母命名）可分为两组，其中ZO蛋白为最具特征的含PDZ结构域的胞质蛋白。1986年通过用紧密连接片段免疫鼠肝细胞形成的特异性单克隆抗体鉴定了ZO-1，随后发现ZO-1在紧密连接、肾小球表皮细胞过滤孔和一些钙黏素连接中均有表达。不同细胞类型的紧密连接意义不同。ZO蛋白均属于膜相关鸟苷酸激酶蛋白质家族（membrane-associated guanylate kinase，MAGUK家族），有ZO-1、ZO-2、ZO-3三个异构体，均含有特殊的亮氨酸锌指样结构。此蛋白质家族成员共享几个保守基序，包括src同源区（SH3区）、鸟苷酸激酶区及PDZ区，多数位于细胞之间的连接处，并且与细胞骨架通过胞外信号转导途径相互作用。ZO-1相对分子质量为225kDa，而ZO-2、ZO-3，相对分子质量较小，分别为160kDa和130kDa，ZO-3蛋白是通过与ZO-1发生共免疫沉淀反应而纯化鉴定的。序列分析显示此蛋白包括三个PDZ区、一个SH3区和一个相似于鸟苷酸激酶区，这表明它与ZO-l、ZO-2同源。与ZO-1、ZO-2相同的是，这个蛋白包含羧基端acidic区和PDZ-1、PDZ-2之间的区域。与ZO-1、ZO-2不同的是，这个蛋白在PDZ-2、PDZ-3区之间含有一个脯氨酸富含区而没有结合区。此蛋白与ZO-1共同定位于紧密连接处，可与ZO-1、occludin的羧基端相互作用，但不与ZO-2作用。

5） 除上述结构蛋白外，在紧密连接周围还有一些蛋白质，如GTP结合蛋白、Rab3B和Rab13、cingulin、symplekin、7H6、AF-6、ASIP、非典型蛋白激酶C蛋白以及非受体酪氨酸激酶等。这些蛋白在紧密连接周围含量丰富，一旦与细胞膜发生作用，就会受脂质修饰影响，发挥对紧密连接的调节作用。cingulin，相对分子质量约140kDa，定位于多种表皮细胞中紧密连接的胞浆侧。7H6，相对分子质量约155kDa，通过特异性单克隆抗体鉴定位于肝细胞和表皮细胞的紧密连接处，7H6在内皮细胞中也有发现。在内皮细胞和表皮细胞中，7H6均能发挥渗透性调节功能。除了异源三聚体G蛋白，小G蛋白、Rab13、Rab3B以及最近发现的Gα家族成员Gα ₁₂，均已在这个区域鉴定并且可能参与维持和调节紧密连接的组装。另外一种新发现的蛋白是symplekin，其相对分子质量为127kDa，位于紧密连接的胞质侧。尽管symplekin在许多其他类型的细胞中广泛表达，但在内皮细胞的连接处并没有发现这种蛋白。有趣的是，symplekin最初位于核质，当紧密连接正在形成时，它向细胞膜上的紧密连接处易位。

以上多种紧密连接蛋白共同参与形成了肠黏膜吸收细胞之间的紧密连接，并受到多种信号通路的精密调节，对维持肠道机械屏障和选择通透性有着重要的作用。

（3） 紧密连接的功能：上皮细胞紧密连接的生物学功能主要有：①维持细胞极性及栅栏功能：紧密连接由围绕上皮细胞顶端的跨膜蛋白（occludin、claudins等）构成，从而限制了以紧密连接为界的上皮细胞顶侧和基侧膜两部分细胞膜上的脂质自由流动（即栅栏功能）。由于顶部和基侧膜成分不同，从而将细胞分为不同的液性空间。在相邻细胞的外侧浆膜可见紧密连接线，这些融合点可限制不同液性空间脂质和完整膜蛋白的自由扩散。基侧膜的结构和功能与一般的非上皮细胞相似，而顶侧膜富含鞘糖脂和胆固醇，磷脂相对缺乏，鞘糖脂可通过分子之间的H键相互连接，维护肠黏膜的硬度和不可通透性，从而保护机体免受细菌、毒素等有害物质的入侵。另外，紧密连接在脊椎动物上皮细胞极性的产生及维持中起着关键性作用。研究显示细胞极性的形成可能与连接黏附分子（JAM）及极性蛋白PAR-3有关。②维持通透性屏障作用：紧密连接调节着离子和大分子物质的跨细胞旁路的被动转运。只允许离子及小分子可溶性物质通过，而不允许毒性大分子及微生物通过。这就阻止了潜在的有害物质或病原体进入机体，同时允许营养物质、离子和水进入体内。病理状态下紧密连接蛋白会发生收缩现象，细胞孔隙明显增大，肠上皮细胞间隙通透性增加，细菌、内毒素及大分子物质就可通过紧密连接进入体循环，造成内毒素血症及细菌易位等。因此，紧密连接在肠上皮屏障功能中的作用至关重要。

3. 黏液层 生理状态下，肠道杯状细胞及肠上皮细胞分泌的黏蛋白形成一种疏水的弹性凝胶层被覆在肠黏膜表面，被称为肠黏液。其主要成分是水，含有多种巨大糖蛋白等，黏稠度与蛋清相似。由于多数糖蛋白末端含有唾液酸和硫酸酯等酸性成分，因此可以中和碱性消化液，保护肠黏膜免受化学性损伤。其次，这些糖蛋白中某些碳氢结构是细菌的特异性结合位点，使共生菌能够有序地嵌入上皮细胞间，构成层次分明的菌膜结构。近来研究提示，小肠和结肠中黏液层的作用并非完全相同：结肠的黏液与结肠上皮细胞紧密结合在一起，保护其免受细菌和机械性刺激的伤害，离肠腔越近，黏液越稀薄，而在肠腔最外层的黏液层含有大量的肠道共生菌，能有效地阻止条件致病菌与肠上皮结合，使其处于黏液层，以利于肠蠕动时被清除。同时，黏液层为专性厌氧菌提供了良好的生态环境：黏液层有专供厌氧菌结合的受体，使专性厌氧菌栖息，而竞争性地抑制致病菌的黏附、定植。另外双歧杆菌、乳酸杆菌等可促进黏蛋白分泌，减少有害菌对肠上皮细胞的黏附。但如果小肠上皮也覆盖如同结肠上皮般黏稠的黏液内层，则会大大影响小肠的吸收功能。小肠上皮细胞表面的黏液和结肠上皮细胞上层的黏液完全不同，小肠的黏液并不与肠道上皮细胞紧密结合，细菌也可以轻易地穿透这层黏液层。与此相符的是，研究发现小肠上皮细胞可大量地分泌抗菌蛋白至黏液层中，起到良好的抗菌保护作用，让小肠上皮细胞免受肠道细菌的侵扰。

在黏液层表面还覆盖着不移动水层和疏水层。不移动水层是肠黏膜屏障的最外层，厚度约100～800nm，是许多营养物质和药物吸收的限速装置，因为脂溶性物质必须经过微粒化后才能通过此层。下方的疏水层是一层活性磷脂层，衬于黏液层表面，它可增加黏液层表面的疏水性，降低肠腔中亲水性大分子的渗漏。另外，在黏液层中还有大量的肠道固有层浆细胞分泌的sIgA，可参与肠道体液免疫应答。

4. 菌膜 部分学者认为菌膜也参与了肠道机械屏障的组成。菌膜是常驻菌与黏液层的糖蛋白结合，有序地嵌入上皮细胞间，构成的有层次的结构。菌膜能够有效地阻止条件致病菌与肠上皮直接结合，使致病菌位于黏液层之上，可以较为轻易地随肠蠕动排出体外。人体的常驻菌数量十分庞大，胃肠道内可存在10 ¹²～10 ¹⁴个细菌，这些细菌及其他微生物构成了肠黏膜的生物屏障，（图2-6）（具体内容详见第二章第四节）。

5. 广义的机械屏障还应包括固有层、黏膜下层、内皮细胞及肠道的运动功能。

固有层内含有大量散在分布的淋巴细胞、淋巴小结、树突状细胞及巨噬细胞等，这些免疫细胞虽然属于肠道免疫屏障的范畴，但其结构功能的正常、细胞的排列及细胞间的相互作用也是肠道维持机械屏障功能正常的基础。除了免疫细胞外，肌纤维母细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞等也参与了屏障功能。

十二指肠的黏膜下层内有十二指肠腺，可分泌黏液、溶菌酶和碳酸氢盐等，这些分泌物呈碱性，可保护十二指肠黏膜免受胃液的侵蚀。而小肠腺开口于肠腔，可分泌弱碱性肠液，内含有多种消化酶和离子等。

肠道毛细血管内皮细胞在维护肠道黏膜屏障功能方面也起重要作用。研究报道，内皮细胞损伤可导致内皮细胞和上皮细胞通透性的增加，同时内皮细胞功能不良可导致血pH值的降低，这一因素可能是危重症患者由于内脏微循环障碍所致的肠道黏膜屏障破坏的机制之一。

最后，正常的肠道蠕动是维持正常生态细菌及防止有害细菌在肠壁附着的重要因素，随着肠道的蠕动，肠内食物残渣逐渐向远侧推移，这样就防止了细菌在邻近肠黏膜滞留时间过长，减少细菌穿过黏液层到达上皮的机会，起到肠道的自洁作用。

肠道上皮在成熟过程中，发生由复层上皮转化为单层上皮的改变，并形成明显的尖、侧壁和底层细胞面，进而决定了肠上皮的功能分化。尖端结合复合体限制了膜蛋白的自由弥散，同时也把不同功能区域隔开。尖端膜上带有消化水解酶和转运结构，侧壁膜上也有大量的转运结构，基膜上含有受体，如整合素受体，黏附连接结构中包含E-钙黏素，将相邻的细胞紧密连接。人类细胞角蛋白20是肠上皮中的独特成分，仅在吸收细胞和杯状细胞表达，而潘氏细胞和内分泌细胞不表达。肠道黏膜上皮终身不断自我更新，是哺乳动物体内自我更新能力最强的组织结构，其细胞的生命周期仅为4～5天。其依靠隐窝干细胞持续增殖、分化以取代外层终末细胞来完成，而外层细胞的死亡、脱离与干细胞的分裂之间又维持着一定的平衡。肠隐窝内有两种干细胞群，一种可进行迅速循环，而另一种则处于静止状态。当隐窝底部的干细胞形成幼稚上皮细胞后，后者迅速增殖，大约48小时后开始分化，并离开隐窝。分化的柱状细胞随后移动至绒毛侧面，4～5天时在绒毛顶端死亡。潘氏细胞也同样来源于隐窝底部的干细胞，但是它却能在隐窝底部驻留1～2个月。研究者认为潘氏细胞维持了隐窝底部的干细胞更新能力，并能使其免受细菌的侵害。因此，肠道隐窝干细胞的持续增殖、分化对于促进肠道损伤后结构与功能的修复意义重大。

上皮细胞间的紧密连接的调节对于一些分子类物质的跨上皮转运具有非常重要的作用。紧密连接的通透性在内源性或外源性刺激作用下会发生改变，受许多信号分子的调控。目前研究较为明确的具体机制和信号通路包括occludin蛋白的磷酸化与去磷酸化、磷脂酶C依赖性信号通路、Ca ²⁺-E钙黏素信号途径、酪氨酸激酶-磷酸酶信号通路以及GTP酶依赖途径等。

occludin蛋白的磷酸化对其在紧密连接复合物中正确定位起重要作用。研究发现大肠埃希杆菌感染后的肠上皮细胞会出现occludin蛋白的去磷酸化，这个过程使该蛋白也从紧密连接移入细胞质，与此同时肠上皮跨膜电阻抗也短暂降低。而用庆大霉素处理大肠埃希杆菌感染后的IEC，则能逆转occludin蛋白的这种改变，并能使跨膜电阻抗恢复到基线水平。进一步研究发现，用丝/苏氨酸磷酸酶抑制剂也能够阻止大肠埃希杆菌诱导的occludin蛋白去磷酸化及跨膜电阻抗的短暂性降低。以上研究说明，occludin蛋白磷酸化后可以内化，导致肠黏膜通透性增高。

肠黏膜受到外源性刺激或者内源性刺激后，通过G蛋白介导，可激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC），后者可将磷脂酰肌醇二磷酸分解成二酯酰甘油（diacylglycerol，DG）和三磷酸肌醇（phosphatidylinositol，IP），进而激活肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK），诱导肌动蛋白-肌球蛋白环的收缩。该环与细胞膜相连，收缩易位后可松弛紧密连接结构，导致肠黏膜通透性增高。例如，细胞旁路通透性增强剂、乙醇、中链脂肪酸等均可以通过上述机制分解周围连接肌动蛋白-肌球蛋白环从而使其易位。

E钙黏素位于紧密连接线的下方，胞外部分形成5个结构域，均含Ca ²⁺结合位点，其作用依赖于Ca ²⁺。E钙黏素通过α、β、γ链蛋白（catenin）以及黏着斑蛋白（vinculin）、锚蛋白、α辅肌蛋白等与肌动蛋白结合在一起，共同维持紧密连接的正常结构和功能。研究表明，乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）能够增加肠上皮细胞紧密连接的通透性，其机制可能是作为Ca ²⁺螯合剂的EDTA能够消耗细胞外Ca ²⁺，导致与E钙黏素结合的Ca ²⁺减少，致使occludin和ZO-1分解，细胞旁路通透性增高所致。此外，细胞外Ca ²⁺减少也可激活细胞内肌球蛋白激酶活性，细胞骨架蛋白向心性收缩，因此细胞间紧密连接破坏、肠黏膜通透性增加。

G蛋白α ₁₂属异三聚体G蛋白家族，通过SH3结构域与紧密连接胞质蛋白ZO-1相结合，能够增强细胞旁路通透性。研究发现，在表达Gα ₁₂活性的犬肾上皮连续细胞系（madin-daby canine kidney cells，MDCK细胞）中，Src磷酸化活性增高、β链蛋白酪氨酸磷酸化升高。电镜显示细胞极性消失、紧密连接蛋白被破坏、ZO-1和Na ⁺-K ⁺ ATP酶的正常分布发生改变，而肌动蛋白应激纤维增高。加入酪氨酸激酶抑制剂和Src特异性抑制剂则能逆转上述改变，并可阻止细胞旁路通透性的升高。因此，Gα ₁₂可部分通过Src酪氨酸激酶通路调控上皮细胞的紧密连接。

Rho GTPases是一类小分子G蛋白酶，分子质量为20～30kDa，属于Ras超家族中的一类，其作用受蛋白激酶的调节。Rho GTPases可调节紧密连接的装置，并作为信号分子调节与细胞骨架有关的各种信号转导途径。研究发现，Rho激活后通过肌球蛋白的磷酸化可使ZO-1和occludin在紧密连接处沉积。而抑制其活性，则导致ZO-1和occludin在紧密连接处定位降低。如果抑制Rho活性的同时敲除ATP，则在转染细胞内可出现更广泛的紧密连接成分的丢失。但是，对于Rho信号通路如何调节紧密连接蛋白成分的磷酸化目前尚不清楚。

肠黏膜免疫防御系统由分泌性免疫球蛋白和肠相关淋巴组织等构成，目前分泌性免疫球蛋白被认为是肠道免疫屏障的一个重要方面，起着调节肠道菌群的作用，而肠相关淋巴组织是人体最大的免疫器官。固有层内除有大量散在分布的淋巴细胞外，还有淋巴小结。空肠多为独立淋巴小结，回肠多为集合淋巴小结，它们可穿过黏膜肌层到黏膜下层。固有层内的B细胞转化为浆细胞后可分泌sIgA，经胞饮作用进入杯状细胞，后被分泌到肠腔引起局部黏膜免疫作用。树突状细胞除呈递抗原外，还可伸出突起穿过上皮细胞间隙而不影响紧密连接的完整性，来吞噬肠腔细菌。巨噬细胞可吞噬和处死穿过屏障的极少量共生菌，而不导致促炎细胞因子的产生。还有肌纤维母细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞等参与屏障功能。当机体处于严重创伤或休克时，分泌性免疫球蛋白的功能会明显下降，这时细菌和毒素容易入侵，引起氧自由基生成过多，刺激多种炎症细胞因子的转录与分泌，抑制细胞免疫，造成免疫和机械屏障的损伤。

正常情况下，肠道菌群与人体之间处于一种相互依赖、相互制约的微生态平衡系统，乳杆菌、双歧杆菌等厌氧菌黏附定植在肠黏膜形成膜菌群，构成了肠道的生物屏障。这些常驻菌可与黏液层的糖蛋白结合，构成有层次的菌膜结构。菌膜能够有效地阻止条件致病菌与肠上皮直接结合，使之较为轻易地随肠蠕动排出体外。临床研究发现，双歧杆菌乳杆菌三联活菌制剂治疗可以使肠上皮紧密连接蛋白occludin的表达增多，改善肠黏膜的机械屏障。此外，有不少研究报道益生菌的代谢产物能够减轻致病菌诱导的肠道上皮细胞损伤，达到维护肠上皮细胞紧密连接完整性的作用。

在疾病状态下时，肠道往往处于缺血缺氧情况。而肠道缺血引发损伤的主要机制是形成具有毒性的活性氧代谢物，产物包括超氧离子（ ）、过氧化氢（H ₂O ₂）、羟自由基（OH•）等。这些活性氧自由基等与其他炎性介质结合后损伤核酸及蛋白质等，造成细胞内氧分压降低，不能满足正常线粒体呼吸链的需要，无氧酵解代谢增加，造成细胞酸中毒，引起肠道绒毛的微循环系统损害，影响肠黏膜细胞的修复，导致细胞功能障碍甚至死亡，进而削弱肠黏膜局部屏障甚至全身防御功能。

NO是一种具有广泛生物学作用的活跃信使分子。在生理情况下，NO对肠上皮通透性有调节作用。它维持着肠道黏膜血流、抑制血小板与白细胞的黏附、并能清除超氧化物等反应性氧代谢产物。然而，在病理状况下，一氧化氮合成酶的过度表达，使L-精氨酸转化成瓜氨酸造成NO的过度生成。高浓度的NO可通过异化或破坏细胞骨架纤维肌动蛋白、损害细胞紧密连接等，引起肠上皮通透性增高。NO在线粒体膜上产生过氧亚硝酸（和硝酸）盐还能损伤线粒体膜电位导致ATP产生降低，破坏细胞的呼吸功能，加速细胞凋亡，使肠上皮连续性中断从而损伤肠黏膜。

肠黏膜缺血/再灌注一方面对肠道正常代谢功能的重建有重要作用，但另一方面也会加重组织损伤。首先，再灌注时，血管内皮细胞间黏附分子1表达增加导致中性粒细胞在局部聚集、活化，这可能是肠黏膜屏障损伤的病理生理基础。其次，再灌注时，诱导型一氧化氮合酶活化增加，如上所述，NO可破坏细胞骨架结构，使细胞间紧密连接变得松弛、肠黏膜通透性增高。第三，与缺血时相似，再灌注后会大量有毒的活性氧代谢产物被释放。

在严重创伤感染或休克时，机体会产生大量的炎症介质，包括血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）、TNF-α、白介素、干扰素-γ等。这些炎症因子相互作用，循环促进，并形成网络，形成“瀑布样”反应，最终造成肠黏膜损伤加重甚至衰竭。例如，巨噬细胞过度活化产生的炎症介质PAF作为内皮细胞间传递信息的介质，能活化血小板、单核细胞和淋巴细胞，改变内皮细胞和肠道上皮细胞的形态、细胞骨架等，引起肠道毛细血管通透性增加，破坏肠道机械屏障。

多种疾病状态下，如严重创伤、感染、肝脏疾病及长期大量使用抗生素等情况下，机体均可出现肠道菌群失衡。这些革兰氏阴性细菌产生的内毒素可刺激成纤维细胞产生TNF-α等细胞因子，引起黏膜水肿，肠绒毛顶部细胞坏死，肠通透性增加，从而破坏肠黏膜屏障功能。而肠道通透性的增加又会导致内毒素入血增多，门静脉内毒素水平增高时，又可引起肝脏免疫功能受损，同时肝脏巨噬细胞吞噬内毒素后可释放一系列炎症因子加重肠屏障损伤。

营养不良可引起肠上皮细胞DNA降解、蛋白质合成减弱，导致黏膜细胞萎缩，肠道通透性增加。另外，长期禁食或全胃肠外营养（total parenteral nutrition，TPN）患者，其肠黏膜缺少食物和消化道激素刺激，黏膜更新修复能力降低。同时TPN的患者因肠道无食物通过，以及缺乏某些肠道所必需的营养物质（如谷氨酰胺），故使得肠上皮黏液层易于受损。恶性肿瘤患者接受全身或腹部放射治疗以及大剂量细胞毒性药物治疗，肠道上皮细胞进行性丢失，随后出现肠道黏膜的剥脱、糜烂，导致肠屏障功能障碍。

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