肠道黏膜屏障主要由四部分组成,这些屏障具有协同作用,共同阻隔病原侵入肠道组织。
黏膜上皮细胞层为单层柱状上皮细胞,包括吸收细胞、杯状细胞和帕内特细胞(又称潘式细胞)。吸收细胞通过细胞间紧密连接阻止细菌进入深部组织。杯状细胞分泌的黏液在黏膜表面形成疏水的黏液凝胶层,主要成分是黏液糖蛋白,它覆盖肠上皮表面,可阻抑消化道中的消化酶和有害物质对上皮细胞的损害。帕内特细胞具吞噬细菌的能力,并可分泌非特异性的溶菌酶,调节肠道菌群。还分泌天然抗生素肽和人类防御素等,这些小片段氨基酸组成的小分子肽具有广谱抗菌作用。
此外,肠道的液体动力系统也是肠道机械屏障的一部分。肠道节律性的定向蠕动,使肠内容物不停地下行冲刷。在这种动力的冲刷之下,松弛黏附在黏膜上的细菌容易被清除,从而可预防小肠细菌过度增生和肠源性感染。
一般认为,肠道黏膜免疫是局部免疫系统。近年发现肠道黏膜也广泛参与系统性免疫,但其机制不清楚,有待进一步研究。
根据功能和分布,肠道黏膜免疫系统分成GALT和弥散免疫细胞。GALT主要指集中分布于肠道的集合淋巴小结,即Peyer’s结。GALT以B2型细胞为主,是免疫应答的诱导和活化部位,而黏膜固有层的弥散免疫细胞以B1细胞为主,是肠黏膜免疫的效应部位。
肠道黏膜主要分泌的是sIgA,这种IgA亚型并非IgA肾病的直接致病分子。但sIgA为肠道屏障的重要组成部分,其相关生物学异常是破坏肠道免疫稳态的重要机制,可能直接或间接参与IgA肾病发病。另外,肠道黏膜也可以产生IgA1亚型。
黏膜也有不依赖T细胞的分泌sIgA机制。这些机制受上皮细胞、基质细胞和树突细胞分泌的生长因子调控,包括白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、肿瘤坏死因子配体超家族13B和肿瘤坏死因子配体超家族13。最近的研究表明,固有层的CD11c + CX3CR1 + CD64 + 巨噬细胞和CD8 + T细胞对肠道B细胞产生sIgA具有重要作用,后者分泌IL-9和IL-13,促进浆细胞分泌sIgA。这些调控机制并不依赖Peyer’s结。此外,嗜酸性粒细胞也参与了IgA的产生。肠细胞的淋巴毒素β受体信号是生成IgA的关键。Peyer’s结发育缺陷的小鼠仍具有产生IgA能力,表明肠黏膜中散在的浆细胞是产生IgA的主要场所。
活化的B淋巴细胞成熟后可分化为分泌IgA1或IgA2亚型的浆细胞。在浆细胞内,IgA1或IgA2都可以和相同亚型的IgA分子结合形成二聚体(dimeric IgA,dIgA)或多聚体(polymeric IgA,pIgA)。这些二聚体或多聚体IgA与黏膜上皮基膜侧的多聚免疫球蛋白受体结合,跨细胞进入黏膜上皮的顶端侧。二聚体IgA获取多聚免疫球蛋白受体的分泌片段后与受体分离,形成sIgA。多聚免疫球蛋白受体的分泌片段可以保护二聚体或多聚体IgA分子免受肠道酶等降解,是黏液中sIgA的特征。通过F(ab)片段,sIgA可以结合细菌,因而黏液中sIgA能包裹微生物,抑制它们侵入机体,这被称为免疫排除。黏膜上皮分泌sIgA时,细胞会同步合成和分泌防御素等抗菌小分子多肽,协同sIgA发挥抗菌作用。
此外,sIgA在分泌过程中也能结合侵入上皮细胞的病原微生物,将它们“反向分泌”排出体外。这种需要跨上皮细胞的主动过程被称为免疫清除。
胃肠道分泌的胃酸、胆汁、各种消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白和糖脂等化学物质,组成成分复杂的肠道黏液。胃酸、溶菌酶、补体及免疫球蛋白等具有抗菌作用。消化液可稀释毒素,形成肠道的液体动力系统。
肠道常驻菌群中99%左右为专性厌氧菌,与其他细菌构成一个相互依赖又相互作用的微生态系统,这种微生态平衡构成了肠生物屏障。