REPORT
肠道结构深度解读
维护家禽生产性能的关键所在
胃肠道的主要功能是对饲料进行消化并吸收其中的养分，以满足家禽正常生理活动和生产能量需求。胃肠道另一个重要功能是通过肠道细胞和细胞分泌物形成的物理屏障和化学屏障来抵抗病原体和有毒有害物质的入侵，防止肠道感染和炎症反应。此外，肠道还是机体最大的免疫器官[1]。
从肠腔向肠道组织方向，肠道主要由粘膜层、粘膜下层、肌层和浆膜层四层结构构成。小肠中的肠绒毛以及肠道的免疫细胞就位于粘膜层。肌层中环肌和纵肌的存在，赋予了肠道蠕动的功能。
图1 小肠结构示意图（A 小肠环切示意图，lumen肠腔，submucosa粘膜下层，circular muscle环肌，longitudinal muscle纵肌；B小肠粘膜层示意图，柱状突出的为肠绒毛以增加肠道表面积，肠道上皮下层为固有层；图片来源：Zhu, Guoli, et al., 2021, Cell Regeneration）
粘膜层继续细分，分为上皮和固有层。上皮也就是通常所说的肠道上皮。主要由吸收细胞、杯状细胞、上皮内淋巴细胞和内分泌细胞等细胞组成。肠道上皮细胞类似于肠道的城墙和守卫，这些细胞分别起到了营养物质的吸收，粘液分泌和免疫信号识别等作用。肠道上皮下方是肠道的固有层。固有层是致密的结缔组织，主要包含了小肠腺、中央乳糜管和众多的免疫细胞。其中免疫细胞包括了T细胞、B细胞、树突状细胞、巨噬细胞和粒细胞等等。数量众多的免疫细胞群，构建了肠道黏膜免疫屏障[2,3]。
图2 小肠粘膜层示意图（lacteal乳糜管，epithelium肠上皮细胞，lamina propia固有层，absorptive cell吸收细胞，goblet cell杯状细胞，enteroendocrine cell肠内分泌细胞，venule微静脉，图片来源：Alison B Kohan, et al., 2015, American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology）
肠道上皮屏障的构成除了上皮细胞外，还包括了肠道上皮细胞间的一种连接结构——紧密连接。紧密连接结构好似细胞间的“塞子”，控制着细胞与细胞间的间隙。肠道上皮细胞和紧密连接结构一同阻隔肠腔中大分子透过肠道上皮。紧密连接主要调控着肠腔中的水、离子和小分子溶质经过细胞与细胞间的缝隙（细胞旁途径）进行运输[4]。紧密连接的分子结构由紧密连接蛋白组成。紧密连接蛋白主要有三大类，分别是：claudins（封闭蛋白家族），occludin（密闭蛋白）和ZOs（闭锁小带蛋白家族）[5]。Claudins在人体中发现总共有27种。Claudins的蛋白结构类似于发夹，来回跨越细胞膜四次（四次跨膜蛋白）。Claudins在紧密连接结构中主要作用是调节细胞旁途径的孔隙通道，对离子的透过有选择性[6]。Claudins的第二项功能是封闭作用，参与和维持细胞紧密连接功能[4]。Occludin也是一种四次跨膜蛋白，它的一项功能同样是封闭细胞旁途径，参与和维持细胞紧密连接功能，此外，occludin还能够与其他的信号分子结合，从而调控肠道通透性[7]。claudins和occludin的细胞外结构类似于“拉链”，通过相互结合咬合，形成拉链状的结构封闭细胞旁间隙。ZOs是细胞骨架和紧密连接蛋白的“桥梁”。ZOs位于细胞内，连接紧密连接蛋白和细胞骨架蛋白，从而将紧密连接形成一个完整的网状结构[8]。因此，在多数的情况下，ZO-1受到破坏，紧密连接结构也会随之改变[9]。
图3. 紧密连接结构示意图（microvilli（微绒毛），tight junction（紧密连接）、adherens junction（粘附连接）和desmosome（桥粒），claudins（封闭蛋白家族），claudin-2（封闭蛋白-2），occludin（密闭蛋白）和ZO-1（闭锁小带蛋白-1），F-actin（细胞骨架蛋白）；图片来源：Horowitz A, et al., 2023, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology）
肠道的紧密连接结构对家禽的健康和生产性能有重要的意义。因为肠道的通透性主要由紧密连接蛋白所控制，紧密连接蛋白将肠上皮细胞连接在一起。紧密连接损伤，会导致肠腔中有毒有害物质更加容易地进入肠道深层组织。透过肠道上皮屏障的有毒有害物质一方面被肠道固有层免疫细胞识别产生炎症反应，另一方面甚至会进入血液循环系统，从而影响着机体健康。此外，肠道紧密连接损伤引发的肠漏，其特征是体液渗透到肠腔中，可能最终引起粪便的潮湿[10]。
图4. 正常肠上皮和肠漏示意图（A 正常肠上皮，绿色箭头代表营养物质吸收方向，图中肠上皮细胞间的紫色方块为紧密连接结构；B 肠漏发生时的肠上皮，红色闪电标志为炎症反应，红色箭头代表肠腔中的物质入侵肠组织和体液渗出；图片来源：Richard Ducatelle et al., 2023, Animal Nutrition）
参考文献
作者 | 汪海东
技术审核 | 王友
排版 | 康榕倩
