在腸道的微觀世界裏，一場不為人知的戰爭正在上演。最新研究發現，產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）還可以透過破壞腸道屏障的關鍵組成部份——緊密連線蛋白，進而破壞腸上皮細胞，導致家禽營養消化吸收不良，甚至引發更嚴重的腸道疾病。這一過程，就像是敵人找到了城墻的弱點，開始有計劃地破壞防禦。
文| 郝明飛
建明（中國）科技有限公司
01
腸道屏障的構成
眾所周知，腸道健康是動物健康的基礎。
一個健全的腸道屏障由微生物屏障、化學屏障、物理屏障、免疫屏障組成（圖1），這些屏障可以防止病原體和有害物質的侵入，還能促進有益物質的吸收。
因此，保持腸道屏障的完整性對於確保家禽的健康至關重要。
圖1.腸道屏障的構成（Belkaid, Y and T. Hand.2014）
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物理屏障：即腸道上皮層，構成腸道屏障的物理基礎，透過細胞間的多種連線方式，形成選擇性通透的屏障。
上皮細胞間的連線包括緊密連線、黏著連線、橋粒和間隙連線。
緊密連線是由多種蛋白質組成，如閉合蛋白和粘連蛋白，它們構成了腸道屏障，防止有害物質和病原體的入侵，並控制物質的跨細胞運輸。
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化學屏障：即黏液層，由腸道上皮細胞分泌，形成保護性的凝膠狀層，阻止病原體和有害物質接觸上皮細胞。
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微生物屏障：即腸道微生物群，腸道記憶體在著數以萬億計的微生物種類，這些微生物與宿主共同維持著腸道屏障的完整性和功能。
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免疫屏障：即免疫細胞，如樹突細胞、巨噬細胞和T細胞等，它們在腸道黏膜表面監控病原體，參與免疫反應。
02
緊密連線的組成及生物學功能
緊密連線（Tight Junction，TJ）主要位於腸上皮細胞的頂端和邊緣處，其結構是由閉合蛋白（Claudins）、咬合蛋白（Occludin）、連線黏附分子（JAMs）、閉合小環蛋白（ZOs）及肌動蛋白（Actin）細胞骨架等共同構成的蛋白復合物（圖2）。
圖2.緊密連線蛋白結構示意圖（Hirase T,et al. 2001）
Claudins是TJ的主要結構和功能蛋白，可雙重調節上皮屏障的密封性和滲透性，即能封閉細胞間隙，加固TJ屏障，又可負責形成細胞旁路，增加細胞旁滲透性（Milatzs，2010）。
它有4個疏水的跨膜區、2個細胞外環形結構及位於胞質中的羧基端和胺基端。
胞質中羧基端上具有潛在的磷酸化位點，磷酸化對緊密連線蛋白在緊密連線復合體中的定位具有調節作用。
緊密連線蛋白的主要功能（Bischoff S C, et al. 2014）：
① 調節細胞通透性。
選擇性透過離子和可溶性小分子物質，並限制大分子物質和外來病原微生物透過。
② 維持細胞極性。
透過限制細胞間脂質和完整膜蛋白的自由擴散來維持細胞不同液體之間的極性。
緊密連線蛋白是腸道屏障功能的重要組成部份，它的完整性關系到整個腸道屏障功能的維持。
在外來微生物入侵腸道時，TJ可以將其阻止在腸道的黏液層，防止微生物進入血液迴圈引發腸道疾病。
緊密連線蛋白的完整性受損，會導致腸道屏障功能受損，增加病原體侵入的風險。
03
產氣莢膜梭菌透過利用緊密連線
破壞腸上皮細胞的主要機制
產氣莢膜梭菌能夠產生20多種毒素和酶，其中包括主要的致病毒素如α，β，ε和ι毒素及腸毒素（CPE）和壞死性腸炎B樣毒素（NetB）。
這些毒素可以破壞腸上皮細胞，引起炎癥和組織損傷。
病原體可以透過不同的機制破壞緊密連線的屏障功能，包括直接重組或降解特定的TJ蛋白，重組細胞骨架，啟用宿主細胞內的訊號通路。（Fasano, 2004）
α毒素（磷脂酶C）和ε毒素，透過啟用磷脂酶破壞腸黏膜屏障，進而增加腸通透性。
β毒素（膠原蛋白酶）等酶類可以降解細胞外基質和緊密連線蛋白，破壞腸上皮屏障的完整性。（Wageha ，et al. 2017）
圖3. claudin-3和claudin-4是產氣莢膜梭菌腸毒素(CPE)的結合位點（Günzel，et al. 2013）
產氣莢膜梭菌腸毒素（CPE）是一種細胞毒性、形成孔洞的毒素，它可直接利用緊密連線蛋白claudin-3和claudin-4作為細胞表面受體進行附著（圖3），形成CPE-claudin復合物，之後迅速寡聚成一個大的復合物，在宿主細胞膜上形成β-桶狀孔，使Ca2+快速流入，導致緊密連線的解體和上皮細胞層之間的細胞間隙通透性增加，最終導致細胞死亡。（Wageha ，et al. 2017）
參考文獻：
1、Wageha ，et al.Enteric Pathogens and Their Toxin-Induced Disruption of the Intestinal Barrier through Alteration of Tight Junctions in Chickens;
2、Bischoff S C, Barbara G, Buurman W, et al. Intestinal permeability - a new target for disease
prevention and therapy;
3、Fasano, A.; Nataro, J.P. Intestinal epithelial tight junctions as targets for enteric bacteria-derived toxins;
4、 Milats，et al. Claudin- 3 acts as a sealing component of the tight junction for ions of ei⁃ ther charge and uncharged solutes;
5、Günzel, D.; Yu, A.S. Claudins and the modulation of tight junction permeability;
6、Hirase T, Kawashima S, Wong E Y M, et al. Regulation of tight junction permeability and occludin phosphorylation by RhoA-p160ROCK-dependent and -independent mechanisms;
7、Belkaid, Y and T. Hand. Role of the Microbiota in Immunity and Inflammation；
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