Чревната пропускливост е неотдавна наблюдавано състояние, при което кръстовищата в епителната стена на червата губят своята цялост, позволявайки на материала от лумена да се транслоцира в кръвния поток, други органи или мастната тъкан.78, 79 Избягалият материал, който компрометира „течащ” чревната лигавична бариера подкрепя разграждането на имунната система.

пропускливост

Свързани термини:

  • Патогенеза
  • Плътно съединение
  • Серозит
  • Протеин
  • Диария
  • Глутен
  • Възпалително заболяване на червата
  • Бактерия

Изтеглете като PDF

За тази страница

Атомистично моделиране на пропускливостта на лекарствата

Йенс А. Поулсен,. Lennart Lindfors, в Справочен модул по биомедицински науки, 2019

Въведение

Чревната пропускливост е, заедно с разтворимостта по отношение на дозата, основната бариера за чревната абсорбция на лекарството и е един от крайъгълните камъни в Системата за класификация на биофармацевтичните продукти (BCS) (Amidon et al., 1995). Въпреки че е възможно точно да се определи чревната пропускливост in vivo при хора, като се използват чревни перфузионни техники (Lennernäs et al., 1992; Lennernäs, 2007), най-широко използваният метод за оценка на чревната пропускливост е моделът на клетъчна култура Caco-2 и доказано е, че стойностите на видимата пропускливост, генерирани с този in vitro модел, корелират добре със степента на абсорбция при хора за пасивно транспортирани лекарства (Artursson, 1990; Artursson и Karlsson, 1991; Hidalgo et al., 1989).

Тъй като пасивната трансцелуларна дифузия е основният транспортен механизъм на лекарствата през човешкия чревен епител и тъй като тя се управлява от физикохимичните свойства на лекарството (липофилност, водородно свързване и т.н.), което от своя страна може да бъде свързано с молекулярни дескриптори, няколко различни изчислителни Приложени са методологии за разработване в силико модели, за да се предскаже пасивния транспорт през монослоя Caco-2 (Yamashita et al., 2002; van de Waterbeemd et al., 1996; Norinder et al., 1997; Di Fenza et al., 2007). Тези методи са полезни при ранното разработване на лекарства, тъй като предоставят качествена информация за чревната пропускливост, която може да се използва при класирането на кандидати за наркотици от подобни химически серии. Съвременните модели обаче използват дескриптори, които са трудни за интерпретация, а моделите не дават никаква представа за механизма на това как лекарствената молекула се транспортира през чревната мембрана (van de Waterbeemd and Gifford, 2003; Kulkarni et al., 2002) . Алтернативен подход може да бъде разработването на молекулярно базирани модели за прогнозиране на чревната пропускливост в модела Caco-2.

Прецизна медицина

Чревна бариерна функция

Чревната пропускливост физиологично позволява преминаването на микроорганизми и техните метаболити в гостоприемника, както е широко демонстрирано [11,12]. Независимо от това, трябва да се спазват граници или ще настъпи набор от вредни последици, потенциално включително ендотоксемия и сепсис (синдром на течащи черва). Патологично повишаване на чревната пропускливост, съобразено с дефектна бариерна функция, се открива при IBD, чернодробна цироза, травма, изгаряния, шок, лъчетерапия и химиотерапия при рак, трансплантация на костен мозък, ХИВ/СПИН и други имунни и възпалителни аномалии.

Ароматните аминокиселини се разграждат от чревния микробиом и получените метаболити могат да бъдат измерени в серума. Един от тях е индолепропионова киселина (IPA), произхождаща от диетичен триптофан. В протокол с Clostridium sporogenes, генетично конструиран да произвежда IPA, при специфично колонизирани мишки без микроби, чревната пропускливост се променя по начин, зависим от рецептора на Pregnana X. Това проучване проправя пътя за интервенционни опити при човешки състояния с течащи черва [69] .

Хроничното системно възпаление е една от последиците от синдрома на спукани черва; обаче, той може да бъде утаен по еднакъв начин от метаболитни нарушения, като затлъстяване или диабет (метаболитно възпаление). Независимо от повишената чревна пропускливост, тя е свързана с повишен кардиометаболитен риск и смъртност.

Escherichia coli, класически коменсал на червата, синтезира протеинов миметик на пептиден хормон, α-меланоцит-стимулиращ хормон (α-MSH). Като хормон тази протеинова молекула е основен играч в енергийната хомеостаза. В същото време той е мощен имунен модулатор, инхибиращ възпалителното освобождаване на цитокини от макрофагоподобни клетки. Смъртността при мишки, получаващи смъртоносни дози LPS, е предотвратена, което показва интереса на тази молекула към възпалителни състояния и критични заболявания [70] .

Епителни клетки

Карън Л. Еделблум, Джеролд Р. Търнър, Мукозна имунология (четвърто издание), 2015 г.

In vivo мерки за бариерна функция

Чревната пропускливост се измерва най-често като фракционна екскреция на урина при погълнати през устата сонди. Избраните сонди не трябва да могат да преминават епитела по трансцелуларен път. По този начин, влизането на сонда в кръвта представлява парацелуларен поток. Тъй като избраните сонди не се метаболизират значително в кръвния поток, те продължават и се филтрират свободно в гломерула. След това те навлизат в уринарното пространство и чрез бъбречните каналчета пристигат в пикочния мехур. Има обаче няколко важни предупреждения към този подход. Първо, сондите трябва да бъдат подбрани внимателно, тъй като някои могат да бъдат разградени от храносмилателни ензими или бактерии на дебелото черво (Meddings and Gibbons, 1998). Чревната подвижност също трябва да се има предвид, тъй като времето за преминаване влияе върху продължителността, през която сондата е в контакт и може да бъде транспортирано през епитела (Camilleri et al., 2012; Rao et al., 2011). Също така е важно да се има предвид, че всички тези сонди могат лесно да пресичат зони на увреждане, където епителните клетки, заедно с техните междуклетъчни връзки, се губят. В тези случаи увеличаването на абсорбцията на сондата може да не показва промени в пропускливостта на стегнатите кръстовища.

След като сондите влязат в кръвния поток, те трябва да бъдат ефективно филтрирани в пикочните пространства, без да се подлагат на значителен метаболизъм. Сондите, използвани за измерване на парацелуларен поток, обикновено не могат да претърпят метаболизъм, но това може да се промени в определени клинични състояния, като сепсис. В допълнение, частичното възстановяване на урината не може да бъде оценено надеждно при лица с променена скорост на гломерулна филтрация; следователно тези анализи може да не са полезни при пациенти с бъбречно заболяване.

Използвани са различни сонди в опит да се преодолеят ограниченията, отбелязани по-горе. За измерване на пропускливостта на тънките черва, съотношението лактулоза: манитол е най-популярно. Лактулозата е достатъчно голяма, за да може да преминава само през парацелуларния път на изтичане или в местата на увреждане на епитела и може да се разглежда като мярка за целостта на бариерата. Манитол, който е 3 пъти по-малък, с радиус само приблизително

Въпреки че събирането на урина с течение на времето позволява интегриране на възстановяването и е удобно за хора, използването на метаболитни клетки за събиране на урина при мишки е трудоемко и отнема много време. По този начин много проучвания са измерили серумно възстановяване на сондите по-горе, както и флуоресцентно-конюгирани декстрани. Този подход избягва потенциални артефакти на бъбречно заболяване, но има сериозни ограничения, които трябва да се вземат предвид, включително измерването на моментна снимка във времето, а не интегрирана обща абсорбция. В допълнение, повечето декстранни сонди са достатъчно големи, че обикновено отразяват бариерни дефекти поради чревни увреждания (т.е. ерозии) и са по-малко информативни като мерки за плътна пропускливост на кръстовището. Поглъщането на декстран от ретикулоендотелната система е друг потенциален източник на артефакт.

И накрая, пътят на приложение на декстран също е важно съображение при избора на измерване на епителната пропускливост. Прилагането на декстран сонди чрез орален сонда намалява потенциалните артефакти, които могат да бъдат генерирани чрез използване на декстран клизми. Например, ректалното вливане може да причини неволно увреждане на епитела на дебелото черво, което да доведе до фалшиво положителен резултат. Също така е трудно да се осигури ректално вливане на същия обем декстран между отделни мишки.

По този начин няма перфектен подход за in vivo анализ на чревната пропускливост. В най-добрия случай стандартните подходи осигуряват малко индикация за селективност на заряда или размера и не могат да правят разлика между увеличената пропускливост на стегнатите връзки и увреждането на епителните клетки. Тези недостатъци подчертават необходимостта от разработване на подобрени анализи на бариерната функция.

Ефекти от упражненията върху стомашно-чревната функция

Мирея Лоренцо-Фигерас, Алфред М. Мерит, в Физиология на упражненията за конете, 2008 г.

Пропускливост и абсорбция на лигавицата

Чревната пропускливост може да се оцени неинвазивно in vivo чрез перорално приложени маркери. Тези маркери се изчистват непроменени чрез бъбречна екскреция, при което концентрациите им в урината могат да бъдат количествено определени за определен период от време след хранене, за да се определи абсорбираното количество. Появата или не на тези маркери в урината ще зависи от целостта на чревната лигавица, 95 тъй като те не се абсорбират през непокътнатата лигавица.

Полиетилен гликол (PEG) полимери с различни молекулни тегла са широко използвани за оценка на пропускливостта. Този маркер се използва и за определяне на нетна абсорбция на вода, която се изчислява директно чрез промени в концентрацията на ПЕГ в червата. 96 PEG с високо молекулно тегло също са били използвани като маркери на стомашно-чревното транзитно време в коня. 97 PEG обаче не е идеален маркер за тези видове изследвания, тъй като предполагаемият му размер може да бъде донякъде променлив и твърде голямата доза може да предизвика осмотична хиперсекреция. 98

Захарите също често се използват като сонди за оценка на чревната цялост. Дизахаридите, като лактулоза, и монозахаридите, като l-рамноза, d-ксилоза, 3-O-l-метил М-глюкоза и манитол, се използват за оценка на трансцелуларния и парацелуларния транспортен капацитет през чревната лигавица. Естественият им транспорт през епитела може да бъде нарушен от клетъчно увреждане, докато некрозата може да улесни пасивното им движение в кръвта поради компрометиране на лигавичната бариера. Захарите са били използвани при хора за изследване на ефекта от бягането и колоезденето върху чревния транспорт. 99 100 агенти като тези са за предпочитане пред PEG поради тяхната еднородност на съответния размер, което ги прави по-добри дискриминатори в определени места с пропускливост на GIT. Резултатите от тези тестове обаче трябва да се разглеждат с повишено внимание, когато се прилагат върху коня, тъй като усвояването на захар може да бъде силно вариращо сред индивидите. 84 Тази променливост най-вероятно произтича от регионалните вариации в микробната популация на GIT сред конете, особено в стомаха. 83

И накрая, изотопни маркери като 51 Cr-белязан етилендиаминтетра-оцетна киселина (51 Cr-EDTA) и 99m Tc-диетилентриаминопента-ацетат (99m Tc-DTPA) могат да се добавят към напитките и да се използват за измерване на еднопосочен поток, от чревния лумен до съдово отделение. Въпреки че активността на тези проследяващи вещества в кръвта се измерва лесно, техният радиоактивен характер е очевиден недостатък, 95 до голяма степен ограничаващ приложението в лабораторни условия.

Механизми на ротавирусна болест

M. Hagbom, L. Svensson, във Virus Gastroenteritis, 2016

12 Пропускливост

Проучванията in vitro показват, че инфекцията с RV може да увеличи пропускливостта на поляризираните човешки епителни клетки Caco-2, вероятно поради реорганизация на протеините с плътно свързване клаудин-1, оклудин и ZO-1 (Svensson et al., 1991; Dickman et al. ., 2000; Obert et al., 2000). Освен това, NSP4 индуцира парацелуларно изтичане в поляризирани епителни клетки и предотвратява странично насочване на ZO-1 (Tafazoli et al., 2001). В съответствие с това, също така е демонстрирано в експерименти с камера на Усинг, че проводимостта на електрическата тъкан е повишена в инфектирани с RV черва (Isolauri et al., 1993). В заключение, проучванията in vitro предполагат изтичане на пропускливост за разлика от проучванията in vivo, което показва намалена пропускливост. Тези противоречиви резултати могат да отразяват приноса на нервите и хормоните в in vivo модела.

Том 1

26.10 Последици от хроничното увреждане на лигавичната бариерна функция

Промените в чревната пропускливост допринасят за физиологичните процеси на храносмилането и усвояването на хранителните вещества. В отговор на патогенна инфекция, иницииращите фактори за повишена пропускливост са многофакторни и зависят от естеството на стимула. Това служи за улесняване на преминаването на луминално съдържание, което е важно за развитието на защитен имунен отговор на гостоприемника. Промените в пропускливостта обикновено се разрешават с клирънса на патогена. Имунната регулация на чревната пропускливост придоби нов статус с признаването на нейното значение в патогенезата на различни заболявания, които засягат стомашно-чревния тракт, включително целиакия, хранителни алергии, IBD и функционални стомашно-чревни разстройства (FGID), включително IBS. 10 Интересно е, че при функционални стомашно-чревни разстройства, като синдром на раздразненото черво (IBS), тези ефекти се усилват и/или неразрешават. 186 187 При подгрупа от пациенти с IBS се наблюдава повишена висцерална свръхчувствителност, която се появява след ентерична инфекция или остро възпалително събитие. Получените от микробиота протеази, които активират PAR2, са замесени както в дефектите на пропускливостта, така и в нервната свръхчувствителност на IBS. 157,186,188

Адаптивната имунна система играе решаваща роля при хроничното възпаление. Постоянните промени в функцията на лигавичната бариера често са определяща характеристика на хроничните възпалителни патологии на стомашно-чревния тракт и съществува консенсус, че дефектът на пропускливост е иницииращ фактор. Възпалението инхибира пролиферацията на епитела и увеличава апоптозата, а неуспешната реституция на лигавицата допринася за трайността на бариерната дисфункция. Въпреки че промените в пропускливостта не са непременно причинени за заболяване, повишената пропускливост повишава податливостта към болести и се смята, че е отключващо събитие в началото на автоимунните заболявания. 22 Чувствителността за развитие както на целиакия, така и на диабет тип 1 е свързана с гените, свързани с чревната пропускливост. 189 Освен това роднините от първа степен на пациентите с IBD имат по-високи нива на възпалителни цитокини на лигавицата на червата и повишена пропускливост. 22 Нараства и интересът към приноса на чревната пропускливост към патогенезата на заболявания, които не са ограничени до стомашно-чревния тракт, като астма, множествена склероза и аутизъм. 100 190–192

Важно е да се отбележи, че дори ниските нива на възпалителни медиатори могат да повлияят на бариерната функция. Индуцирано от затлъстяването възпаление е свързано с оксидативен стрес и нарушена лигавична бариерна функция. 193 Последните данни показват дълготрайни промени в пропускливостта при липса на възпаление след травматично мозъчно увреждане с влошаване на мозъчното увреждане в отговор на бактериално-индуциран колит. 194 Повишената пропускливост на лигавицата се счита за движеща сила при индуциран от радиация ентерит, който се характеризира с субхронично възпаление и намален брой Lgr5 + клетки. 195 И накрая, има „възпаление“, процес, свързан с нискостепенно възпаление, повишена чревна пропускливост и намалена епителна пролиферация. 196 197 Все по-разширяващият се списък с патологии, които оказват влияние върху функцията на чревната бариера, насърчава разглеждането на възможностите за възстановяване на целостта на бариерата като основна терапевтична цел. 198 199

Безпокойство

S. Pellissier, B. Bonaz, във витамини и хормони, 2017

4.2.3 Влияние на стреса върху чревната пропускливост

Увеличение на чревната пропускливост се наблюдава в дебелото черво на пациенти с IBS, свързано с висцерална или соматична свръхчувствителност (Zhou & Verne, 2011). Стресът е в състояние да наруши чревната епителна бариера, като по този начин увеличава проникването на луминални антигени в собствената пластина, което води до сенсибилизация на ноцицепторите и по този начин благоприятства развитието на висцерална свръхчувствителност (Ait-Belgnaoui, Bradesi, Fioramonti, Theodorou, & Bueno, 2005) . Това повишаване на чревната пропускливост се дължи на активиране на периферна CRF сигнализация, включваща както CRF2, така и CRF1 (Buckinx, Adriaensen, Nassauw и Timmermans, 2011), както и активирането на мастоцитите (Santos, Yang, Soderholm, Benjamin, & Perdue, 2001 ).

Манитол

Диагностика на диария

При хронична диария чревната пропускливост за захари, като рафиноза, лактоза, лактулоза, захароза и манитол [34], може да открие чревни увреждания. Абсорбцията на комбинирана доза лактулоза и манитол е проучена при 261 последователни пациенти с три или повече дефекации дневно в продължение на поне 3 седмици; Установено е, че 120 (46%) имат органична причина за хронична диария, докато при 141 (54%) е диагностицирано функционално състояние [35]. Тестът за лактулоза/манитол и С-реактивният протеин бяха независими предиктори за окончателната диагноза на органична причина за хронична диария, с коефициенти на шансове 1,5 (95% CI = 1,29, 1,78) и 5,2 (95% CI = 1,90, 14,12) съответно.

Чревен микробиом и черен дроб

Патрик Мартин Гилевет, Puneet Puri, в Zakim and Boyer's Hepatology (Седмо издание), 2018

Автоимунен хепатит и чревният микробиом

Пациентите с AIH демонстрират повишена чревна пропускливост, доказвана от значително намалена експресия на zonula occludens 1 и occludin в тънките черва. 194 Това се свързва с намалено изобилие на анаероби без промяна в изобилието на аероби, което води до намалено бифидобактерии/Е. coli ratio, което предполага чревна дисбиоза при пациенти с AIH. Също така, плазмените нива на LPS се повишават значително при пациенти с AIH, което заедно с повишената чревна пропускливост е силно свързано с напреднали стадии на заболяването. 194 Чернодробното възпаление в нов модел на хуманизирана мишка на AIH, генериран чрез имунизация на HLA-DR3 - и HLA-DR3 + мишки без диабет с ДНК плазмид, кодиращ човешки цитохром P450 2D6 – формиминотрансфераза циклодеаминаза сливан протеин е свързано с промени в разнообразие и изобилие на чревната микробиота.

Като цяло наличните доказателства ясно показват, че автоимунните чернодробни заболявания, главно PSC и AIH, са свързани с повишена чревна пропускливост и дисбиоза. Бъдещите проучвания трябва да се фокусират върху по-доброто разбиране на ролята на чревния микробиом и оценката на потенциалните интервенции.