腸道主要有五大生理功能，運動、分泌、消化、吸收以及屏障功能。由於腸 道腔室中有大量的共生細菌（commensal bacteria），且腸道為第一個與外界食物或 病原菌和寄生蟲接觸的部位，因此屏障功能（barrier function）對人體健康的維持 扮演著極為重要的角色。目前將腸道屏障功能分為：物理性屏障、化學性屏障、
以及免疫性屏障三大類。本論文在此特別針對屏障功能做探討。
2.1. 物理性屏障
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腸道之物理性屏障包括黏液層及上皮細胞。黏液（mucus）由黏液素組成，成 份為醣蛋白 (glycoprotein)及水，由位於腸道上皮層的杯狀細胞 (goblet cells)分 泌；另外，在十二指腸中尚有布魯納氏腺 (Brunner’s glands)，為多分支的腺體， 三種膜蛋白組成，分別為claudin，occludin 和連結黏連分子（junctional adhesion molecules, JAM）(3); 而附著連結之間的空隙距離約為 200 Å，位於緊密連結與胞 用 (endocytosis)進入內小體 (endosome)，繼續被融合的溶解酵素 (lysozymal enzyme)分解成不具免疫抗原性的小分子，再釋入固有層，而此類經由細胞吸收進 而將管腔中分子物質帶入固有層的過程，稱為穿細胞路徑 (transcellular pathway)；
而分子物質若經由細胞之間的空隙進入固有層中，則稱為細胞間路徑 (paracellular pathway)(6)。 因此，腸道黏膜層所具有之物理性屏障功能，可以作為人體與外在
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物質接觸的第一道防線。
2.2 化學性屏障
腸道表面能釋放出抗微生物胜肽（antimicrobial peptides, AMPs），目前在人類 總共有三大類，分別為防禦素（defensins）、抗菌肽（cathelicidins）、以及富組蛋白
（histatin）。抗微生物胜肽主要的功能為 1) 在細菌上穿孔，破壞細菌結構使內容 物流出，而達到殺菌效果、2) 抑制細菌細胞膜的合成、3） 促使細菌細胞膜之自 我水解(7)。另外還有其他功能例如，可趨使嗜中性白血球、巨噬細胞及其他免疫 細胞之聚集，預防細菌接觸及菌落之形成(8)。防禦素為帶正電之胜肽，由小腸腺 窩中的巴聶特氏體（Paneth cell）所分泌，可結合帶負電的細胞壁，在細胞壁上打 洞造成高度通透性，抑制細菌生長和存活(9)。
2.3. 免疫性屏障
免疫反應可分為先天性免疫反應（innate immunity）及適應性免疫反應
（adaptive immunity）。先天性免疫反應的專一性不高，當外來病原菌通過腸道進 入體內時，最快啟動的即為先天性免疫反應，而先天性免疫反應可以進一步活化 適應性免疫反應，但所需時間較長，因此先天性免疫反應為腸道生理中第一道免 疫防禦屏障。
先天性免疫反應一般而言數分鐘即可啟動，其由許多不同種類之細胞及化學 物質所組成，參與其中的免疫細胞包含常駐在固有層的巨噬細胞 (macrophage)、
樹狀細胞(dendritic cells)、自然殺手細胞（nature killer cells）、巨大細胞(mast cells) 以及由血液進入腸道組織中之多型核嗜中性白血球（polymorphonuclear
neutrophils）。其中常駐型巨噬細胞(resident macrophages)是由血液循環中的單核球
（monocyte）進入腸道組織中分化而成。而適應性免疫的活化需花費數天至數個 禮拜，以產生具專一性的T 型淋巴球及 B 型淋巴球。
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2.3.1 巨噬細胞 (macrophage)
腸道的黏膜層是身體中最多巨噬細胞的貯存地(10)，這些巨噬細胞是來自於血 液中的單核球（monocyte），在非發炎的情況下，血液中的monocyte 會受到固有層 中內生性的化學引誘物（chemoattractant）作用而進入固有層中，這些剛進入固有 chemokines 或稱為 inflammatory CC chemokines (例如細胞白介素(interleukin-8, IL-8), 巨噬細胞炎性蛋白-1α 【Macrophage inflammatory protein, MIP-1α】；未帶 cysteine 的趨化物質（例如補體【complement components】及轉型生長因子 β
【Transforming growth factor β, TGF-β】）；此外還有 pathogen-derived peptides (例如 formyl-Met-Leu-Phe (fMLP))。其中，當腸道組織受到葛蘭氏陰性菌外壁物質脂多 醣或一些細胞激素例如腫瘤壞死因子α (TNF α) 及 IL-1β 刺激後，會促使腸道上皮 細胞或腸道中的白血球釋出inflammatory CC chemokines，此時 monocyte 會順著結 合在固有層細胞間的蛋白聚糖（proteoglycan）之濃度梯度移動，進入發炎之組織 中(10)。
2.3.2 多型核嗜中性白血球
多型核嗜中性白血球主要是藉由吞噬病原體或釋出細胞內之毒殺物質來達到 殺菌的效果。在血液中的多型核嗜中性白血球在腸道受到細菌感染及發炎反應時 會被組織中的化學趨化物質例如IL-8 吸引，並藉由固著因子（adhesion molecules）
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與血管內皮細胞結合的作用滲透到組織當中(12)。過去研究顯示，在發炎的情況 下，腸道腺窩中多型核嗜中性白血球的數量會大量增加(13)。
嗜中性白血球可以氧化的方式達到殺菌效果，嗜中性白血球顆粒物質內有大 量的菸醯胺腺嘌呤二核酸磷酸氧化酶（NADPH oxidase）和骨髓過氧化酵素
（myeloperoxidase, MPO）(14)，由過去研究得知 MPO 酵素活性和嗜中性白血球進 入組織之數目成正比，因此組織內酵素活性的上升可作為嗜中性白血球進入組織 的代表(15, 16)。在嗜中性白血球吞噬細菌的過程中，NADPH oxidase 作用產生超 氧化物（superoxide）;骨髓過氧化酵素由胞內釋放至胞外環境，並催化 H2O2和氯 離子結合，形成次氯酸（hypochlorous acid, HOCl）(17)。超氧化物及次氯酸為一具 有強力殺菌能力的自由基，為中性分子，能使脂質過氧化以利於穿透細菌細胞壁，
在細菌體內進行氧化作用毒殺細菌。此外次氯酸可藉由加氯作用（chlorination）和 細菌結構蛋白結合，此作用已知可加強人體內對此細菌蛋白之免疫反應，加強抗 原表現細胞（antigen presenting cells, APC）呈現細菌抗原之能力(17)。嗜中性白血 球體內的骨髓過氧化酵素亦可釋放到細胞外面，和巨噬細胞上巨噬細胞甘露醣受 器（macrophage mannose receptor, MMR）結合(18)。
嗜中性白血球亦可以非氧化的方式達到殺菌效果。嗜中性白血球中的顆粒可 達到殺菌效果。除了defensins 此種 antimicrobial peptides 外，嗜中性白血球亦能釋
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出cathelicidin，cathelicidin 具有殺菌之功能且可以避免病原體（例如：致病性的大 腸桿菌）貼附於腸壁(22)。
2.3.3 適應性免疫反應
適應性免疫反應可分為細胞免疫反應（cell-mediated immunity）及抗體免疫反 應(humoral immunity)。細胞免疫反應由 T 細胞所主導，T 細胞可大致分為胞毒性 T 細胞（Tc cell）及輔助性 T 細胞(Th cell)，其中 Th cell 能釋出多種 cytokines，並能 進一步誘導B 細胞的免疫球蛋白的同型轉變(isotype switching)以產生不同型的抗 體。其中IgA 在腸道免疫中扮演著重要的角色，在固有層中的分化的 B 細胞產生 IgA dimer，而 Th1 cell 產生的 IFN-γ 可使腸道上皮細胞表面的 IgA 受體(polymeric Ig receptor)表現增加，進而促使 IgA 穿越上皮細胞而分泌至腸腔中以辨識及包圍病原 體(23)。