《Journal of Functional Foods》：Hypoxia-triggered intestinal barrier dysfunction: Mechanisms and protective effects of yak milk bioactives and dietary supplements
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高海拔缺氧，尤其是新到达的低地人群中的急性暴露，可破坏肠道屏障稳态并增加胃肠道损伤的风险。本综述总结了缺氧如何损害肠道物理、化学、微生物和免疫屏障，并批判性地评估了关于牦牛奶生物活性成分和膳食补充剂的直接和间接证据。缺氧诱导的屏障功能障碍涉及不充分的氧气感知和
高海拔缺氧，尤其是新到达的低地人群中的急性暴露，可破坏肠道屏障稳态并增加胃肠道损伤的风险。本综述总结了缺氧如何损害肠道物理、化学、微生物和免疫屏障，并批判性地评估了关于牦牛奶生物活性成分和膳食补充剂的直接和间接证据。缺氧诱导的屏障功能障碍涉及不充分的氧气感知和代谢适应，包括缺氧诱导因子（HIF）信号失衡、AMPK/mTOR相关自噬紊乱、线粒体功能障碍、ATP耗竭以及过量的活性氧（ROS）产生。这些变化削弱了紧密连接、损害黏液更新、改变上皮分化、增加通透性，并通过减少短链脂肪酸（SCFA）支持以及增强TLR4/NF-κB和NLRP3炎症小体激活来促进菌群失调相关炎症。牦牛奶含有乳铁蛋白、生物活性肽、氨基酸、外泌体、低聚糖和发酵微生物，这些是调节氧化应激、炎症信号、紧密连接和肠道微生物群的合理候选物。然而，在高海拔人群中的研究证据仍然有限。
**2. 病理性缺氧诱导的肠道上皮屏障损伤**
**2.1. 肠道屏障结构与生理性缺氧**
肠道上皮为单层细胞，由紧密连接（TJs）、黏附连接（AJs）和桥粒封闭，构成物理核心并调节旁细胞通透性。上覆黏液层形成生化界面，共生微生物群和免疫细胞共同维持屏障的物理、化学、微生物和免疫完整性。健康肠黏膜沿纵轴和跨壁方向存在陡峭氧梯度，肠上皮细胞通常处于相对缺氧微环境，此为生理性缺氧，支持上皮适应、宿主-微生物共存和屏障稳态。生理性缺氧与病理性缺氧的区分取决于是否仍能维持ATP产生、线粒体功能、紧密连接定位、黏液更新、微生物代谢支持和可控免疫张力。
**2.2. 缺氧下的肠道屏障功能障碍**
当高海拔缺氧（HH）超出适应能力时，肠道屏障功能障碍源于上皮能量衰竭、氧化应激、上皮分化受损和炎症放大。氧输送减少导致线粒体氧化磷酸化受损，ATP供应受限，削弱能量依赖的上皮功能；同时，线粒体应激和缺氧相关氧化还原失衡促进活性氧（ROS）过量产生，损害膜脂质、蛋白质和DNA，并破坏上皮连接复合物。这些原发性上皮紊乱可扩展至单层细胞之外：连接稳定性丧失增加旁细胞通透性；缺氧诱导的Notch信号激活使肠道干细胞（ISC）向吸收上皮细胞分化，减少MUC2产生，削弱黏液更新；氧供应改变和屏障泄漏扰动微生物群落结构，降低多样性，并扰乱微生物群来源的上皮修复代谢支持。微生物紊乱可反馈至上皮信号通路，如抑制LRP6/Wnt/β-catenin轴，加重屏障损伤。当微生物产物更接近黏膜表面时，模式识别受体信号和炎症级联被激活，形成前馈过程。
**2.2.1. 物理屏障**
紧密连接是肠道旁细胞通透性的主要门控。在缺氧应激下，ATP减少削弱上皮细胞骨架动力学和离子转运，过量ROS损伤上皮膜和连接蛋白。在肠上皮细胞模型中，缺氧与ZO-1、claudins和occludin表达降低或完整性改变相关。然而，离体单层实验无法复制体内黏液-微生物群-免疫相互作用。在啮齿类低压缺氧模型中，严重暴露伴随绒毛损伤、固有层水肿、炎症细胞浸润和细菌或内毒素易位。紧密连接破坏并非单一缺氧驱动途径所致，而是上皮能量衰竭、氧化应激、微生物扰动和细胞因子介导重塑共同作用的结果。
**2.2.2. 化学屏障**
化学屏障主要由黏液层、黏蛋白、消化分泌物和抗菌分子（如防御素、溶菌酶）构成，限制微生物与上皮直接接触。主要分泌型黏蛋白MUC2对维持黏液层结构和防止微生物过度接触至关重要。HH可能通过损害上皮分泌功能、黏液更新和抗菌活性削弱化学防御。模拟低压缺氧模型中观察到肠黏膜厚度减少和小肠稳态改变。氧化应激和抗氧化能力降低可能干扰杯状细胞功能、黏蛋白合成和上皮分泌，增加上皮直接暴露于细菌、抗原和腔内刺激物。
**2.2.3. 微生物屏障**
肠道微生物群通过竞争病原体、产生代谢物、支持上皮代谢和调节黏膜免疫构成主要生物屏障。HH可能通过改变肠道氧供应、上皮代谢、免疫张力和微生物代谢活性来扰动微生物屏障。人类研究表明，急性HH可迅速改变肠道微生物组成和粪便代谢物。纵向研究显示，从低地到高海拔的旅行者肠道微生物多样性和功能发生动态重塑，早期暴露与长期适应可能涉及不同的微生物重塑模式。高海拔相关变化涉及参与碳水化合物发酵、短链脂肪酸（SCFA）产生和上皮-免疫调节的菌群，如Faecalibacterium、Bifidobacterium、Prevotella、Lachnospira等。HH也可能促进兼性厌氧菌和炎症相关菌群（如肠杆菌科）的扩增，增加脂多糖（LPS）库，加剧TLR4/NF-κB介导的炎症激活，削弱SCFA对上皮代谢和免疫调节的支持。
**2.2.4. 免疫系统**
肠道免疫屏障维持对共生微生物的耐受与对有害抗原的防御之间的平衡。一旦物理、化学或微生物屏障被破坏，腔内抗原和微生物产物可激活固有免疫信号。低压缺氧动物模型中报告了黏膜免疫组成改变、炎症介质增加以及TLR4、NLRP3、HIF-1α和NF-κB相关通路激活。缺氧可通过细胞类型特异性HIF信号塑造黏膜炎症：髓系细胞中HIF-1α依赖的代谢重编程促进促炎激活，而上皮HIF信号可能支持屏障保护。细胞因子驱动的炎症进一步破坏紧密连接、延迟上皮修复、增加通透性，形成免疫激活与上皮屏障失效之间的前馈循环。
**2.3. 连接缺氧、菌群失调和屏障功能障碍的汇聚分子通路**
关键分子机制包括HIF介导的氧感知和代谢适应、AMPK/mTOR和自噬。当氧供应减少时，PHD酶活性降低，HIF-α稳定并激活核转录，在上皮细胞中促进糖酵解适应和屏障维护，但在髓系细胞中可能促进促炎细胞因子产生。ATP耗竭激活AMPK，抑制mTOR并促进自噬；功能性自噬可保护上皮细胞，但自噬流受损时，受损线粒体和ROS积累，加剧氧化应激和屏障损伤。线粒体损伤和ROS积累是连接上游氧剥夺与下游上皮通透性、炎症激活和黏膜修复延迟的机制桥梁。微生物重塑连接缺氧上皮损伤与免疫炎症放大：SCFA产生菌减少削弱上皮代谢支持和抗炎调节，而兼性厌氧菌扩增增加LPS库；LPS与TLR4结合激活MyD88/TRIF依赖信号，导致NF-κB激活和促炎因子转录，同时为NLRP3提供启动信号，线粒体ROS和微生物产物提供激活信号，促进IL-1β和IL-18成熟，加剧黏膜炎症。
**3. 牦牛奶的营养特性**
牦牛奶是青藏高原特有的乳制品资源，在总蛋白和生物活性蛋白方面具有显著优势。总蛋白浓度是荷斯坦牛奶的1.68倍，乳铁蛋白（LF）含量200-700 mg/kg，免疫球蛋白A（IgA）、G（IgG）和M（IgM）浓度均高于其他哺乳动物乳。总必需氨基酸（EAA）含量为3256.07 mg/100 mL，超过水牛、山羊和牛奶；组氨酸和半胱氨酸浓度分别是人乳的5倍和3倍。脂肪含量平均5.78%，高于牛奶和人乳；cis-9, trans-11共轭亚油酸（CLA）含量0.92%，α-亚麻酸浓度19.3-22.0 mmol/100 g，二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）含量也高于牛奶。乳糖含量5.00-6.00%，接近人乳；钙含量1525-1545 mg/kg，高于牛奶；铁含量也更高。此外，牦牛奶含有较高浓度的抗氧化维生素（A、C、E）。总体而言，牦牛奶具有高固形物和能量，与其他奶类相比在蛋白质、不饱和脂质、矿物质和抗氧化维生素方面具有独特优势。
**4. 缓解缺氧诱导肠道屏障损伤的功能组分**
**4.1. 蛋白质**
**4.1.1. 次要功能蛋白**
乳铁蛋白（LF）是一种80 kDa多功能蛋白，具有铁结合、抗氧化、抗菌、免疫刺激和抗炎作用。口服牛LF（100 mg/kg）通过增加阿克曼菌属（Akkermansiaceae）丰度保护小鼠结肠炎；补充牛LF（100-1000 mg/kg）增加乳杆菌属（Lactobacillus）丰度，增强肠道完整性。LF对肠道屏障的保护作用涉及细胞活力相关通路（细胞周期、凋亡、mTOR、MAPK、p53、PI3K-Akt）和肠道完整性相关通路（内吞、紧密连接、黏附连接等）。LF的抗炎机制包括：结合LPS、调节炎症相关基因表达、抑制NF-κB激活、螯合游离铁调节ROS平衡、抑制粒细胞迁移。牦牛奶中LF含量高于牛奶（200-700 vs 20-500 mg/kg），但现有证据多来自牛LF或非缺氧炎症模型。
**4.1.2. 水解后生物活性肽**
牦牛奶蛋白肽具有肠道黏膜保护潜力。Yang等从牦牛奶残渣中分离出肽T3，口服后通过上调结肠ZO-1、occludin和claudin-1恢复肠道屏障功能，抑制IL-6、TNF-α和IL-1β转录减轻炎症，并通过靶向肠道微生物群和HIF-1α通路缓解缺氧诱导的心脏功能障碍。其他研究证实牦牛奶残渣肽对缺氧诱导的肺上皮细胞损伤有保护作用。牦牛奶发酵制品中分离出的抗氧化肽C3可有效减轻ROS介导的氧化应激。牦牛奶酪中鉴定出两种抗炎肽QP13和VN10；牦牛奶酪蛋白水解物（0.125-1.0 mg/mL）在LPS刺激细胞模型中剂量依赖性抑制IL-6、IL-1β和TNF-α分泌。牦牛骨胶原衍生肽通过抑制NF-κB信号通路和NO产生发挥抗炎作用。与LF相比，牦牛奶源肽在缺氧诱导肠道损伤方面有更直接的证据，但研究多基于动物或细胞模型。
**4.1.3. 氨基酸**
牦牛奶蛋白中谷氨酸含量突出（1.00-1.14 g/100 g），谷氨酸与谷氨酰胺在人体内可相互转化。谷氨酰胺在维持酸碱平衡、调节葡萄糖代谢、加强紧密连接和保护上皮细胞完整性方面具有重要作用。口服谷氨酰胺（5 g/kg体重）可维持大鼠肠道黏膜屏障完整性并调节肠道微生物群。在低压缺氧环境中运动并补充谷氨酰胺的人类参与者表现出抗炎效应。牦牛奶中精氨酸含量0.15-0.17 g/100 g，高于牛奶，其生物合成途径在牦牛奶特有代谢物中最为丰富。体外实验显示精氨酸补充通过促进NO释放和维持紧密连接减轻缺氧诱导的肠道氧化应激。色氨酸已被证明可改善急性缺氧应激小鼠的肠道损伤和功能。这些氨基酸为牦牛奶支持缺氧条件下上皮代谢和黏膜修复提供了生物学合理性，但保护证据主要来自纯化氨基酸补充，而非整乳或牦牛奶源氨基酸组分。
**4.2. 外泌体**
外泌体是纳米级细胞外囊泡（50-200 nm），携带功能蛋白、mRNA和microRNA，介导细胞间通讯。牦牛奶中外泌体含量约为牛奶的3.7倍。体外实验显示，在缺氧应激下，牦牛奶来源外泌体中富集的牛特异性microRNA bta-miR-34a通过触发HIF和凋亡信号级联维持IEC-6细胞活力。牦牛奶来源外泌体被IEC-6细胞摄取多于牛奶来源外泌体，且更有效地激活HIF-α信号通路并抑制p53蛋白表达。牛乳外泌体可调节缺氧条件下RAW 264.7巨噬细胞增殖。人乳外泌体可减轻实验性坏死性小肠结肠炎（NEC）严重程度。总体而言，牦牛奶外泌体在缺氧条件下调节肠道屏障功能方面优于牛奶外泌体，但现有证据主要基于体外IEC-6模型，活性货物（如特定microRNA、蛋白质或脂质）尚未明确。
**4.3. 益生微生物**
肠道微生物群在急性低压缺氧环境下发生显著变化。牦牛奶及其制品中乳酸菌和酵母菌平均含量高于牛奶酸奶，大肠杆菌含量较低，这可能与西藏人群对高海拔环境的适应性有关。多种益生菌菌株已被证实有助于缓解高海拔相关的肠道疾病。德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）4L3菌株通过增加回肠紧密连接蛋白丰度和降低通透性减轻缺氧诱导的急性肠道损伤。约氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）YH1136通过调节肠道微生物群预防高海拔环境下内源性致病菌引起的肠道功能障碍。长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）JBLC-141通过激活肠道KEAP1/NRF2信号通路，上调claudin-1、occludin和ZO-1表达，改善肠道微生物群结构。粪杆菌（Faecalibacterium duncaniae）通过升高2-酮戊二酸浓度保护肠道屏障。益生菌代谢物如丁酸盐通过抑制HIF-1α/糖酵解途径和巨噬细胞极化减轻黏膜屏障损伤。合生元（益生菌与益生元组合）干预可减轻HH后肠道炎症。牦牛奶中益生微生物浓度高，240 mL约含超过2000亿乳酸菌，主要菌属为不动杆菌（Acinetobacter）和乳杆菌（Lactobacillus）。从牦牛奶中分离的植物乳杆菌EA3和QL01等菌株显示出强抗氧化和自由基清除活性。但牦牛奶源益生菌在缓解HH诱导肠道损伤方面的临床适用性研究较少。
**4.4. 维生素**
维生素A可调节肠道菌群、减轻炎症反应和增强上皮屏障。维生素C和E具有抗氧化特性，可清除ROS，维生素E补充可改善大鼠缺氧诱导的肠道损伤，机制涉及HIF和TLR4/NF-κB通路。维生素D通过调节炎症因子分泌、黏蛋白2水平和连接蛋白表达维持肠道稳态，可能通过阻断LPS/TLR4/NF-κB信号缓解缺氧损伤。维生素B12（VB12）在肠道炎症中具有治疗潜力，通过促进HIF-1信号通路激活减轻肠道增生和屏障破坏。发酵牦牛奶“Kurut”中维生素B和C含量高于牛奶酸奶，牦牛黄油中维生素E含量高于牛油。但缺乏牦牛奶源维生素直接保护屏障的直接实验数据。
**4.5. 低聚糖**
低聚糖在生物识别、抗炎和免疫调节中发挥关键作用。人乳低聚糖（HMOs）在NEC模型中具有肠道保护作用，其中3'-唾液酸乳糖和6'-唾液酸乳糖可恢复增殖能力、减少凋亡和减轻肠道炎症。HMOs不依赖肠道微生物群，通过减轻黏膜炎症、增强隐窝细胞增殖和诱导ISC分化促进上皮再生。牦牛奶富含低聚糖，从牦牛奶粉中提取的低聚糖可抑制NEC小鼠黏蛋白和炎症因子表达，增加有益菌丰度和肠道屏障功能，效果强于HMOs，主要通过调节TLR-4/NF-κB炎症通路和增加eNOS蛋白表达。牦牛奶低聚糖的抗炎作用强于牛奶和人乳低聚糖，为预防和治疗缺氧诱导肠道损伤提供了潜力。
**4.6. 膳食补充剂**
膳食补充剂（如透明质酸、褪黑素和天然多糖）通过靶向氧化应激、紧密连接破坏、黏液屏障损伤、菌群失调和炎症激活等途径改善肠道屏障功能。绞股蓝多糖通过激活微生物群-SCFA-肠道屏障轴（GPR41）和调节Nrf2通路缓解急性HH诱导的屏障损伤。芜菁多糖通过促进有益菌生长、改善抗氧化酶活性、降低炎症标志物和增强紧密连接蛋白表达减轻低压缺氧诱导的肠道损伤。柑橘果提取物通过改变肠道微生物群组成减轻缺氧肠道损伤。褪黑素通过靶向STAT3信号通路和调节肠道微生物群缓解慢性间歇性缺氧诱导的屏障功能障碍。芹菜素通过抑制炎症因子释放和改善氧化应激减轻肠道缺血再灌注损伤。硝酸盐通过激活EGFR/PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α信号通路促进紧密连接蛋白转录，预防缺氧诱导的肠道损伤。这些膳食补充剂支持抗氧化、抗炎和微生物群靶向策略对缺氧诱导肠道损伤的治疗相关性，但应视为通路层面的支持，而非直接支持牦牛奶功效，其主要价值在于识别与牦牛奶生物活性成分组合的补充靶点。
**5. 转化挑战与未来展望**
**5.1. 证据解读与转化差距**
饮食策略依赖于牦牛奶及其制品，其价值由三条证据链支持：人类研究显示高海拔暴露与胃肠道症状和微生物动态重塑相关；啮齿类低压缺氧模型和上皮细胞系统提供机制证据；牦牛奶含有可能调节损伤通路的生物活性成分。然而，大多数机制证据来自急性低压舱研究或简化上皮模型，无法模拟人类长期适应暴露。IEC-6和Caco-2细胞无法捕获黏液层、微生物群、免疫和基质成分等。主要知识空白包括：实验模型与真实世界暴露不匹配；牦牛奶功能成分的直接效应和关键分子靶点未完全阐明；大规模人体临床试验缺乏；微生物群作为干预反应预测生物标志物的研究有限。
**5.2. 未来展望**
未来需在人体干预研究中确定牦牛奶的功能优势并识别特定成分；机制研究应超越组成比较，将定义明确的牦牛奶源蛋白、肽、细胞外囊泡、低聚糖或发酵衍生微生物组分与线粒体应激、氧化还原调节、上皮修复、炎症信号和微生物代谢等特定分子反应联系起来；需阐明肠道微生物群的贡献，包括响应牦牛奶消费的菌群和代谢物，以及传统发酵牦牛奶制品中微生物的可能作用；使用无菌小鼠定植或粪菌移植方法有助于区分牦牛奶源成分的直接效应与微生物介导的保护效应。
**6. 结论**
缺氧可驱动肠道屏障损伤，涉及上皮、微生物和免疫机制的相互连接。当适应性氧感知和代谢反应不足时，组织缺氧破坏线粒体功能、减少ATP产生、增加ROS积累，直接损害上皮完整性；同时，缺氧相关菌群失调减少SCFA介导的上皮支持，增加LPS暴露，导致TLR4依赖的NF-κB激活和NLRP3炎症小体介导的炎症放大，最终破坏物理（紧密连接丢失和微绒毛脱落）、化学（杯状细胞分化受损和MUC2分泌减少）、微生物（群落重塑和多样性降低）和免疫（TLR4/NF-κB激活和NLRP3炎症小体介导的细胞因子释放）屏障。牦牛奶及其制品作为藏族牧民长期饮食核心，可能通过抑制氧化应激、抗炎、屏障修复和肠道微生物群重塑等汇聚机制发挥保护作用。现有研究初步揭示了核心机制，但多基于体外细胞和啮齿类模型，模拟的急性缺氧场景与实际高海拔人群的慢性间歇性暴露不同；并非所有有效功能组分均源自牦牛奶，关键分子靶点和调控网络未完全阐明；高海拔人群的人体临床试验极其缺乏，安全剂量范围和长期干预效果尚不清楚。未来应聚焦于鉴定牦牛奶中缓解缺氧损伤的有效组分及其关键靶点和调控机制，并建立高海拔人群的临床评价体系，验证牦牛奶源生物活性成分的缓解效应。
