营养物质、肠道微生物代谢物和药物进入循环系统的过程受到肠-血屏障（GBB）的调控。本文介绍一种直接测定GBB通透性的方法。 体内与常用的间接方法不同，该方法几乎不受肝肾功能的影响。
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摘要
摘要
肠-血屏障（GBB）控制营养物质、细菌代谢产物和药物从肠腔进入血液的过程。在胃肠道、心血管和代谢性疾病中，GBB的完整性受到破坏，可能导致生物活性化合物（如肠道细菌代谢产物）更容易进入血液。因此，GBB的通透性可能是肠道内外多种疾病的标志物。此外，细菌代谢产物通透性增加可能影响整个机体的功能。
研究肠-血脑屏障（GBB）通透性的常用方法是在离体条件下进行的。ex vivo 方法的准确性有限，因为 GBB 的功能依赖于肠道血流。另一方面，常用的活体in vivo 方法可能受到肝脏和肾脏功能的干扰，因为这些方法依赖于对外源性标志物在尿液和/或外周血中浓度的评估。本文介绍一种基于门静脉采血的活体in vivo 方法，用于直接测量大鼠 GBB 的通透性，该方法保留了肠道血流，且几乎不受肝肾功能的影响。
将聚氨酯导管插入门静脉以及肝静脉汇合处上方的下腔静脉。在基线状态以及向胃肠道特定部位给予选定标记物后，采集血液样本。本文展示了该方法的若干应用，包括：（1）评估结肠对肠道细菌代谢物三甲胺（TMA）的通透性；（2）评估肝脏对TMA的清除能力；（3）评估肠道细菌来源的短链脂肪酸经肠道-门静脉-肝脏-外周血的转运途径。此外，该方案还可用于追踪药物的肠道吸收和肝脏代谢过程，或用于门静脉血压的测量。
引言
肠-血屏障（GBB），也称为肠道屏障，是一种复杂的多层系统，其作用是将肠腔与血液分隔开来，以限制有害物质的通过，同时允许营养物质的吸收1。它主要由三层结构组成：黏液层、上皮层和固有层。
多种因素可能影响肠-血屏障（GBB）的完整性和功能2。研究表明，胃肠道内外的多种疾病（包括心血管疾病和代谢性疾病）均可导致GBB功能紊乱3，这可能导致肠道细菌代谢产物更易进入血液循环4。肠道细菌代谢产物通透性增加可能影响整个机体的功能。例如，近期研究显示，吲哚类物质、H2S、短链脂肪酸（SCFA）以及氧化三甲胺等细菌代谢产物对循环系统功能具有显著影响5,6,7,8,9。最终，有研究提出，GBB通透性增加可作为与肠道形态和功能改变相关的心血管疾病和代谢性疾病的潜在标志物10。因此，追踪细菌代谢产物从肠道经门静脉血至肝脏再至全身血液循环的路径，对基础科学和临床医学研究均具有重要意义。
常用于评估GBB通透性的实验方法如下 体外 使用切除的肠段、黏膜碎片或人工膜11,12这些方法的准确性受到以下事实的限制：GBB 的正常功能依赖于持续的肠道血流。另一方面，现有的 体内 方法基于对外源性标志物的尿液或外周血浓度的评估13然而，外源性化合物在外周血和尿液中的浓度受肾功能影响， 即， 肾小球滤过率和肾小管排泄，以及肝脏代谢， 即， 首过代谢。这两个参数在不同研究对象之间可能存在显著差异，且与GBB功能无关。
本文介绍了一种通过门静脉采血直接测量大鼠 GBB 通透性的方法。这种体内方法能够保持肠道血流的完整性，且几乎不受肝肾功能的影响。尽管如此，该方法尚未被广泛采用，可能与其存在一定的方法学难度有关。我们详细描述了在肝静脉汇合处上方对门静脉和下腔静脉进行插管的技术。通过对门静脉和下腔静脉采血，可评估 GBB 的通透性及肝脏清除率，同时追踪目标分子（如肠道细菌代谢物或药物）从肠道经门静脉血、肝脏至体循环的路径。我们还展示了该方法在本实验室中已验证的若干应用实例，包括：评估结肠对肠道细菌代谢物三甲胺（TMA）的通透性、评估肝脏对 TMA 的清除率，以及评估短链脂肪酸（SCFA）从肠道经门静脉血、肝脏至体循环的转运路径。
为评估肠道-血液屏障通透性，应按以下顺序执行下列实验步骤：1（插入用于肠内给药的导管），3（门静脉插管），4（门静脉采血），6（给予肠道通透性标记物），4。
为评估肝脏清除率及肠道-门静脉血-肝脏-体循环血通路，应按以下顺序执行下列实验步骤：1（插入肠道内给药导管），2（下腔静脉插管），3（门静脉插管），4（门静脉血液采样），5（下腔静脉血液采样），6（给予肠道通透性标志物），4，5，7（计算肝脏清除率）。
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方案
实验按照欧盟关于用于科研目的动物保护的2010/63号指令，在雄性Wistar Kyoto大鼠上进行，并经华沙第一地方法学伦理委员会批准。
1. 肠内给药导管的置入
注意： 本文提出通过导管进行结肠内给药标记物的方法。该方法可根据需要修改为经口给药或在消化道不同部位进行灌胃给药。 例如 胃或十二指肠。请务必使用一次性外科手术服，包括手术袍、头罩和手套，并严格遵守手术中使用锐器（如针头、 等等。) 在步骤 1-6 期间。
- 实验前对动物进行禁食过夜处理。所有操作均需在全身麻醉下进行。 即， 通过腹腔注射1.5 g/kg体重的乌拉坦获得麻醉效果。通过眼睑反射和角膜反射的消失，以及脚趾夹捏和尾部夹捏法评估麻醉是否充分。
- 使用儿科 Foley 导尿管（10F 或 8F）作为结肠导管。在导管上做标记，标示将插入结肠的部分（约 8 cm）。
- 在将导管插入结肠前，检查肛门区域及直肠内的粪便情况。若存在粪便，通过按摩直肠区域排空直肠。
- 涂抹润滑剂（例如 沿导管涂抹甘油或凡士林。用润滑剂湿润肛门及其周围区域。
- 将导管沿导丝缓慢插入外肛门括约肌约8 cm，同时进行轻柔的前后移动和环形运动。
注意：插入导管时，需通过腹部触诊持续检查导管位置。
2. 下腔静脉插管术
- 剃除腹股沟部位的毛发。用酒精和聚维酮碘交替消毒皮肤3次，并用手术巾覆盖腹股沟区域。
- 尝试触诊股动脉搏动，并在可触及搏动处沿纵轴方向切开皮肤，切口长约2.0 cm。
- 解剖筋膜和肌肉以显露神经血管束。
- 从神经血管束中分离股静脉：先分离神经，然后分离股动脉，最后分离股静脉。
注意：解剖神经血管束时需格外小心，因为股静脉的细小分支可能容易受损，导致出血。 - 在股静脉上放置两根结扎线，暂不打结。用持针器夹住近端结扎线的两端。
- 用持针器小心向上提拉结扎线两端，以闭合静脉近端。待静脉充盈血液后，结扎远端结。
- 做一个小切口（约 在结扎线与近端结扎处之间的静脉上，使用显微外科剪刀切开1 mm切口。用镊子或带弯曲端的针插入导管。
注意：穿刺静脉，利用针头弯曲的尖端引导导管。插入导管时，松开近端结扎线。导管插入深度为6–7.0 cm。 - 用两个单外科结将导管固定在股静脉中。同时结扎近端结扎线。
- 用注射器尝试抽血以检查导管的通畅性。用0.3 mL肝素化生理盐水（100单位/毫升）冲洗导管。
- 用两层单缝线缝合手术切口。
3. 门静脉插管术
图1：输注港导管。 输注港导管由以下部分组成：外径为0.9 mm、长度约为25.0 mm的穿刺针[A]，外径为0.025"、长度约为100.0 mm的柔性聚氨酯导管[B]，外径为0.040"、长约15.0 mm的柔性聚乙烯导管末端[C]，一个塞子[D]，以及一段长度为100.0 mm的3/0结扎线[E]。 请点击此处查看该图的放大版本。
- 根据图1准备门静脉导管。
- 将针的切割端（外径：9 mm）插入聚氨酯导管（外径：0.025"）中。
- 在针与导管连接处用3/0缝线结扎。
注意：确保缝线较长的一端至少为6 cm长。 - 将聚氨酯导管（外径：0.025"）的一端插入聚乙烯导管（外径：0.040"）中。
- 用金属或塑料塞封闭导管末端。
- 正中腹切开术
- 剃除腹部毛发，交替使用酒精和聚维酮碘对皮肤进行三次消毒，并覆盖手术巾。
- 从胸骨剑突沿纵向切开皮肤至脐部。
- 沿腹壁白线切开腹壁肌肉。
- 将切口向头侧呈Y形扩大，使剑突软骨位于两个切口之间。
- 门静脉解剖
- 用生理盐水润湿手术棉签。
- 将盲肠、升结肠、横结肠及小肠袢外翻，将肠管移至左侧以暴露肠系膜根部。
注意：用生理盐水润湿的纱布覆盖肠管，防止其干燥受损。 - 使用湿润的棉签小心将肝叶向两侧或向上推至膈肌方向，以暴露门静脉。
- 定位门静脉未被肠系膜覆盖的部分（位于肝门处，长约5 mm），并将一段15 cm长的3/0缝线从门静脉下方穿过。
注意：在放置缝线时，为防止组织损伤，应先用生理盐水润湿缝线。 - 用镊子夹住缝线两端并轻轻收紧，以稳定血管。
- 导管插入与固定
- 将门静脉导管缝线较长的一端从门静脉游离段下方穿过，并牵拉，使导管紧邻门静脉。
- 将针插入上肠系膜静脉，在上肠系膜静脉与门静脉汇合点下方约3 mm处进针。持针角度为30°，进入静脉后降低角度，几乎水平平行于门静脉方向推进针头。
注意：针插入深度约为6–7 mm。插入导管时，固定缝线应轻柔收紧门静脉。 - 在针穿刺部位滴加1–2滴组织胶。移除覆盖肝脏的棉签。
- 将肠管复位回腹腔。
- 用温热的生理盐水润湿肠管，并用湿润的无菌纱布覆盖。
- 检查导管通畅性，并用0.3 mL肝素化生理盐水（100 单位/mL）冲洗导管。
注意：静脉血可自发反流入导管内。
- 手术结束
- 术后5分钟，观察肠管颜色及蠕动情况，确认肠系膜血流正常维持。
- 用三层缝合关闭腹腔：壁层腹膜与腹壁肌肉内层采用连续可吸收缝线；腹壁其余肌肉采用连续可吸收缝线；皮肤及皮下组织采用单个不可吸收缝线。
注意：将导管远端从脐周引出体外。
4. 门静脉血样采集
- 根据所采用的特定检测方案规定的时间点采集门静脉血样；参见表1。
| 短流程 | 长流程 |
| t0 – 基线（结肠内给药前） | t0 – 基线（结肠内给药前） |
| t1 – 结肠内给药后 5 分钟 | t1 – 结肠内给药后 30 分钟 |
| t2 – 结肠内给药后 30 分钟 | t2 – 结肠内给药后 60 分钟 |
表1：用于肠道通透性评估的门静脉血采样方案。
注意：连续采血的时间间隔主要取决于被测物质的生物利用度以及给药部位（结肠、胃） 等等。).
- 打开导管塞，使血液自由流出。
- 使用注射器（体积 2 mL）和钝针外径 0.9 mm，采集血液量不超过 0.7 mL。
- 用 0.3 mL 肝素化生理盐水（100 单位/mL）冲洗导管，并关闭导管塞。
5. 下腔静脉采血
- 根据所采用的特定检测方案规定的时间点采集下腔静脉血液样本；参见表2。
| 门静脉 | 下腔静脉 |
| t0 – 基线（结肠内给药前） | t0 – 基线（结肠内给药前） |
| t1 – 结肠内给药后 30 分钟 | t1 – 结肠内给药后 30 分钟 |
表2：用于肝脏清除率测定及追踪肠-门静脉血-肝脏-体循环血通路的采血方案。
- 打开下腔静脉导管塞，使血液自由流出。
- 使用2 mL注射器和外径为0.9 mm的断针，收集不超过0.7 mL的血液。
- 用0.2–0.3 mL肝素化生理盐水（100 单位/mL）冲洗导管，然后关闭导管塞。
6. 肠道通透性标志物的给予
- 移除导丝，使用适量无菌水（通常为1 mL，但插入前需确认实际球囊容量）充盈结肠导管球囊。
注意：球囊直径不应超过 1 cm。 - 将大鼠头部朝下放置（倾斜约15%），以尽量减少灌注液从结肠流出的风险。
- 缓慢给予待测物质（例如 三甲胺，100 mg/kg 体重，通过结肠导管的引流口给药。
注意：给药溶液的体积不得超过 0.75 mL，给药速度不得超过 0.5 mL/min，以防止溶液从肛门流出。 - 10 分钟后使导管气囊 deflation。
- 根据所使用的特定检测方案，从下腔静脉和门静脉采集血液样本；参见 表1 和 表2.
- 通过批准的方法实施动物安乐死。
7. 肝脏清除率的计算
- 以门静脉血浓度与下腔静脉血浓度之差，或以下腔静脉与门静脉血浓度的比值（1 -（下腔静脉浓度/门静脉浓度））来表示肝清除率，即肝提取率。
8. 血样中测试物质浓度的评估
- 根据测试物质和测试方法，对样品进行适当的实验室操作（离心、 等。）。在本方案中，我们采用液相色谱串联三重四极杆质谱法测定TMA/TMAO和短链脂肪酸（SCFA）的浓度。有关该方法的详细描述，请参见补充材料。
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结果
我们已成功测定了大鼠体内TMA的血脑屏障通透性和肝脏清除率。结果表明，与正常血压大鼠相比，高血压大鼠对TMA的结肠通透性增加。图2)4在另一项研究中，我们发现高盐摄入不影响TMA的GBB通透性和肝脏清除率图3)14.
通过测定粪便、门静脉血和外周血中短链脂肪酸（SCFA）的浓度，我们追踪了这些分子从肠道到外周血的转运路径。这些实验的典型结果见表3。
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讨论
所述的直接体内测量血脑屏障通透性的方法，在胃肠道系统中保持了接近生理的状态（保留了肠道血流），且几乎不受肝肾功能的影响。
该技术的关键步骤是门静脉导管的插入。此操作必须同时做到轻柔且果断。正确穿刺门静脉后可能会出现轻微、短暂的出血；然而，当针头插入血管后，出血便会停止。持续出血则提示门静脉已被穿透。为了便于导管插入，应充分暴露门静脉。在将肠管移出体外后，若肠系膜根部已充分暴露，则通常也可看到肠系膜上静脉（肠系膜静脉头侧汇入门静脉）。门静脉通常被肝叶覆盖，需将其向两侧推开。此外，门静脉导管的妥善固定对于手术成功至关重要，因为导管移动可能导致门静脉破裂和出血，尤其在较长时间的实验中更需注意。可通过组织胶将导管粘附于肠系膜，或使用两针单缝线（6/0缝线）固定，以进一步增强导管的稳定性。关闭腹腔以固定导管位置后，可在导管上应用荷包缝合。
实验过程中可能会出现一些小困难。股静脉插管后，若导管内无静脉血回流，可尝试以下解决方法：用肝素化生理盐水冲洗导管，将导管从静脉内轻轻外拉1-2 mm，拆除手术结并重新打结 ...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由波兰共和国科学与高等教育部资助，钻石计划项目编号：DI2017 009247。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 针外径：9 mm | Becton Dickinson S.A. | 301300 | |
| 聚乙烯导管内径：0.025"，外径：0.040" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-40 | |
| 聚乙烯导管内径：0.012"，外径：0.025" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-25 | |
| C-Flex 管，不透明白色，1/50"内径 × 1/12 " 外径 | Cole-Parmer Instrument Co. | 06424-59 | |
| 小儿用Foley导尿管（10F或8F） | Sigmed | 0000 80305 | |
| 外科结扎线 3/0 | Yavo Sp. Z o.o. | P48JE | |
| 可吸收外科缝线 - 聚乳酸-乙醇酸共聚物 910 4/0 | KRUUSE Polska Sp. Zo.o. | 152336 | |
| 组织胶 - Loctite 454氰基丙烯酸酯粘合剂 | Loctite | 1370127 | |
| 聚维酮碘 | EGIS Pharmaceuticals PLC | 4449 11 | |
| 肝素 - Heparinium WZF | WZF Polfa S.A. | 02BK0417 | 用生理盐水稀释10倍 |
| 甘油 86% | Laboratorium Farmaceutyczne Avena | 5.90999E+12 | 用于结肠插管时的润滑剂 |
| 利多卡因 2% | AstraZenca | 9941342 | |
| 氨基甲酸乙酯 | Sigma-Aldrich (Merck) | U2500-500G | |
| 三甲胺溶液 45% | Sigma-Aldrich (Merck) | 92262-1L | |
| 2 mL 注射器 | B.Braun Melsungen AG | 4606027V | |
| 生理盐水 250 mL | Fraesenius Kabi Polska Sp. Z o.o. | 15LL707WL | |
| 手术剪，直型，长度115 mm，4 1/2 " 钝头 | Braun | NS-010-115-PKM | |
| 动脉钳，Micro-Adson弯型，长度140 mm，5 1/2 " | Braun | KN-008-140-ZMK | |
| 解剖镊，长度95 mm，3 3/4" 尖头 0.7×0.55 | Braun | PO-001-007-ZMK | |
| Vannas型显微剪， 直型，长度85 mm，3 3/8 "，刀刃长度6 mm | Braun | NO-010-085-PMK | |
| Backhouse型巾钳，长度130 mm，5 1/8" | Braun | HO-128-130-PMK | |
| 持针器，长度150 mm，6" t=0.4 1/2 | Braun | IM-927-150-PZMK | |
| 精细剪，长度110 mm，直型，4 3/8” 尖头 | Braun | NO-052-110-PMK | |
| 解剖镊，长度95 mm，3 3/4" 尖头 | Braun | PO-022-001-PMK |
参考文献
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