輕微型肝性腦病腸道微生態(tài)失衡的研究進展*

左　贊 綜述，范　紅 審校

(昆明理工大學附屬醫(yī)院/云南省第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科，云南昆明 650032)

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輕微型肝性腦病腸道微生態(tài)失衡的研究進展*

左贊 綜述，范紅△審校

(昆明理工大學附屬醫(yī)院/云南省第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科，云南昆明 650032)

[關鍵詞]肝硬化；輕微型肝性腦??；腸道菌群；益生菌

輕微型肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy,MHE)是一種神經(jīng)認知功能紊亂性疾病，屬于一種代謝性疾病、是肝性腦病(hepatic encephalopathy,HE)發(fā)病的起始階段，無明顯癥狀及體征，常規(guī)的神經(jīng)及精神檢查一般無異常，但通過精細的神經(jīng)心理或神經(jīng)生理學檢查可發(fā)現(xiàn)存在認知功能障礙，是HE中的一種特殊類型。HE的發(fā)生是肝硬化患者死亡的主要原因之一，從HE發(fā)展歷程(肝硬化→MHE→癥狀性肝性腦病)來看，MHE階段的診斷和治療對于緩解肝硬化患者的死亡率非常關鍵。約80%的肝硬化患者合并MHE[1]，其臨床癥狀隱匿、難以發(fā)現(xiàn)及診斷，但MHE患者確實存在智力障礙、反應能力下降、生命質(zhì)量低下等問題，MHE是影響肝硬化生存率的獨立危險因素，對患者和社會造成嚴重的危害[2]。隨著各種細菌培養(yǎng)技術和基因測序技術的發(fā)展，近來很多研究發(fā)現(xiàn)MHE的發(fā)生與腸道微生態(tài)失衡有密切聯(lián)系[3]。本文從腸道微生態(tài)研究的一些基本概念開始，就腸道微生態(tài)失衡與MHE關系、MHE微生態(tài)制劑治療方面的國內(nèi)外研究進展進行綜述。

1腸道微生態(tài)

1.1相關概念腸道微生態(tài)系統(tǒng)是由腸道菌群及其所寄居的腸道環(huán)境所組成的。腸道菌群是腸道微生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分。人體腸道菌群是一個復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，不同種類的細菌在數(shù)量上的此消彼長構成了微生態(tài)系統(tǒng)演化的基礎。人體腸道菌群可以看作機體中的一個細菌器官：由不同的細胞系組成，并且細胞之間以及細胞與宿主之間可以相互溝通[4]。“腦-腸軸”是腸道菌群與中樞神經(jīng)系統(tǒng)間的雙向通信系統(tǒng)，腸道菌群通過內(nèi)分泌激素信號、細菌代謝產(chǎn)物(如神經(jīng)肽)、黏膜免疫激活系統(tǒng)及迷走神經(jīng)系統(tǒng)激活與大腦聯(lián)系，而大腦通過黏膜分泌、神經(jīng)體質(zhì)、壓力反應系統(tǒng)實現(xiàn)其與腸道菌群間的聯(lián)系[5]。

1.2人體腸道菌群及生理功能根據(jù)16S rRNA序列分類，發(fā)現(xiàn)人體腸道內(nèi)寄住的微生物群的種類超過1 000種，數(shù)量超過1014是人體細胞數(shù)的10倍，其質(zhì)量約1.0 kg，絕大多數(shù)為厭氧菌，類桿菌、優(yōu)桿菌、消化球菌以及雙歧桿菌等專性厭氧菌，約占腸道總菌量99%；腸桿菌、腸球菌、乳酸桿菌等兼性厭氧菌約占總菌數(shù)量1%，構成復雜的腸道微生態(tài)系統(tǒng)[6]。人體腸道菌群與宿主處于共生的狀態(tài)，是進化的結果。宿主為腸道菌群提供其生命活動的場所，在正常的情況下，腸道菌群保持一種動態(tài)的平衡狀態(tài)并且與宿主相互作用，發(fā)揮著代謝、營養(yǎng)、增強定植抗力、防御感染與增強腸道屏障功能屏、促進免疫系統(tǒng)發(fā)育、維持正常免疫功能等多方面作用[7]。

1.3腸道菌群的檢測技術方法腸道菌群分析常用的檢測技術方法包括：(1)組成分析，擴增子測序(16S/18S/ITS)與宏基因組；(2)功能機制，宏基因組；(3)差異關聯(lián)，擴增子測序(16S/18S/ITS)與宏基因組[8]。16S rDNA可以作為揭示生物物種的特征核酸序列，被認為是最適于細菌系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定的指標。宏基因組學是一種直接對微生物群體中包含的全部基因組信息進行研究的手段，它規(guī)避了對樣本中微生物進行分離培養(yǎng)，提供了對無法分離、培養(yǎng)的微生物進行研究的途徑[9]。

2肝硬化MHE腸道微生態(tài)改變

2.1MHE是一種神經(jīng)認知功能紊亂的代謝性疾病MHE是HE的一個特殊類型，屬于HE的早期階段，其機制與HE一致，只存在程度上的差別。MHE的發(fā)病是在多因素影響下發(fā)生的,其機制較復雜,目前多認為是毒物積聚和機體代謝嚴重紊亂協(xié)同作用所致。目前HE存在的學說主要有：經(jīng)典的氨中毒,錳中毒,假性神經(jīng)遞質(zhì),γ-氨基丁酸血漿氨基酸失衡學說,大量研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物與HE的發(fā)病機制密切相關[10]。其病理、生理基礎一般認為是肝細胞衰竭,與門腔靜脈之間有自然形成或手術造成的側(cè)支分流,來自腸道的許多可影響神經(jīng)活性的毒性產(chǎn)物,未被肝臟解毒和清除,經(jīng)側(cè)支進入體循環(huán),透過通透性改變了的血腦屏障而至腦部，起大腦功能紊亂。

2.2肝硬化MHE發(fā)病與腸道微生態(tài)失衡密切相關研究表明，肝硬化MHE患者與腸道微生態(tài)失衡密切相關，特別是與因微生態(tài)失調(diào)引起的內(nèi)毒素血癥有關，其程度與肝病的嚴重性相關，表現(xiàn)為腸道雙歧桿菌等顯著減少，革蘭陰性腸桿菌科細菌顯著增加，腸道細菌過度生長，腸道微生態(tài)失衡與內(nèi)毒素及腸道細菌移位有密切的關系[11]。MHE患者腸道中有害細菌大量繁殖，可產(chǎn)生大量內(nèi)毒素，這些內(nèi)毒素可不經(jīng)肝臟滅活直接進入血液循環(huán)；同時，菌群失調(diào)可引起尿素酶生成增多，從而使大量尿素分解形成血氨，這是MHE發(fā)病的主要原因[12]。腸道微生態(tài)處在平衡狀態(tài)時腸道菌群對人體宿主有較多的有利作用，但處在失衡情況下，則可引發(fā)一系列嚴重的后果。

2.3MHE患者存在一定程度的腸道菌群紊亂MHE患者腸道菌群紊亂與慢性肝病患者腸道菌群紊亂有差異，MHE患者腸道微生物群的豐度和物種數(shù)較健康對照組和肝硬化組降低。Zhang等[13]對MHE相關的腸道微生物組深度測序分析。其研究結果顯示，MHE患者存在一定程度的腸道菌群紊亂，且這種紊亂與慢性肝病患者腸道菌群紊亂有差異；與健康對照組相比，在屬的水平，MHE組優(yōu)桿菌科和蘇特雷菌科缺失，而普雷沃菌科，腸桿菌科等革蘭陰性菌增多，在門的水平，MHE組的擬桿菌門微生物的水平明顯降低，變性桿菌門和厚壁菌門卻增多了。與肝硬化組和健康對照組比較，MHE組的擬桿菌門微生物的水平明顯降低。生物多樣性比較：3組人群間生物多樣性趨勢是MHE組和肝硬化組降低，正常人群較高。

2.4肝硬化MHE患者腸道微生物群的豐度和物種數(shù)較健康人群和不合并MHE的肝硬化患者降低最新研究結果顯示，MHE患者優(yōu)桿菌屬和蘇特雷菌屬缺失，而普雷沃菌屬、腸桿菌屬等革蘭陰性菌增多。有或無MHE的肝硬化患者的腸道微生物共發(fā)生模式發(fā)生了明顯的改變。文獻[13-14]對MHE患者的腸道微生物群的分析結果顯示，與肝硬化非MHE患者相比較，MHE組腸道微生物群的生物多樣性發(fā)生了明顯改變。與健康對照組比較，MHE組與肝硬化組患者的腸道菌群多樣性均降低。MHE組患者腸道微生物群的豐度和物種數(shù)較健康對照組和肝硬化組降低。健康人群的腸道微生物生物多態(tài)性較為豐富，而MHE患者的腸道微生物群生物多態(tài)性較為集中。肝硬化組與健康對照組相比，有共同的腸道菌群組成成分，同時也具有其獨特的腸道菌群成分。3組人群腸道微生物在屬水平的比較：各組人群糞便內(nèi)最多的腸道菌群為優(yōu)桿菌屬、梭菌屬、蘇特雷菌屬、普雷沃菌屬、腸桿菌屬，MHE組優(yōu)桿菌屬和蘇特雷菌屬缺失，而普雷沃菌屬、腸桿菌屬等革蘭陰性菌增多。

2.5氨在MHE的發(fā)病中起核心作用氨在MHE的發(fā)病中起著核心作用，但是血氨升高水平不一定與HE的嚴重程度相一致。氨中毒學說及假性神經(jīng)遞質(zhì)，仍為目前公認的致病機制，血氨和假性神經(jīng)遞質(zhì)很大程度上來源于腸道某些桿菌。研究顯示，氨在MHE的發(fā)病中起著核心作用，但是血氨升高水平不一定與HE的嚴重程度相一致，腦內(nèi)氨水平增高,使得大腦的血流量降低和干擾了大腦的能量代謝[15]。Gupta等[16]研究發(fā)現(xiàn)MHE患者出現(xiàn)了小腸細菌的過度增長,這一發(fā)現(xiàn)為研究腸道微生物和HE的關系奠定了一定的基礎。

2.6肝硬化MHE的發(fā)生可能與腸道產(chǎn)氨表型細菌增加有關人體代謝失調(diào)相關的腸道微生物組結構和功能的改變與HE的發(fā)生密切相關，腸道微生物組調(diào)節(jié)的人體氨代謝失調(diào)是MHE發(fā)生的潛在誘因之一。HE是涉及肝、腦兩大組織器官的重要代謝性疾病。HE主要是嚴重肝病引起的、以代謝紊亂為基礎的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)的綜合病征。腸道微生物組調(diào)節(jié)的人體氨代謝失調(diào)是HE發(fā)生的潛在誘因之一。前人已經(jīng)提出不同的假說來解釋HE的發(fā)生機制：(1)氨中毒；(2)錳中毒；(3)假性神經(jīng)遞質(zhì)學說；(4)血漿胰島素-氨基酸失衡[17]。這些假設均和人體氨代謝失調(diào)有關，故氨中毒目前被認為是HE最為重要的誘發(fā)因子[18]。例如Riordan等[15]發(fā)現(xiàn)腸道產(chǎn)尿素酶(分解尿素產(chǎn)生氨氣)類細菌(如克雷白桿菌和變形桿菌等)與人體氨代謝有關。

2.7腸道微生物組是人體氨代謝的重要參與者人體氨代謝不僅由人自身的基因型來決定，腸道微生物組也是極其重要的參與者。人類微生物組計劃的實施以及新興的宏基因組學(metaagenomics)、二代測序技術(特別是Illumina-based Metagenomic Sequencing和基于454-Barcoded Pyrosequencing技術平臺的細菌16S rRNA基因分子分析)的應用，使得學者們可以在非培養(yǎng)的情況下，對腸道微生物組的代謝功能有了更加全面的理解和認識。Arumugam等[19]報道了人體腸道微生物組的最新研究成果，依據(jù)腸道微生物功能基因多樣性，把人類腸道微生物組分為3種類型：Bacteroides型(Enterotype 1)、Prevotella型(Enterotype 2)及 Ruminococcus型(Enterotype 3)。它們除了富含碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝相關基因外，也編碼特異的代謝途徑，例如生物素合成途徑(biotin biosynthesis)(enterotype 1)、維生素B1合成途徑(thiamine biosynthesis)(enterotype 2)、血紅素合成途徑(haem biosynthesis)(enterotype 3)，這些都和人體氨代謝密切相關[19]。

3MHE腸道微生態(tài)制劑的應用

目前，腸道微生態(tài)制劑治療MHE是圍繞“抑制腸道產(chǎn)尿素酶類細菌的生長、修復與HE相關的腸道微生態(tài)失調(diào)、從而防止氨和有毒物質(zhì)的產(chǎn)生與吸收”進行的[20]。微生態(tài)制劑包括：益生菌、益生元、合生元；益生菌是指一種活的微生物，在給予足夠劑量時，對宿主的健康有益(如美常安，雙歧桿菌等)；益生元是指一種不被消化的物質(zhì)，可以通過選擇性刺激腸內(nèi)有限數(shù)量的有益菌生長或活性對宿主產(chǎn)生有益的生理作用 (如乳果糖)；益生菌和益生元一起成為合生元。

微生態(tài)制劑可以改善MHE患者的心理測試結果和生活質(zhì)量，該類制劑無不良反應，患者耐受性好，可長期臨床應用。一些臨床試驗提示微生態(tài)制劑具有改善MHE的認知功能障礙、提高生活質(zhì)量、降低血氨水平及防治進展至癥狀性HE。Saji等[21]對43例MHE患者的研究表明益生菌可提高患者心理測試結果并降低血漿氨水平。通過益生菌、益生元或合生元調(diào)節(jié)腸道菌群與酸化腸道，可抑制產(chǎn)生尿素酶細菌的生長，對防止氨和有毒物質(zhì)的產(chǎn)生與吸收有一定作用，同時也可以通過改善腸道上皮細胞的營養(yǎng)狀態(tài)降低腸道黏膜通透性，減輕內(nèi)毒素血癥與炎癥反應，同時可以促進腸上皮細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，降低腸黏膜通透性，從而減少細菌在體內(nèi)的播散并降低內(nèi)毒素血癥的發(fā)生；還可改善肝細胞的炎癥反應和氧化應激狀態(tài)，從而增強肝臟對氨的代謝。乳果糖(β-半乳糖果糖)是合成的口服不吸收雙糖，一直以來是臨床治療HE的“基石”，也是目前治療指南中推薦治療HE的一線藥物。Sharma等[22]進行的研究顯示雖然乳果糖與益生菌單獨使用均能改善患者的認知功能以及降低癥狀性HE發(fā)病率，但是二者聯(lián)用并未表現(xiàn)出協(xié)同作用。

口服不吸收抗生素利福昔明可有效抑制腸道產(chǎn)尿素酶的細菌，減少氨的生成。在2010年美國FDA批準利福昔明用作HE的治療，推薦劑量一般為1 100～1 200 mg/d，分2次口服；中國批準劑量為每次400 mg，每8小時口服1次[23]。近期研究證實，與安慰劑比較應用利福昔明能顯著改善肝硬化MHE患者心理測試結果、提高健康相關生活質(zhì)量[24]。

4展望

HE的發(fā)生是肝硬化患者死亡的主要原因之一。HE一年的幸存率為42%，3年的幸存率為23%[25]。從HE發(fā)展歷程(肝硬化→MHE→癥狀性HE)來看，MHE階段的診斷和治療對于緩解肝硬化患者的死亡率是非常關鍵的。通過多層次、多角度揭示HE發(fā)生機制，特別是針對MHE階段發(fā)病機制的系統(tǒng)研究，如何能開發(fā)出用于MHE診治的生物標記(Biomarker)，對于控制肝硬化患者的死亡率將具有極其重要的理論意義和現(xiàn)實意義。腸道微生物組是人體代謝不可或缺的組成部分，對于維系人體自身健康具有舉足輕重的生物學意義。如何破譯HE患者腸道微生物組結構和功能，特別是如何揭示與氨代謝失調(diào)相關的腸道微生物功能基因和編碼的代謝途徑，對于探討HE發(fā)生機制將具有重大意義。如何從腸道微生態(tài)的角度進行研究，開發(fā)新的微生態(tài)制劑用于預防、治療MHE值得大家期待。

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doi:·綜述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.04.042

*基金項目：2013年國家自然科學基金資助項目(8l260077)。

作者簡介：左贊(1980-)，在讀博士研究生，主要從事消化系統(tǒng)疾病方面研究。△通訊作者，Tel：13608840309；E-mail:yyfnn1018@126.com。

[中圖分類號]R575.2

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-8348(2016)04-0551-03

(收稿日期：2015-07-06修回日期：2015-10-17)