腸道微生物群與慢性肝病

趙晨瑋，孫啟華，張迎超，陳 晶

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150086

腸道微生物群被認(rèn)為是人體必需的“器官”之一。近年來，16S rRNA測(cè)序分析和宏基因組測(cè)序分析等非培養(yǎng)依賴性技術(shù)能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)整個(gè)微生物群進(jìn)行檢測(cè)，這使得我們對(duì)健康和疾病狀態(tài)腸道微生物群的認(rèn)識(shí)顯著加深。腸道微生物群不僅包括細(xì)菌，還包括病毒和真菌。細(xì)菌占據(jù)最大的比例，其中具有代表性的是擬桿菌、厚壁菌和放線菌[1]。腸道微生物群的多樣性對(duì)于腸道黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)展和調(diào)節(jié)至關(guān)重要，它們可與肝臟協(xié)同工作，參與代謝葡萄糖、消化淀粉釋放短鏈脂肪酸及合成維生素，尤其是人體不能單獨(dú)合成的維生素等。短鏈脂肪酸是腸黏膜細(xì)胞的重要能量來源，有助于維持腸道屏障完整性。正常完整的腸黏膜可以有效防止機(jī)會(huì)致病菌的黏附和有害物質(zhì)的損傷，當(dāng)黏膜屏障受損后，大量腸道菌群易位進(jìn)入肝臟使之出現(xiàn)免疫反應(yīng)，參與、促進(jìn)多種慢性肝病的發(fā)生、發(fā)展。

1 腸道微生物群在多種慢性肝病中的作用

1.1非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholicfattyliverdisease，NAFLD) NAFLD是在無顯著飲酒或其他損害因素下，肝臟內(nèi)發(fā)生脂肪堆積，包括單純脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)，可進(jìn)展為肝硬化或肝癌。炎癥和氧化應(yīng)激是NAFLD的主要致病因素。研究發(fā)現(xiàn)，特定的腸道微生物群與門靜脈或小葉區(qū)的特異性免疫細(xì)胞相關(guān)：糞桿菌和普拉梭菌與細(xì)胞中CD45+、CD163+呈負(fù)相關(guān)，普氏菌與CD20+呈負(fù)相關(guān)，而與其他菌群無相關(guān)性[2]。這提示NAFLD患者腸道微生物群與肝臟炎癥之間存在潛在關(guān)聯(lián)。脂聯(lián)素是一種由脂肪組織分泌的蛋白質(zhì)激素，與肝臟中特異性受體結(jié)合，發(fā)揮抗脂肪沉積、抑制炎癥反應(yīng)、穩(wěn)定氧化應(yīng)激和抗纖維化等重要生物學(xué)作用。研究表明，腸道微生物群失衡可以導(dǎo)致脂聯(lián)素DNA甲基化異常，益生菌可以改善NAFLD患者腸道微生物失衡且上調(diào)脂聯(lián)素從而改善炎癥反應(yīng)，延緩NAFLD進(jìn)展[3]。此外，腸道菌群失衡可以引起細(xì)菌脂多糖水平升高，促進(jìn)炎癥反應(yīng)從而增加腸道通透性，同時(shí)細(xì)菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素也可誘發(fā)肝臟免疫反應(yīng)，這是繼發(fā)性肝損傷及NAFLD進(jìn)展的重要因素[4-5]。ENGSTLER等[6]發(fā)現(xiàn)，早期NAFLD患者血液中乙醇含量與健康人群相比明顯升高。小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)可能是內(nèi)生性乙醇產(chǎn)生過多的原因之一[7]。乙醇及其代謝產(chǎn)物可引起腸道黏膜上皮緊密連接的重新分布，改變細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，破壞腸黏膜屏障，使內(nèi)毒素通過損傷的黏膜屏障經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟，促進(jìn)NAFLD的發(fā)生、發(fā)展。另一方面，NAFLD不斷進(jìn)展會(huì)繼續(xù)影響腸道微生態(tài)平衡，形成惡性循環(huán)。

1.2酒精性肝病(alcohol-relatedliverdisease，ALD) ALD是由大量飲酒引起的肝臟損傷，早期為酒精性脂肪肝、酒精性肝炎(alcoholic hepatitis,AH)，亦可進(jìn)展為肝硬化。LLOPIS等[8]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于健康對(duì)照組，AH組患者腸道雙歧桿菌和鏈球菌更多且數(shù)量與AH嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，腸桿菌數(shù)量與血清膽紅素水平呈正相關(guān)。奇異菌和柔嫩梭菌(抗炎細(xì)菌)分別與血清膽紅素和AH嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。然而，并非所有飲酒過量的患者都會(huì)發(fā)展為ALD，有學(xué)者推測(cè)這與宿主遺傳和環(huán)境因素有關(guān)，至今尚無定論。最近一項(xiàng)小鼠研究檢測(cè)了酒精對(duì)于腸道微生物群的影響，觀察到一部分小鼠對(duì)酒精具有抵抗性，而另一些小鼠則對(duì)酒精敏感。酒精敏感小鼠與酒精抵抗小鼠相比，腸道內(nèi)擬桿菌減少50%，放線菌和厚壁菌增加。對(duì)酒精敏感小鼠進(jìn)行酒精抵抗小鼠糞菌移植后發(fā)現(xiàn)酒精誘導(dǎo)的細(xì)菌消耗減少且脂肪變性的進(jìn)度延緩[9]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，急慢性酒精喂養(yǎng)均可引起小鼠腸道內(nèi)細(xì)菌組成改變，包括由阿克曼菌減少引起的放線菌增加和疣微菌減少。因此，阿克曼菌的減少可作為酒精引起腸道失調(diào)的早期標(biāo)志之一[10]。膽汁酸涉及廣泛的生理過程，如能量消耗、膽汁流動(dòng)、腸運(yùn)動(dòng)、細(xì)菌生長(zhǎng)和炎癥。初級(jí)膽汁酸在結(jié)腸和小腸中被腸道細(xì)菌解離、差向異構(gòu)化、氧化和去羥基后通過腸肝循環(huán)被動(dòng)吸收返回肝臟。與健康組相比，AH患者血清中結(jié)合膽汁酸增加，鵝去氧膽酸減少，糞便中總膽汁酸和次級(jí)膽汁酸含量增加。研究證明，腸道微生物失衡可能通過影響膽汁酸的腸肝循環(huán)促進(jìn)ALD的進(jìn)展[11]。除了腸道細(xì)菌組成的改變外，酒精還可以改變腸道真菌的組成。YANG等[12]發(fā)現(xiàn)，慢性酒精喂養(yǎng)小鼠腸道內(nèi)真菌有過度生長(zhǎng)現(xiàn)象，在小鼠的體循環(huán)中也發(fā)現(xiàn)了真菌細(xì)胞壁成分中的β-葡聚糖。應(yīng)用兩性霉素B治療可減少真菌易位并改善ALD。

1.3原發(fā)性硬化性膽管炎(primarysclerosingcholangitis，PSC) PSC是慢性膽汁淤積性疾病，主要特征為肝內(nèi)外膽管進(jìn)行性炎癥和纖維化進(jìn)而導(dǎo)致膽管狹窄，大多數(shù)最終進(jìn)展為肝硬化和肝功能衰竭，目前尚無有效的治療藥物。PSC通常與炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)相關(guān)。將PSC患者糞便中的細(xì)菌與健康對(duì)照或IBD患者進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在PSC中3種細(xì)菌(腸球菌、梭桿菌和乳桿菌)表達(dá)過量，而且細(xì)菌多樣性降低。與處于疾病緩解期的患者相比，這些變化在肝硬化和既往肝移植患者中尤為明顯[13]。另一項(xiàng)研究證實(shí)PSC患者腸道內(nèi)含有豐富的韋榮球菌[14]。TORRES等[15]收集30例IBD患者(其中15例合并PSC)的新鮮糞便樣本，用16S rRNA測(cè)序分析糞便中微生物組成，用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法檢測(cè)糞便中膽汁酸含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與單純IBD患者相比，PSC-IBD糞便中總膽汁酸明顯減少，但未發(fā)現(xiàn)具體的有明顯差異的膽汁酸種類，此外，他們發(fā)現(xiàn)PSC-IBD患者糞便中瘤胃球菌和梭桿菌數(shù)量增加。關(guān)于腸道黏液的研究發(fā)現(xiàn)，PSC患者腸道黏液中的細(xì)菌多樣性較低，梭狀桿菌數(shù)量也減少[16]。

1.4肝硬化宏基因組測(cè)序分析顯示，75 245個(gè)微生物基因在肝硬化組和健康組之間存在明顯差異，其中韋榮球菌、普氏菌、奈瑟氏菌和嗜血桿菌差異性最大[17]。BAJAJ等[18]對(duì)54例肝硬化失代償患者進(jìn)行研究，提出了肝硬化生態(tài)失調(diào)率(cirrhosis dysbiosis ratio，CDR)這一概念作為評(píng)估肝硬化患者生態(tài)失調(diào)的工具。健康組CDR明顯高于肝硬化組。有研究報(bào)道稱，肝硬化患者中還存在唾液生態(tài)失衡，BAJAJ等[19]研究失代償患者的唾液和糞便后，發(fā)現(xiàn)存在一種以正常微生物群相對(duì)豐度顯著降低為特征的生態(tài)失衡，這導(dǎo)致糞便和唾液CDR顯著下降。肝硬化的糞便生態(tài)失衡特征在于致病細(xì)菌的過度生長(zhǎng)和正常非致病性細(xì)菌的減少。在肝硬化患者中，腸道屏障的破壞導(dǎo)致腸道通透性過高，這與腸動(dòng)力障礙、微生物群失衡和小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)密切相關(guān)，還可能誘導(dǎo)致病性細(xì)菌易位及短鏈脂肪酸生成和次級(jí)膽汁酸的細(xì)菌短缺[20]。CHEN等[21]表明，肝硬化患者的十二指腸黏膜微生物群與健康對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。腸源性細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物(包括脂多糖、鞭毛素、肽聚糖和細(xì)菌DNA)可以穿過具有通透性的腸道黏膜再通過門靜脈進(jìn)入肝臟，而升高的門靜脈壓可以導(dǎo)致腸壁水腫和破壞腸道黏膜上皮的完整從而引起更多的細(xì)菌易位[22-23]。內(nèi)毒素通過Toll樣受體激活肝巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素-8的產(chǎn)生，促使中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞向肝臟內(nèi)遷移[24]，從而產(chǎn)生過度的免疫反應(yīng)，影響機(jī)體代謝和血液動(dòng)力系統(tǒng)，最終促進(jìn)肝硬化及其多種并發(fā)癥的進(jìn)展，如肝性腦病(hepatic encephalopathy，HE)、靜脈曲張破裂出血、感染和腎功能異常等。

2 治療策略

腸道微生物群是人體重要組成部分，對(duì)于機(jī)體健康意義重大，近年來以腸道微生物為治療核心的研究從未停止，其中一些已應(yīng)用于臨床。在確定發(fā)生微生物群失衡后，重建健康、復(fù)雜的微生物群，這一過程稱為“再生”，是治療及預(yù)防慢性肝病的方向之一。

2.1不可吸收的二糖HE患者的治療目前主要針對(duì)腸道，目的是減少腸道細(xì)菌的產(chǎn)生和降低血氨。不可吸收的二糖(如乳果糖或乳糖醇)可以被腸道菌群分解為短鏈脂肪酸(如乳酸和乙酸)從而酸化腸道，使游離的氨變?yōu)殇@根，減少氨從腸道吸收入血[25]。大量隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，與安慰劑或無干預(yù)相比，不可吸收的二糖可以改善臨床結(jié)局[26]?，F(xiàn)在臨床上已使用不可吸收的二糖作為HE的一線治療藥物。

2.2抗生素抗生素治療可以降低腸道細(xì)菌負(fù)荷，進(jìn)而抑制肝內(nèi)中性粒細(xì)胞數(shù)量的增加。LOWE等[27]研究發(fā)現(xiàn)，抗生素組小鼠肝臟中TNF-α、C-X-C基序趨化因子配體1和單核細(xì)胞趨化蛋白-1的表達(dá)明顯降低。一項(xiàng)大型雙盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，廣譜抗生素利福昔明因其不被機(jī)體吸收，僅存在于腸道的特征已經(jīng)成為肝硬化患者治療的理想抗生素，具體作用如下：改善腸道中有益與有害細(xì)菌的比例，增強(qiáng)有益菌群的功能；減少腸道微生物有害代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生；降低血清促炎細(xì)胞因子水平；影響腸道中次級(jí)膽汁酸的產(chǎn)生；通過增加花生四烯酸和亞油酸明顯改善認(rèn)知；降低內(nèi)毒素活性；治療后血清飽和和不飽和脂肪酸顯著增加[28-29]?？紤]到以腸道微生物為基礎(chǔ)的發(fā)病機(jī)制，抗生素治療可減緩慢性肝病的進(jìn)展。

2.3益生菌、益生元和合生元益生菌、益生元和合生元均為微生態(tài)制劑：益生菌是可以改善宿主微生態(tài)平衡的有益活性微生物；益生元可作為底物為益生菌提供養(yǎng)料；合生元指益生菌和益生元的合劑。益生菌是能夠定植在結(jié)腸黏膜的非致病活細(xì)菌。最常見的益生菌包括乳酸桿菌和雙歧桿菌菌株，它們是正常胃腸道微生物群的一部分。研究證明，腸道微生物群失衡可以通過添加益生菌來逆轉(zhuǎn)，益生菌能短暫定植于胃腸道，抑制腸道致病菌的生長(zhǎng)和毒性，還能降低Kupffer細(xì)胞Toll樣受體4的表達(dá)，改善肝功能[30]。益生菌還可以通過降低肝臟轉(zhuǎn)氨酶、總膽固醇、TNF-α和改善胰島素來治療NAFLD患者[31]。益生菌可以降低血氨濃度，還可以降低住院頻率和感染率，延緩HE進(jìn)展[32]。VHMIKO等[33]提出，在懷孕期間給予益生菌補(bǔ)充劑可能會(huì)影響母親及其子女的某些肥胖相關(guān)基因的DNA甲基化狀態(tài)。益生菌有助于在慢性肝病患者腸道發(fā)生生態(tài)失調(diào)后重建一個(gè)健康的復(fù)雜微生物群。與抗生素和手術(shù)相比，微生態(tài)制劑更便宜、更安全，可成為預(yù)防和治療慢性肝病的策略之一。

2.4飲食飲食可影響微生物群的組成。一項(xiàng)關(guān)于高脂肪、高糖和高蛋白等熱量飲食及無限量高脂肪飲食對(duì)大鼠NAFLD發(fā)展的研究結(jié)果顯示，喂食高脂肪飲食(限制和無限制熱量攝入)大鼠的門靜脈脂多糖水平高于其他飲食組[34]。與對(duì)照組相比，游離脂肪攝入大鼠的厚壁菌更豐富，而擬桿菌減少；喂食高脂肪但等熱量飲食大鼠只表現(xiàn)出厚壁菌豐度的增加。喂食高糖和高蛋白飲食的大鼠則為相反的結(jié)果。研究證明，高脂肪和高糖飲食對(duì)健康有害，可影響NAFLD的發(fā)展而與熱量攝入無關(guān)，并且以不同的方式改變腸道菌群。高蛋白飲食的有益作用可能與普氏菌和顫螺菌的水平增加有關(guān)。地中海飲食富含多不飽和脂肪、多酚、維生素和類胡蘿卜素，具有抗炎和抗氧化作用，可減緩NAFLD進(jìn)展[35]。過量的果糖攝入量也可能與NAFLD相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，過量的果糖攝入會(huì)增加新脂肪生成并抑制β脂肪酸氧化，導(dǎo)致肝臟脂肪變性，并通過Toll樣受體信號(hào)傳導(dǎo)和炎性細(xì)胞因子釋放引發(fā)炎癥[36]。

2.5糞便微生物群移植(fecalmicrobiotatransplantation，F(xiàn)MT) 研究表明，不是某幾種優(yōu)勢(shì)生物而是整體微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的完整有助于免疫反應(yīng)的平衡。FMT是將健康腸道微生物群從健康供體移植到患者體內(nèi)的治療方法。FMT在復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染治療中已獲得極好的效果[37]。BAJAJ等[38]評(píng)估了FMT在復(fù)發(fā)性HE患者治療中的效果，受試者經(jīng)廣譜抗生素治療5 d后通過保留灌腸注入90 ml FMT。結(jié)果顯示，F(xiàn)MT可以明顯降低患者的住院率，提高其認(rèn)知能力，改善其腸道生態(tài)失衡。肝硬化患者出現(xiàn)靜脈曲張出血、HE和自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎后臨床常規(guī)使用抗生素治療，然而大量廣譜抗生素的應(yīng)用可進(jìn)一步導(dǎo)致腸道微生物群失衡，并且可能造成多重耐藥病原體的產(chǎn)生和定植[39]。上述“病原體”可以進(jìn)一步引起以多器官衰竭、循環(huán)衰竭、高死亡率為特征的急慢性肝功能衰竭[40]。盡管FMT后的微生物多樣性與標(biāo)準(zhǔn)治療患者中的微生物多樣性沒有差異，且健康供體中豐富的所需微生物群在接受者中并未看到類似的擴(kuò)增，但事實(shí)上FMT仍可以糾正上述抗生素造成的不良后果[41]。FMT具有重新填充整個(gè)腸道微生物群的優(yōu)點(diǎn)，但具體治療機(jī)制、對(duì)上消化道微生物群的影響、最佳給藥途徑、治療持續(xù)時(shí)間和反應(yīng)持久性仍有待探究。

3 結(jié)論

肝臟經(jīng)門靜脈直接從富含微生物群的腸道接收血液供應(yīng)，因此腸道微生物群和肝臟密切相關(guān)。目前大量研究證明，NAFLD、ALD、PSC和肝硬化與腸道微生物群失衡有關(guān)。本文詳細(xì)分析了腸道微生物群在多種慢性肝病發(fā)生、發(fā)展中的作用，并總結(jié)了現(xiàn)有的一些治療策略。我們認(rèn)為，過度生長(zhǎng)的腸源性細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物通過門靜脈進(jìn)入肝臟，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和免疫激活及最終的肝臟損傷，并且可以通過益生菌、飲食和抗生素等方式改變腸道微生物的組成。在多重耐藥細(xì)菌的時(shí)代，我們亟需不使用廣譜抗生素來改變微生物群的療法，現(xiàn)有條件下我們可以通過微生態(tài)制劑或FMT形式來實(shí)現(xiàn)，但仍迫切需要在該領(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模及高質(zhì)量的研究，以探尋實(shí)現(xiàn)“再生”的最有效方法。