腸道菌群與常見慢性肝病關系的研究進展

陳暉娟，龔慧，高江苓，劉忠于

中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九八九醫(yī)院科研部/全軍肛腸外科研究所/全軍重點實驗室 河南洛陽471000

1 概述

腸道菌群是維持人體生命健康所必需的重要環(huán)境因素。人體腸道內(nèi)攜帶約1.5公斤的共生細菌，超過數(shù)千種不同的菌群，主要包括細菌、古細菌、病毒和真菌[1-2]。腸道菌群可為宿主健康提供多種益處，包括維持腸道黏膜屏障完整性、膽汁酸代謝、營養(yǎng)獲取和防止病原體入侵[3]。由于腸道微生物種群是動態(tài)變化的，所以在不同的營養(yǎng)、免疫和環(huán)境條件下，其組成和分布也會發(fā)生變化。腸道菌群失調(diào)可能會對宿主的生理活動產(chǎn)生顯著的影響，甚至導致一系列疾病的發(fā)生[4]。本文僅針對腸道菌群與常見慢性肝病的關系展開簡要論述。

肝臟是人體最大的實質(zhì)性器官，和腸道屬于胚胎同源，在解剖學和功能上均有一定程度的聯(lián)系，由門靜脈和肝動脈共同進行血液供應。肝門靜脈主要負責將腸道血液匯合并供應至肝臟，這使得腸道與肝臟之間形成緊密聯(lián)系，進而形成腸—肝軸[5-6]。腸—肝軸是胃腸道與肝臟之間在解剖學和功能上相互作用的體現(xiàn)，腸道菌群和肝臟之間的共生關系通過復雜的相互作用網(wǎng)絡來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定，這些相互作用網(wǎng)絡包括它們之間的代謝、免疫和神經(jīng)內(nèi)分泌干擾[7]。諸多證據(jù)顯示各類肝病患者大多存在腸道菌群失調(diào)問題，并且菌群失調(diào)程度與肝病嚴重程度呈密切相關性[8-9]。近些年對腸道菌群的研究主要集中在肝病學、胃腸病學、生化與分子生物學以及其他相關的生命科學領域，其中，在肝病學領域的研究排名第一，由此說明腸道菌群與肝病密切相關，是目前研究的熱點之一[4]。

2 腸道菌群與常見慢性肝病的關系

2.1 酒精性肝?。╝lcoholic liver disease ，ALD）

ALD是全球與肝有關的死亡病例的常見原因，其發(fā)病初期的臨床癥狀并不明顯，肝功能生化指標基本正?；蜉p度異常，影像學僅顯示為簡單的脂肪變性，但可進一步發(fā)展為纖維化、肝硬化或者急性酒精性脂肪性肝炎，死亡率很高[8,10]。盡管近些年對ALD發(fā)病機制的認識有所提高，但治療方法仍然很少。

ALD的發(fā)病過程是多層面的，涉及酒精對肝細胞的直接毒性作用（例如，活性氧的出現(xiàn)），也包括通過病原體相關分子（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）如脂多糖間接引發(fā)腸道產(chǎn)生炎癥信號因子。這些PAMPs能有效激活肝巨噬細胞（Kupffer細胞），并促進由白介素1β（interleukin-1beta，IL-1β），白介素8（IL-8）和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）驅(qū)動的炎癥反應，從而導致肝臟功能異常，造成肝損傷[11-12]。另有實驗證實了類似情況，ALD患者內(nèi)毒素血癥與肝損傷程度之間密切相關[13]。特別是當人體長期攝入酒精后，酒精和相關代謝產(chǎn)物造成腸道菌群失調(diào)，誘導肝臟細胞產(chǎn)生促炎癥因子，導致腸道通透性增加，腸道內(nèi)毒素進入血液，并啟動細胞下游免疫反應，進一步加重炎癥反應，導致病情的惡化[10,14]。

隨著ALD的進一步發(fā)展，腸道微生物多樣性隨之降低，菌群相似性發(fā)生改變。有研究者通過實驗證實ALD患者腸道內(nèi)存在菌群失調(diào)的問題，主要表現(xiàn)為益生菌含量減少，而腸球菌、糞腸球菌和大腸埃希桿菌等有害菌含量增加。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)脆弱擬桿菌和雙歧桿菌減少最顯著[11]。研究者發(fā)現(xiàn)ALD患者普遍存在肝臟部分功能降低，血液中谷草轉(zhuǎn)氨酶（aspartate transaminase，AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（alanine aminotransferase，ALT）及總膽紅素含量升高；而患者腸道中雙歧桿菌數(shù)量與血液中ALT和AST的含量呈負相關性[8]。另有類似報道發(fā)現(xiàn)ALD患者糞便中雙歧桿菌和乳酸菌數(shù)量明顯減少，口服益生菌后能改善腸道菌群數(shù)量，維持菌群平衡并可以降低肝酶水平，改善肝功能[15]。Grander等[10]研究發(fā)現(xiàn)酒精性脂肪肝患者中腸道阿克曼菌的豐度降低，并且與肝病的嚴重程度間接相關。在實驗環(huán)境中，通過口服阿克曼菌能恢復因酒精而耗竭的阿克曼菌的腸道豐度，改善腸道滲透性，增加黏液厚度，顯著減輕ALD患者肝臟損傷、肝脂肪變性等癥狀。有研究者[16]采用糞便菌群移植法將酒精抗性小鼠（耐藥供體）的糞便移植到酒精敏感但不耐酒精的敏感受體小鼠體內(nèi)，證實移植后敏感受體小鼠菌群與耐藥供體小鼠腸道菌群非常接近，移植后敏感受體小鼠肝臟病變情況得到改善，并能逐步恢復腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

總之，ALD患者普遍存在腸道菌群紊亂、有益菌數(shù)量減少的現(xiàn)象，及時調(diào)節(jié)腸道菌群，如補充益生菌、進行糞便菌群移植等能有效預防和緩解酒精誘導的脂肪變性和肝臟炎癥等。

2.2 非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）

NAFLD是脂肪和葡萄糖代謝紊亂的肝臟表現(xiàn)，常與肥胖、血脂異常和胰島素抵抗有關，可以從單純脂肪變性發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）甚至肝硬化等肝臟疾病[4,12]。近些年，NAFLD已發(fā)展為全世界最常見的肝臟疾病，據(jù)估計全球患病率為25%～45%[17]。值得注意的是，NASH現(xiàn)在是肝臟移植的第二大病因，并且一定比例的NAFLD患者可能會發(fā)展為肝細胞癌[18]。

NAFLD是一種由遺傳傾向、代謝功能、炎癥、腸道微生物群和環(huán)境等多因素引起的綜合癥[12]。腸道菌群在NAFLD發(fā)生中的可能作用如下[4]：（1）微生物失調(diào)導致腸道產(chǎn)生對肝臟有毒的乙醇量增加，通過破壞腸道緊密連接致使通透性增加。（2）腸源性病原體相關分子可以與肝臟中特定的Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）結合，激活促炎信號通路，進一步引發(fā)肝臟炎癥和纖維化。（3）腸道菌群可水解膽堿，但膽堿代謝增加可能會導致膽堿缺乏，從而阻止極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）的排泄并引發(fā)甘油三酸酯在肝臟中積累。（4）腸道菌群的改變可能會使血管生成素樣蛋白 4（angiopoietin-like protein 4，ANGPTL4）的分泌減少，從而抑制脂質(zhì)B氧化并增加肝臟甘油三酯的儲存。ANGPTL4是一種內(nèi)源性脂蛋白脂肪酶的特異性抑制劑，此酶可將VLDL顆粒中的甘油三酯釋放到肝臟。（5）過量的短鏈脂肪酸是肝臟糖異生和脂肪合成的底物，通過抑制單磷酸腺苷激活的蛋白激酶的活性來促進肝游離脂肪酸的積累。

由于NAFLD的高發(fā)病率和高致病風險，現(xiàn)在已引起人們的高度重視，但目前仍缺乏有效的治療手段。有研究報道[19]，奧貝膽酸治療可明顯改善高脂飲食所致的肥胖、循環(huán)代謝紊亂、肝臟炎癥和纖維化、腸屏障損害。去除正常共生菌可減弱奧貝膽酸的作用。用奧貝膽酸處理后，腸道微生物結構發(fā)生改變，布勞特氏菌屬的豐度顯著增加。奧貝膽酸治療后，高脂飲食引起的肝內(nèi)牛磺酸結合的膽汁酸濃度降低。總之，實驗數(shù)據(jù)表明，奧貝膽酸通過改變腸道微生物群的組成，特別是增加布勞特氏菌屬的豐度，對NAFLD具有保護作用。腸道菌群分析結果表明[20]，新型益生菌副干酪乳桿菌Jlus66可以通過增加革蘭氏陽性菌群（如厚壁菌）的數(shù)量和減少革蘭氏陰性菌群（如擬桿菌，變形桿菌和梭菌）的含量來改善腸道菌群結構，然后降低血清中脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的濃度。因此研究者認為，Jlus66可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群并隨后減輕氧化應激和炎癥來改善NAFLD。Eslamparast等[21]發(fā)現(xiàn)在NAFLD治療中，補充合生元加生活方式改變優(yōu)于單純生活方式改變。Mofidi等[22]也報道了相似的成果，實驗證據(jù)表明，補充含7種益生菌和低聚果糖的合生元可降低炎癥指數(shù)，改善正常和低體重指數(shù)NAFLD患者的主要癥狀。諸多證據(jù)表明，靶向腸—肝軸可能是預防或治療NAFLD的新途徑，包括使用益生菌、益生元和合生元治療，針對膽汁酸相關信號通路治療，利用吸附劑和糞便菌群移植治療。

2.3 膽汁淤積性肝?。╬rimary biliary c holangitis，PBC）

PBC是由于各種原因引起的膽汁形成、分泌以及排泄障礙，導致膽汁在肝臟過度淤積的一類慢性自身免疫性肝病[23]。腸道菌群通過調(diào)節(jié)新陳代謝、免疫反應和膽汁酸的代謝，在PBC的發(fā)生和發(fā)展過程中起重要的作用。同時，PBC也會影響腸道微生物群的多樣性、豐度及功能，間接影響膽汁酸的合成和代謝[24]。有報道[25]稱在PBC患者中，腸道內(nèi)微生物多樣性顯著降低，其中有4個菌屬（薩特氏菌、擬桿菌、糞桿菌、顫螺旋菌）豐度減少，8個菌屬（韋永氏球菌、克雷伯氏菌、鏈球菌、假單胞菌、嗜血桿菌、梭狀芽孢桿菌、乳酸菌、腸桿菌科）豐度增加，這些與PBC密切相關。有趣的是發(fā)現(xiàn)PBC患者腸道中上皮細胞的細菌侵襲能力增加，與腸桿菌科細菌的豐度高度相關。

另有研究者[26]發(fā)現(xiàn)PBC患兒糞便中大腸桿菌豐度明顯上升，而乳酸桿菌和雙歧桿菌豐度顯著下降。針對嬰兒PBC患者采用益生菌輔助治療，能夠調(diào)節(jié)患兒腸道菌群紊亂，改善機體血氨水平，抑制炎癥反應，并降低TNF-α含量，顯著提高患兒的臨床治療效果[27]。Tang等[25]研究發(fā)現(xiàn)用熊去氧膽酸（ursodeoxycholic acid，UDCA）治療PBC患者6個月后，與PBC相關的6個菌屬的豐度發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，病情得以部分緩解，證實UDCA可以逆轉(zhuǎn)膽管細胞衰老，改善患者肝功能的生化指標，抑制病情進展，提高生存率。諸多證據(jù)表明，腸道菌群在引發(fā)PBC和影響PBC進程方面起著關鍵作用，益生菌及其代謝產(chǎn)物可能對膽管及肝臟損傷有保護作用，提示及時改善或調(diào)整腸道菌群可能有助于控制PBC的進程[23,27]。

2.4 慢性乙型肝炎（chronic hepatitis B ，CHB）

成年人在經(jīng)歷急性感染乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）后發(fā)病，一般而言，大多數(shù)人都能通過自身免疫系統(tǒng)清除病毒。但也有部分患者感染HBV后轉(zhuǎn)為慢性肝炎，這種情況更常見于嬰幼兒時期[28]。有研究證實[29]，慢性HBV感染的存在和發(fā)展不僅與病毒數(shù)量、毒性等相關，還與患者腸道菌群失調(diào)密切相關，腸道菌群通過影響肝臟的免疫反應，釋放各類細胞因子，進一步加重肝細胞損傷。有報道[30]稱CHB患者糞便中菌群種類和豐度與正常健康人相比均有變化，存在不同程度的腸道菌群失調(diào)現(xiàn)象，包括腸桿菌、梭菌屬、普雷沃氏菌等在內(nèi)的5種菌群豐度明顯增加，而擬桿菌屬、瘤胃球菌屬和乳酸桿菌的豐度則明顯減少。值得注意的是，該研究還證實CHB患者腸道內(nèi)9種細菌中只有腸球菌與白細胞介素17A（interleukin-17A，IL-17A，一種新型促炎性細胞因子，可促進多種炎癥因子的表達）的水平呈正相關性。由此認為CHB的發(fā)病原因可能為過量的腸球菌與IL-17A協(xié)同作用，加重肝臟炎癥反應和受損程度，呈“惡性循環(huán)”狀態(tài)[31]。

目前研究認為[32]，人類HBV感染的特點是病毒清除與感染年齡強相關，其具體原因還不明確，可能是由于嬰幼兒免疫系統(tǒng)不成熟和腸道菌群不穩(wěn)定。Chou等[32]通過小鼠模型證實，具有TLR4突變的幼鼠具有快速清除HBV的能力，提示幼鼠在腸道菌群建立前，存在一條TLR4依賴的HBV免疫耐受途徑；而成年小鼠成熟的腸道菌群會刺激肝臟細胞免疫，導致HBV快速清除。由此指出，腸道菌群可能影響HBV的急性或慢性進程?？傊?，腸道菌群變化對CHB的發(fā)生、發(fā)展有重要的作用，腸道菌群異常還可導致HBV感染由急性轉(zhuǎn)變成慢性。

2.5 肝硬化

肝硬化是常見的由各種病因引起的慢性、進行性肝病，本質(zhì)是彌漫性肝損害，多發(fā)生于肝炎之后。早期表現(xiàn)為肝纖維化，進一步發(fā)展可能會導致肝硬化或終末期肝病，最終導致肝臟喪失代謝功能[8,33]。肝硬化患者免疫功能下降、腸蠕動減弱，膽汁分泌量明顯減少，以及各種原因?qū)е履c壁充血、水腫，使得腸道菌群生存環(huán)境受損，導致腸道菌群紊亂[34]。

有研究者證實，相比健康人群，肝硬化患者的亞基因組分析顯示腸道菌群中類桿菌和硬壁菌水平降低，韋榮球菌屬和鏈球菌屬水平升高。而韋榮球菌屬和鏈球菌屬是口腔中的常見菌，這意味著腸道菌群中口腔菌群數(shù)量的增加可能與肝硬化的發(fā)生和進展有關[35-36]。有研究團隊[35]收集181個肝硬化患者腸道微生物樣本，建立了世界上首個肝硬化患者腸道微生物基因集，結合定量宏基因組學方法，揭示了肝硬化患者腸道菌群的重大變化，主要是由于口腔細菌對腸道的大量侵襲。肝硬化的嚴重程度與入侵菌種的豐富程度之間的相關性表明，它們可能在病理機制中發(fā)揮積極作用。

Chen等[37]應用16S rDNA測序等方法證實，肝硬化患者腸道菌群紊亂明顯，其中腸球菌屬與鏈球菌屬豐度顯著升高；進一步分析研究表明，特定的菌群變化與TNF-α、白介素-6等炎性細胞因子相關，提示腸道菌群變化可能對肝硬化患者的預后具有較好的預測價值。唐源淋等[38]證實腸桿菌豐度與肝硬化分級及不良預后呈正相關性，而梭菌和乳酸桿菌豐度與病情嚴重程度及預后呈負相關性。進一步研究腸道菌群失調(diào)與肝硬化并發(fā)癥的關系，結果顯示常見并發(fā)癥中自發(fā)性腹膜炎與腸道微生物的相關性最高，其發(fā)生率與腸桿菌豐度呈正相關，與梭菌和乳酸桿菌豐度呈負相關；而乳酸桿菌與腹膜炎、腹水、肝性腦病和肝癌等肝硬化并發(fā)癥的發(fā)生率均呈負相關性[38]。由于大腸桿菌是自發(fā)性腹膜炎的主要病原菌，分析腸道細菌是該并發(fā)癥的主要感染源，其發(fā)生機制可能為腸道細菌移位[39-40]。諸多研究結果表明，糞便、結腸黏膜和唾液中微生物的相對豐度和功能變化等對肝硬化及其并發(fā)癥的發(fā)生和預后有不同程度的影響[9,41]。

3 展望

隨著微生物宏基因組和代謝組學的不斷發(fā)展，腸道菌群種類和功能的研究也隨之深入，越來越多的研究證明了腸道微生物在人類健康中的重要作用。因此，腸道菌群有望成為預防和治療慢性肝臟疾病的新靶點，靶向腸—肝軸的微生態(tài)治療不僅可以作為治療慢性肝病患者腸道癥狀的一種輔助手段，也可以通過糾正腸道菌群失調(diào)成為有效預防慢性肝病發(fā)生和進展的一種預防措施。相信隨著研究的不斷深入，未來會有更好地靶向腸道菌群無創(chuàng)治療肝臟疾病的新療法出現(xiàn)。