腸道微生態(tài)與肝性腦病的關(guān)系

黃云義， 劉 堯， 張 群， 時 克， 王憲波

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京地壇醫(yī)院 中西醫(yī)結(jié)合中心， 北京 100015

人體的腸道微生態(tài)系統(tǒng)由腸道內(nèi)環(huán)境和寄生于腸道的微生物共同構(gòu)成，這些微生物包括固有菌、共生菌、過路菌。在人體內(nèi)，腸道菌群數(shù)量相對固定，可達(dá)1012～1014個,是人體自身細(xì)胞數(shù)目的10倍。這些細(xì)菌大多數(shù)為類桿菌、優(yōu)桿菌、消化球菌以及雙歧桿菌等專性厭氧菌，約占腸道總菌量的99%；腸桿菌、腸球菌、乳酸桿菌等兼性厭氧菌約占總菌量的1%，構(gòu)成復(fù)雜的腸道微生態(tài)系統(tǒng)[1]。人體腸道微生態(tài)系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，各微生物群之間相互依存、相互制約，彼此保持著一定比例，按照一定的順序定植于腸壁的特定部位，參與機體代謝，發(fā)揮免疫屏障作用。腸道微生態(tài)的失衡對慢性肝病的發(fā)生和發(fā)展具有重要影響，特別是全身炎癥反應(yīng)、內(nèi)毒素血癥和血管舒張導(dǎo)致的并發(fā)癥，如自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎、靜脈曲張破裂出血及肝性腦病(HE)。

HE是肝硬化失代償?shù)牟l(fā)癥之一，有研究[2]發(fā)現(xiàn)其1年病死率可達(dá)58%，3年病死率可達(dá)77%，成為肝硬化患者預(yù)后不佳的獨立影響因素。有研究[3-4]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)肝功能受損后，機體可通過腸-肝軸調(diào)節(jié)膽汁的分泌，腸道供血減少和蠕動減慢，從而導(dǎo)致腸黏膜的破壞和腸道菌群失衡。改變的腸道菌群又進(jìn)一步促進(jìn)了肝損傷后并發(fā)癥的產(chǎn)生，最常見的是細(xì)菌移位和內(nèi)毒素誘發(fā)的各種細(xì)菌感染，包括重癥肺炎、敗血癥、泌尿系感染及腹腔感染，反復(fù)發(fā)生的細(xì)菌感染是導(dǎo)致肝病患者死亡的重要誘因之一。另外，大多數(shù)肝硬化患者存在免疫功能紊亂，這可能會加劇全身炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致HE[5-6]。也有證據(jù)[6-9]表明HE的發(fā)病與腸道菌群失調(diào)及全身炎癥反應(yīng)后機體代謝產(chǎn)物(如氨和內(nèi)毒素)的積累有關(guān)。另外，當(dāng)前HE的防治策略也仍然以調(diào)控腸道菌群為主，常用的藥物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等。

1 肝硬化HE患者腸道菌群分布的特點

里德伯格于2000年提出，人體是由細(xì)胞和共生微生物構(gòu)成的“超級生物體”，是個非常復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，近年來國際科學(xué)界也開展了多項關(guān)于人體微生物組研究計劃。浙江大學(xué)傳染病診治國家重點實驗室在對肝硬化患者的糞便進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，韋永氏球菌、鏈球菌、梭狀芽孢桿菌及普氏菌比較豐富，并且這些細(xì)菌載量越大，患者的CTP評分越高[10]。Bajaj等[11]在對肝硬化HE患者結(jié)腸黏膜微生物群的研究中發(fā)現(xiàn)腸球菌、巨球形菌、伯克氏菌、韋永氏球菌比較豐富。另一項研究[12]發(fā)現(xiàn)在隱匿性HE中，唾液鏈球菌數(shù)量增加與認(rèn)知功能的改善呈負(fù)相關(guān)，與氨的積累呈正相關(guān)，然而在顯性HE中，影響認(rèn)知功能的主要是大便藻科和卟啉單胞科微生物。國外的一篇關(guān)于輕微型HE的研究[13]提到肝硬化輕微型HE患者存在腸道微生態(tài)失衡，表現(xiàn)為腸道內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量顯著減少，革蘭陰性腸桿菌科細(xì)菌數(shù)量顯著增加。人體腸道具有相對比較穩(wěn)固的免疫屏障系統(tǒng)，主要包括機械、化學(xué)、生物屏障，可防止有害物質(zhì)和病原體入侵，從而維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。腸道微生態(tài)失衡時原來的優(yōu)勢菌生長被抑制，而內(nèi)源性或外源性致病菌大量增殖，致病菌及其代謝產(chǎn)物觸發(fā)的腸源性內(nèi)毒血癥是肝病患者預(yù)后不良的重要原因之一。因此，探索肝硬化HE的發(fā)病機制與腸道微生態(tài)之間的關(guān)系具有重要意義。

2 肝硬化HE和腸道微生態(tài)有關(guān)的病因?qū)W

目前關(guān)于HE的發(fā)病機制尚不完全清楚，更多研究集中在氨和炎癥的協(xié)同作用使星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹及腦水腫。腸道是氨產(chǎn)生的主要場所，氨的產(chǎn)生離不開腸道細(xì)菌的分解作用。有學(xué)者[14]認(rèn)為肝硬化失代償期腸道細(xì)菌產(chǎn)生的氨通過受損腸壁細(xì)胞之間的細(xì)胞連接進(jìn)入門靜脈系統(tǒng)，而生成短鏈脂肪酸的細(xì)菌減少導(dǎo)致結(jié)腸pH值增高，從而引起腸道氨的產(chǎn)生和吸收增加進(jìn)而誘發(fā)HE。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(xì)菌(如克雷白桿菌和變形桿菌等)與人體氨代謝有關(guān)。也有研究[16]發(fā)現(xiàn)血氨的濃度與病情的嚴(yán)重程度不完全一致，因血氨的檢測要求室溫下采靜脈血后立即低溫送檢，30 min 內(nèi)完成測定，或離心后4 ℃冷藏，2 h 內(nèi)完成檢測，一般檢測條件很難達(dá)到。Bajaj等[17]發(fā)現(xiàn)某些特殊細(xì)菌家族與HE患者的認(rèn)知及炎癥反應(yīng)相關(guān)，如產(chǎn)堿菌科、紫單胞菌科及腸桿菌科，與無HE的患者相比，肝硬化HE患者韋榮氏球菌、內(nèi)毒素及炎癥因子(IL-6、TNFα、IL-2、IL-13)的水平相對更高。更有研究[18]發(fā)現(xiàn)韋永氏球菌和鏈球菌與肝硬化患者的認(rèn)知功能呈負(fù)相關(guān)。目前關(guān)于腸道菌群與HE之間關(guān)系的研究主要集中在糞便微生物上，而針對黏膜菌群分布的研究相對較少。研究[19]證實腸黏膜與糞便中微生物組成是不完全相同的，但因黏膜菌群獲取相對比較困難，開發(fā)與腸道微生態(tài)變化相關(guān)的血清生物學(xué)標(biāo)志物對HE的診斷和治療可能有一定的幫助。目前臨床中利用血清幽門螺桿菌(Hp)抗體檢測診斷Hp感染的非介入、低創(chuàng)傷方法提供了思路，但由于腸道微環(huán)境更為復(fù)雜，目前關(guān)于腸道微生態(tài)失衡與疾病相關(guān)性的血清生物學(xué)標(biāo)志物尚在探索中。

3 調(diào)整腸道微生態(tài)對肝硬化HE防治的成效

HE的治療目前尚無特效藥物，治療的原則是及時清除誘因、盡快將急性神志異常恢復(fù)到相對穩(wěn)定狀態(tài)[20]。常用的藥物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等，它們均參與了腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié)。乳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。乳果糖不僅可以通過清潔腸道減少腸道內(nèi)細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物，而且其在結(jié)腸內(nèi)代謝產(chǎn)生的有機酸通過改變腸道內(nèi)環(huán)境減少氨的產(chǎn)生、促進(jìn)氨的排出。Lokesh等[21]進(jìn)行的研究顯示乳果糖與益生菌單獨使用均能改善患者的認(rèn)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，具體原因尚不清楚。Bajaj等[17]研究發(fā)現(xiàn)口服乳果糖后，除糞桿菌減少外，其他菌群并無明顯變化。利福昔明因其不良反應(yīng)相對較少，是目前美國FDA唯一批準(zhǔn)的用于HE治療的抗生素。利福昔明通過與細(xì)菌DNA依賴的RNA聚合酶結(jié)合達(dá)到破壞細(xì)菌RNA合成的目的。臨床研究[22-23]證實乳果糖或者乳果糖聯(lián)合利福昔明可以預(yù)防HE復(fù)發(fā)，強調(diào)了調(diào)整腸道菌群對顯性HE二級預(yù)防的重要意義，但這些試驗均未對乳果糖或者乳果糖聯(lián)合利福昔明如何影響腸道菌群和氨產(chǎn)生進(jìn)行分析，也沒有討論菌群及其產(chǎn)物的變化如何與臨床療效相關(guān)聯(lián)。Takumi等[24]關(guān)于利福昔明與HE患者肝/神經(jīng)心理功能相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)利福昔明治療前后HE患者糞便中細(xì)菌載量變化不明顯，但治療后鏈球菌屬、韋永氏球菌屬和乳酸菌屬的數(shù)量下降。因此，推斷利福昔明可以通過調(diào)節(jié)HE患者的腸道微生物群分布來改善肝/神經(jīng)心理功能。乳酸桿菌GG由美國北卡羅來納州立大學(xué)兩名教授從健康人體分離出來，發(fā)現(xiàn)可抑制肝硬化患者內(nèi)毒素和炎癥水平[25]。然而也有報道[26-27]指出乳酸桿菌是與疾病進(jìn)展相關(guān)的，原因推測可能是乳酸桿菌通過糖酵解作用產(chǎn)生酒精，加重了非酒精性脂肪性肝病患者肝臟的炎癥程度。Marlicz等[28]采用益生菌、合生元治療HE，發(fā)現(xiàn)腸道菌群比例發(fā)生改變，腸桿菌科豐度減少，乳酸桿菌比例增加，同時伴隨血氨水平的降低，輕微型HE發(fā)生逆轉(zhuǎn)、顯性HE的發(fā)生率均顯著降低。多個研究[29-33]比較了益生菌與目前HE治療的推薦用藥(如利福昔明、乳果糖)的療效，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們在降低血氨及炎癥因子水平、改善大腦認(rèn)知功能上效果相仿，但在增加有益菌、減少致病性細(xì)菌和長期耐受性上更勝一籌，但本研究的另一個重要發(fā)現(xiàn)——益生菌使用并不能降低HE患者的病死率。

4 “變廢為寶”——糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)治療肝硬化HE的新探索

現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，肝臟與腸道具有相同的胚胎起源，所以在一定程度上保持著許多“天然”的解剖和功能聯(lián)系。馬歇爾1998年提出了“腸-肝軸”的概念進(jìn)一步支持腸道微生物在HE發(fā)病機制中的作用。近年來FMT成為針對“腸-肝軸”開發(fā)的最新研究療法，是指將健康人糞便中的功能菌群，移植到患者胃腸道內(nèi)，重建新的腸道菌群，實現(xiàn)腸道及腸道外疾病的治療[34]。Bajaj等[35]率先發(fā)表了一篇關(guān)于20例肝硬化HE患者糞菌移植的RCT，指出與標(biāo)準(zhǔn)化治療組(利福昔明+乳果糖)相比FMT組嚴(yán)重不良事件(病死率、住院率、感染發(fā)生率)均明顯降低。但由于目前支持FMT治療HE的有效性、持久性及長期治療安全性的數(shù)據(jù)有限，關(guān)于哪些HE患者適合FMT、FMT的最佳時機、單次治療還是重復(fù)治療尚存在爭議[36]，F(xiàn)MT治療HE的方式方法尚在探索之中。目前關(guān)于炎性腸病FMT的研究[37]發(fā)現(xiàn)供體糞便的特性也影響治療效果，如何選擇合適的供體糞便目前缺乏一致性意見。所以根據(jù)受體微生物和代謝組學(xué)特征選擇微生物群落仍然是目前FMT研究的熱點和難點，希望口服方式可以取代原始的給藥方式并取得更好的療效。

5 問題與展望

腸道菌群是一把雙刃劍，其作為一個細(xì)菌器官存在，參與機體代謝、維持機體正常的免疫功能，對于維系機體健康具有舉足輕重的生物學(xué)意義。然而腸道菌群也是加速許多疾病進(jìn)展的原因，所以腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)劑并非一把萬能鑰匙，故需更加嚴(yán)謹(jǐn)周密的試驗設(shè)計，發(fā)現(xiàn)具有特異性的致病菌或其代謝產(chǎn)物，為進(jìn)一步診療提供思路。就肝硬化HE而言，破解HE患者腸道微生態(tài)的結(jié)構(gòu)和功能，揭示與HE發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后相關(guān)的腸道微生物的功能基因和編碼的代謝途徑，對于探討HE的發(fā)病機制具有重要意義，也對開發(fā)新的微生態(tài)制劑用于HE的二級預(yù)防具有重大價值。