腸道菌群失調(diào)與肝硬化及并發(fā)癥關(guān)系的研究進(jìn)展

牛淑利，劉雨，郭永澤，閆華楠，劉獻(xiàn)波

（1.河北工程大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，河北 邯鄲；2.河北工程大學(xué)附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科，河北 邯鄲；3.河北工程大學(xué)附屬醫(yī)院 急診科，河北 邯鄲）

0 引言

肝硬化是臨床各種慢性肝病進(jìn)展的終末階段，常并發(fā)肝性腦病、自發(fā)性腹膜炎、肝癌、食管胃底靜脈曲張出血等危及人的生命。由于肝臟和腸道之間的解剖關(guān)系，腸道細(xì)菌和其代謝產(chǎn)物對肝臟的影響不能被忽視，腸道菌群的存在與肝硬化的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系越來越受到矚目。

1 腸道菌群的概述

人類微生物組 (Human Microbiome) 是指生活在人體上的營互生、共生和致病的所有微生物集合及其遺傳物質(zhì)總和，隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人類微生物組研究受到廣泛關(guān)注,已將微生物組的認(rèn)識視作一個(gè)“人體器官”人類微生物組研究全面系統(tǒng)地解析微生物組的結(jié)構(gòu)和功能, 以及生理調(diào)控機(jī)制[1]。人類擁有1014 個(gè)微生物，這些微生物組擁有超過300 萬個(gè)基因，其編碼產(chǎn)生的數(shù)千種代謝產(chǎn)物影響了宿主的適應(yīng)性、表型和健康[2]，可見其重要性。據(jù)研究在人類腸道中有1000 至1500 種獨(dú)特的物種，平均普通人大約有160 種，占人體質(zhì)量的3%[3]。相關(guān)文獻(xiàn)表示在同一個(gè)宿主中的胃與十二指腸、小腸、大腸中擁有的細(xì)菌組成與數(shù)量也不相同[4]，且隨著時(shí)間的變化，個(gè)體的菌群特征也會發(fā)生改變，腸道菌群也會收到人體獲取食物、個(gè)體的消化功能、所處的氣候、地域、藥物及個(gè)體遺傳差異等多方面因素的影響，從在說明其存在空間和時(shí)間差異性。過去有學(xué)者認(rèn)為人類是從出生起才開始有微生物從口及肛門完成定植，并在3 個(gè)月后逐漸穩(wěn)定[5]，但現(xiàn)有證據(jù)表明從胎兒時(shí)期的羊水、胎糞、胎盤中發(fā)現(xiàn)微生物的存在[6-8]。人的一生中從嬰兒期、成年期、老年期腸道菌群的組成逐漸在發(fā)生變化，但在每個(gè)階段都有其相對的穩(wěn)定性，例如嬰兒期豐度較高的雙歧桿菌和乳酸桿菌屬[9]，在國外經(jīng)過大量普查和16s rRNA 高通量測序中發(fā)現(xiàn)成年人中厚壁菌門、擬桿菌門占主要，其次是放線菌門[10]，而在老年人中，梭狀芽胞桿菌的豐度有所上升[11]?？偟膩碚f，腸道菌群厚壁菌、擬桿菌、變形菌、放線菌及一些真菌、病毒構(gòu)成，它們處在一個(gè)動態(tài)平衡的過程，如果機(jī)體的內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化，例如使用相關(guān)藥物，導(dǎo)致平衡失調(diào)，人體的微生物結(jié)構(gòu)紊亂，則會引起一系列疾病。隨著肝-腸軸的提出，人們認(rèn)識到腸道與肝臟之間在解剖學(xué)及功能上的聯(lián)系越來越緊密。

2 腸道菌群失調(diào)與肝硬化及其并發(fā)癥

2.1 腸道菌群與肝臟

腸道和肝臟是人體的重要器官，兩者在解剖學(xué)上通過門靜脈和膽管系統(tǒng)相連接，肝臟70%的血液來自門靜脈，而門靜脈的主要血供來自上下腸系膜靜脈，腸道微生物代謝產(chǎn)生代謝性產(chǎn)物通過門靜脈轉(zhuǎn)移到肝臟由其加工。在一項(xiàng)動物實(shí)驗(yàn)研究中，通過對缺乏炎性小體的小鼠進(jìn)行缺乏甲硫氨酸/ 膽堿飲食飼養(yǎng)后，經(jīng)過16s rRNA 測序后發(fā)現(xiàn)Porphynomonadaceae 科的細(xì)菌大量增加，TLR4 和TLR9 的配體進(jìn)入門脈循環(huán)中，活化了肝臟中的模式識別受體TLR4 以及TLR9，激活下游NF-κB 相關(guān)的信號通路，TNF-α 等細(xì)胞因子大量產(chǎn)生,導(dǎo)致小鼠肝臟代謝紊亂[12]。肝臟通過膽道將膽汁酸鹽和抗菌分子(IgA、Ang-1)運(yùn)輸至腸腔,通過控制相關(guān)細(xì)菌的過度生長，維持腸道的生物多樣性。膽汁酸鹽也可通過核受體(如FXR、TGR5)調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成、糖代謝、脂肪代謝重要信號分子[13],影響機(jī)體對食物等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

2.2 腸道菌群失調(diào)與肝硬化

肝硬化是多種慢性肝病引起肝損傷的共同病理途徑，肝硬化的病因與地域有關(guān)，在西方國家，酒精中毒、慢性丙型肝炎病毒感染和非酒精性脂肪性疾病是最常見的病因，而在我國，慢性乙型肝炎是肝硬化的主要病因。肝硬化還有許多其他原因，包括遺傳性疾病，如血色沉著病、威爾遜病、原發(fā)性膽汁性肝硬化、原發(fā)性硬化性膽管炎、自身免疫性肝炎等[14]。雖然肝硬化的病因是多因素的，但所有肝硬化的患者都有一些共同的病理特征，包括肝細(xì)胞變性、壞死、肝實(shí)質(zhì)被纖維化組織和再生結(jié)節(jié)替代、肝功能喪失等[15]。纖維化作為肝硬化的前體，是所有慢性肝病向肝硬化演變的關(guān)鍵病理過程，導(dǎo)致肝癌，直至最后肝臟喪失所有功能[16]。迄今為止，尚無有效治療肝硬化的方法，部分原因是導(dǎo)致肝硬化的分子機(jī)制認(rèn)識不全。目前，越來越多的證據(jù)表明，腸道菌群失調(diào)在肝硬化的發(fā)病機(jī)制及進(jìn)展中扮演了很重要的角色。

C Pande 等對53 例肝硬化患者進(jìn)行研究，借助葡萄糖氫呼氣試驗(yàn)（GHBT）確定小腸細(xì)菌過度生長（SIBO）的程度，發(fā)現(xiàn)SIBO 的發(fā)生率隨著肝硬化嚴(yán)重程度的增加而增加，同時(shí)得出腹水和血清膽紅素升高可靠地預(yù)測了SIBO 的存在的結(jié)論。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)存在取材和病例少的缺陷，但也可以從一定程度上說明腸道菌群與肝硬化具有一定的相關(guān)性，維持腸道菌群的穩(wěn)定性有助于控制肝硬化的發(fā)生與發(fā)展[17]。Margaret Lario 等人用CCl4 誘導(dǎo)形成不同階段的肝硬化小鼠，觀察其腸道屏障功能和病原微生物菌群，最后結(jié)果突出了肝硬化中肝臟-腸道軸的相關(guān)性，肝臟疾病的嚴(yán)重程度與腸道免疫系統(tǒng)失調(diào)、機(jī)能紊亂和肝功能損害之間的相互作用，說明了隨著肝硬化的發(fā)展，腸道免疫調(diào)節(jié)失調(diào)和腸道功能紊亂加劇，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在肝硬化腹水階段,免疫失調(diào)和功能失調(diào)與小腸屏障功能損傷、回腸菌群中變形菌門和促炎菌屬增多等因素有關(guān)[18]。Sari 等人通過利用RT-qPCR 技術(shù)測定42 名男性尸體腸道菌群的相對比例，發(fā)現(xiàn)肝硬化患者糞便中腸道細(xì)菌DNA 的中位數(shù)是健康志愿者的27 倍(P=0.011)，腸桿菌也是轉(zhuǎn)位到肝硬化肝臟中最常見的細(xì)菌，這個(gè)發(fā)現(xiàn)同樣得出結(jié)論，肝硬化的發(fā)病機(jī)制與腸道菌群紊亂有關(guān)[19]。李蘭娟院士及其團(tuán)隊(duì)建立了世界上首個(gè)肝病腸道菌群基因集，發(fā)現(xiàn)了15 個(gè)高特異性和靈敏性的基因，不僅有助于診斷肝硬化，對評估肝硬化的療效也有一定的幫助[20]。這些證據(jù)充分說明腸道菌群的重要性，將肝硬化與腸-肝軸聯(lián)系起來。

2.3 腸道菌群失調(diào)與肝硬化并發(fā)癥

2.3.1 肝性腦病

肝性腦?。℉E）是由于嚴(yán)重肝病和/或門體分流引起的，以代謝紊亂為基礎(chǔ)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)綜合病征。它的發(fā)病機(jī)制目前分為氨中毒學(xué)說和炎癥學(xué)說，然而腸道菌群失衡在這兩個(gè)學(xué)說中都發(fā)揮作用。肝硬化患者腸道內(nèi)產(chǎn)氨細(xì)菌（革蘭陰性腸桿菌）增多，導(dǎo)致氨的數(shù)量增加。有研究顯示[21,22]腦MR 波譜分析提示氨含量與鏈球菌、腸桿菌科、乳桿菌科等呈正相關(guān)，而與梭狀芽胞桿菌簇XIVa、毛螺菌科負(fù)相關(guān)，但這些菌群參與了人體的重要功能，例如宿主膽汁酸的7-α 去羥基化和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生。肝硬化階段的患者腸道黏膜屏障受損，腸道微生物失調(diào)產(chǎn)生脂多糖、肽糖、生物核酸等毒性物質(zhì)可腸道上皮細(xì)胞及肝細(xì)胞上的MyD88-NFkB 依賴通路激活下游信號通路，誘導(dǎo)炎性因子產(chǎn)生，下調(diào)TGF-β 使抑制炎癥減弱，引起炎癥瀑布級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致HE 的發(fā)生[23]。

有研究表示輕微MHE 患者與健康對照組相比鏈球菌和韋榮氏球菌過度生長，同樣Bajaj 等人也得出肝性腦病患者的腸桿菌和產(chǎn)堿桿菌豐度高于無HE 的肝硬化患者[24]。隨著人類對口腔菌群的認(rèn)識，已經(jīng)證明了口腔微生物群與腸道菌群的聯(lián)系[25]，又一步提出了口腔-腸-肝軸，可將口腔微生物作為肝硬化免疫譜分析的新前沿進(jìn)行探索。將肝硬化和輕微肝性腦病患者（MHE）的糞便微生物群研究發(fā)現(xiàn)MHE 患者唾液鏈球菌升高，血氨水平升高[26]。Masafumi 等人對24 名肝硬化患者進(jìn)行結(jié)腸活檢，利用16S rRNA 基因序列檢測其微生物定殖模式，發(fā)現(xiàn)定植在結(jié)腸黏膜擬桿菌屬和生物豐度減少是肝硬化輕微肝性腦病的重要危險(xiǎn)因素[27]。

2.3.2 自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎

自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎（SBP）是肝硬化腹水患者常見的并發(fā)癥，據(jù)研究70%-80%的病例由需氧革蘭氏陰性腸道菌引起，其中大腸桿菌和肺炎克雷伯菌占主要。相關(guān)研究表示在肝硬化的患者腸道中發(fā)現(xiàn)了小腸細(xì)菌過度生長和細(xì)菌移位，在其體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)可以找到細(xì)菌DNA 和相關(guān)細(xì)菌抗體[28]。臨床上高度懷疑SBP，立即使用廣譜抗生素，一些研究評估了諾氟沙星對有發(fā)生SBP 風(fēng)險(xiǎn)的肝硬化患者的替代治療，在利用CCl4 制造的肝硬化大鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，使用磺胺甲硝唑可以延緩腹水的發(fā)展，降低革蘭氏陰性的細(xì)菌移位的發(fā)生率，因此是諾氟沙星的一個(gè)很好的替代品[29]。有文獻(xiàn)顯示促炎細(xì)胞因子參與了細(xì)菌移位的過程，抗腫瘤壞死因子可顯著降低肝硬化大鼠模型的細(xì)菌移位[30]。

許多研究將目光集中在通過益生菌改變腸道微生物群來預(yù)防或降低細(xì)菌移位，一項(xiàng)雙盲研究將針對一些已經(jīng)從自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎急慢性發(fā)作恢復(fù)期和預(yù)測將發(fā)生SBP 的肝硬化患者，隨機(jī)給予諾氟沙星(400mg/天)和益生菌膠囊(糞腸球菌、丁酸梭狀芽孢桿菌、腸桿菌、凝固芽孢桿菌)，或諾氟沙星（400mg/天）和安慰劑，觀察6 個(gè)月患者發(fā)病情況，然而兩組試驗(yàn)結(jié)果相似，添加益生菌的效果的治療效果并不明顯[31]。然而，另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究有不同的看法，在實(shí)驗(yàn)動物肝硬化模型中使用雙歧桿菌CECT7765 菌株，提示益生菌在降低腸道屏障的通透性和細(xì)菌移位方面顯示了有利的作用[32]。在E.Sánchez 等人的一項(xiàng)由CCl4 誘導(dǎo)的肝硬化大鼠模型的研究中，益生菌 VSLl # 3118 降低了大鼠腸道內(nèi)細(xì)菌移位和炎癥狀態(tài)，增加了回腸閉合蛋白的表達(dá)，同樣表明益生菌改善了腸道屏障的完整性[33]。

2.3.3 原發(fā)性肝癌

原發(fā)性肝癌是全球?qū)е滤劳龅牡诙髳盒阅[瘤，大約80%-90% 的肝細(xì)胞癌發(fā)生在晚期纖維化或肝硬化的肝臟[34,35]?，F(xiàn)在越來越多的證據(jù)提示腸道微生物在促進(jìn)肝臟疾病的發(fā)展到肝癌的過程中發(fā)揮重要作用。肝硬化和肝癌患者腸道菌群紊亂，導(dǎo)致多種物質(zhì)經(jīng)門靜脈到達(dá)肝臟[23]。Toll4 受體存在Kupffer 細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞等多種肝臟細(xì)胞中。在一項(xiàng)小鼠骨髓嵌合體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Toll4 受體在肝細(xì)胞中表達(dá)，促進(jìn)了肝硬化和肝癌的發(fā)生。從腸道屏障中滲透出的脂多糖通過多種細(xì)胞靶點(diǎn)促進(jìn)肝癌的發(fā)生，包括肝星狀細(xì)胞、肝癌腫瘤區(qū)以及肝臟 kupffer 細(xì)胞，在造血干細(xì)胞中，Toll4 受體的激活由NF-κB 介導(dǎo)的肝泌乳素上調(diào)。表皮調(diào)節(jié)素是表皮生長因子的家族成員，對肝細(xì)胞有較強(qiáng)的有絲分裂作用，因此，表皮調(diào)節(jié)素缺乏的小鼠在DEN+CCl4 治療時(shí)表現(xiàn)出減少肝癌的發(fā)生[36]。此外，有研究表明，Kupffer 細(xì)胞內(nèi)LPS-TLR4 信號通路的激活導(dǎo)致TNF 和IL4 依賴的代償性肝細(xì)胞增殖，并減少氧化應(yīng)激和凋亡[37]。這些數(shù)據(jù)說明無論是NF-κB 通路還是LPS-TLR4 通路都可參與原發(fā)性肝癌的發(fā)生，但腸道菌群具體引起腸道屏障受損的機(jī)制仍不清楚。

3 腸道菌群作為肝硬化和其并發(fā)癥的治療靶點(diǎn)

隨著人類對腸-肝軸及包括近幾年提出的口腔-腸-軸的認(rèn)識，腸道菌群失調(diào)在肝硬化及其并發(fā)癥的作用越來越被人重視，因此，微生物治療在肝硬化治療中成為一個(gè)重要的靶點(diǎn)。抗生素、益生元和益生菌、糞菌移植逐漸被應(yīng)用至臨床治療。益生菌和益生元可調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu)，防止致病菌定植，調(diào)節(jié)免疫功能等。糞菌移植是將健康個(gè)體的糞便細(xì)菌移植到受體體內(nèi)，其目的是通過重建患者腸道微生物群落結(jié)構(gòu)來治療腸道相關(guān)疾病。長期以來，高氨血癥和肝硬化肝性腦病一直相互關(guān)聯(lián)，而且高氨血癥在肝硬化也可以預(yù)后疾病的惡化程度。最新證據(jù)表明哺乳動物基因不編碼脲酶，然而氨是由細(xì)菌脲酶代謝的結(jié)果，氨人體內(nèi)要么被再吸收，要么被排泄出去[38]。在2014 年的一項(xiàng)隨機(jī)對照研究中，給小鼠注射了脲酶含量很低的菌群，實(shí)驗(yàn)組糞便中檢測氨含量顯著降低[39]。目前臨床上使用糞菌移植治療肝硬化的試驗(yàn)并不多，僅有個(gè)別案例，仍需要大量的試驗(yàn)支持。