肝硬化患者腸道微生物群落致病機制及影響因素的研究進展

范文瀚 李成忠 陳怡 梁雪松

肝硬化是由急性或慢性肝損傷引起的一種晚期肝病，其主要原因包括嗜肝病毒感染、酒精、免疫及藥物等。失代償期肝硬化患者預后較差，常需要進行肝移植。肝硬化患者一方面通過膽汁酸代謝、門靜脈高壓、免疫調節(jié)等各種機制引起腸黏膜屏障破壞、腸道菌群的失衡及易位；另一方面，腸道菌群失調，尤其是菌群易位以及其代謝產物跨越腸道上皮屏障，又可促進肝硬化的進展[1-2]。這種腸道與肝臟之間相互制約、相互影響、互為因果的關系是肝硬化并發(fā)癥病理生理變化的原因所在。

一、膽汁酸的腸-肝循環(huán)

腸道與肝臟之間復雜的功能影響及密切的結構學關系正逐漸被人們認知。二者通過膽道系統(tǒng)、門靜脈系統(tǒng)以及全身循環(huán)系統(tǒng)進行交互影響。肝臟通過釋放膽汁酸和生物活性介質進入膽道和全身循環(huán)與腸道作用。而腸道微生物及其代謝產物則通過門靜脈轉運到肝臟，從而影響肝臟功能。

膽汁酸(Bile acids，BAs)作為肝細胞周圍膽固醇合成的雙親性分子，可以與甘氨酸或?；撬峤Y合，在膽道釋放。并與其他膽道成分一起，促進了膳食脂肪、膽固醇和脂溶性維生素的乳化和吸收。約95%的BAS在末端回腸中被主動重吸收，并轉運回肝臟，其余5%與腸道微生物結合、脫氫以及脫羥基而形成次級膽酸，通過被動吸收進入門脈循環(huán)到達肝臟。肝臟回收BAs，并將其分泌回膽道，完成“腸-肝循環(huán)”。腸道微生物與BAs間相互作用密切，且相互調節(jié)。BAs通過與腸上皮細胞法尼醇受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR) 結合，誘導產生抗菌肽，參與抑制腸道微生物過度生長。有研究認為[3-5]，BAs和腸道細菌的不平衡引起了一系列與肝病進展相關的宿主免疫反應。

二、腸黏膜屏障的作用

(一)機械屏障 腸道黏液層是對抗細菌微生物及各類抗原的第一道防線。細菌等病原微生物入侵時，腸道杯狀細胞分泌黏蛋白(MUC)和糖蛋白，并對核轉錄因子(NF-κB)和生長因子等作出反應[6-7]。有研究顯示[8]，在大鼠肝硬化模型中，黏蛋白MUC2和MUC3的RNA表達顯著增加。此外，另外兩項研究認為[9-10]，在大鼠的酒精肝模型中，其黏液層的厚度顯著增加，而腸黏膜上皮損傷導致的黏液分泌過多會限制抗菌肽的活性，影響腸腔內細菌的殺滅，從而更有利于腸內細菌易位。因此，肝硬化患者腸上皮結構的改變可能是導致腸道通透性增加的原因之一。

(二)免疫屏障 腸道相關淋巴組織(the gut-associated lymphoid tissu，GALT)，包括Peyer斑、淋巴細胞固有層、樹突狀細胞、上皮內淋巴細胞和腸系膜淋巴結等。其中樹突狀細胞能夠通過激活調節(jié)性免疫反應來改變緊密連接和取樣管腔內抗原，而由淋巴濾泡和派爾氏結的淋巴細胞在腸腔中分泌的IgA避免了共生菌的易位。此外，管腔防御素、凝集素、溶菌酶、抗菌肽(antimicrobial peptides ，AMPs)，是腸道固有免疫防御的另一個組成部分，它們能夠殺死革蘭陰性和革蘭陽性菌以及病毒和真菌，維持腸道環(huán)境的生態(tài)平衡[11-13]。

(三)微生物因素 人類腸道內有數(shù)以萬億計的微生物，這些微生物與宿主的新陳代謝、免疫功能行為的調節(jié)密切相關，對腸黏膜具有營養(yǎng)和保護作用。人體腸道菌群主要由兩個門組成，擬桿菌門和硬壁菌門。此外還包括少量放線桿菌和變形桿菌[14]。肝硬化患者腸道菌群的特征是潛在致病細菌數(shù)量的增加及有益共生菌群的減少。在HBV相關的肝病中，類桿菌豐度相對較梭桿菌和變形菌更低。一些研究顯示[15-16]，梭菌科、韋榮球菌科以及紫單胞菌科的減少與肝功能的持續(xù)惡化有關。鏈球菌科的豐度與Child-Pugh評分呈正相關，而毛螺菌科的豐度則與之呈負相關。

三、腸道菌群紊亂與肝硬化臨床結局間的關系

(一)腸道菌群與門脈高壓 肝臟三分之二的血液來自門靜脈，三分之一來自肝動脈。入竇腔毛細血管網作為負壓區(qū)，由開孔的竇狀內皮細胞(fenestrated sinusoidal endothelial cells，SECs)構成，將竇內血與實質性肝細胞分離。肝星狀細胞(Hepatic stellate cells，HSCs)從外部包裹在SECs周圍。有研究表明[17-18]，肝竇內細胞與細胞的相互作用涉及腸道菌群產生的宿主源性生物活性介質和微生物代謝產物。肝內血管張力主要受來源于SECs內皮型一氧化氮合酶(eNOS)及活性的一氧化氮(NO)的調控。細胞因子誘導型一氧化氮合酶(iNOS)在炎癥和其他病理刺激下釋放大量肝外NO，可能導致小動脈血管擴張、全身血管阻力降低和門靜脈流入增加，進一步促進門脈高壓[19]。其他來源的活性物質還有如胰高血糖素、膽汁酸、血小板激活因子、心房利鈉肽、腎上腺髓質素、內源性大麻素等。而肝硬化患者體內這些介質的水平可能會因肝臟代謝受損、門體分流增加或與微生物代謝失調等因素的變化而變化。

(二)腸道菌群與膽汁酸代謝 膽汁酸是微生物代謝和宿主生理學之間的重要聯(lián)系。腸道微生物群可通過特定的酶活性(二羥基化、氧化和異構化等)，在BAs池的調節(jié)中發(fā)揮關鍵作用，并顯著改變BAs的信號特性及其對BA受體的作用[20]。BAs調節(jié)著脂類膳食的吸收，并通過FXR誘導的抗菌肽的直接抗菌作用，在選擇腸道微生物方面起著關鍵作用，從而防止細菌過度生長，保持了上皮細胞的完整性。因此，一方面，膽汁酸通過調節(jié)宿主細胞抗菌基因的表達，直接和間接地抑制細菌增殖。另一方面，在一些組織炎癥性腸病和膽汁淤積性肝損傷的大鼠模型中，F(xiàn)XR的激活能顯著抑制炎癥反應，維持腸屏障功能，阻止細菌易位[21]。奧貝膽酸(obeticholic acid，OCA)作為一種能夠調節(jié)BAs核受體的有效選擇性FXR激動劑，在硫代乙酰胺中毒和膽管結扎(bile-duct-ligation，BDL)的肝損傷的大鼠模型中，被證明可以通過兩種不同的途徑改善門脈高壓。在這兩種模型中，OCA相關的治療可激活FXR下游信號通路，并通過降低肝內總血管阻力而降低門脈壓力[22]。

(三)腸道菌群與肝硬化相關并發(fā)癥

1. 自發(fā)性細菌性腹膜炎 由于從腸道易位的細菌是腹水的主要定植菌，因此，小腸細菌過度增生(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)和細菌易位(bacterial translocation，BT)是自發(fā)性細菌性腹膜炎(Spontaneous bacterial peritonitis，SBP)的基礎。通過對肝硬化患者腹水培養(yǎng)結果的分析，腹水中存在克雷伯氏菌、大腸埃希菌、肺炎球菌、鏈球菌等革蘭陽性和革蘭性菌占據約半數(shù)[23]。此外，有研究認為[24]，在肝硬化腹水的小鼠模型中，OCA已被證明可以減少細菌易位和腸道炎癥。因此，對BAs信號的調節(jié)可能是通過對微生物的作用，進一步調節(jié)門脈高壓的一個新靶點。另有研究表明[25]，Child-Pugh評分相同的患者腹水中的微生物組成和中性粒細胞計數(shù)相似，進一步加強了腸肝軸改變與病情進展的密切聯(lián)系。

2. 肝性腦病 血氨水平的升高被認為是肝性腦病(Hepatic encephalopathy，HE)的主要致病機制之一，而腸道是產生氨的主要場所，由小腸腸細胞的谷氨酰胺分解代謝而來。有研究認為[26]，肝硬化并發(fā)HE的患者，其腸道內存在特定的菌屬，如產堿桿菌科、紫單胞菌科、腸桿菌科等均與腸道的炎癥程度有關。此外，伴有輕微肝性腦病及顯性肝性腦病的肝硬化患者，其血清IL-6、IL-18、TNF-α及其他細胞因子水平顯著高于沒有肝性腦病的其他認知功能障礙的患者。最近的研究表明[27]，在一些輕型HE患者中，血清檢出細菌DNA者比未檢出者其神經認知評分更差，但可以通過乳果糖改善其認知功能。

3. 門靜脈血栓 門靜脈血栓(Portal vein thrombosis，PVT)也是肝硬化患者較常見的并發(fā)癥，其患病率為0.6%～16%，在一些等待肝移植的患者中，其比例高達26%[28]。腹部血管的炎癥活動可能與PVT的成形有關。而在肝硬化患者門靜脈循環(huán)血栓形成前，BT和內毒素血癥的作用已經形成且在早期得到證實。在最近的一項研究中[29]，評估了肝硬化合并或不伴有PVT的患者血清連蛋白和內毒素水平，但兩組之間沒有顯著差異。這一結論增加了腸道炎癥在PVT發(fā)病機制中作用的不確定性，仍需要進一步的研究。

四、肝硬化的腸道微生態(tài)防治

(一)抗生素 早期的一些臨床模型表明，利福昔明治療改善了微生物群落的組成和功能。但是一些臨床研究在治療終點上并未顯示其存在顯著差異。Bajaj等[30]的一項研究顯示，接受利福昔明治療的肝硬化患者，盡管微生物群組成略有變化，但內毒素血癥較少，認知能力也有所改善。該研究還顯示，利福昔明治療增加了血清脂肪酸代謝產物，改變了膽汁酸組成，促進了抗炎狀態(tài)。

(二)益生元和益生菌 益生元作為一種非消化性低聚糖，能選擇性地促進有益菌生長以提高定植抗力，抑制潛在致病菌的生長。臨床中較為常見的益生元包括乳果糖、果寡糖、乳梨糖等。早期的研究認為，乳果糖作為瀉藥，除了增加排便量，還能酸化腸道環(huán)境和修飾結腸菌群。微生物群的這種潛在改變可能導致產生尿素酶的細菌被不產生尿素酶的乳酸桿菌取代，從而減少潛在毒性短鏈脂肪酸的形成。雖然乳果糖被廣泛應用于臨床，但沒有研究清楚地表明乳果糖會導致微生物群落組成或功能的顯著變化。益生菌作為調節(jié)人體內微生態(tài)平衡的菌種制劑，特別是乳糖發(fā)酵乳酸桿菌和雙歧桿菌能起到修復腸道菌膜屏障，提高腸道定植抗力，調節(jié)全身免疫等功能。目前益生菌與益生元已廣泛應用于HE的治療及臨床實驗。在一些研究中[31-32]，乳桿菌鼠李糖GG聯(lián)合VSL#3益生菌的組合與安慰劑相比能明顯改善內毒素血癥、內皮功能障礙以及優(yōu)化膽汁酸池組成。

(三)FMT(糞菌移植) 糞菌移植(fecal microbia transplantation，F(xiàn)MT)作為腸道菌群重建的核心方法，近年受到廣泛關注。目前已經成為復發(fā)性或復雜性艱難梭菌感染腹瀉的標準療法之一[33]。此外，F(xiàn)MT的應用也從胃腸道疾病擴展到胃腸道外疾病，包括抑郁癥、帕金森、膿毒血癥相關腦病等，這些資料都提示FMT是一種安全性和耐受性良好的治療策略。近年也有少數(shù)FMT用于治療慢性肝病的研究，包括慢性HBV感染、酒精性肝病、肝性脊髓病等。這些小樣本研究結果均提示，F(xiàn)MT有望成為慢性肝病病原治療和合并癥治療的新策略。

五、展望

為了深入研究肝硬化患者腸道菌群，李蘭娟院士團隊建立了一個包括98例肝硬化患者和83名健康對照者的新的腸道基因目錄(肝硬化目錄)。并與之前建立的MetaHIT和T2D22基因目錄進行比較，對現(xiàn)有基因集的局限性起到了很好的更新及補充[34]，這為開發(fā)新型益生菌開辟了道路。通過調節(jié)微生物群間的平衡，可能會為肝硬化的治療開辟新的途徑。在未來，最具挑戰(zhàn)的工作將是尋找經濟而精準的腸道測序新方法以及如何評估患者腸道屏障與菌群易位，從而更好地構建預防和管理肝臟疾病及其并發(fā)癥的策略。