腸道菌群與肝性腦病的關(guān)系及其治療措施研究進(jìn)展

李變玲，黃會(huì)芳，王曉陽(yáng)，嚴(yán)微

1山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，太原 030001；2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院消化內(nèi)科，太原 030001

肝性腦病(hepatic encephalopathy，HE)是各種急、慢性肝病患者終末期的急危重癥，其發(fā)生往往提示預(yù)后較差，是導(dǎo)致肝病患者死亡的重要原因。HE涉及的病理機(jī)制較為復(fù)雜，確切的機(jī)制仍不明確。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們一直認(rèn)為高氨血癥是HE發(fā)病的最重要機(jī)制[1]。但近年來(lái)隨著微生態(tài)學(xué)研究的深入，已證實(shí)在腸黏膜屏障功能減退及免疫功能障礙的前提下，腸道菌群失調(diào)可促進(jìn)或加劇HE的發(fā)展[2]。既往針對(duì)HE的治療，臨床多推薦應(yīng)用乳果糖、利福昔明等降低血氨水平[3]。目前基于腸道菌群失調(diào)的治療在改善HE預(yù)后、減輕并發(fā)癥等方面也發(fā)揮了不可或缺的作用[4-6]。本文就HE與腸道菌群的關(guān)系，以及對(duì)HE的治療措施進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群與HE的關(guān)系

1.1 HE概述 HE是各種急、慢性肝病和(或)門體靜脈分流引發(fā)的一系列循序性進(jìn)展的神經(jīng)精神異常的臨床癥候群。目前的流行病學(xué)數(shù)據(jù)分析提示，肝硬化是HE的主要病因，30%～45%的肝硬化患者會(huì)并發(fā)HE[7]。HE患者可進(jìn)行性地出現(xiàn)一系列以神經(jīng)認(rèn)知癥狀為主的異常變化，從行為的細(xì)微變化、運(yùn)動(dòng)障礙、睡眠障礙、嗜睡、定向障礙，到最終的深度昏迷。West-Haven HE分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將HE分為0～4級(jí)。也有專家認(rèn)為，0級(jí)輕微肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)及1級(jí)HE應(yīng)統(tǒng)稱為隱匿性HE；出現(xiàn)不同程度精神異常及神經(jīng)異常的2～4級(jí)HE應(yīng)統(tǒng)稱為顯性HE(overt hepatic encephalopathy，OHE)[8]。有研究報(bào)道，慢性肝病患者進(jìn)展為HE者，其1年內(nèi)生存率小于50%，3年病死率高達(dá)75%以上[9]。MHE在肝硬化患者中的發(fā)生率為30%～84%[10]。MHE發(fā)生率差異大的原因可能是各項(xiàng)研究選取的診斷標(biāo)準(zhǔn)不一，患者年齡、受教育程度、酒精性肝病等影響了智力測(cè)驗(yàn)結(jié)果，還可能與MHE患者臨床癥狀隱匿、臨床醫(yī)師不夠重視有關(guān)[11-12]。

1.2 HE患者腸道微生物分布特征 腸道內(nèi)微生物在各種不利因素的影響下，有利菌群、條件致病菌及有害菌在數(shù)量、種類、比例及生物活性等方面發(fā)生變化，稱為腸道菌群失調(diào)，發(fā)生率高達(dá)2%～3%[13]。Chen等[14]率先使用焦磷酸測(cè)序16S rRNA V3區(qū)域及實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)來(lái)鑒定肝硬化患者的糞便微生物群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康人相比，肝硬化患者的糞便微生物多樣性發(fā)生了明顯變化，主要表現(xiàn)為：在門水平上，肝硬化患者擬桿菌門的相對(duì)豐度明顯降低(47.0%vs. 59.9%，P=0.008)，而變形桿菌及梭桿菌門則高度富集(9.5%vs. 2.8%，2.8%vs. 0.2%，P<0.01)；在科水平上，肝硬化患者的腸桿菌科、巴氏桿菌科、梭菌科也呈現(xiàn)出明顯的富集趨勢(shì)(6.2%vs. 1.2%，1.7%vs. 0.1%，2.7%vs.0.2%，P<0.01)；在屬水平上，桿菌屬在肝硬化患者中占據(jù)了主要優(yōu)勢(shì)(7.7%vs. 1.9%，P=0.001)；表明肝硬化患者糞便微生物中潛在致病菌逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而正常的腸道有益菌明顯減少，可能會(huì)影響肝硬化患者的預(yù)后。Sarangi等[15]研究發(fā)現(xiàn)，肝硬化患者腸道菌群中擬桿菌、變形桿菌的豐度增加且存在聚集現(xiàn)象，而厚壁菌門、黏膠球形菌門豐度呈下降趨勢(shì)，與健康組相比有明顯差異。Zhang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，在合并與不合并MHE的肝硬化患者中，腸道菌群中的鏈球菌科、韋榮氏菌科等潛在致病菌有過(guò)度富集的趨勢(shì)；該研究還在肝硬化患者的腸道菌群中檢測(cè)到唾液鏈球菌，且合并MHE的肝硬化患者唾液鏈球菌的豐度明顯高于不合并MHE的肝硬化患者，同時(shí)唾液鏈球菌計(jì)數(shù)與MHE患者的血氨水平呈正相關(guān)。

1.3 腸道菌群代謝產(chǎn)物與HE發(fā)病機(jī)制的關(guān)系 近年來(lái)大量研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群代謝產(chǎn)物(氨、短鏈脂肪酸、膽汁酸等)通過(guò)腸-腦軸雙向通路在HE發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們一致認(rèn)為血氨水平升高對(duì)大腦的不良反應(yīng)是HE的發(fā)病機(jī)制。高氨血癥主要是由腸道中產(chǎn)脲酶的革蘭陰性桿菌或厭氧菌分解胺、氨基酸、嘌呤及尿素所致。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，MHE患者腸道中的鏈球菌及韋榮氏球菌增加，且它們的脲酶活性增強(qiáng)，促使高氨血癥形成。此外，由于HE患者肝臟功能受損，對(duì)門靜脈中血氨、內(nèi)毒素等有毒物質(zhì)的清除能力下降，在血腦屏障功能減退的情況下，大量氨彌散進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與谷氨酸結(jié)合生成谷氨酰胺，阻斷神經(jīng)結(jié)構(gòu)之間的傳導(dǎo)，影響神經(jīng)元的正常生理功能；同時(shí)，升高的血氨可抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)酶的活性及功能，增加血腦屏障的通透性，進(jìn)一步形成惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致異常的神經(jīng)精神行為[18-20]。

腸道菌群可降解膳食纖維，產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFA)[21]，其中丁酸作為結(jié)腸細(xì)胞的能源物質(zhì)被局部消耗，而其他被吸收的SCFA排入門靜脈，因?yàn)楸嵩诟闻K中代謝，因此只在外周循環(huán)中以低濃度存在，從而使得乙酸成為外周循環(huán)中含量最豐富的SCFA，它們可以通過(guò)血腦屏障調(diào)節(jié)大腦發(fā)育及神經(jīng)遞質(zhì)合成，從而影響小膠質(zhì)細(xì)胞的成熟及功能[22-23]。腸道產(chǎn)生的大量SCFA作為游離脂肪酸受體(FFAR)2及FFAR3的激動(dòng)劑，與同源自由脂肪酸受體結(jié)合，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的生理功能[24]。Frost等[25]研究發(fā)現(xiàn)，乙酸可以穿過(guò)血腦屏障，觸發(fā)胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)、肽YY(PYY)和其他腸道激素的產(chǎn)生及釋放，從而刺激宿主產(chǎn)生飽腹感以降低食欲。SCFA中的丁酸可上調(diào)腸黏膜屏障中緊密連接蛋白的表達(dá)，包括claudin-2、occludin、cinglin以及zonula occludens (ZO)-1、ZO-2蛋白，還可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與claudin-1啟動(dòng)子之間的聯(lián)系，增加腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)激活的蛋白激酶(AMPK)活性，減少了細(xì)菌易位[26]。采用16S rRNA測(cè)序技術(shù)對(duì)小鼠腸道菌群進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸中能產(chǎn)生大量SCFA的毛螺菌科及瘤胃球菌科呈現(xiàn)富集狀態(tài)[27]。多不飽和脂肪酸是大腦的重要組成部分，影響大腦的發(fā)育和神經(jīng)傳遞。多不飽和脂肪酸可調(diào)節(jié)腸道菌群，而一些乳酸桿菌及雙歧桿菌等腸道有益菌也能影響大腦多不飽和脂肪酸的含量，從而影響大腦及行為。在HE發(fā)病過(guò)程中常存在門靜脈高壓，從而使腸道長(zhǎng)期處于淤血狀態(tài)，產(chǎn)生SCFA的菌群豐度減少，細(xì)胞間的緊密連接受到影響，腸道通透性增加，導(dǎo)致腸道中的致病菌移位及大量代謝產(chǎn)物進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡、小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙，最終導(dǎo)致記憶力下降、行為異常及運(yùn)動(dòng)障礙[28-29]。Ahluwalia等[30]通過(guò)多模式腦磁共振波譜法(MRS)評(píng)定腸道內(nèi)的特定細(xì)菌對(duì)腦功能星形膠質(zhì)細(xì)胞及神經(jīng)細(xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)與健康人及無(wú)HE的肝硬化患者相比，合并HE的肝硬化患者葡萄球菌科、腸球菌科、卟啉單胞菌科及乳酸菌科的豐度較高，而螺菌科及瘤胃菌科的豐度較低。但腸道菌群來(lái)源的單鏈脂肪酸與HE發(fā)病機(jī)制的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。

眾所周知，膽汁酸是人體膽汁的主要成分，進(jìn)入腸道中的初級(jí)膽汁酸需在腸道菌群參與下轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸[31]，同時(shí)，膽汁酸池的組成變化對(duì)腸道菌群的分布也有一定影響。膽汁酸也是人體重要的信號(hào)分子，進(jìn)入神經(jīng)系統(tǒng)中的膽汁酸可以通過(guò)法尼類X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)、鞘氨醇-1-磷酸受體(sphingosine-1-phosphate receptor，S1PR)參與HE的病理生理過(guò)程[32]。在HE疾病狀態(tài)下，膽汁酸中的疏水性膽汁酸及其綴合物通過(guò)氧化應(yīng)激導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷，并跨越血腦屏障，激活FXR，導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙[33-34]。此外，膽汁酸也可通過(guò)S1PR2信號(hào)通路影響中樞神經(jīng)元及小膠質(zhì)細(xì)胞的功能，進(jìn)而促進(jìn)HE的發(fā)生[35]。

2 HE的治療措施

2.1 微生態(tài)制劑 微生態(tài)制劑是基于微生態(tài)學(xué)原理人工合成的用于調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)的一類特殊制劑。合理劑量的微生態(tài)制劑可以調(diào)整宿主腸道微生物的數(shù)量及其菌群豐度，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群的平衡，恢復(fù)正常的腸道屏障功能與防御能力。在臨床工作中，廣泛應(yīng)用的微生態(tài)制劑主要包括以下3類：為腸道提供有益菌的益生菌、提供有益菌生長(zhǎng)代謝所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的益生元以及兩者結(jié)合的合生元。

益生菌通過(guò)活性細(xì)菌的直接作用來(lái)改善腸道菌群的結(jié)構(gòu)而發(fā)揮療效，是臨床實(shí)踐中應(yīng)用最多的微生態(tài)制劑。益生菌可以通過(guò)增加有益菌的豐度及數(shù)量恢復(fù)腸道菌群平衡。Liu等[36]通過(guò)對(duì)MHE患者糞便樣品進(jìn)行定量細(xì)菌學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，MHE患者的腸道菌群嚴(yán)重紊亂，表現(xiàn)為潛在致病性大腸埃希菌及葡萄球菌大量繁殖，予以益生菌治療1個(gè)月后，這兩種過(guò)度生長(zhǎng)菌群的活菌數(shù)量顯著減少，降至健康對(duì)照組水平，同時(shí)產(chǎn)生非脲酶的乳酸桿菌的數(shù)量顯著增加。Marlicz等[37]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用益生菌治療后，HE患者腸道菌群中的有益菌乳酸桿菌豐度增加，而機(jī)會(huì)致病菌腸桿菌科的比例有所下降，且血氨水平及OHE的發(fā)生率均顯著降低。近期Xia等[38]發(fā)表的一篇臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)通過(guò)定量PCR檢測(cè)了MHE患者糞便菌群的情況，證實(shí)益生菌治療組患者腸道內(nèi)梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬等有益菌增加，而腸球菌屬、腸桿菌科等機(jī)會(huì)致病菌顯著減少，提示益生菌可通過(guò)改善腸黏膜的超微結(jié)構(gòu)及通透性來(lái)減少細(xì)菌易位，進(jìn)而恢復(fù)腸黏膜的屏障能力。Xia等[38]通過(guò)對(duì)67例乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)引起的肝硬化伴發(fā)MHE患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)益生菌治療3個(gè)月后，治療組患者的內(nèi)毒素水平顯著低于對(duì)照組[(0.27±0.16) EU/mlvs.(1.38±0.32) EU/ml，P=0.002]，D-乳酸鹽水平也低于對(duì)照組[(5.38±1.23) mg/mlvs. (25.76±6.14) mg/ml，P=0.014]，表明益生菌可以改善MHE患者腸黏膜的通透性，此外，二胺氧化酶水平明顯降低[(1.84±0.46) U/mlvs. (7.35±1.29) U/ml，P<0.001]，表明益生菌可以恢復(fù)MHE患者的腸黏膜屏障。國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí)，益生菌可以降低HE患者的血氨水平，改善肝功能儲(chǔ)備及預(yù)后。羅蘭等[39]對(duì)109例肝硬化MHE患者以枯草桿菌二聯(lián)活菌腸溶膠囊治療1個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，益生菌能降低HE患者的血氨水平，改善Child-Pugh評(píng)分及終末期肝病模型(model of end-stage liver disease，MELD)評(píng)分，延緩HE的進(jìn)展速度。Cao等[40]開展的meta分析也證實(shí)，益生菌可降低MHE患者數(shù)字連接試驗(yàn)A(number connection test-A，NCT-A)的評(píng)分及血氨水平。Zuo等[41]利用宏基因組學(xué)方法對(duì)MHE患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，益生菌可降低梭桿菌及鏈球菌的豐度，有效提高雙歧桿菌、乳酸菌、毛螺菌及瘤胃球菌等有益菌的豐度，同時(shí)血清內(nèi)毒素、D-乳酸、血二胺氧化酶水平均下降。

2.2 乳果糖 乳果糖是一種人工合成的不被小腸吸收的雙糖，可通過(guò)酸化結(jié)腸腔并縮短胃腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間來(lái)有效減少腸道中氨的合成與吸收。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為乳果糖是臨床上降低血氨的主要藥物。Moratalla等[6]研究發(fā)現(xiàn)，乳果糖可以通過(guò)控制細(xì)菌DNA易位來(lái)降低細(xì)菌移位水平，提高M(jìn)HE患者的神經(jīng)認(rèn)知評(píng)分。Qin等[42]研究證實(shí)，接受乳果糖治療的HE患者終止服用乳果糖后，對(duì)其糞便菌群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，僅有普拉梭菌屬減少，其余菌群成分無(wú)顯著變化，由此可見，乳果糖的主要功能是改變腸道菌群。Bajaj等[43]研究發(fā)現(xiàn)，中途中斷乳果糖治療2、14及30 d后，HE復(fù)發(fā)患者的腸道菌群豐度發(fā)生改變，膽堿代謝紊亂，主要表現(xiàn)為尿氧化三甲胺水平下降，甘氨酸、血清膽堿、二甲基甘氨酸、肌酐水平升高。然而，乳果糖治療出現(xiàn)的不良反應(yīng)，包括抽筋、腹瀉及胃腸脹氣等，導(dǎo)致患者對(duì)該治療的依從性較差，過(guò)量服用還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的腹瀉、電解質(zhì)紊亂及低血容量，甚至引發(fā)HE癥狀[44]。盡管這些雙糖在過(guò)去的幾年里有很大的用處，但目前對(duì)于這一適應(yīng)證的真正療效還存在質(zhì)疑。

2.3 抗生素 利福昔明是一種在利福霉素的結(jié)構(gòu)上增加了吡啶環(huán)合成的非氨基糖苷類的衍生物，其吸收率低，很難通過(guò)胃腸道進(jìn)入循環(huán)血液，從而可抑制腸道內(nèi)的機(jī)會(huì)致病菌過(guò)度生長(zhǎng)，減少產(chǎn)氨細(xì)菌的豐度，進(jìn)而降低血氨濃度，有利于緩解HE癥狀。目前指南多推薦利福昔明聯(lián)合乳果糖治療HE[3]。Suzuki等[45]通過(guò)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，接受利福昔明治療4周后，HE患者的血氨水平顯著低于治療前(8.6 μg/Lvs. 15.7 μg/L，P<0.01)，且持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，可見長(zhǎng)期應(yīng)用利福昔明可明顯改善HE。Bruyneel等[46]對(duì)15例肝硬化復(fù)發(fā)的HE患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，利福昔明不僅可顯著降低復(fù)發(fā)HE患者的Child-Pugh評(píng)分，還可改善其認(rèn)知能力與客觀睡眠結(jié)構(gòu)。目前利福昔明的不良反應(yīng)尚未明確，仍需臨床研究進(jìn)一步論證。

2.4 菌群移植 近年來(lái)，采用菌群移植這一新型的微生物靶向療法治療HE已取得初步進(jìn)展。利用菌群移植可逆轉(zhuǎn)腸道微生態(tài)失調(diào)，增強(qiáng)腸道黏膜屏障功能[47]。Bajaj等[48]對(duì)20例門診肝硬化復(fù)發(fā)HE患者的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)治療組(乳果糖聯(lián)合利福昔明)相比，菌群移植組HE患者的認(rèn)知功能明顯改善，而住院率、病死率及感染發(fā)生率等明顯降低，此外，該研究還發(fā)現(xiàn)菌群移植增加了腸道有益菌群的豐度。也有研究證實(shí)OHE患者應(yīng)用菌群移植治療后，其血氨水平、Child-Pugh評(píng)分及MELD顯著降低[49]。但是目前移植菌群的選擇、儲(chǔ)存及給藥途徑等尚未標(biāo)準(zhǔn)化，限制了該靶向治療方式的臨床應(yīng)用及推廣。

3 總結(jié)與展望

各種終末期肝病可影響腸道內(nèi)菌群的比例，進(jìn)而促進(jìn)HE的發(fā)生發(fā)展。腸道內(nèi)有益菌、機(jī)會(huì)致病菌豐度及數(shù)量的改變，通過(guò)直接或間接的作用引發(fā)高氨血癥及內(nèi)毒素血癥，導(dǎo)致腦細(xì)胞的代謝及傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而出現(xiàn)中樞神經(jīng)功能紊亂的癥狀。作為以腸道菌群為靶點(diǎn)的治療方式，菌群移植有望成為治療HE的新手段。在未來(lái)的研究中，應(yīng)通過(guò)多基因組學(xué)方法系統(tǒng)性地分析腸道菌群功能與HE患者的相互作用，尋找參與HE發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵性菌群及其功能，并進(jìn)一步探索腸道菌群失調(diào)與HE的具體發(fā)病機(jī)制，以期為臨床治療HE提供新的理論依據(jù)。