腸道菌群與慢性肝病

戴婷婷 李蘭娟

浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院傳染病診治國家重點實驗室，國家感染性疾病臨床醫(yī)學研究中心，感染性疾病診治協(xié)同創(chuàng)新中心 (浙江 杭州， 310003)

腸道菌群在健康人體消化、代謝、免疫等過程中發(fā)揮了重要作用。自美國提出人體微生物組學計劃以來，腸道菌群研究已經成為了研究熱點。許多疾病與腸道菌群的組成和功能的改變有關，例如炎癥性腸病、腸易激綜合征、自身免疫性疾病、代謝綜合征、精神疾病等[1]。通過解剖學和功能上的相互作用，肝臟與腸道關系密切，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群在肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色。

1 腸道菌群

人體腸道有1 000多種、數(shù)萬億個細菌，絕大多數(shù)屬于擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)和放線菌門(Actinobacteria)[2]。擬桿菌門主要包括擬桿菌屬、普氏菌屬和木桿菌屬；厚壁菌門主要包括梭狀芽孢桿菌屬、乳酸桿菌屬和瘤胃球菌屬、以及產丁酸鹽的Eubacterium、Fecalibacterium和Roseburia。此外，腸道中也有一些真菌種類，比如念珠菌屬、酵母菌屬等[3]。在正常生理狀態(tài)下，腸道菌群與人體保持共生關系，不但不會致病，還是人體不可或缺的一部分，在消化吸收、合成維生素、膽汁酸代謝、抗外來菌定植、誘導先天性免疫等方面發(fā)揮著至關重要的作用[4]。腸道菌群容易受飲食、性別、年齡、藥物、遺傳和環(huán)境等許多因素的影響。通過免疫系統(tǒng)、膽汁酸代謝、上皮內免疫細胞釋放抗菌肽，人體可以調節(jié)腸道菌群的數(shù)量、分布、組成和活性以保持一個動態(tài)平衡狀態(tài)[5]。病理狀態(tài)下，人體腸道菌群失調，主要表現(xiàn)為菌群多樣性降低、有益菌的減少和潛在致病菌的增多，這可能導致疾病或加重疾病進程[6]。

2 腸-肝軸

腸-肝軸是指腸道及其微生物與肝臟之間通過門靜脈、膽道以及膽汁分泌系統(tǒng)建立起的雙向關系。肝臟70%的血供來源于門靜脈，門靜脈的血供大多來源于胃腸道，因此，肝臟容易暴露于消化道來源的細菌、細菌的病原體相關分子模式(PAMPs)及細菌消化代謝產物。因此，正常的腸道屏障是人體與腸菌共生的重要基礎。腸屏障包括黏液屏障、共生微生物、上皮細胞和免疫屏障[7]。其中，共生微生物通過抗病原體定植和產生有益代謝產物來增強腸道屏障，比如腸菌代謝產生短鏈脂肪酸(SCFAs)可以通過控制調節(jié)性T細胞的分化、巨噬細胞的殺菌活性來增強腸道免疫屏障[8]。此外，黏液屏障的組成也受到腸道菌群的影響[9]。

慢性肝病患者存在腸道菌群失調和腸道屏障功能障礙，過度生長的細菌及其代謝產物穿透腸屏障進入門脈系統(tǒng)，觸發(fā)內毒素血癥，在肝庫普弗細胞和其他免疫細胞中引起炎癥反應，在肝星狀細胞中引起纖維化反應。

3 腸道菌群與慢性肝病相互關系的研究

腸-肝軸對許多慢性肝病的發(fā)生發(fā)展都有影響，例如慢性病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、肝硬化和肝細胞癌。許多研究證實了腸道菌群的改變是慢性肝病患者腸-肝軸紊亂的基礎，并且與疾病的嚴重程度和預后相關。

3.1 慢性乙型肝炎和慢性丙型肝炎 乙型肝炎病毒(HBV)感染在中國影響9 000萬人，是肝硬化和肝癌的主要病因[10]。感染時的年齡是影響HBV感染后免疫反應的重要因素，嬰幼兒時期感染HBV更容易發(fā)展為慢性肝炎。有研究證實，成熟腸道菌群的建立會顯著影響肝臟免疫反應，從而影響病毒清除率[11]。在長期抗病毒治療后，糞菌移植重建腸道微生物群可在HBeAg陽性患者中誘導HBeAg清除、降低病毒載量并改善肝功能[12]。由此可以推斷出腸道菌群參與了HBV免疫清除過程，但具體機制尚不清楚。此外，在HBV感染的不同病程中，HBV攜帶者的腸道菌群表現(xiàn)出特異性，提示HBV攜帶者的菌群變化可能在人體與病毒的斗爭中發(fā)揮積極作用[13]。最近一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn)HBeAg血清轉化與獨特的腸道菌群特征相關，并通過隨機森林法構建了預測模型，有潛力成為口服抗病毒治療開始前HBeAg血清轉化的臨床預測指標[14]。

在慢性乙型肝炎(CHB)患者中檢測到腸道菌群的組成和機構的變化。CHB患者的雙歧桿菌和腸桿菌的數(shù)量比值(B/E值)明顯降低，這是因為CHB患者的雙歧桿菌和乳酸菌含量明顯減少[15]。B/E值作為衡量人體腸道微生物定植抗力的指標，可用來評估肝損傷的嚴重程度[15]。此外，CHB患者擬桿菌門細菌豐度較高，而大多數(shù)擬桿菌門細菌屬于革蘭氏陰性菌，這可能與以血清LPS濃度升高為特征的代謝性內毒素血癥有關，從而促進肝病發(fā)展[6]。

慢性丙型肝炎(CHC)是肝硬化、肝癌的另一主要原因。與CHB患者相比，對CHC患者腸道菌群的研究較少。CHC患者的腸道菌群變化主要表現(xiàn)為腸桿菌科和擬桿菌門的增多，以及厚壁菌門的減少。與健康對照相比，CHC患者腸道菌群多樣性顯著降低，韋榮球菌屬、乳酸桿菌屬、鏈球菌屬和Alloprevotella屬的相對豐度顯著增高，其中，乳酸桿菌屬與肝纖維化進展呈正相關[16,17]。

3.2 酒精性肝病 長期過度飲酒會導致酒精性肝病(ALD)。腸道菌群被認為是ALD所致肝損傷嚴重程度的關鍵因素[18]。酒精及其代謝物通過破壞腸上皮內的緊密連接直接導致腸通透性增加，還能導致腸道內細菌過度生長并影響腸道菌群結構[19,20]。酗酒與產生丁酸的梭狀芽孢桿菌含量減少和促炎癥反應的腸桿菌含量增加有關[21]。在戒酒后，無酒精性肝炎患者的腸道菌群變化可以得到改善[22]。與無酒精性肝炎的酒精依賴患者相比，嚴重酒精性肝炎患者腸道內雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、腸桿菌屬的數(shù)量明顯增加而奇異菌屬的數(shù)量呈減少趨勢，具有抗炎作用的柔嫩梭菌和普拉梭菌顯著減少[23]。

此外，酒精依賴患者的真菌多樣性也明顯減少，白色念珠菌含量增加[24]。進一步的研究表明，白色念珠菌分泌的念珠菌素可直接導致肝損傷，并可以獨立于骨髓來源細胞上的β-葡聚糖受體CLEC7A來加劇乙醇誘導的肝損傷，與酒精性肝炎的嚴重程度和死亡率相關[25]。在動物實驗中，抗真菌治療可減少酒精引起的腸道真菌感染及血漿1,3-β-d-葡聚糖水平[24]，為酒精性肝病的臨床診治提供了新思路，但需要進一步的研究。

3.3 非酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝炎 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是甘油三酯在肝細胞中積累的結果，被認為是代謝綜合征的肝病表現(xiàn)，約有20%的NAFLD患者會發(fā)展成非酒精性脂肪性肝炎(NASH)[1]。越來越多的證據(jù)支持腸道菌群在NAFLD發(fā)生發(fā)展中的作用。例如，缺乏腸道菌群的小鼠對飲食誘發(fā)的肥胖癥和肝脂肪變性具有抵抗力，表明腸道菌群與宿主脂質代謝密切相關[26,27]。在比較NAFLD、NASH與健康人之間的腸道菌群組成的幾項研究中，結果并不完全一致。在一致的變化中，NAFLD和NASH患者的腸道菌群特征存在重疊：在門水平，變形菌門增加；在科水平，腸桿菌科增加，Rikenellaceae和瘤胃菌科減少；在屬水平，Dorea增加，Anaerosporobacter、Coprococcus、Faecalibacterium減少[28]。腸道菌群含量與脂肪肝疾病有關的潛在機制主要與細菌的代謝及產內源性酒精增加相關[29,30]。

肝活檢是診斷NAFLD的金標準，但因其有創(chuàng)性不作為常規(guī)篩查手段。一項前瞻性研究通過建立由37種腸道細菌組成的隨機森林分類器模型，開發(fā)了一種準確識別肝纖維化不同階段的新方法[31]。研究表明，瘤胃菌科的豐度降低以及韋榮球菌科的富集與肝纖維化有關[32-34]。有趣的是，在非肥胖型NAFLD患者中，腸道細菌分類群和糞便代謝產物與嚴重纖維化的相關性比肥胖型NAFLD患者更加密切[34]。

總之，腸道菌群有可能成為評估NAFLD嚴重程度、檢測肝纖維化甚至預測肝硬化的非侵入性生物標記物[35]。

3.4 肝硬化 肝硬化是常見慢性肝病進程中的終末階段。肝硬化患者腸蠕動減少，胃酸及胰膽汁分泌減少，以及門脈高壓性腸病均會破壞正常腸道菌群結構，腸內細菌過度生長、細菌易位導致全身性炎癥和內毒素血癥[36]。相比健康對照組，肝硬化患者腸道菌群多樣性下降，擬桿菌門的相對豐度顯著降低，而變形菌門和梭菌門高度富集，頰源的韋榮球菌屬和鏈球菌屬的水平升高，表明腸道中口腔菌群的增加可能與肝硬化相關[37,38]。

諸多研究表明，腸菌豐度可能是預測肝硬化嚴重程度及不良預后的有效生物標志物。肝硬化失調率(CDR)被用來定義肝硬化患者中有益的毛螺菌科、瘤胃菌科以及有害的腸桿菌科細菌的變化。CDR隨著肝硬化嚴重程度的增加而減小[39]。在乙型肝炎肝硬化患者中，厚壁菌門/擬桿菌門比值的升高以及韋榮氏球菌屬的增多與Child-Pugh分級呈正相關[40]。最近一項研究表明，鏈球菌的相對豐度可作為評估酒精性肝硬化患者肝損傷嚴重程度的指標[41]。在肝硬化的并發(fā)癥中，肝性腦病的主要特征是高氨血癥，這可能與產生脲酶的細菌(如克雷伯氏菌和變形桿菌)產氨增加有關[38,42]，而腦功能障礙相關的神經元和星形細胞變化被證明與特定的細菌類群有關[43]。肝硬化患者的糞便和腸黏膜微生物中腸桿菌科占比增加，通過受損的腸道屏障導致自發(fā)性細菌性腹膜炎的發(fā)生[44]。

盡管肝硬化的發(fā)生與腸道菌群失衡的先后關系仍不確定，但可以確定的是，腸菌失衡可以通過激活Toll樣受體(TLR)引發(fā)炎癥反應，加重肝纖維化，從而推動肝硬化向失代償和肝衰竭發(fā)展[5,36]。因此，通過調節(jié)腸道菌群平衡來預防或輔助治療肝硬化具有重要的臨床意義。

3.5 肝細胞癌 肝細胞癌(HCC)是最常見的原發(fā)性肝癌，是全球與癌癥相關死亡的第三大常見原因[45]。大約80%的肝細胞癌與肝硬化有關。肝硬化患者腸通透性增加，肝臟暴露于細菌和PAMPs等細菌成分中。TLR激活引起的炎癥反應、慢性肝損傷和纖維化是促進慢性肝病進展為肝癌的重要因素[46]。此外，腸道菌群還可以通過調節(jié)膽汁酸代謝和免疫應答促進肝癌的發(fā)展[47,48]。研究者發(fā)現(xiàn)肝癌患者腸道菌群及循環(huán)微生物組的特征[49]，在肝癌早期診斷中具有應用潛力[45,50]。與肝硬化患者相比，伴有肝硬化的早期肝癌患者糞便微生物多樣性增加，與健康對照相比，肝癌患者腸道中產丁酸鹽的細菌屬減少而產脂多糖的細菌屬增加[45]。丁酸鹽可以通過抑制ERK1/2、激活p38 MAPK來發(fā)揮抗炎作用，此外，動物研究證明補充丁酸鹽可以逆轉特定膽汁酸(如β-鼠膽酸和脫氧膽酸)的失衡[51]。

研究證明，腸道菌群和TLR4通過增加細胞增殖和抑制細胞凋亡來促進HCC的發(fā)展[46]。最近的一項機制研究發(fā)現(xiàn)，腸菌失調促進肝癌發(fā)生發(fā)展可能與核苷酸結合寡聚化結構域2(NOD2)有關。當腸源性PAMPs易位至肝臟，革蘭陰性菌和革蘭陽性菌的胞壁酰二肽(MDP)被NOD2感知，以RIP2依賴性方式激活NF-κB，JAK2/STAT3和MAPK途徑觸發(fā)促炎反應，此外，活化的NOD2觸發(fā)核自噬途徑促進核纖層蛋白A/C(Lamin A/C)的降解，肝細胞的DNA修復能力受損，基因組不穩(wěn)定性增加，從而增加了致癌作用[52]。

腸道菌群在肝癌發(fā)生發(fā)展的作用意味著腸道菌群可能是輔助診斷和治療肝癌的潛在靶標。

4 靶向腸道菌群的治療策略

越來越多的研究表明靶向人體腸道微生態(tài)的治療手段在預防、治療肝臟疾病方面具有一定的潛能。應用微生態(tài)制劑、糞便菌群移植、利福昔明以及作用于膽汁酸信號傳導途徑的治療有助于重建腸道微生態(tài)平衡，防止細菌移位和炎癥反應。

4.1 微生態(tài)制劑 微生態(tài)制劑按所包含成分的屬性分為益生菌、益生元、合生元。益生菌是直接增加對宿主代謝有益的某些細菌，可調節(jié)和維持腸道穩(wěn)態(tài)。乳桿菌和雙歧桿菌是常見的益生菌種。對患有ALD、NAFLD和肝硬化的患者應用益生菌可改善疾病嚴重程度的直接或間接指標[53-55]。益生元是有助于腸道有益菌生長的物質，例如果聚糖、低聚果糖和低聚半乳糖。乳果糖是臨床上常用的一種益生元，除了通便功能，還可以通過增加潛在有益菌來改善高氨血癥，逆轉最小型肝性腦病(MHE)[56]。

益生菌的有益作用通常是物種特異性的甚至是菌株特異性的[57]，因此，開發(fā)適用于慢性肝病患者的益生菌種十分重要。經過多年的深入研究，李院士團隊在新菌株開發(fā)和安全性研究方面取得了一定的成果。唾液乳桿菌LI01是從健康志愿者糞便中分離出的菌株，被證明具有改善肝功能、保護腸道屏障、減輕肝纖維化的作用，是一種有潛力作為預防或治療肝硬化和肝衰竭的益生菌株[58-61]。

不同病因、不同嚴重程度的肝病患者腸道菌群結構及數(shù)量變化不同，選擇何種益生菌、何種劑量和療程尚不明確，故需個體化治療。

4.2 糞便菌群移植 慢性肝病患者腸菌變化復雜，僅依靠一種或幾種益生菌治療可能存在局限性。糞便菌群移植(FMT)是一種重建腸道菌群組成的根本方法。早在公元4世紀，我國就有了用糞便治療疾病的相關記載[62]。目前FMT被認為是難治性艱難梭菌感染的最佳治療方法。在科學研究中，將健康或患病人群的腸道菌群移植到小鼠模型中已經成為研究腸菌在疾病發(fā)病機制中的一種新方法。

一些小型的臨床試驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT具有減輕肝病患者癥狀和改善預后的潛力[63-65]，F(xiàn)MT改善腸道微生態(tài)的作用可能是通過直接改變腸菌組成、轉移宿主代謝表型、改善腸黏膜屏障功能[23,66]。然而，相關文獻報道了在接受FMT后因耐藥菌轉移導致的死亡病例[67]，因此必須加強對供體的篩選，以最大程度地減少風險，同時，對于腸道屏障受損嚴重的肝病患者，如肝硬化患者，應充分衡量FMT的益處和風險。此外，受體的腸道菌群可能通過影響供體腸菌的定植而影響FMT治療效果，因此有必要在移植前對受體的腸道微生物組進行充分的分析以提高FMT成功率[68]。目前多項對FMT治療慢性肝病(包括NAFLD、肝硬化)的臨床試驗正在進行中[69-71]，以進一步研究該技術的療效和安全性。

4.3 利福昔明 利福昔明是一種不可吸收性的口服廣譜抗生素，能夠選擇性凈化腸道從而減少細菌易位，發(fā)揮降低內毒素和抗炎作用，且不易誘導細菌耐藥性，常被用來預防肝性腦病，其有效性和安全性已通過大型隨機臨床試驗證明[72]。此外，利福昔明的腸道去污作用可減少肝硬化患者自發(fā)性細菌性腹膜炎的發(fā)生[73]。研究表明，盡管在接受利福昔明治療后韋榮球菌屬和鏈球菌屬的相對豐度有所降低，腸道菌群的整體結構并不受到影響[74]，其藥理作用可能涉及對腸道菌群代謝功能的影響[75]。

4.4 作用于膽汁酸信號傳導途徑的治療 由于膽汁酸穩(wěn)態(tài)失調與NAFLD相關，作用于膽汁酸信號傳導途徑的靶向治療手段成為慢性肝病的潛在療法[76]。膽汁酸穩(wěn)態(tài)的主要調節(jié)劑是法尼醇X受體(FXR)，腸道中升高的膽汁酸水平會激活FXR，誘導成纖維細胞生長因子19(FGF19)的轉錄，F(xiàn)GF19轉運到肝臟中抑制膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)的表達，從而降低膽汁酸的合成[77]。

FXR激動劑奧貝膽酸目前被用于治療原發(fā)性膽源性膽管炎[78]，在減少肝纖維化方面也具有一定的功效。目前尚無FDA批準的用于NAFLD治療的藥物，奧貝膽酸是治療NAFLD的最有希望的方法之一，一項使用奧貝膽酸治療NASH的臨床試驗將進一步研究其安全性[79]。研究發(fā)現(xiàn)，奧貝膽酸會導致腸道菌群發(fā)生改變，提示奧貝膽酸的部分積極作用可能由調節(jié)腸道菌群來介導[80]。最近的一項研究表明接受FGF19類似物Aldafermin治療的NASH患者腸道菌群的豐富度和多樣性均較為穩(wěn)定，肝臟炎癥和纖維化也得到了改善[81]。

5 結語

腸道菌群在人類疾病中的作用目前仍是研究熱點。越來越多的研究證實腸道菌群在慢性肝病中的潛在臨床應用，包括用作協(xié)助診斷和評估肝損傷程度的非侵入性生物標志物以及作為預防或治療的靶點。然而，在對腸道菌群與慢性肝病的研究中還面臨以下挑戰(zhàn)和局限性：①橫斷面研究僅顯示腸道菌群與肝病發(fā)展之間的相關性，腸菌失衡是肝病發(fā)生發(fā)展的原因還是疾病狀態(tài)的一種反映，目前仍未知曉，需要進一步的前瞻性研究和干預研究提供依據(jù)。②目前大多數(shù)研究使用糞便菌群作為腸道菌群的替代物，研究表明，糞便微生物群和結腸黏膜相關微生物群存在差異[82]，然而，腸黏膜樣品不容易獲得。③相關研究證實真菌、病毒與慢性肝病存在關聯(lián)，但目前的腸道微生物組研究幾乎集中在腸道細菌上。④腸道菌群容易受到環(huán)境、遺傳、行為習慣等因素的影響，需要進一步開展多種族、長時間、多中心的大型研究和更好的匹配對照來研究腸道菌群和特定疾病之間的關聯(lián)。