肝衰竭與腸道屏障損害關(guān)系的研究進(jìn)展

肖玲燕，邢阿雯，譚善忠

1 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬南京醫(yī)院 a.重癥醫(yī)學(xué)科，b.中西醫(yī)結(jié)合肝病，南京 210003；2 南京中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)院·整合醫(yī)學(xué)院，南京 210023

肝衰竭是由于肝細(xì)胞大量壞死導(dǎo)致肝臟的合成、解毒、排泄和生物轉(zhuǎn)化功能受損，死亡率極高，腸功能障礙往往貫穿始終，表現(xiàn)為早期的食欲不振到后期的中毒性鼓腸[1-2]，腸黏膜屏障的破壞尤其是微生態(tài)失衡是目前的研究熱點。腸黏膜屏障是維持共生生物和食源性抗原在體內(nèi)平衡的關(guān)鍵，同時對病原生物和病原體相關(guān)分子模式產(chǎn)生宿主保護(hù)性炎癥反應(yīng)，一旦破壞則會造成全身中毒癥狀和組織損傷，是多器官功能障礙發(fā)生發(fā)展的樞紐[3]。早在1998年Marshall[4]就提出了“腸-肝軸”的概念，肝、腸胚胎時期共同起源于前腸，成熟后的肝臟和腸道通過門靜脈和膽道相互關(guān)聯(lián)，二者共同建立人體的防御系統(tǒng)且相互影響。本文綜合分析了病理狀態(tài)下肝臟與腸道屏障的相互作用，尤其是肝衰竭時腸道微生態(tài)的變化，并由此提出了可能的治療前景。

1 肝衰竭引起腸道屏障損害

肝臟承擔(dān)著全身尤其是腸道產(chǎn)物的代謝，肝衰竭患者“腸-肝軸”遭到破壞，尤其合并門靜脈高壓時，腸道血管淤血和血管新生，這兩者都會損害腸道微循環(huán)、增加腸道屏障的通透性，出現(xiàn)腸道化學(xué)屏障、機械屏障、免疫屏障及微生物屏障不同程度的損害，進(jìn)一步造成遠(yuǎn)隔器官的損傷。

1.1 化學(xué)屏障受損 化學(xué)屏障由胃酸、抗菌肽、胰島再生源蛋白Ⅲ、溶菌酶和分泌型磷脂酶A2組成，可發(fā)揮殺菌和抑菌作用[5]?？咕囊着c帶負(fù)電的微生物細(xì)胞膜結(jié)合形成孔狀結(jié)構(gòu)，胰島再生源蛋白Ⅲ可與革蘭陽性球菌的細(xì)胞膜形成六聚體，破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，達(dá)到殺菌作用。肝衰竭期間食物攝入減少導(dǎo)致胃酸、膽汁、溶菌酶、黏多糖等分泌減少，化學(xué)殺菌能力減弱，促使腸道致病菌大量繁殖。在急性肝衰竭大鼠模型中，分泌型磷脂酶A2和溶菌酶的表達(dá)減少[6]。

1.2 機械屏障受損 機械屏障包括覆蓋在腸黏膜上的黏液層，吸收性上皮細(xì)胞微絨毛上的糖被，以及與腸上皮細(xì)胞之間的緊密連接。緊密連接蛋白不同的家族成員在細(xì)胞旁路通透性的調(diào)控中功能不同，如Claudin-1在腸黏膜屏障中表現(xiàn)出封閉作用，可降低旁路通透性[7]。Xiang等[8]建立了急性肝損傷所致黏膜屏障損傷的大鼠模型，發(fā)現(xiàn)模型組大鼠回腸末端黏膜中Claudin-1表達(dá)水平明顯低于正常對照組，提示肝損傷時腸上皮細(xì)胞間緊密連接結(jié)構(gòu)的通透性增加，腸黏膜表面和膜微區(qū)緊密連接蛋白的分布明顯改變。Wang等[9]發(fā)現(xiàn)急性肝衰竭時緊密連接蛋白ZO-1和Occludin的mRNA及蛋白質(zhì)水平顯著下降，提示腸黏膜屏障破壞，而增強ZO-1和Occludin蛋白的表達(dá)可以改善腸道通透性[10]。

1.3 免疫屏障受損 腸道含有人體中最多的免疫細(xì)胞，對抗?jié)撛诘牟≡w。B淋巴細(xì)胞主要通過分泌免疫球蛋白IgA阻止共生菌越過腸道屏障[11]。Fu等[12]制造急性肝壞死小鼠模型并使用淋巴毒素β受體預(yù)處理，急性肝壞死組和預(yù)處理組小腸上皮細(xì)胞凋亡率均增加，且急性壞死組細(xì)胞黏附分子-1及免疫球蛋白表達(dá)明顯下降，預(yù)處理后細(xì)胞黏附分子和免疫蛋白的表達(dá)改善，IgA+淋巴細(xì)胞和分泌性免疫球蛋白IgA水平部分恢復(fù)。

此外，黏膜屏障功能受到來自腸道菌群和宿主免疫細(xì)胞各種信號的調(diào)節(jié)。腸上皮細(xì)胞表達(dá)多種宿主模式識別受體，包括Toll樣受體(TLR)和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域，可直接探測細(xì)菌成分。TLR通過病原體相關(guān)分子模式和內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式識別受體。其中TLR4能通過髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依賴途徑和β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-B，TRIF)依賴途徑向細(xì)胞內(nèi)傳遞信號。一旦MyD88依賴途徑被激活，下游信號分子就會進(jìn)一步被激活，從而導(dǎo)致許多炎癥介質(zhì)的釋放，包括TNFα、IL-1β和IL-18[10]。同時，TRIF依賴途徑也可以通過調(diào)節(jié)干擾素調(diào)節(jié)因子從而導(dǎo)致細(xì)胞因子和干擾素的產(chǎn)生[13]。目前TLR4已成為預(yù)防和治療肝衰竭重要的治療靶點[13]。

1.4 微生物屏障受損 腸道中細(xì)菌群體的數(shù)量十分龐大，但大多都是固定菌屬構(gòu)成，如擬桿菌門和厚壁菌門，放線菌和變形菌的數(shù)量也較多[11]，這些寄居菌參與腸道代謝及機體免疫[14]。肝衰竭時微生物屏障受損是目前的研究熱點，一方面表現(xiàn)在菌群易位，即微生物或細(xì)菌產(chǎn)物(細(xì)菌內(nèi)毒素、肽聚糖和脂肽)從腸腔遷移到腸系膜淋巴結(jié)和其他腸外部位?；罹鷱哪c腔通過腸壁向腸系膜淋巴結(jié)和其他部位易位是自發(fā)感染如菌血癥公認(rèn)的致病機制[15]，從而造成嚴(yán)重的炎癥狀態(tài)和加重血流動力學(xué)紊亂。對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的急性肝衰竭小鼠模型體內(nèi)，會發(fā)生短暫的門靜脈內(nèi)毒素血癥，其肝毒性與革蘭陰性腸道細(xì)菌感染的高發(fā)生率有關(guān)[16]。Yang等[17]用分子量為4 kDa的熒光示蹤劑FITC-右旋糖酐對急性肝衰竭小鼠灌胃，使用外翻腸囊法測定回腸黏膜通透性，結(jié)果顯示腸道通透性增加，并且證實了細(xì)菌易位進(jìn)入腸系膜淋巴結(jié)。

另一方面表現(xiàn)在肝衰竭患者存在腸道菌群的失調(diào)，這種現(xiàn)象與胃腸道蠕動減慢、胃酸分泌低、腸道免疫因子等有關(guān)。通過高通量測序可在急性肝衰竭小鼠中觀察到腸道菌群失調(diào)，尤其是回腸中微生物的過度生長，結(jié)腸中的理研菌科、擬桿菌目S24-7組的豐度顯著增加[18]。另一項對129例患者的研究[19]可以確定，螺旋菌的減少是慢加急性肝衰竭(ACLF)的一個特征，而另一個特征表現(xiàn)為巴氏桿菌數(shù)量增多，這對預(yù)測肝病患者病死率有重要意義。

2 腸道屏障損害影響肝功能

腸道是人體重要的代謝器官之一，微生物群是代謝的樞紐，微生物屏障完整性的喪失與微生物群相關(guān)分子模式的易位有關(guān)[20]。肝臟對來自腸道微生物群的化合物進(jìn)行解毒，大約75%的血液由來自腸道血流匯總的門靜脈供應(yīng)，從而使肝臟不斷地暴露于腸道微生物的成分和代謝產(chǎn)物中，尤其是腸道屏障受損時，這種現(xiàn)象尤其明顯[21]，直接進(jìn)入血液的菌群的成分或代謝產(chǎn)物通過各種機制與肝臟相互作用，加重肝細(xì)胞損傷。其中關(guān)鍵的因素包括腸道代謝能力下降導(dǎo)致的如膽汁酸代謝異常、氨清除障礙及代謝物堆積后產(chǎn)生的內(nèi)毒素血癥和炎癥風(fēng)暴，不僅直接導(dǎo)致感染、肝性腦病(HE)等并發(fā)癥增加，加重肝細(xì)胞壞死，還可能影響肝細(xì)胞再生。越來越多的研究[22-24]證明了腸道微生物組的改變與ACLF之間的相關(guān)性。不僅血漿代謝產(chǎn)物的特征與全身炎癥和ACLF密切相關(guān)，腸道微生物衍生的代謝產(chǎn)物也與ACLF有關(guān)。腸道微生態(tài)損害還導(dǎo)致其對營養(yǎng)物質(zhì)尤其是蛋白及脂肪的消化吸收能力急劇下降，影響機體儲備能力和免疫狀態(tài)，不利于肝細(xì)胞的恢復(fù)。

2.1 膽汁酸代謝異常 腸道共生菌將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，并通過腸肝循環(huán)返回肝臟。腸道吸收膽汁酸對肝細(xì)胞代謝尤為重要，尤其是膽汁酸的濃度。腸道菌群失調(diào)、腸黏膜功能紊亂引起的腸源性內(nèi)毒素血癥中促炎性細(xì)胞因子高表達(dá)，如TNFα、IL-6和 IL-1，可下調(diào)肝細(xì)胞膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白，從而導(dǎo)致膽汁淤積。膽汁酸具有潛在的肝臟毒性，膽汁酸過載會減少肝細(xì)胞再生[25]，肝切除術(shù)后膽汁酸于肝臟體積的比例急劇升高，使得剩余的肝臟中膽汁酸超載，這會導(dǎo)致破壞性的細(xì)胞毒性，導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加及細(xì)胞通透性增加[26]。

2.2 氨代謝異常 血漿代謝產(chǎn)物氨的清除在肝衰竭的發(fā)展過程中至關(guān)重要，腸道是體內(nèi)氨的最大來源，HE可能是高血氨及炎癥反應(yīng)對認(rèn)知功能障礙的協(xié)同效應(yīng)[27]。急性肝衰竭小鼠腸道菌群比例失衡[28]，由于腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌等厭氧菌數(shù)量顯著減少，使得腸腔內(nèi)乳酸產(chǎn)量減少，pH升高，氨的吸收增多而排出減少，同時革蘭陰性腸桿菌科細(xì)菌數(shù)量顯著增加，尿素分解增加，加之肝臟代謝功能降低和血腦屏障的破壞使得大量氨彌散入腦，血氨和腦氨水平升高，繼而引起腦部結(jié)構(gòu)功能異常，導(dǎo)致HE，Bajaj等[29]研究表明這些細(xì)菌與大腦認(rèn)知功能呈負(fù)相關(guān)。

2.3 脂多糖(LPS)堆積 來源于腸道革蘭陰性菌的LPS在肝臟和全身性疾病的發(fā)病機制中起重要作用，常用于誘導(dǎo)肝損傷模型以研究肝功能及肝細(xì)胞再生。肝衰竭時肝臟Kupffer細(xì)胞出現(xiàn)功能障礙、吞噬清除能力下降，或者大量的內(nèi)毒素移位超過肝臟單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的清除能力時，肝臟將會最先被攻擊，同時內(nèi)毒素會溢出進(jìn)入體循環(huán)。LPS對肝臟有直接毒性作用，同時激活固有免疫細(xì)胞，產(chǎn)生炎癥因子、趨化因子和活性氧，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，造成肝臟的損傷加重。

另一個觀點是，雖然一開始認(rèn)為LPS影響肝功能，但也有證據(jù)表明它在肝細(xì)胞再生過程中不可或缺，它可作用于肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)維持其激活狀態(tài)。當(dāng)腸道衍生的內(nèi)毒素?zé)o法到達(dá)肝臟時，小鼠的肝臟DNA合成受損[30]。無菌小鼠及LPS抵抗的小鼠可以通過給予LPS誘導(dǎo)肝細(xì)胞再生[31]，觀察到的LPS誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖可能是由于增強了肝細(xì)胞生長因子的活性，同時使用LPS和肝細(xì)胞生長因子的大鼠增加了JNK和AP-1 DNA的結(jié)合，可能上調(diào)了c-JUN和STAT3的表達(dá)。LPS能夠誘導(dǎo)大鼠肝細(xì)胞血紅素加氧酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)蛋白表達(dá)上調(diào)，該誘導(dǎo)作用呈一定的能量依賴性和時間依賴性。而HO-1可以抑制LPS誘導(dǎo)大鼠肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞損傷[32]。急性肝衰竭大鼠模型中，巨噬細(xì)胞來源的HO-1的過表達(dá)可以緩解急性肝衰竭造成的肝損傷，其機制與抑制HMGB1、IL-1β、TNFα的表達(dá)[33]和CD163/HO-1通路的激活有關(guān)[34]。

2.4 炎癥反應(yīng) 細(xì)菌易位時，大量細(xì)菌產(chǎn)物通過門靜脈系統(tǒng)到達(dá)肝臟后經(jīng)模式識別受體激活免疫系統(tǒng)，TNFα、IL-6、IL-1等促炎因子增多，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，加重組織炎癥和水腫[35]。越來越多的研究[29,36]表明，腸道菌群參與炎癥反應(yīng)發(fā)生是加重HE的重要因素。Agusti等[37]通過對HE小鼠進(jìn)行抗炎治療，降低神經(jīng)炎癥因子的水平可改善小鼠的認(rèn)知障礙，恢復(fù)運動協(xié)調(diào)。

3 治療前景

3.1 非選擇性β-受體阻滯劑 使用非選擇性β-受體阻滯劑可以通過降低門靜脈壓力和加速腸道運輸，減少細(xì)菌過度生長和易位，從而改善腸屏障[24]。

3.2 抗生素和殺菌劑 靜脈曲張破裂出血期間應(yīng)用抗生素可以改善預(yù)后[38]，也被用于失代償性肝硬化發(fā)生腹膜炎的預(yù)防性治療，其機制可能與細(xì)菌易位減少有關(guān)。目前非吸收性抗生素已經(jīng)針對腸道微生物組-肝軸來治療肝硬化相關(guān)并發(fā)癥。長期服用利福昔明防止HE復(fù)發(fā)的患者腸道微生物組成發(fā)生了顯著變化[39]。但是，抗生素也可能導(dǎo)致耐藥菌株的生長、其他病原體如艱難梭菌的擴散以及與藥物相關(guān)的毒性[40]。特定的殺菌劑可以規(guī)避常規(guī)抗生素的副作用，比如噬菌體，目前已有噬菌體成功治療多重耐藥菌感染的臨床研究和病例報告，但其風(fēng)險尚不清楚[41]。噬菌體與抗生素的聯(lián)合治療可能是一個更有效的策略。

3.3 益生菌和生物抑制劑 益生菌已被證明有利于短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，維持腸屏障完整性，改變結(jié)腸的pH值和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)[42]。益生菌對HE的治療具有臨床意義，一項隨機對照試驗[43]顯示益生菌可以減少肝臟疾病患者的住院次數(shù)，并且降低肝病的嚴(yán)重程度。另一種方法是通過給予生物抑制劑來支持有益微生物的定植、生長和功能[40]，如口服乳桿菌分泌的蛋白質(zhì)可保護(hù)小鼠免受大腸桿菌感染[44]。

3.4 膽汁酸和法尼醇X受體(FXR)激動劑 由于膽汁成分和流動對腸道微生物群有影響，肝臟疾病與腸肝膽汁酸池的轉(zhuǎn)移有關(guān)，故人工合成的膽汁酸是肝臟疾病的重要治療藥物[45]。奧貝膽酸(OCA)是一種有效的FXR激動劑，除了影響炎癥、纖維化和代謝途徑外，還可以調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝。在門靜脈高壓癥的實驗?zāi)Ｐ椭?，OCA能夠穩(wěn)定腸黏膜上皮屏障和腸血管內(nèi)皮屏障，從而減少細(xì)菌易位[46]。

3.5 糞菌移植 糞菌移植提供了很實用的方法來重建健康的腸道微生物群，早期臨床試驗[47]也顯示了它在肝硬化患者中的潛在作用，但是還需要更多的研究來確定它的長期安全性和有效性。最近已有研究[48]顯示通過糞便微生物群移植糾正腸道菌群失調(diào)可以預(yù)防HE的復(fù)發(fā)。

3.6 中藥治療 中藥治療對肝衰竭時腸道功能有明顯的改善作用?；谡摬C的益氣健脾法治療改善了HBV-ACLF患者“正虛”的狀態(tài)和“耗竭”的T淋巴細(xì)胞功能，從而提高了患者的生存率，改善了患者的不良預(yù)后。既往研究[45]表明，盡早給予中藥高位保留灌腸聯(lián)合西藥治療慢性乙型肝炎肝衰竭濕熱發(fā)黃證患者可改善預(yù)后。中藥復(fù)方具有較好的調(diào)節(jié)代謝和肝功能的作用，在一定程度上對腸黏膜屏障也有調(diào)節(jié)作用[49]。中藥的經(jīng)典給藥方式為口服，經(jīng)過消化道轉(zhuǎn)化吸收后起作用，現(xiàn)代研究表明補益類中藥具有扶植腸道正常菌群生長、調(diào)節(jié)菌群失調(diào)、起到益生元的作用，通過影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)來預(yù)防和治療疾病。

3.7 其他 目前臨床上常用的乳果糖能夠選擇性地促進(jìn)一種或者多種有益菌生長，使腸腔內(nèi)產(chǎn)生脲酶的細(xì)菌發(fā)生酸化，加快腸道細(xì)菌和毒素排出，同時抑制氨從腸腔擴散進(jìn)入血液。他汀類藥物療法與降低門靜脈壓力和降低病死率相關(guān)，它可以抑制膽固醇的合成，并具有明顯的抗炎和抗纖維化等肝保護(hù)作用[50]，同時可能會通過改善微生物組譜來預(yù)防ACLF[24]。后生元是腸道細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，包括短鏈脂肪酸、次級膽汁酸、蛋白質(zhì)多糖、維生素和有機酸等，具有免疫調(diào)節(jié)作用，與碳納米顆粒、microRNA-320a等都可作為保護(hù)腸道屏障功能的治療新策略[51]。

4 小結(jié)

總之，肝臟-腸道之間的相互作用，有助于更好地理解疾病肝衰竭發(fā)生發(fā)展的病理生理機制，并以改善腸道功能為突破口從中找到新的治療靶點，從而提高肝衰竭患者的救治。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：肖玲燕負(fù)責(zé)課題設(shè)計，撰寫論文；邢阿雯負(fù)責(zé)查閱文獻(xiàn)、修改論文；譚善忠負(fù)責(zé)指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。