糞菌移植治療肝性腦病的研究進展

蘇倩 張莉 徐楠 李家斌

安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院感染病科，合肥 230022

糞菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）是將篩選過的健康供體經(jīng)過特殊處理的糞便使用到受影響患者腸道中， 其廣泛應用于復發(fā)性艱難梭菌感染（Clostridium difficileinfection, CDI）[1-2]、炎癥性腸病[3]、腫瘤[4-5]、膿毒癥[6]、腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）[7]以及“腸-肝軸”相關的肝硬化[8]、非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD）[9]、肝衰竭[10]、自身免疫性肝炎[11]和肝性腦病[12]等疾病。 肝性腦病是由于晚期肝病或大型門體分流引起的腦功能彌漫性紊亂，雖然臨床中可選擇乳果糖和利福昔明等藥物降低血氨、改善腸道菌群，但效果有限，部分患者仍會反復發(fā)作，嚴重影響患者和家屬的生活質(zhì)量。 近年來，隨著FMT 技術的發(fā)展， 其在治療肝性腦病方面受到較多關注， 但諸如FMT 治療肝性腦病的可能機制、移植頻次、有效性和安全性等問題尚不明確。

一、FMT 的可能機制

人的腸道包含一個大而多樣的微生物群落[5]。 腸道微生物群是宿主新陳代謝的中央調(diào)節(jié)器，目前研究的腸道菌群一般是指腸道細菌。

腸和肝臟有著共同的胚胎起源，腸道菌群和肝臟是一個由代謝、免疫和神經(jīng)內(nèi)分泌介導的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)。 有學者提出“腸-肝軸”的概念，認為腸道和肝臟之間的關聯(lián)主要取決于膽道和門靜脈，其中肝臟可將原代膽汁酸排入腸道，然后通過微生物群將其轉(zhuǎn)為次級膽汁酸[9]；同時，腸道中的營養(yǎng)和其他小分子可以通過門靜脈轉(zhuǎn)移到肝臟代謝。 由定植微生物群、黏膜上皮細胞、緊密連接和局部免疫系統(tǒng)組成的腸屏障起關鍵作用。 腸屏障受損后，腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)被微生物衍生的炎癥信號破壞，如細菌內(nèi)毒素、脂多糖，這些炎癥信號將病原體轉(zhuǎn)移到肝臟導致肝損傷， 肝損傷也可能導致腸道微生態(tài)失調(diào)。 Manfredo Vieira 等[11]首次報道，腸道來源的雞腸球菌移位到肝臟可在小鼠中誘導自身免疫性肝炎樣表現(xiàn)，而且自身免疫性肝炎患者肝臟中富集雞腸球菌， 同時血清中抗該微生物群的抗體增加。 Duan 等[13]發(fā)現(xiàn)了影響酒精性肝炎病程進展的關鍵腸道菌群，即能夠分泌溶細胞素（cytolysin）的糞腸球菌（E. faecalis），這種細菌在正常人腸道中幾乎不存在，但在酒精性肝炎患者中比例最高達5.59%；與此同時肝臟中也檢測到了糞腸球菌，說明酒精破壞腸道黏膜屏障后可以導致糞腸球菌向肝臟的移位。 而在NAFLD 患者中，Lang 等[14]觀察到的情況相反，96 例NAFLD 患者中只有7 例患者存在溶細胞素陽性的糞腸球菌，表明產(chǎn)溶細胞素的糞腸球菌是酒精性肝炎的特異性病原體。Yokoyama 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，和其他患者相比，門靜脈高壓患者中乳酸桿菌目（Lactobacillales）水平高，梭狀芽孢桿菌群水平低，這個梭狀芽胞桿菌群含有許多產(chǎn)丁酸菌株，包括瘤胃球菌和糞便桿菌。 因此，低水平的梭狀芽胞桿菌群Ⅸ已被證明與門靜脈高壓相關。

肝性腦病是終末期肝硬化、肝功能衰竭等嚴重肝病引發(fā)的常見并發(fā)癥和死亡原因，臨床上缺乏有效治療手段。 FMT可用于與頸靜脈肝內(nèi)門靜脈分流術 （transjugular intrahepatic portosystemic shunt, TIPS） 或分流無關的復發(fā)性肝性腦病患者。 肝性腦病的病理生理學尚不完全清楚，較常提及的是氨中毒學說[16]，多種因素如腸道生態(tài)失調(diào)、腸道高滲性和神經(jīng)炎癥的相互作用，在其發(fā)生中至關重要。 生態(tài)失調(diào)可能有利于產(chǎn)氨細菌繁殖，還可以引發(fā)炎癥，損害腸上皮細胞和肝臟，導致胃腸道吸收氨增加和肝臟氨清除率降低[17]。通過FMT 降低血氨的3 個目標為[18]：（1）通過將腸道微生物群組成改變減少氨合成，氨的合成通過將腸道微生物群組成改變?yōu)槟蛩孛负康汀⒍替溨舅幔⊿CFA）產(chǎn)量高的分類群來調(diào)節(jié)；（2）通過重建腸屏障的完整性來減少氨從胃腸道到血液的吸收，雖然腸道屏障在肝性腦病中功能失調(diào)， 但SCFA 通過降低炎癥和刺激結(jié)腸上皮細胞來幫助恢復這種屏障，十二指腸黏膜多樣性隨瘤胃球菌科和雙歧桿菌科的增加而增加，而隨鏈球菌科和維氏菌科的減少而增加[19]；（3）通過重建腸屏障的完整性并通過改善肝功能來增加氨的肝臟清除率， 在健康肝細胞中，氨被轉(zhuǎn)化為尿素。

二、FMT 的有效性

腸道微生物菌群種類繁多， 數(shù)量巨大，F(xiàn)MT 有效性尚不明確。 國內(nèi)外報道了多項治療肝性腦病的研究成果。 Sharma等[10]針對33 例重度酒精性肝炎 （severe alcoholic hepatitis,SAH）患者進行了一項開放標簽研究，分為FMT 組和標準療法（standard of care，SOC）組，通過鼻空腸管將健康家庭成員糞便捐獻者的新鮮糞便混懸液進行單次FMT 治療。 FMT 組28 d 和90 d 的生存率明顯高于SOC 組， 肝性腦病緩解率分別為100%和57.14%，腹水的緩解率分別為100%和40%。 因此，F(xiàn)MT 是安全的，可提高短期和中期生存率，改善患者臨床嚴重程度評分。 Li 等[20]通過FMT 治療2 例TIPS 術后并發(fā)肝性腦病患者，發(fā)現(xiàn)供體中有益細菌如瘤胃球菌屬、阿克曼菌和顫螺旋菌屬等豐度高，F(xiàn)MT 前患者體內(nèi)這幾種有益菌群豐度低；一些致病性和機會性細菌，如韋榮球菌屬和巨型球菌屬在供體中較少。 可見，F(xiàn)MT 治療后患者腸道菌群組成發(fā)生變化，肝功能改善，臨床癥狀緩解，肝性腦病發(fā)作次數(shù)減少，F(xiàn)MT 治療有效。Bajaj 等[12]對患有復發(fā)性肝性腦病的肝硬化男性患者進行了5 個月隨訪，在FMT 之前給予5 d 的廣譜抗生素預處理， 雖然抗生素治療后終末期肝病模型 （model for end-stage liver disease, MELD）評分短暫惡化，但在FMT 后恢復至基線，且增加了微生物群多樣性和有益菌群。 來自合理選擇供體的FMT 減少了復發(fā)性肝性腦病肝硬化患者的住院率，改善了認知和生態(tài)失調(diào)。

綜上，F(xiàn)MT 治療肝性腦病有療效顯著， 但多久需要移植一次，F(xiàn)MT 療效可以維持多久尚不明確。Mehta 等[21]研究一項回顧性病例系列，分析單次FMT 治療10 例復發(fā)性肝性腦病的療效。 通過結(jié)腸鏡進行單次FMT 治療，6 例患者單次FMT治療后動脈血氨濃度顯著下降， 治療后20 周有持續(xù)的臨床反應，Child-Turcotte-Pugh 和MELD 評分明顯下降。Bloom 等[22]對FMT 膠囊進行了1 項開放標簽研究，10 例曾并發(fā)肝性腦病的肝硬化患者完成了FMT 給藥（在3 周內(nèi)給藥5 次）和6個月隨訪，MELD 評分在FMT 后沒有變化； 第3 劑、 第5 劑FMT 和第5 劑FMT 結(jié)束后4 周， 肝性腦病心理測量評分改善。 以上2 項研究FMT 次數(shù)不同，單次治療后20 周就顯示出良好的臨床療效， 而3 周內(nèi)給藥5 次的10 例患者也達到了良好效果，因此，尚不能明確多次FMT 療效一定優(yōu)于單次治療。 但考慮到供體腸道菌群種類不同，受體基礎狀態(tài)也不同，F(xiàn)MT 的有效性尚不能排除與供體和受體基線因素有關，且特定腸道菌群可能存在于不同疾病的患者中，可能作為靶向治療切入點。

腸道菌群與SAH 的發(fā)生發(fā)展相關。Philips 等[23]對入院和末次隨訪的38 例男性患者的糞便樣本進行了16s rRNA 測序，入院時，存在急性腎損傷（acute kidney injury, AKI）、肝性腦病和感染的患者比例分別為27%、42%和58%， 隨訪結(jié)束時38.5%患者死亡，特定的菌群與肝性腦病、敗血癥、疾病嚴重程度和死亡相關。 粒細胞集落刺激因子治療后促進酒精性肝炎的腸球菌明顯轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪蠗U菌（抑制屎腸球菌），盲腸腸球菌、辛德勒不動桿菌、光崗菌屬之間相互作用與入院時的AKI 相關。 因此，特定的腸道菌群及其相互作用和代謝產(chǎn)物與SAH 的并發(fā)癥和治療結(jié)局有關。

以上幾項研究都是基于人體的研究， 雖然臨床療效滿意，但樣本量偏小，很多因素如供體內(nèi)優(yōu)勢菌群的種類及數(shù)量、隨訪時間、評價療效的指標、FMT 途徑和頻次等不同，尚不能得出確切結(jié)論。 有學者進行了動物實驗，也顯示出積極的效果。 如Liu 等[24]將無菌和常規(guī)小鼠使用CCl4誘導為肝硬化，收集所有小鼠的額葉皮質(zhì)、肝臟和小腸/大腸，進行皮質(zhì)炎癥、突觸可塑性和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）信號、肝臟炎癥和腸道16s rRNA 微生物群測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)常規(guī)肝硬化小鼠具有更高的神經(jīng)炎癥、小膠質(zhì)細胞/膠質(zhì)細胞激活、GABA 信號傳導和腸道失調(diào)。 通過使用FMT 后患者的樣本移植到無菌小鼠，可以減少神經(jīng)炎癥。 Zhou 等[25]證明，F(xiàn)MT后肝內(nèi)脂質(zhì)積聚、 肝內(nèi)促炎細胞因子和NAS 評分顯著降低，小鼠脂肪性肝炎得到緩解，突出了腸道微生物群的有益影響。

FMT 除了治療“腸-肝軸”相關疾病，在腫瘤、IBS 和膿毒癥等其他領域也發(fā)揮了積極作用。 Baruch 等[4]用FMT 治療了10 例免疫檢查點抑制劑 （immune checkpoint inhibitor, ICPI）難治性黑色素瘤患者。 首次通過結(jié)腸鏡進行FMT，隨后每14天口服FMT 膠囊，持續(xù)90 d?；颊咴贔MT 前口服萬古霉素和新霉素，以耗盡其現(xiàn)有腸道微生物群，這一過程是產(chǎn)生有利于微生物群植入的生態(tài)位。 Lythgoe 等[5]還發(fā)現(xiàn)屬于厚壁菌門的細菌與ICPI 臨床反應有關，抗PD-1 單克隆抗體與FMT 一起可以克服難治性黑色素瘤患者對ICPI 的耐藥性。 El-Salhy等[7]將165 例IBS 患者隨機分為安慰劑組（自身糞便）、30 g FMT 組和60 g FMT 組， 采用的FMT 均來自同一個健康、特征良好的捐獻者，冷凍后經(jīng)胃鏡進行FMT。 結(jié)果顯示安慰劑組、30 g FMT 組和60 g FMT 組中應答率分別為23.6%、76.9% 和89.1%，接受FMT 治療患者的疲勞癥狀和生活質(zhì)量顯著改善，腸道細菌分布也發(fā)生了變化。因此，F(xiàn)MT 是一種治療IBS 的有效方法。 2017 年，Wang 等[26]發(fā)現(xiàn)FMT 對肝性腦病大鼠具有保護作用，改善認知功能，降低肝功能指標。 FMT可通過改變腸道通透性和改善肝臟的TLR 反應來治療肝性腦病。

但也有學者發(fā)現(xiàn)， 動物實驗和人體試驗出現(xiàn)相反的結(jié)果。 Ahmed 等[27]對成人使用磁共振成像和16S 測序評估肝臟脂肪和冷刺激棕色脂肪組織 （brown adipose tissue，BAT）活性，將人類糞便移植到無菌小鼠，通過微生物群的轉(zhuǎn)移能力評估活性，NAFLD 組低于無NAFLD 組，BAT 活性與肝脂肪含量呈負相關；BAT 活性與糞便微生物群的特征無關， 并且不會通過糞便移植傳播給小鼠。因此，低BAT 活性與成人肝臟脂肪積累較高有關，但這似乎不是通過腸道微生物群介導的。

急性肝衰竭的病死率極高，且無特效治療方法。 FMT 對急性肝衰竭可能有一定療效，但有學者發(fā)現(xiàn)聯(lián)合益生菌移植可以提高FMT 療效。 范琳達等[28]通過腹腔注射D-氨基半乳糖制備小鼠急性肝衰竭模型， 分為普通糞菌移植和糞菌+益生菌移植兩組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型組小鼠的肝臟肝性腦病染色呈嚴重炎性改變， 而普通糞菌移植組和糞菌+益生菌移植組較模型組炎癥明顯減輕。 因此，在糞菌移植的基礎上，聯(lián)合益生菌移植可以增強FMT 療效， 改善肝臟炎癥。 通過16S rRNA高通量測序分析顯示， 通過糞菌+益生菌移植組改變疾病小鼠腸道菌群結(jié)構的差異細菌多為產(chǎn)丁酸鹽細菌。 因此對于難治性疾病如腫瘤、急性肝衰竭、膿毒癥等，可以嘗試FMT，聯(lián)合益生菌可能提高療效。

三、FMT 的安全性

FMT 的移植途徑包括口服、經(jīng)胃腸鏡從上消化道、灌腸3 種。 糞菌移植短期安全性較好，輕度不良反應包括惡心、嘔吐、低熱、腹部不適、腹脹、腹瀉、便秘等。 嚴重不良反應包括內(nèi)鏡操作引起的穿孔和出血，原有病情加重，以及腸道病原體的傳播等。

Allegretti 等[29]對22 例未診斷為糖尿病、NAFLD 或代謝綜合征的肥胖患者進行了雙盲研究。FMT 膠囊來自一個體瘦的供體，所有患者隨訪至第26 周。 在給予第1 劑量FMT 或安慰劑后的第1、4、6、8 和12 周收集患者的糞便和血清樣本，并進行16S RNA 基因測序分析。接受FMT 和安慰劑的患者在不良事件方面沒有顯著差異，F(xiàn)MT 膠囊安全且耐受性良好，但不會降低代謝未受損肥胖患者的體重指數(shù)。Wang 等[26]使用CCl4誘導的急性肝功能異常肝性腦病大鼠模型， 發(fā)現(xiàn)FMT 改善了大鼠行為、空間學習能力和肝性腦病分期。此外，F(xiàn)MT 預防肝細胞壞死和腸黏膜屏障損傷，導致血清氨水平的肝臟清除和腸道通透性的減弱，2 種有效炎癥反應介質(zhì)TLR4和TLR9 的表達在FMT 治療大鼠的肝臟中明顯下調(diào)， 表明FMT 能夠通過降低TLR4 和TLR9 的表達抑制全身炎癥。 重要的是，F(xiàn)MT 治療大鼠的腸道組織過程中， 肝性腦病誘導緊密連接蛋白（Claudin-1、Claudin-6 和Occludin）的丟失得到恢復，說明FMT 對肝性腦病大鼠具有保護作用，可以降低肝功能指標，改善認知功能。 FMT 可能通過改變腸通透性和減少TLR 表達治療肝性腦病。 但也發(fā)現(xiàn)由于通過十二指腸小切口置管給藥，增加了感染風險，最后有4 例大鼠死亡。Sharma 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT 組和SOC 組主要不良事件（包括自發(fā)性細菌性腹膜炎和胃腸道出血）的發(fā)生率相似。Bloom 等[22]報告了13起FMT 膠囊治療后出現(xiàn)的輕微不良事件和3 起嚴重不良事件（2 起與FMT 無關），其中1 起不良事件為超廣譜β -內(nèi)酰胺酶大腸埃希菌菌血癥。 Mehta 等[21]報告10 例復發(fā)性肝性腦病患者中， 4 例患者經(jīng)歷了6 次不良事件。 3 例患者出現(xiàn)明顯的肝性腦病，2 例患者因并發(fā)自發(fā)性腹膜炎再次住院，1 例也出現(xiàn)明顯肝性腦病的患者在術后2 個月內(nèi)死亡。

雖然FMT 治療肝性腦病相對安全， 其作用的發(fā)揮與腸道黏膜屏障作用增強以及腸道微生物組成有利變化有關，但FMT 后仍有導致死亡的風險。因為出現(xiàn)肝性腦病甚至復發(fā)性肝性腦病患者的一般情況很差， 可能系肝硬化或肝衰竭基礎，即使不進行FMT，也隨時可能因肝性腦病、自發(fā)性腹膜炎、繼發(fā)感染、消化道出血等常見并發(fā)癥而危及生命。 因此，對于這些患者在FMT 之前，要充分評估治療指征和風險，選擇安全有效的供體，將風險降至最低。

四、FMT 存在的問題及展望

迄今為止，已發(fā)表的研究由于受到動物實驗、樣本量、隨訪時間、 治療次數(shù)及間隔等諸多方面的限制，F(xiàn)MT 在肝性腦病中的有效性和安全性問題仍然沒有確切答案，治療時間和所需移植數(shù)量尚不清楚。

Kao 等[30]報告了1 例FMT 聯(lián)合乳果糖治療酒精和丙型肝炎引起的混合性肝硬化并發(fā)肝性腦病的患者。 第一次治療期間，患者的反應時間、血清氨和生活質(zhì)量評分持續(xù)改善，但FMT 治療結(jié)束后7 周內(nèi)恢復到基線水平。毛螺菌科與良好的認知能力有關。 盡管FMT 后毛螺菌科的相對豐度減少，但他的認知有明顯改善， 表明涉及其他微生物分類群和代謝活動。 值得注意的是，盡管最初有所改善，但在FMT 停止后，其有益效果并未持續(xù)，表明FMT 的療效短暫，需要重復治療才能維持反應。 Bajaj 等[31]對所有受試者給予乳果糖、利福昔明和質(zhì)子泵抑制劑治療的同時，進行FMT，發(fā)現(xiàn)與FMT 前微生物群相比，存在長期微生物群的聚類，F(xiàn)MT 后第7 天和第15天獲得的微生物群表明無論短期或長期隨訪，F(xiàn)MT 前的微生物群組成相似。 在超過1 年的隨訪后， 與SOC 組相比，F(xiàn)MT組的住院率顯著減少，認知功能顯著改善。 說明FMT 治療有效率可能可以維持在1 年以上，而且有可能長期有效預防肝性腦病的復發(fā)。

但是，F(xiàn)MT 亦存在相關治療風險。首先，供體選擇對FMT治療效果具有潛在影響，如何選擇合適供體，以及是否需要對于特定疾病選擇具有特定有益菌群的供體目前尚未達成定論。 其次，病原體的感染以及移植微生物會帶來不相關效果和不良反應，比如患者可能會出現(xiàn)嚴重細菌感染等。 最后，F(xiàn)MT 因其使用具有潛在生物危害的物質(zhì)治療，倫理上也有所爭議。 當外來菌群引入宿主腸道時具有的穩(wěn)定性有限，可能難以在受體腸道內(nèi)長期存活，多次移植是否會提高療效。 作為一項新技術，F(xiàn)MT 位于臨床試驗和器官移植的交匯點。 如何評估FMT 的風險受益，獲取患者和供體的知情同意，保護患者隱私，減少患者對FMT 的厭惡心理，如何確定“合適的健康供體”等，都是一系列亟待解決的問題，需要進行大規(guī)模、隨機和對照臨床試驗，以驗證和幫助標準化FMT 在肝性腦病患者中的臨床應用。

雖然關于FMT 治療肝性腦病的大樣本、 人體研究數(shù)量較少，隨訪時間有限，且其中很大一部分可能僅為安全訪視[19]。但FMT 在改善肝性腦病患者的神經(jīng)認知功能顯示出了良好的效果，且不良事件發(fā)生率不高。 將來應當深入研究FMT 治療肝性腦病的具體機制，從而開發(fā)更有針對特定疾病的靶向治療，既提高療效，還可以降低風險。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突