腸道菌群與肝硬化研究進(jìn)展*

張紹全,林炳亮

肝硬化是一種慢性進(jìn)行性肝病,其起病隱匿,對患者的生存和預(yù)后帶來極大的威脅。肝硬化的患病危險因素包括飲酒、代謝綜合征、慢性病毒感染、遺傳易感性疾病和自身免疫性肝病等。不同病因?qū)е碌拈L期肝組織炎癥和彌漫性肝損傷可導(dǎo)致纖維化,并最終發(fā)展為肝硬化。腸道菌群與人類的健康與疾病密切相關(guān)。腸道菌群基因組包含超過300萬個基因,而人類基因組則由大約2萬多個基因組成,表明對腸道菌群的探索空間仍很大[1]。腸道菌群是維持腸黏膜屏障的核心。腸道和肝臟通過門靜脈系統(tǒng)和膽道進(jìn)行直接的雙向交流,并通過體循環(huán)進(jìn)行間接的交流。其中,細(xì)菌、細(xì)菌產(chǎn)物和代謝物從腸腔進(jìn)入體循環(huán),成為各種肝臟疾病和門脈高壓并發(fā)癥發(fā)病的重要因素。在肝硬化患者,免疫、血管和炎癥變化都與腸道菌群功能和腸黏膜完整性降低有關(guān)。除此之外,腸道屏障功能失調(diào)引起的“腸漏”被認(rèn)為是肝硬化的啟動和進(jìn)展的重要因素。肝硬化患者充血、水腫的腸壁使腸道的菌群生存受到影響,從而導(dǎo)致肝硬化宿主的腸道菌群紊亂。本文從肝硬化患者腸道菌群特征出發(fā),描述在各影響因素下菌群特征的變化,并總結(jié)了目前針對肝硬化患者的微生物療法,為治療肝硬化提供參考。

1 肝硬化患者腸道菌群特征

20%～75%肝硬化患者會出現(xiàn)腸道菌群紊亂,共生菌如Firmicutes的Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Clostridia相對豐度減少,而致病菌如Enterobacteriaceae、Veillonellaceae和Streptococcaceae的相對豐度則增加[2]。與健康人比,肝硬化患者Streptococcaceae相對豐度增加和Lachnospiraceae相對豐度減少,兩個菌科的豐度變化與Child-Pugh評分和不良預(yù)后相關(guān)[3]。肝硬化患者腸道菌群中的的Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Blautia相對豐度減少,而這些細(xì)菌與膽汁酸羥基化相關(guān)[4]。小腸細(xì)菌過度生長在慢性肝病患者病情進(jìn)展過程中也發(fā)揮了重要的作用。在伴有小腸細(xì)菌過度生長或肝性腦病(hepatic encephalopathy,HE)的肝硬化患者,較低水平的Firmicutes和較高水平的Bacteroidetes與內(nèi)毒素血癥呈正相關(guān)[5]。有所不同的是,酒精性肝硬化患者腸道菌群呈現(xiàn)為Bacteroidetes/Firmicutes比值下降的特點,在其他病因的肝硬化患者則呈相反的趨勢[6]。有研究應(yīng)用部分特征菌的豐度計算肝硬化患者腸道菌群失調(diào)程度,有一定的應(yīng)用價值[7]。肝硬化患者入院時腸道菌群紊亂與肝外器官衰竭、慢加急性肝衰竭和死亡的風(fēng)險增加相關(guān)。通過高通量分析發(fā)現(xiàn)肝硬化進(jìn)展與腸道菌群的物種豐富度顯著降低相關(guān),且與Enterococcus和Peptostreptococcus相對豐度顯著增加相關(guān)。此外,研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)肝硬化患者腸道Ruminococcaceae和Lachnospiraceae等益生菌相對豐度降低,而Enterobacteriaceae、Staphylococcaceae和Enterococcaceae等致病菌過度生長[8]。

1.1 HEHE的確切發(fā)病機(jī)制仍然不清楚 在幾個假說中,氨中毒理論是最公認(rèn)的主要發(fā)病機(jī)制。血氨水平升高可促進(jìn)疾病的發(fā)生并加重腦水腫,這個過程與腸道菌群紊亂密切相關(guān)。氨是由細(xì)菌代謝的尿素和蛋白質(zhì)、飲食中的含氮產(chǎn)物和谷氨酰胺的脫氨作用而產(chǎn)生的。在正常情況下,肝臟會將所有這些氨轉(zhuǎn)化為尿素。但肝硬化患者對其代謝能力下降,從而導(dǎo)致氨在血液中積累,并穿過血腦屏障,導(dǎo)致腦水腫。一系列的研究揭示腦-腸軸間的交互作用,腸道菌群可以通過神經(jīng)元、內(nèi)分泌和免疫調(diào)節(jié)等途徑向大腦發(fā)送信號。同樣地,腸道菌群紊亂也可以通過腦-腸軸損害大腦功能。在合并或不合并HE的肝硬化患者,發(fā)現(xiàn)糞便Veillonellaceae、Fusobacteriaceae和Enterobacteriaceae相對豐度與炎癥進(jìn)展有關(guān),而某些細(xì)菌科,如Alcaligeneceae和Porphyromonadaceae相對豐度增加被認(rèn)為與認(rèn)知障礙相關(guān)[9]。Alcaligeneceae可將尿素降解為氨,是機(jī)會性感染的病因之一。Enterobacteriaceae具有脲酶活性,并有助于增加氨的產(chǎn)量。Porphyromonadaceae與腦白質(zhì)間質(zhì)水腫有關(guān)[10]。此外,產(chǎn)短鏈脂肪酸的Lachnospiraceae相對豐度減少,將提高結(jié)腸pH值,從而導(dǎo)致氨的產(chǎn)生和吸收增加,進(jìn)一步介導(dǎo)了HE的發(fā)生。在肝硬化并發(fā)HE患者,腸道菌群紊亂程度降低,但Bacteroidetes細(xì)菌種類增加。在輕微肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy,MHE)患者,糞便Streptococcussalivarius相對豐度與血氨水平成正比。進(jìn)一步的研究表明Proteobacteria與肝硬化患者內(nèi)毒素血癥和認(rèn)知能力相關(guān)。Enterococcaaceae、Staphlyococcaceae和Lactobacillaceae等菌科豐度與磁共振檢查發(fā)現(xiàn)的對稱性分布的基底節(jié)、腦橋和大腦腳等異常信號相關(guān)[11, 12]。除此之外,一項納入51例失代償期肝硬化患者的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群紊亂與代謝紊亂和敗血癥的發(fā)生相關(guān)。Moraxella、Neisseria和Lautropia等與免疫功能衰竭相關(guān)的致病菌屬在肝硬化患者占主導(dǎo)地位。硫代謝Gammaproteobacteria與嚴(yán)重的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)相關(guān)的高炎癥應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)。同時,Megamonas與入院生存相關(guān)。在隨訪期間死亡患者腸道Kingella和Neisseria顯著增加[13]?？偟膩碚f,肝硬化患者腸道菌群變化可能誘導(dǎo)肝臟疾病發(fā)生、發(fā)展,或可引起特定的并發(fā)癥。

1.2 口腔菌入侵 肝硬化進(jìn)展的一個獨特性特征是口腔優(yōu)勢細(xì)菌的入侵,即在口腔起源的物種遷徙到患者的腸腔。具體體現(xiàn)在口腔富集的病原菌Porphyromonadaceae及口腔主要病原體Porphyromonas在HE患者腸道富集,并且與LPS引起的炎癥狀態(tài)有關(guān)。膽汁酸減少也被認(rèn)為是導(dǎo)致口腔共生細(xì)菌入侵腸道的原因之一。除此之外,Streptococcussalivarius是一種口腔共生菌,在患有MHE的肝硬化患者增加;肝硬化患者十二指腸黏膜口腔共生菌Veillonella相對豐度增加。這兩種細(xì)菌都是產(chǎn)生脲酶的生物體,所以其向腸道的移位可能導(dǎo)致了肝硬化患者的內(nèi)毒素血癥[14]。

1.3 藥物影響 肝硬化患者腸道菌群變化也可能與長期的用藥有關(guān)。一項研究發(fā)現(xiàn),在使用質(zhì)子泵抑制劑的患者,Veillonella和Streptococcus相對豐度隨著肝硬化病情加重而增多[15]。此外,糞便菌群測序結(jié)果顯示,肝硬化患者在接受抗生素治療后存在真菌紊亂[16],而復(fù)發(fā)性感染和住院將導(dǎo)致腸道病原菌異常增殖,從而導(dǎo)致耐藥菌形成、多藥耐藥菌感染以及隨后的肝和肝外器官衰竭,促進(jìn)如慢加急性肝衰竭這樣的嚴(yán)重后果發(fā)生。

2 菌群療法治療肝硬化

2.1飲食調(diào)整 在肝硬化患者,飲食調(diào)整、抗生素、益生菌和糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)已被用于調(diào)節(jié)腸道菌群治療。在一項針對土耳其和美國肝硬化患者的研究發(fā)現(xiàn),飲食習(xí)慣在決定臨床結(jié)局方面具有重要的意義,其中,地中海式飲食尤其有益。具體表現(xiàn)為土耳其隊列患者腸道菌群物種多樣性顯著高于美國患者,而在美國隊列患者,失代償肝硬化患者菌群多樣性最低?？Х?、茶、蔬菜、巧克力和酸奶對腸道菌群物種多樣性的提高有一定的幫助,接受地中海飲食的土耳其隊列患者90 d住院的風(fēng)險較美國隊列低[17]。

2.2 抗生素 抗生素已被用于調(diào)節(jié)肝硬化和原發(fā)性肝癌患者的腸道菌群。利福昔明作為一種不可吸收的抗生素,通過影響腸道菌群代謝減少氨的產(chǎn)生。但有研究也發(fā)現(xiàn)利福昔明降低了肝硬化患者Veillonellaceae和次級/初級膽汁酸比率。此外,肝硬化患者藥物代謝能力會發(fā)生改變,而一些抗生素已被證明會導(dǎo)致腎功能衰竭、胃腸出血、自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎和腦病。因此,在處理肝硬化感染患者時,需要考慮的因素包括藥物藥代動力學(xué)、藥效學(xué)、肝毒性的可能,所給予的藥物劑量應(yīng)根據(jù)患者的營養(yǎng)狀況、肝腎功能和藥物相互作用進(jìn)行調(diào)整?？偟膩碚f,在處理肝硬化患者時,最重要的考慮因素是早期診斷感染,并開始使用適當(dāng)?shù)目股刂委煼桨竅18]。

2.3 益生菌 在一項隨機(jī)對照試驗中,給予患者服用益生菌6個月可豐富代償期肝硬化患者腸道微生物群,并改善其腸道屏障功能,據(jù)信與Alistipesshahii介導(dǎo)的抗菌分子新蝶呤增加有關(guān)[19]。同時,使用LactobacillusrhamnosusGG治療的肝硬化并發(fā)MHE患者,可能通過減少Enterobacteriaceae、增加Clostridiales和Lachnospiraceae發(fā)揮緩解疾病作用。Clostridiumbutyricum聯(lián)合Bifidobacteriuminfantis可以降低Enterococcus、Enterobacteriaceae和乙型肝炎肝硬化患者血氨水平。相比常規(guī)方案治療酒精相關(guān)性肝病患者,聯(lián)用Bifidobacteriumbifidum和Lactobacillusplantarum8PA3可以改善患者更多的肝功能指標(biāo),兩者聯(lián)合應(yīng)用可能通過上調(diào)Lactobacillus和Bifidobacteria發(fā)揮作用。使用培養(yǎng)的Lactobacillussubtilis和Streptococcusfaecium治療酒精性肝炎患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)毒素血癥降低和肝臟指標(biāo)改善與Escherichia減少相關(guān)[20, 21]。

2.4 FMT FMT被用于治療肝硬化,以提高HE患者的認(rèn)知能力。FMT治療HE患者提高了認(rèn)知能力。供體樣本Lachnospiraceae和Ruminococcaceae相對豐度較高,后者與一些療效指標(biāo)改善有關(guān),包括血清IL-6和LPS水平降低,而丁酸和異丁酸水平升高。此外,富含Lachnospiraceae和Ruminococcaceae的FMT治療能降低酒精依賴患者對酒精的渴望,減少不良事件的發(fā)生[22]。來自健康供體的FMT改善了肝硬化的HE癥狀。同時,FMT糾正了接受抗生素治療患者Proteobacteria過度增殖[23]。后續(xù)的研究結(jié)果也證實了在肝硬化患者,接受FMT可預(yù)防HE復(fù)發(fā)和肝臟相關(guān)住院。此外,在接受FMT組,Burkholderiaceae相對豐度增加,而Acidaminoccocaceae相對豐度下降[24]。在一項I期臨床研究中,口服FMT膠囊改善了十二指腸黏膜多樣性,具體體現(xiàn)為患者糞便Ruminococcaceae和Bifidobacteriaceae相對豐度增加,而Streptococcaceae和Veillonellaceae豐度減少。同時,在FMT治療后,患者腸道菌群紊亂改善,抗菌肽增加,脂多糖降低,其認(rèn)知評分也得到顯著的改善[25]。來自印度的隊列研究表明,肝硬化患者在接受結(jié)腸鏡途徑的FMT治療后第20周仍保持應(yīng)答,Child-Pugh評分也得到改善[26]。FMT可以恢復(fù)肝硬化患者因應(yīng)用抗生素導(dǎo)致的腸道菌群組成和功能的破壞,恢復(fù)了Lachnospiraceae和Ruminococcaceae等益生菌數(shù)量[27]。此外,一項分析FMT后抗生素耐藥基因的研究發(fā)現(xiàn),與應(yīng)用安慰劑組比,接受FMT治療后患者體內(nèi)萬古霉素、β-內(nèi)酰胺酶和利福平抗生素耐藥基因表達(dá)降低[28]。對8例不符合激素治療條件的重癥酒精性肝炎患者進(jìn)行了多供體FMT治療和為期一年的隨訪,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與未接受FMT治療患者比,接受FMT治療患者總體生存率有所改善(87.5%對33.3%)[29]。在FMT治療后一年,患者腸道Proteobacteria水平顯著降低,而Firmicutes水平顯著增加。另一項關(guān)于重癥酒精性肝炎的研究比較了FMT、營養(yǎng)、激素或己酮可可堿治療的療效,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與其他方法相比,FMT治療能提高90 d生存率,改善了菌群紊亂和代謝功能指標(biāo)[30]。在早中期慢加急性肝衰竭患者,FMT治療后一年半仍生存的患者比例分別為72.7%和58.3%[31]。最近的一項I期臨床試驗表明,FMT對于酒精性肝硬化是安全的,并且能有效提高腸道菌群的物種多樣性,Ruminococcaceae和產(chǎn)短鏈脂肪酸菌相對豐度增加[32]?？偟膩碚f,FMT治療肝硬化具有良好的前景。

3 局限性和展望

腸道菌群被認(rèn)為是人類的“新器官”之一。穩(wěn)態(tài)的腸道菌群有參與機(jī)體消化、能量代謝、維生素合成、防止病原菌定植和免疫調(diào)節(jié)等作用。腸-肝軸是腸道菌群與肝臟之間的重要聯(lián)系之一。當(dāng)腸屏障受損嚴(yán)重時,腸道毒性物質(zhì)從腸系膜上下靜脈匯入門靜脈流入肝臟,而肝臟則通過分泌膽汁酸循環(huán)等影響腸道微生態(tài)。肝硬化作為重要的慢性肝病,無論是給家庭還是社會都帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。目前,臨床上對于肝硬化的治療方法有限,尋找有效的治療靶點刻不容緩。隨著對腸道菌群研究的不斷發(fā)展,越來越多的研究對于健康和疾病狀態(tài)的腸道菌群和功能也逐漸深入,證明了腸道菌群對于肝硬化病情發(fā)展和治療的重要性。了解肝硬化患者腸道菌群特征,以及在出現(xiàn)并發(fā)癥和各種因素影響下的菌群特征變化,將對肝硬化患者病情判斷和預(yù)后預(yù)測帶來很大的幫助。此外,基于微生物的治療也有望成為治療肝硬化的新方法。通過靶向腸-肝軸的生理和病理學(xué)特點,通過微生物干預(yù)可能對肝硬化的治療和預(yù)防發(fā)揮重要的作用。不過,目前對于肝硬化患者菌群研究大多仍處于基礎(chǔ)研究階段,未來仍需要大規(guī)模和多中心的前瞻性臨床研究證明微生態(tài)治療的有效性和安全性?？偟膩碚f,腸道菌群與肝硬化的發(fā)生和發(fā)展具有密切的聯(lián)系,未來針對腸道菌群的新療法研究值得期待和驗證。