“腸道菌群-炎癥反應(yīng)”在肝性腦病中研究進(jìn)展

郭柳汀，趙婕，陳智勇，衛(wèi)晶

作者單位：山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院消化科，山西 太原030000

肝性腦病是一種復(fù)雜的神經(jīng)精神綜合征，由嚴(yán)重肝功能障礙和∕或門-體靜脈分流引起。發(fā)病機(jī)制尚未闡明。近年來有學(xué)者提出全身性炎癥是肝性腦病發(fā)病的重要條件，大量研究揭示腸道菌群紊亂對肝性腦病病人外周炎癥和神經(jīng)炎癥的影響［1-2］?，F(xiàn)綜述“腸道菌群-炎癥反應(yīng)”對肝性腦病的影響。

1 腸道菌群與肝性腦病

腸道的微生物占人體內(nèi)的大多數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量的成年男性腸道內(nèi)大約有3.9×1013個細(xì)菌，其中厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門約占90%。除了細(xì)菌，古細(xì)菌、真菌、病毒也在腸道中定植［3］。腸道菌群功能復(fù)雜，對宿主的腸道發(fā)育、腸道屏障、血腦屏障、免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)都有重要作用［4］。腸道菌群豐度的變化與肝性腦病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，通過糞便菌群可預(yù)測病人的預(yù)后及生存率。Chang等［1］分析了110 例病人包括13 例健康人群、35 例不同階段肝硬化病人、62 例肝性腦病病人糞便微生物的變化得出，與健康人群相比，肝性腦病病人微生物組中擬桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬和嗜酸桿菌屬的相對豐度降低，而韋榮氏菌屬、普氏菌屬、腸球菌屬的相對豐度增加；與肝硬化病人相比，肝性腦病病人腸道菌群內(nèi)噬菌體的豐度降低，并與肝性腦病的復(fù)發(fā)呈負(fù)相關(guān)。腸道菌群多樣性減低，有害菌過度生長，有益菌被破壞，導(dǎo)致腸道菌群代謝產(chǎn)物改變，如短鏈脂肪酸減少，膽汁酸水平升高，二者均破壞腸道屏障，腸道內(nèi)革蘭陰性菌及其產(chǎn)生的內(nèi)毒素刺激Toll樣蛋白-4介導(dǎo)的髓樣分化因子88（MyD88）依賴性通路，從而激活核因子-κB（NF-κB），NF-κB 與編碼炎性因子基因的啟動子結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素（IL）-6、IL-1β產(chǎn)生，這些因子又可增加腸道的通透性，促使更多的內(nèi)毒素進(jìn)入血液和肝［5］，加速肝纖維化的發(fā)展，加快肝性腦病進(jìn)程［6］。除細(xì)菌外，病毒與肝性腦病的發(fā)生具有相關(guān)性，乳酸乳球菌和明串珠菌相關(guān)的噬菌體豐度與肝纖維化嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，而乳桿菌噬菌體、大腸埃希菌相關(guān)噬菌體的豐度與肝纖維化嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［7］。

2 炎癥反應(yīng)與肝性腦病

多項針對人或動物的研究表明炎癥反應(yīng)在肝性腦病發(fā)病中起重要作用。血清中的炎性因子通過血腦屏障浸潤大腦，誘導(dǎo)大腦中炎性因子分泌，促進(jìn)神經(jīng)炎癥的發(fā)生和進(jìn)展。海馬中IL-1β 表達(dá)升高，通過不同途徑影響離子型谷氨酸受體膜表達(dá)水平：一是抑制蛋白激酶Cζ 的活性，上調(diào)α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（AMPA）谷氨酸受體亞基2（GluA2）亞基膜表達(dá)水平；二是激活蛋白激酶Cδ，下調(diào)AMPA GluA1 亞基的膜表達(dá)，從而改變谷氨酸能的神經(jīng)傳遞，使肝性腦病大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力受損［8］。大腦中TNF-α 與其受體結(jié)合，一方面誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酰胺酶活性升高，增加谷氨酸的合成和釋放［9］；另一方面減少谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白膜表達(dá)，降低Na-K-ATP 酶活性，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取谷氨酸，進(jìn)一步增加細(xì)胞外谷氨酸水平，引起興奮性毒性［10］。Sun 等［11］敲除小鼠編碼IL-6基因，有效地降低肝性腦病小鼠大腦中的p38絲裂原活化蛋白激酶磷酸化，改善小鼠的行為障礙，提示IL-6 在肝性腦病發(fā)病機(jī)制中對腦損傷的關(guān)鍵作用。Labenz 等［12］對201 例肝硬化病人322 d 的隨訪表明，IL-6 水平與肝硬化病人肝性腦病的發(fā)病率密切相關(guān)，IL-6 水平高于9 ng∕L 的病人肝性腦病發(fā)生率明顯升高（35.6%比1.9%，P＜0.001）。除此之外，全身炎癥的嚴(yán)重程度與肝硬化病人門脈高壓嚴(yán)重程度相關(guān)。在肝損傷期間，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞中的TNFα 促進(jìn)p300∕NF-κB∕溴區(qū)包含蛋白4（BRD4）復(fù)合物與激活趨化因子2（CCL2）的啟動子和增強(qiáng)子結(jié)合，誘導(dǎo)CCL2 基因轉(zhuǎn)錄，與趨化因子受體2（CCR2）結(jié)合后趨化巨噬細(xì)胞募集到肝臟中，促進(jìn)肝纖維化和門脈高壓［13］。

3 腸道菌群紊亂引起炎癥反應(yīng)的機(jī)制

3.1 通過參與肝臟病變引起炎癥反應(yīng)乙型肝炎病毒（HBV）通過激活外周單核細(xì)胞中TLR2∕MyD88∕NF-κB 信號通路誘導(dǎo)炎性因子產(chǎn)生，且IL-1β、TNFα 和IL-10 的表達(dá)水平與HBV 病毒載量呈正相關(guān)［14］。腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物會影響宿主對HBV 的免疫反應(yīng)，從而影響病人體內(nèi)的HBV 水平［15］。小鼠盲腸中嗜黏蛋白阿克曼氏菌在HBV 感染后顯著減少，該菌的豐度與血清中HBV DNA 載量呈負(fù)相關(guān)；此外，產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌豐度減少，進(jìn)而抑制HBV 復(fù)制作用的減弱［16］，增加體內(nèi)病毒載量，升高血清中炎性因子水平，加重炎癥反應(yīng)。在酒精性肝病中，由于酒精對腸道屏障和微生物具有直接毒性，使腸道菌群多樣性減少，腸桿菌科和腸球菌科等病原菌相對豐度增加，腸道通透性增高，加劇細(xì)菌移位和炎癥發(fā)生［17］。另外，酒精會導(dǎo)致腸道念珠菌過度生長，進(jìn)而升高血液中β-葡聚糖水平，通過C 型凝集素結(jié)構(gòu)域家族7 成員A 誘導(dǎo)肝臟炎癥；還會降低腸道真菌的多樣性，誘導(dǎo)IL-1β 增加，致使肝細(xì)胞損傷和肝臟炎癥發(fā)生［18］。非酒精性脂肪性肝病小鼠腸道中厚壁菌門水平降低，擬桿菌門增加，產(chǎn)生的脂多糖增加，活化Kupffer細(xì)胞，釋放炎性細(xì)胞因子，與瘦素發(fā)生作用，導(dǎo)致肝脂肪變和炎癥的發(fā)生，引起全身性改變［19］。Zhao 等［20］通過動物實驗發(fā)現(xiàn)腸道微生物中糞腸球菌可將三甲基賴氨酸代謝為N，N，N-三甲基-5-氨基戊酸（TMAVA），TMAVA 可促進(jìn)肝臟脂肪變性，并被證明是非酒精性脂肪性肝病的獨立危險因素。腸道菌群的變化影響α4β7+CD4 T細(xì)胞在腸道和肝臟的募集，從而驅(qū)動肝臟炎癥和纖維化，在促進(jìn)非酒精性脂肪性肝病的進(jìn)展中具有重要作用［21］。

3.2 通過參與升高血氨引起炎癥發(fā)生腸道細(xì)菌通過分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生氨，是氨的主要來源［22］。肝性腦病病人腸道中增加的韋榮氏菌屬、普氏菌屬可以催化尿素增加腸道中氨的產(chǎn)生［1］。氨在正常人體內(nèi)被肝臟代謝為尿素，但受損的肝臟無法代謝氨。長期高血氨誘導(dǎo)小腦中小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，增加NF-κB 的核易位，誘導(dǎo)TNF-α 轉(zhuǎn)錄，使小腦浦肯野細(xì)胞中的TNF-α 表達(dá)增加，加重神經(jīng)炎癥［10］。Balzano 等［23］發(fā)現(xiàn)在慢性高氨血癥大鼠不合并肝衰竭時，大腦及血漿中的TNF-α、IL-6 水平仍會升高，進(jìn)而得出慢性高氨血癥本身會誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致大鼠認(rèn)知功能障礙。氨抑制細(xì)胞的三羧酸循環(huán)，使星形膠質(zhì)細(xì)胞的糖酵解、無氧代謝增加，乳酸生成增多，增加細(xì)胞內(nèi)水分，細(xì)胞腫脹，減少神經(jīng)類固醇的分泌，介導(dǎo)神經(jīng)炎癥發(fā)生，損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)傳遞功能［24］。

3.3 通過損害免疫細(xì)胞功能引起炎癥反應(yīng)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物不僅影響腸道的免疫功能，菌群失調(diào)還可改變?nèi)砻庖呦到y(tǒng)的功能。白色念珠菌與長雙歧桿菌和羅伊氏乳桿菌的菌落生長呈負(fù)相關(guān)。長雙歧桿菌減少了脾細(xì)胞的數(shù)量，而羅伊氏乳桿菌與IL-10 分泌減少、MHC-II+CD11c-巨噬細(xì)胞比例減少以及Tregs和B細(xì)胞群的增加相關(guān)，最終導(dǎo)致免疫亞型發(fā)生改變［25］。Mu?oz 等［26］的研究表明腸道菌群紊亂、病原體感染、腸道屏障破壞時，大鼠的腸黏膜上皮淋巴細(xì)胞和固有層淋巴細(xì)胞會顯示出免疫失調(diào)的促炎狀態(tài)，導(dǎo)致腸系膜淋巴結(jié)中細(xì)胞因子分泌增加，進(jìn)而促進(jìn)全身炎癥發(fā)生。隨著肝硬化進(jìn)展到腹水階段，腸道生態(tài)失調(diào)會進(jìn)一步破壞免疫系統(tǒng)［27］。免疫細(xì)胞功能受損與進(jìn)行性全身炎癥反應(yīng)同時發(fā)展，病人體內(nèi)細(xì)胞因子水平逐步增加［28］。免疫功能下降導(dǎo)致肝硬化病人感染風(fēng)險進(jìn)一步增加，總體死亡率升高［29］。

3.4 通過升高血腦屏障通透性引起炎癥發(fā)生血腦屏障是使中樞神經(jīng)系統(tǒng)不受周圍循環(huán)中炎癥介質(zhì)影響的重要生理屏障，對于大腦的穩(wěn)態(tài)和正常功能至關(guān)重要。肝功能障礙引起的神經(jīng)功能障礙和認(rèn)知能力下降是血腦屏障通透性升高的結(jié)果［30］。Braniste 等［4］研究顯示無菌小鼠血腦屏障通透性增加，用產(chǎn)生短鏈脂肪酸的單一菌種處理后，無菌小鼠緊密連接相關(guān)蛋白中的膜整合蛋白o(hù)ccludin 表達(dá)增加，血腦屏障通透性有所改善，證明了腸道菌群與血腦屏障的通透性有關(guān)。其中，丙酸鹽通過CD14依賴性機(jī)制對TLR 特異性途徑具有抑制性，可防止血腦屏障受到內(nèi)毒素的損害［31］；丁酸鈉激活Wnt 通路的信號傳導(dǎo)，參與腸道生態(tài)失調(diào)小鼠血腦屏障中內(nèi)皮細(xì)胞之間的修復(fù)［32］，二者水平的平衡是調(diào)節(jié)血腦屏障的通透性的關(guān)鍵。腸道微環(huán)境改變引起腸黏膜屏障受損，入血的內(nèi)毒素導(dǎo)致血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞膜異常、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體損傷，直接損害內(nèi)皮細(xì)胞，升高血腦屏障通透性［33］。由于全身炎癥的存在，肝性腦病病人可能出現(xiàn)通過血腦屏障的白細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移，加劇血腦屏障通透性的改變［34］。Zhu 等［35］研究表明外周血中的CD4+T 淋巴細(xì)胞和NK 細(xì)胞可通過血腦屏障，參與海馬內(nèi)的炎癥反應(yīng)。此外，血腦屏障通透性升高，導(dǎo)致血漿中的炎性因子浸潤大腦，如TNF-α，TNF-α 又可以誘導(dǎo)白細(xì)胞募集到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)一步釋放炎性因子，誘發(fā)神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致病人出現(xiàn)神經(jīng)精神異常［36］。

4 通過調(diào)節(jié)腸道菌群治療肝性腦病

4.1 藥物治療益生菌制劑改善腸道屏障、調(diào)節(jié)免疫，在肝性腦病的治療中發(fā)揮作用。乳酸桿菌和雙歧桿菌通過抑制NF-κB 的活化和TNF-α 的表達(dá)，減少促炎因子的產(chǎn)生，減輕炎癥反應(yīng)［37］。Wang等［38］通過以1×109CFU∕d 鼠李糖桿菌LS-8連續(xù)10周灌胃高脂飲食小鼠，發(fā)現(xiàn)該實驗組小鼠腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量增加，腸球菌和腸桿菌的數(shù)量減少，腸道內(nèi)菌群生態(tài)恢復(fù)，血清內(nèi)毒素水平顯著下降。但肝硬化可引起腸道免疫缺陷、腸道通透性增加，攝入益生菌的病人可能會因乳酸桿菌移位而增加患腹膜炎的風(fēng)險，需要進(jìn)一步地研究來確定益生菌在肝硬化病人中的安全性和有效性［39］。

利福昔明被批準(zhǔn)用于肝性腦病的治療，通過抑制腸道中具有黏蛋白降解能力菌群的生長，如韋永氏球菌屬、鏈球菌屬、嗜黏蛋白阿克曼菌等，降低肝性腦病病人的炎癥反應(yīng)，改善腸道的通透性和病人的認(rèn)知障礙［40］。TNP-2092 作用于細(xì)菌的RNA 聚合酶、DNA螺旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ，Yuan等［41］對小鼠以6.67 mg∕kg TNP-2092 灌胃治療7 d 后檢測小鼠的糞便菌群，證明TNP-2092 抗菌譜與利福昔明相似，但其對革蘭陰性菌的作用更強(qiáng)，同時對雙歧桿菌的影響更小，在體外對產(chǎn)生脲酶的細(xì)菌也有殺滅作用［42］，且對于被測試的大多數(shù)菌株表現(xiàn)出了更低的最低抑菌濃度［41］。這或許說明TNP-2092 可用來治療肝性腦病等腸道和肝臟相關(guān)的疾病。

4.2 糞菌移植糞菌移植已經(jīng)被證明可以改變腸道微生物的組成，減少氨的產(chǎn)生，增加短鏈脂肪酸、緊密鏈接蛋白的合成，減輕機(jī)體炎癥狀態(tài)，是治療肝性腦病的潛在方法［6］。Bajaj 等［43］對20 例肝硬化病人以1∶1的比例隨機(jī)分組，實驗組進(jìn)行糞菌移植，對照組口服乳果糖和利福西明，對這20例病人進(jìn)行了（12.9±2.9）個月的隨訪。前5個月的隨訪表明，實驗組毛螺菌科和瘤胃球菌科的相對豐度增加，血清IL-6和膽汁酸濃度下降，全身炎癥環(huán)境改變，認(rèn)知功能改善。后期隨訪結(jié)果顯示實驗組腸道菌群失調(diào)及認(rèn)知障礙得到進(jìn)一步改善，與對照組相比嚴(yán)重不良事件降低（2 比8，P=0.20），肝性腦病復(fù)發(fā)率降低（0比6，P=0.03）［44］。

目前糞菌移植只適用于治療艱難梭菌感染，僅有少量的臨床試驗證明其對治療肝性腦病有效，并且缺乏長期病人隨訪的數(shù)據(jù)，不良反應(yīng)尚不明確。Defilipp 等［45］報道了1 例丙肝肝硬化病人在接受糞菌移植后出現(xiàn)對多種抗生素耐藥的菌血癥，或許與糞便供體有關(guān)。由于腸道通透性增加、門體分流等因素，肝硬化晚期病人發(fā)生感染的風(fēng)險更高。因此，在進(jìn)行糞菌移植時需嚴(yán)格篩查糞便標(biāo)本，并對其風(fēng)險和療效進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

5 總結(jié)與展望

肝性腦病的發(fā)病機(jī)制高度復(fù)雜，中心位置仍是氨中毒學(xué)說。維持菌群的結(jié)構(gòu)及豐度可降低肝性腦病的發(fā)病率，改善病人預(yù)后；通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)來治療肝性腦病逐漸受到重視。目前臨床中益生菌制劑的應(yīng)用范圍最廣，具有較好的臨床應(yīng)用價值。此外，人們逐漸意識到病毒、真菌在肝性腦病發(fā)病過程中的作用，了解不同病因肝硬化病人腸道微生物的改變有助于確定新的治療靶點。