肝硬化患者肠道微生物群落致病机制及影响因素的研究进展

范文瀚 李成忠 陈怡 梁雪松

肝硬化是由急性或慢性肝损伤引起的一种晚期肝病，其主要原因包括嗜肝病毒感染、酒精、免疫及药物等。失代偿期肝硬化患者预后较差，常需要进行肝移植。肝硬化患者一方面通过胆汁酸代谢、门静脉高压、免疫调节等各种机制引起肠黏膜屏障破坏、肠道菌群的失衡及易位；另一方面，肠道菌群失调，尤其是菌群易位以及其代谢产物跨越肠道上皮屏障，又可促进肝硬化的进展[1-2]。这种肠道与肝脏之间相互制约、相互影响、互为因果的关系是肝硬化并发症病理生理变化的原因所在。

一、胆汁酸的肠-肝循环

肠道与肝脏之间复杂的功能影响及密切的结构学关系正逐渐被人们认知。二者通过胆道系统、门静脉系统以及全身循环系统进行交互影响。肝脏通过释放胆汁酸和生物活性介质进入胆道和全身循环与肠道作用。而肠道微生物及其代谢产物则通过门静脉转运到肝脏，从而影响肝脏功能。

胆汁酸(Bile acids，BAs)作为肝细胞周围胆固醇合成的双亲性分子，可以与甘氨酸或牛磺酸结合，在胆道释放。并与其他胆道成分一起，促进了膳食脂肪、胆固醇和脂溶性维生素的乳化和吸收。约95%的BAS在末端回肠中被主动重吸收，并转运回肝脏，其余5%与肠道微生物结合、脱氢以及脱羟基而形成次级胆酸，通过被动吸收进入门脉循环到达肝脏。肝脏回收BAs，并将其分泌回胆道，完成“肠-肝循环”。肠道微生物与BAs间相互作用密切，且相互调节。BAs通过与肠上皮细胞法尼醇受体(farnesoid X receptor，FXR) 结合，诱导产生抗菌肽，参与抑制肠道微生物过度生长。有研究认为[3-5]，BAs和肠道细菌的不平衡引起了一系列与肝病进展相关的宿主免疫反应。

二、肠黏膜屏障的作用

(一)机械屏障 肠道黏液层是对抗细菌微生物及各类抗原的第一道防线。细菌等病原微生物入侵时，肠道杯状细胞分泌黏蛋白(MUC)和糖蛋白，并对核转录因子(NF-κB)和生长因子等作出反应[6-7]。有研究显示[8]，在大鼠肝硬化模型中，黏蛋白MUC2和MUC3的RNA表达显著增加。此外，另外两项研究认为[9-10]，在大鼠的酒精肝模型中，其黏液层的厚度显著增加，而肠黏膜上皮损伤导致的黏液分泌过多会限制抗菌肽的活性，影响肠腔内细菌的杀灭，从而更有利于肠内细菌易位。因此，肝硬化患者肠上皮结构的改变可能是导致肠道通透性增加的原因之一。

(二)免疫屏障 肠道相关淋巴组织(the gut-associated lymphoid tissu，GALT)，包括Peyer斑、淋巴细胞固有层、树突状细胞、上皮内淋巴细胞和肠系膜淋巴结等。其中树突状细胞能够通过激活调节性免疫反应来改变紧密连接和取样管腔内抗原，而由淋巴滤泡和派尔氏结的淋巴细胞在肠腔中分泌的IgA避免了共生菌的易位。此外，管腔防御素、凝集素、溶菌酶、抗菌肽(antimicrobial peptides ，AMPs)，是肠道固有免疫防御的另一个组成部分，它们能够杀死革兰阴性和革兰阳性菌以及病毒和真菌，维持肠道环境的生态平衡[11-13]。

(三)微生物因素 人类肠道内有数以万亿计的微生物，这些微生物与宿主的新陈代谢、免疫功能行为的调节密切相关，对肠黏膜具有营养和保护作用。人体肠道菌群主要由两个门组成，拟杆菌门和硬壁菌门。此外还包括少量放线杆菌和变形杆菌[14]。肝硬化患者肠道菌群的特征是潜在致病细菌数量的增加及有益共生菌群的减少。在HBV相关的肝病中，类杆菌丰度相对较梭杆菌和变形菌更低。一些研究显示[15-16]，梭菌科、韦荣球菌科以及紫单胞菌科的减少与肝功能的持续恶化有关。链球菌科的丰度与Child-Pugh评分呈正相关，而毛螺菌科的丰度则与之呈负相关。

三、肠道菌群紊乱与肝硬化临床结局间的关系

(一)肠道菌群与门脉高压 肝脏三分之二的血液来自门静脉，三分之一来自肝动脉。入窦腔毛细血管网作为负压区，由开孔的窦状内皮细胞(fenestrated sinusoidal endothelial cells，SECs)构成，将窦内血与实质性肝细胞分离。肝星状细胞(Hepatic stellate cells，HSCs)从外部包裹在SECs周围。有研究表明[17-18]，肝窦内细胞与细胞的相互作用涉及肠道菌群产生的宿主源性生物活性介质和微生物代谢产物。肝内血管张力主要受来源于SECs内皮型一氧化氮合酶(eNOS)及活性的一氧化氮(NO)的调控。细胞因子诱导型一氧化氮合酶(iNOS)在炎症和其他病理刺激下释放大量肝外NO，可能导致小动脉血管扩张、全身血管阻力降低和门静脉流入增加，进一步促进门脉高压[19]。其他来源的活性物质还有如胰高血糖素、胆汁酸、血小板激活因子、心房利钠肽、肾上腺髓质素、内源性大麻素等。而肝硬化患者体内这些介质的水平可能会因肝脏代谢受损、门体分流增加或与微生物代谢失调等因素的变化而变化。

(二)肠道菌群与胆汁酸代谢 胆汁酸是微生物代谢和宿主生理学之间的重要联系。肠道微生物群可通过特定的酶活性(二羟基化、氧化和异构化等)，在BAs池的调节中发挥关键作用，并显著改变BAs的信号特性及其对BA受体的作用[20]。BAs调节着脂类膳食的吸收，并通过FXR诱导的抗菌肽的直接抗菌作用，在选择肠道微生物方面起着关键作用，从而防止细菌过度生长，保持了上皮细胞的完整性。因此，一方面，胆汁酸通过调节宿主细胞抗菌基因的表达，直接和间接地抑制细菌增殖。另一方面，在一些组织炎症性肠病和胆汁淤积性肝损伤的大鼠模型中，FXR的激活能显著抑制炎症反应，维持肠屏障功能，阻止细菌易位[21]。奥贝胆酸(obeticholic acid，OCA)作为一种能够调节BAs核受体的有效选择性FXR激动剂，在硫代乙酰胺中毒和胆管结扎(bile-duct-ligation，BDL)的肝损伤的大鼠模型中，被证明可以通过两种不同的途径改善门脉高压。在这两种模型中，OCA相关的治疗可激活FXR下游信号通路，并通过降低肝内总血管阻力而降低门脉压力[22]。

(三)肠道菌群与肝硬化相关并发症

1. 自发性细菌性腹膜炎 由于从肠道易位的细菌是腹水的主要定植菌，因此，小肠细菌过度增生(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)和细菌易位(bacterial translocation，BT)是自发性细菌性腹膜炎(Spontaneous bacterial peritonitis，SBP)的基础。通过对肝硬化患者腹水培养结果的分析，腹水中存在克雷伯氏菌、大肠埃希菌、肺炎球菌、链球菌等革兰阳性和革兰性菌占据约半数[23]。此外，有研究认为[24]，在肝硬化腹水的小鼠模型中，OCA已被证明可以减少细菌易位和肠道炎症。因此，对BAs信号的调节可能是通过对微生物的作用，进一步调节门脉高压的一个新靶点。另有研究表明[25]，Child-Pugh评分相同的患者腹水中的微生物组成和中性粒细胞计数相似，进一步加强了肠肝轴改变与病情进展的密切联系。

2. 肝性脑病 血氨水平的升高被认为是肝性脑病(Hepatic encephalopathy，HE)的主要致病机制之一，而肠道是产生氨的主要场所，由小肠肠细胞的谷氨酰胺分解代谢而来。有研究认为[26]，肝硬化并发HE的患者，其肠道内存在特定的菌属，如产碱杆菌科、紫单胞菌科、肠杆菌科等均与肠道的炎症程度有关。此外，伴有轻微肝性脑病及显性肝性脑病的肝硬化患者，其血清IL-6、IL-18、TNF-α及其他细胞因子水平显著高于没有肝性脑病的其他认知功能障碍的患者。最近的研究表明[27]，在一些轻型HE患者中，血清检出细菌DNA者比未检出者其神经认知评分更差，但可以通过乳果糖改善其认知功能。

3. 门静脉血栓 门静脉血栓(Portal vein thrombosis，PVT)也是肝硬化患者较常见的并发症，其患病率为0.6%～16%，在一些等待肝移植的患者中，其比例高达26%[28]。腹部血管的炎症活动可能与PVT的成形有关。而在肝硬化患者门静脉循环血栓形成前，BT和内毒素血症的作用已经形成且在早期得到证实。在最近的一项研究中[29]，评估了肝硬化合并或不伴有PVT的患者血清连蛋白和内毒素水平，但两组之间没有显著差异。这一结论增加了肠道炎症在PVT发病机制中作用的不确定性，仍需要进一步的研究。

四、肝硬化的肠道微生态防治

(一)抗生素 早期的一些临床模型表明，利福昔明治疗改善了微生物群落的组成和功能。但是一些临床研究在治疗终点上并未显示其存在显著差异。Bajaj等[30]的一项研究显示，接受利福昔明治疗的肝硬化患者，尽管微生物群组成略有变化，但内毒素血症较少，认知能力也有所改善。该研究还显示，利福昔明治疗增加了血清脂肪酸代谢产物，改变了胆汁酸组成，促进了抗炎状态。

(二)益生元和益生菌 益生元作为一种非消化性低聚糖，能选择性地促进有益菌生长以提高定植抗力，抑制潜在致病菌的生长。临床中较为常见的益生元包括乳果糖、果寡糖、乳梨糖等。早期的研究认为，乳果糖作为泻药，除了增加排便量，还能酸化肠道环境和修饰结肠菌群。微生物群的这种潜在改变可能导致产生尿素酶的细菌被不产生尿素酶的乳酸杆菌取代，从而减少潜在毒性短链脂肪酸的形成。虽然乳果糖被广泛应用于临床，但没有研究清楚地表明乳果糖会导致微生物群落组成或功能的显著变化。益生菌作为调节人体内微生态平衡的菌种制剂，特别是乳糖发酵乳酸杆菌和双歧杆菌能起到修复肠道菌膜屏障，提高肠道定植抗力，调节全身免疫等功能。目前益生菌与益生元已广泛应用于HE的治疗及临床实验。在一些研究中[31-32]，乳杆菌鼠李糖GG联合VSL#3益生菌的组合与安慰剂相比能明显改善内毒素血症、内皮功能障碍以及优化胆汁酸池组成。

(三)FMT(粪菌移植) 粪菌移植(fecal microbia transplantation，FMT)作为肠道菌群重建的核心方法，近年受到广泛关注。目前已经成为复发性或复杂性艰难梭菌感染腹泻的标准疗法之一[33]。此外，FMT的应用也从胃肠道疾病扩展到胃肠道外疾病，包括抑郁症、帕金森、脓毒血症相关脑病等，这些资料都提示FMT是一种安全性和耐受性良好的治疗策略。近年也有少数FMT用于治疗慢性肝病的研究，包括慢性HBV感染、酒精性肝病、肝性脊髓病等。这些小样本研究结果均提示，FMT有望成为慢性肝病病原治疗和合并症治疗的新策略。

五、展望

为了深入研究肝硬化患者肠道菌群，李兰娟院士团队建立了一个包括98例肝硬化患者和83名健康对照者的新的肠道基因目录(肝硬化目录)。并与之前建立的MetaHIT和T2D22基因目录进行比较，对现有基因集的局限性起到了很好的更新及补充[34]，这为开发新型益生菌开辟了道路。通过调节微生物群间的平衡，可能会为肝硬化的治疗开辟新的途径。在未来，最具挑战的工作将是寻找经济而精准的肠道测序新方法以及如何评估患者肠道屏障与菌群易位，从而更好地构建预防和管理肝脏疾病及其并发症的策略。