肠道菌群与慢性肝病

戴婷婷 李兰娟

浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室，国家感染性疾病临床医学研究中心，感染性疾病诊治协同创新中心 (浙江 杭州， 310003)

肠道菌群在健康人体消化、代谢、免疫等过程中发挥了重要作用。自美国提出人体微生物组学计划以来，肠道菌群研究已经成为了研究热点。许多疾病与肠道菌群的组成和功能的改变有关，例如炎症性肠病、肠易激综合征、自身免疫性疾病、代谢综合征、精神疾病等[1]。通过解剖学和功能上的相互作用，肝脏与肠道关系密切，越来越多的研究发现肠道菌群在肝脏疾病的发生发展中扮演着重要的角色。

1 肠道菌群

人体肠道有1 000多种、数万亿个细菌，绝大多数属于拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)[2]。拟杆菌门主要包括拟杆菌属、普氏菌属和木杆菌属；厚壁菌门主要包括梭状芽孢杆菌属、乳酸杆菌属和瘤胃球菌属、以及产丁酸盐的Eubacterium、Fecalibacterium和Roseburia。此外，肠道中也有一些真菌种类，比如念珠菌属、酵母菌属等[3]。在正常生理状态下，肠道菌群与人体保持共生关系，不但不会致病，还是人体不可或缺的一部分，在消化吸收、合成维生素、胆汁酸代谢、抗外来菌定植、诱导先天性免疫等方面发挥着至关重要的作用[4]。肠道菌群容易受饮食、性别、年龄、药物、遗传和环境等许多因素的影响。通过免疫系统、胆汁酸代谢、上皮内免疫细胞释放抗菌肽，人体可以调节肠道菌群的数量、分布、组成和活性以保持一个动态平衡状态[5]。病理状态下，人体肠道菌群失调，主要表现为菌群多样性降低、有益菌的减少和潜在致病菌的增多，这可能导致疾病或加重疾病进程[6]。

2 肠-肝轴

肠-肝轴是指肠道及其微生物与肝脏之间通过门静脉、胆道以及胆汁分泌系统建立起的双向关系。肝脏70%的血供来源于门静脉，门静脉的血供大多来源于胃肠道，因此，肝脏容易暴露于消化道来源的细菌、细菌的病原体相关分子模式(PAMPs)及细菌消化代谢产物。因此，正常的肠道屏障是人体与肠菌共生的重要基础。肠屏障包括黏液屏障、共生微生物、上皮细胞和免疫屏障[7]。其中，共生微生物通过抗病原体定植和产生有益代谢产物来增强肠道屏障，比如肠菌代谢产生短链脂肪酸(SCFAs)可以通过控制调节性T细胞的分化、巨噬细胞的杀菌活性来增强肠道免疫屏障[8]。此外，黏液屏障的组成也受到肠道菌群的影响[9]。

慢性肝病患者存在肠道菌群失调和肠道屏障功能障碍，过度生长的细菌及其代谢产物穿透肠屏障进入门脉系统，触发内毒素血症，在肝库普弗细胞和其他免疫细胞中引起炎症反应，在肝星状细胞中引起纤维化反应。

3 肠道菌群与慢性肝病相互关系的研究

肠-肝轴对许多慢性肝病的发生发展都有影响，例如慢性病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、肝硬化和肝细胞癌。许多研究证实了肠道菌群的改变是慢性肝病患者肠-肝轴紊乱的基础，并且与疾病的严重程度和预后相关。

3.1 慢性乙型肝炎和慢性丙型肝炎 乙型肝炎病毒(HBV)感染在中国影响9 000万人，是肝硬化和肝癌的主要病因[10]。感染时的年龄是影响HBV感染后免疫反应的重要因素，婴幼儿时期感染HBV更容易发展为慢性肝炎。有研究证实，成熟肠道菌群的建立会显著影响肝脏免疫反应，从而影响病毒清除率[11]。在长期抗病毒治疗后，粪菌移植重建肠道微生物群可在HBeAg阳性患者中诱导HBeAg清除、降低病毒载量并改善肝功能[12]。由此可以推断出肠道菌群参与了HBV免疫清除过程，但具体机制尚不清楚。此外，在HBV感染的不同病程中，HBV携带者的肠道菌群表现出特异性，提示HBV携带者的菌群变化可能在人体与病毒的斗争中发挥积极作用[13]。最近一项前瞻性研究发现HBeAg血清转化与独特的肠道菌群特征相关，并通过随机森林法构建了预测模型，有潜力成为口服抗病毒治疗开始前HBeAg血清转化的临床预测指标[14]。

在慢性乙型肝炎(CHB)患者中检测到肠道菌群的组成和机构的变化。CHB患者的双歧杆菌和肠杆菌的数量比值(B/E值)明显降低，这是因为CHB患者的双歧杆菌和乳酸菌含量明显减少[15]。B/E值作为衡量人体肠道微生物定植抗力的指标，可用来评估肝损伤的严重程度[15]。此外，CHB患者拟杆菌门细菌丰度较高，而大多数拟杆菌门细菌属于革兰氏阴性菌，这可能与以血清LPS浓度升高为特征的代谢性内毒素血症有关，从而促进肝病发展[6]。

慢性丙型肝炎(CHC)是肝硬化、肝癌的另一主要原因。与CHB患者相比，对CHC患者肠道菌群的研究较少。CHC患者的肠道菌群变化主要表现为肠杆菌科和拟杆菌门的增多，以及厚壁菌门的减少。与健康对照相比，CHC患者肠道菌群多样性显著降低，韦荣球菌属、乳酸杆菌属、链球菌属和Alloprevotella属的相对丰度显著增高，其中，乳酸杆菌属与肝纤维化进展呈正相关[16,17]。

3.2 酒精性肝病 长期过度饮酒会导致酒精性肝病(ALD)。肠道菌群被认为是ALD所致肝损伤严重程度的关键因素[18]。酒精及其代谢物通过破坏肠上皮内的紧密连接直接导致肠通透性增加，还能导致肠道内细菌过度生长并影响肠道菌群结构[19,20]。酗酒与产生丁酸的梭状芽孢杆菌含量减少和促炎症反应的肠杆菌含量增加有关[21]。在戒酒后，无酒精性肝炎患者的肠道菌群变化可以得到改善[22]。与无酒精性肝炎的酒精依赖患者相比，严重酒精性肝炎患者肠道内双歧杆菌属、链球菌属、肠杆菌属的数量明显增加而奇异菌属的数量呈减少趋势，具有抗炎作用的柔嫩梭菌和普拉梭菌显著减少[23]。

此外，酒精依赖患者的真菌多样性也明显减少，白色念珠菌含量增加[24]。进一步的研究表明，白色念珠菌分泌的念珠菌素可直接导致肝损伤，并可以独立于骨髓来源细胞上的β-葡聚糖受体CLEC7A来加剧乙醇诱导的肝损伤，与酒精性肝炎的严重程度和死亡率相关[25]。在动物实验中，抗真菌治疗可减少酒精引起的肠道真菌感染及血浆1,3-β-d-葡聚糖水平[24]，为酒精性肝病的临床诊治提供了新思路，但需要进一步的研究。

3.3 非酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝炎 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是甘油三酯在肝细胞中积累的结果，被认为是代谢综合征的肝病表现，约有20%的NAFLD患者会发展成非酒精性脂肪性肝炎(NASH)[1]。越来越多的证据支持肠道菌群在NAFLD发生发展中的作用。例如，缺乏肠道菌群的小鼠对饮食诱发的肥胖症和肝脂肪变性具有抵抗力，表明肠道菌群与宿主脂质代谢密切相关[26,27]。在比较NAFLD、NASH与健康人之间的肠道菌群组成的几项研究中，结果并不完全一致。在一致的变化中，NAFLD和NASH患者的肠道菌群特征存在重叠：在门水平，变形菌门增加；在科水平，肠杆菌科增加，Rikenellaceae和瘤胃菌科减少；在属水平，Dorea增加，Anaerosporobacter、Coprococcus、Faecalibacterium减少[28]。肠道菌群含量与脂肪肝疾病有关的潜在机制主要与细菌的代谢及产内源性酒精增加相关[29,30]。

肝活检是诊断NAFLD的金标准，但因其有创性不作为常规筛查手段。一项前瞻性研究通过建立由37种肠道细菌组成的随机森林分类器模型，开发了一种准确识别肝纤维化不同阶段的新方法[31]。研究表明，瘤胃菌科的丰度降低以及韦荣球菌科的富集与肝纤维化有关[32-34]。有趣的是，在非肥胖型NAFLD患者中，肠道细菌分类群和粪便代谢产物与严重纤维化的相关性比肥胖型NAFLD患者更加密切[34]。

总之，肠道菌群有可能成为评估NAFLD严重程度、检测肝纤维化甚至预测肝硬化的非侵入性生物标记物[35]。

3.4 肝硬化 肝硬化是常见慢性肝病进程中的终末阶段。肝硬化患者肠蠕动减少，胃酸及胰胆汁分泌减少，以及门脉高压性肠病均会破坏正常肠道菌群结构，肠内细菌过度生长、细菌易位导致全身性炎症和内毒素血症[36]。相比健康对照组，肝硬化患者肠道菌群多样性下降，拟杆菌门的相对丰度显著降低，而变形菌门和梭菌门高度富集，颊源的韦荣球菌属和链球菌属的水平升高，表明肠道中口腔菌群的增加可能与肝硬化相关[37,38]。

诸多研究表明，肠菌丰度可能是预测肝硬化严重程度及不良预后的有效生物标志物。肝硬化失调率(CDR)被用来定义肝硬化患者中有益的毛螺菌科、瘤胃菌科以及有害的肠杆菌科细菌的变化。CDR随着肝硬化严重程度的增加而减小[39]。在乙型肝炎肝硬化患者中，厚壁菌门/拟杆菌门比值的升高以及韦荣氏球菌属的增多与Child-Pugh分级呈正相关[40]。最近一项研究表明，链球菌的相对丰度可作为评估酒精性肝硬化患者肝损伤严重程度的指标[41]。在肝硬化的并发症中，肝性脑病的主要特征是高氨血症，这可能与产生脲酶的细菌(如克雷伯氏菌和变形杆菌)产氨增加有关[38,42]，而脑功能障碍相关的神经元和星形细胞变化被证明与特定的细菌类群有关[43]。肝硬化患者的粪便和肠黏膜微生物中肠杆菌科占比增加，通过受损的肠道屏障导致自发性细菌性腹膜炎的发生[44]。

尽管肝硬化的发生与肠道菌群失衡的先后关系仍不确定，但可以确定的是，肠菌失衡可以通过激活Toll样受体(TLR)引发炎症反应，加重肝纤维化，从而推动肝硬化向失代偿和肝衰竭发展[5,36]。因此，通过调节肠道菌群平衡来预防或辅助治疗肝硬化具有重要的临床意义。

3.5 肝细胞癌 肝细胞癌(HCC)是最常见的原发性肝癌，是全球与癌症相关死亡的第三大常见原因[45]。大约80%的肝细胞癌与肝硬化有关。肝硬化患者肠通透性增加，肝脏暴露于细菌和PAMPs等细菌成分中。TLR激活引起的炎症反应、慢性肝损伤和纤维化是促进慢性肝病进展为肝癌的重要因素[46]。此外，肠道菌群还可以通过调节胆汁酸代谢和免疫应答促进肝癌的发展[47,48]。研究者发现肝癌患者肠道菌群及循环微生物组的特征[49]，在肝癌早期诊断中具有应用潜力[45,50]。与肝硬化患者相比，伴有肝硬化的早期肝癌患者粪便微生物多样性增加，与健康对照相比，肝癌患者肠道中产丁酸盐的细菌属减少而产脂多糖的细菌属增加[45]。丁酸盐可以通过抑制ERK1/2、激活p38 MAPK来发挥抗炎作用，此外，动物研究证明补充丁酸盐可以逆转特定胆汁酸(如β-鼠胆酸和脱氧胆酸)的失衡[51]。

研究证明，肠道菌群和TLR4通过增加细胞增殖和抑制细胞凋亡来促进HCC的发展[46]。最近的一项机制研究发现，肠菌失调促进肝癌发生发展可能与核苷酸结合寡聚化结构域2(NOD2)有关。当肠源性PAMPs易位至肝脏，革兰阴性菌和革兰阳性菌的胞壁酰二肽(MDP)被NOD2感知，以RIP2依赖性方式激活NF-κB，JAK2/STAT3和MAPK途径触发促炎反应，此外，活化的NOD2触发核自噬途径促进核纤层蛋白A/C(Lamin A/C)的降解，肝细胞的DNA修复能力受损，基因组不稳定性增加，从而增加了致癌作用[52]。

肠道菌群在肝癌发生发展的作用意味着肠道菌群可能是辅助诊断和治疗肝癌的潜在靶标。

4 靶向肠道菌群的治疗策略

越来越多的研究表明靶向人体肠道微生态的治疗手段在预防、治疗肝脏疾病方面具有一定的潜能。应用微生态制剂、粪便菌群移植、利福昔明以及作用于胆汁酸信号传导途径的治疗有助于重建肠道微生态平衡，防止细菌移位和炎症反应。

4.1 微生态制剂 微生态制剂按所包含成分的属性分为益生菌、益生元、合生元。益生菌是直接增加对宿主代谢有益的某些细菌，可调节和维持肠道稳态。乳杆菌和双歧杆菌是常见的益生菌种。对患有ALD、NAFLD和肝硬化的患者应用益生菌可改善疾病严重程度的直接或间接指标[53-55]。益生元是有助于肠道有益菌生长的物质，例如果聚糖、低聚果糖和低聚半乳糖。乳果糖是临床上常用的一种益生元，除了通便功能，还可以通过增加潜在有益菌来改善高氨血症，逆转最小型肝性脑病(MHE)[56]。

益生菌的有益作用通常是物种特异性的甚至是菌株特异性的[57]，因此，开发适用于慢性肝病患者的益生菌种十分重要。经过多年的深入研究，李院士团队在新菌株开发和安全性研究方面取得了一定的成果。唾液乳杆菌LI01是从健康志愿者粪便中分离出的菌株，被证明具有改善肝功能、保护肠道屏障、减轻肝纤维化的作用，是一种有潜力作为预防或治疗肝硬化和肝衰竭的益生菌株[58-61]。

不同病因、不同严重程度的肝病患者肠道菌群结构及数量变化不同，选择何种益生菌、何种剂量和疗程尚不明确，故需个体化治疗。

4.2 粪便菌群移植 慢性肝病患者肠菌变化复杂，仅依靠一种或几种益生菌治疗可能存在局限性。粪便菌群移植(FMT)是一种重建肠道菌群组成的根本方法。早在公元4世纪，我国就有了用粪便治疗疾病的相关记载[62]。目前FMT被认为是难治性艰难梭菌感染的最佳治疗方法。在科学研究中，将健康或患病人群的肠道菌群移植到小鼠模型中已经成为研究肠菌在疾病发病机制中的一种新方法。

一些小型的临床试验发现，FMT具有减轻肝病患者症状和改善预后的潜力[63-65]，FMT改善肠道微生态的作用可能是通过直接改变肠菌组成、转移宿主代谢表型、改善肠黏膜屏障功能[23,66]。然而，相关文献报道了在接受FMT后因耐药菌转移导致的死亡病例[67]，因此必须加强对供体的筛选，以最大程度地减少风险，同时，对于肠道屏障受损严重的肝病患者，如肝硬化患者，应充分衡量FMT的益处和风险。此外，受体的肠道菌群可能通过影响供体肠菌的定植而影响FMT治疗效果，因此有必要在移植前对受体的肠道微生物组进行充分的分析以提高FMT成功率[68]。目前多项对FMT治疗慢性肝病(包括NAFLD、肝硬化)的临床试验正在进行中[69-71]，以进一步研究该技术的疗效和安全性。

4.3 利福昔明 利福昔明是一种不可吸收性的口服广谱抗生素，能够选择性净化肠道从而减少细菌易位，发挥降低内毒素和抗炎作用，且不易诱导细菌耐药性，常被用来预防肝性脑病，其有效性和安全性已通过大型随机临床试验证明[72]。此外，利福昔明的肠道去污作用可减少肝硬化患者自发性细菌性腹膜炎的发生[73]。研究表明，尽管在接受利福昔明治疗后韦荣球菌属和链球菌属的相对丰度有所降低，肠道菌群的整体结构并不受到影响[74]，其药理作用可能涉及对肠道菌群代谢功能的影响[75]。

4.4 作用于胆汁酸信号传导途径的治疗 由于胆汁酸稳态失调与NAFLD相关，作用于胆汁酸信号传导途径的靶向治疗手段成为慢性肝病的潜在疗法[76]。胆汁酸稳态的主要调节剂是法尼醇X受体(FXR)，肠道中升高的胆汁酸水平会激活FXR，诱导成纤维细胞生长因子19(FGF19)的转录，FGF19转运到肝脏中抑制胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)的表达，从而降低胆汁酸的合成[77]。

FXR激动剂奥贝胆酸目前被用于治疗原发性胆源性胆管炎[78]，在减少肝纤维化方面也具有一定的功效。目前尚无FDA批准的用于NAFLD治疗的药物，奥贝胆酸是治疗NAFLD的最有希望的方法之一，一项使用奥贝胆酸治疗NASH的临床试验将进一步研究其安全性[79]。研究发现，奥贝胆酸会导致肠道菌群发生改变，提示奥贝胆酸的部分积极作用可能由调节肠道菌群来介导[80]。最近的一项研究表明接受FGF19类似物Aldafermin治疗的NASH患者肠道菌群的丰富度和多样性均较为稳定，肝脏炎症和纤维化也得到了改善[81]。

5 结语

肠道菌群在人类疾病中的作用目前仍是研究热点。越来越多的研究证实肠道菌群在慢性肝病中的潜在临床应用，包括用作协助诊断和评估肝损伤程度的非侵入性生物标志物以及作为预防或治疗的靶点。然而，在对肠道菌群与慢性肝病的研究中还面临以下挑战和局限性：①横断面研究仅显示肠道菌群与肝病发展之间的相关性，肠菌失衡是肝病发生发展的原因还是疾病状态的一种反映，目前仍未知晓，需要进一步的前瞻性研究和干预研究提供依据。②目前大多数研究使用粪便菌群作为肠道菌群的替代物，研究表明，粪便微生物群和结肠黏膜相关微生物群存在差异[82]，然而，肠黏膜样品不容易获得。③相关研究证实真菌、病毒与慢性肝病存在关联，但目前的肠道微生物组研究几乎集中在肠道细菌上。④肠道菌群容易受到环境、遗传、行为习惯等因素的影响，需要进一步开展多种族、长时间、多中心的大型研究和更好的匹配对照来研究肠道菌群和特定疾病之间的关联。