肝衰竭与肠道屏障损害关系的研究进展

肖玲燕，邢阿雯，谭善忠

1 南京中医药大学附属南京医院 a.重症医学科，b.中西医结合肝病，南京 210003；2 南京中医药大学 医学院·整合医学院，南京 210023

肝衰竭是由于肝细胞大量坏死导致肝脏的合成、解毒、排泄和生物转化功能受损，死亡率极高，肠功能障碍往往贯穿始终，表现为早期的食欲不振到后期的中毒性鼓肠[1-2]，肠黏膜屏障的破坏尤其是微生态失衡是目前的研究热点。肠黏膜屏障是维持共生生物和食源性抗原在体内平衡的关键，同时对病原生物和病原体相关分子模式产生宿主保护性炎症反应，一旦破坏则会造成全身中毒症状和组织损伤，是多器官功能障碍发生发展的枢纽[3]。早在1998年Marshall[4]就提出了“肠-肝轴”的概念，肝、肠胚胎时期共同起源于前肠，成熟后的肝脏和肠道通过门静脉和胆道相互关联，二者共同建立人体的防御系统且相互影响。本文综合分析了病理状态下肝脏与肠道屏障的相互作用，尤其是肝衰竭时肠道微生态的变化，并由此提出了可能的治疗前景。

1 肝衰竭引起肠道屏障损害

肝脏承担着全身尤其是肠道产物的代谢，肝衰竭患者“肠-肝轴”遭到破坏，尤其合并门静脉高压时，肠道血管淤血和血管新生，这两者都会损害肠道微循环、增加肠道屏障的通透性，出现肠道化学屏障、机械屏障、免疫屏障及微生物屏障不同程度的损害，进一步造成远隔器官的损伤。

1.1 化学屏障受损 化学屏障由胃酸、抗菌肽、胰岛再生源蛋白Ⅲ、溶菌酶和分泌型磷脂酶A2组成，可发挥杀菌和抑菌作用[5]。抗菌肽易与带负电的微生物细胞膜结合形成孔状结构，胰岛再生源蛋白Ⅲ可与革兰阳性球菌的细胞膜形成六聚体，破坏细菌细胞膜，达到杀菌作用。肝衰竭期间食物摄入减少导致胃酸、胆汁、溶菌酶、黏多糖等分泌减少，化学杀菌能力减弱，促使肠道致病菌大量繁殖。在急性肝衰竭大鼠模型中，分泌型磷脂酶A2和溶菌酶的表达减少[6]。

1.2 机械屏障受损 机械屏障包括覆盖在肠黏膜上的黏液层，吸收性上皮细胞微绒毛上的糖被，以及与肠上皮细胞之间的紧密连接。紧密连接蛋白不同的家族成员在细胞旁路通透性的调控中功能不同，如Claudin-1在肠黏膜屏障中表现出封闭作用，可降低旁路通透性[7]。Xiang等[8]建立了急性肝损伤所致黏膜屏障损伤的大鼠模型，发现模型组大鼠回肠末端黏膜中Claudin-1表达水平明显低于正常对照组，提示肝损伤时肠上皮细胞间紧密连接结构的通透性增加，肠黏膜表面和膜微区紧密连接蛋白的分布明显改变。Wang等[9]发现急性肝衰竭时紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的mRNA及蛋白质水平显著下降，提示肠黏膜屏障破坏，而增强ZO-1和Occludin蛋白的表达可以改善肠道通透性[10]。

1.3 免疫屏障受损 肠道含有人体中最多的免疫细胞，对抗潜在的病原体。B淋巴细胞主要通过分泌免疫球蛋白IgA阻止共生菌越过肠道屏障[11]。Fu等[12]制造急性肝坏死小鼠模型并使用淋巴毒素β受体预处理，急性肝坏死组和预处理组小肠上皮细胞凋亡率均增加，且急性坏死组细胞黏附分子-1及免疫球蛋白表达明显下降，预处理后细胞黏附分子和免疫蛋白的表达改善，IgA+淋巴细胞和分泌性免疫球蛋白IgA水平部分恢复。

此外，黏膜屏障功能受到来自肠道菌群和宿主免疫细胞各种信号的调节。肠上皮细胞表达多种宿主模式识别受体，包括Toll样受体(TLR)和核苷酸结合寡聚化结构域，可直接探测细菌成分。TLR通过病原体相关分子模式和内源性损伤相关分子模式识别受体。其中TLR4能通过髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依赖途径和β干扰素TIR结构域衔接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-B，TRIF)依赖途径向细胞内传递信号。一旦MyD88依赖途径被激活，下游信号分子就会进一步被激活，从而导致许多炎症介质的释放，包括TNFα、IL-1β和IL-18[10]。同时，TRIF依赖途径也可以通过调节干扰素调节因子从而导致细胞因子和干扰素的产生[13]。目前TLR4已成为预防和治疗肝衰竭重要的治疗靶点[13]。

1.4 微生物屏障受损 肠道中细菌群体的数量十分庞大，但大多都是固定菌属构成，如拟杆菌门和厚壁菌门，放线菌和变形菌的数量也较多[11]，这些寄居菌参与肠道代谢及机体免疫[14]。肝衰竭时微生物屏障受损是目前的研究热点，一方面表现在菌群易位，即微生物或细菌产物(细菌内毒素、肽聚糖和脂肽)从肠腔迁移到肠系膜淋巴结和其他肠外部位。活菌从肠腔通过肠壁向肠系膜淋巴结和其他部位易位是自发感染如菌血症公认的致病机制[15]，从而造成严重的炎症状态和加重血流动力学紊乱。对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭小鼠模型体内，会发生短暂的门静脉内毒素血症，其肝毒性与革兰阴性肠道细菌感染的高发生率有关[16]。Yang等[17]用分子量为4 kDa的荧光示踪剂FITC-右旋糖酐对急性肝衰竭小鼠灌胃，使用外翻肠囊法测定回肠黏膜通透性，结果显示肠道通透性增加，并且证实了细菌易位进入肠系膜淋巴结。

另一方面表现在肝衰竭患者存在肠道菌群的失调，这种现象与胃肠道蠕动减慢、胃酸分泌低、肠道免疫因子等有关。通过高通量测序可在急性肝衰竭小鼠中观察到肠道菌群失调，尤其是回肠中微生物的过度生长，结肠中的理研菌科、拟杆菌目S24-7组的丰度显著增加[18]。另一项对129例患者的研究[19]可以确定，螺旋菌的减少是慢加急性肝衰竭(ACLF)的一个特征，而另一个特征表现为巴氏杆菌数量增多，这对预测肝病患者病死率有重要意义。

2 肠道屏障损害影响肝功能

肠道是人体重要的代谢器官之一，微生物群是代谢的枢纽，微生物屏障完整性的丧失与微生物群相关分子模式的易位有关[20]。肝脏对来自肠道微生物群的化合物进行解毒，大约75%的血液由来自肠道血流汇总的门静脉供应，从而使肝脏不断地暴露于肠道微生物的成分和代谢产物中，尤其是肠道屏障受损时，这种现象尤其明显[21]，直接进入血液的菌群的成分或代谢产物通过各种机制与肝脏相互作用，加重肝细胞损伤。其中关键的因素包括肠道代谢能力下降导致的如胆汁酸代谢异常、氨清除障碍及代谢物堆积后产生的内毒素血症和炎症风暴，不仅直接导致感染、肝性脑病(HE)等并发症增加，加重肝细胞坏死，还可能影响肝细胞再生。越来越多的研究[22-24]证明了肠道微生物组的改变与ACLF之间的相关性。不仅血浆代谢产物的特征与全身炎症和ACLF密切相关，肠道微生物衍生的代谢产物也与ACLF有关。肠道微生态损害还导致其对营养物质尤其是蛋白及脂肪的消化吸收能力急剧下降，影响机体储备能力和免疫状态，不利于肝细胞的恢复。

2.1 胆汁酸代谢异常 肠道共生菌将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，并通过肠肝循环返回肝脏。肠道吸收胆汁酸对肝细胞代谢尤为重要，尤其是胆汁酸的浓度。肠道菌群失调、肠黏膜功能紊乱引起的肠源性内毒素血症中促炎性细胞因子高表达，如TNFα、IL-6和 IL-1，可下调肝细胞胆汁酸转运蛋白，从而导致胆汁淤积。胆汁酸具有潜在的肝脏毒性，胆汁酸过载会减少肝细胞再生[25]，肝切除术后胆汁酸于肝脏体积的比例急剧升高，使得剩余的肝脏中胆汁酸超载，这会导致破坏性的细胞毒性，导致氧化应激增加及细胞通透性增加[26]。

2.2 氨代谢异常 血浆代谢产物氨的清除在肝衰竭的发展过程中至关重要，肠道是体内氨的最大来源，HE可能是高血氨及炎症反应对认知功能障碍的协同效应[27]。急性肝衰竭小鼠肠道菌群比例失衡[28]，由于肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等厌氧菌数量显著减少，使得肠腔内乳酸产量减少，pH升高，氨的吸收增多而排出减少，同时革兰阴性肠杆菌科细菌数量显著增加，尿素分解增加，加之肝脏代谢功能降低和血脑屏障的破坏使得大量氨弥散入脑，血氨和脑氨水平升高，继而引起脑部结构功能异常，导致HE，Bajaj等[29]研究表明这些细菌与大脑认知功能呈负相关。

2.3 脂多糖(LPS)堆积 来源于肠道革兰阴性菌的LPS在肝脏和全身性疾病的发病机制中起重要作用，常用于诱导肝损伤模型以研究肝功能及肝细胞再生。肝衰竭时肝脏Kupffer细胞出现功能障碍、吞噬清除能力下降，或者大量的内毒素移位超过肝脏单核巨噬细胞系统的清除能力时，肝脏将会最先被攻击，同时内毒素会溢出进入体循环。LPS对肝脏有直接毒性作用，同时激活固有免疫细胞，产生炎症因子、趋化因子和活性氧，诱导炎症反应，造成肝脏的损伤加重。

另一个观点是，虽然一开始认为LPS影响肝功能，但也有证据表明它在肝细胞再生过程中不可或缺，它可作用于肝脏网状内皮系统维持其激活状态。当肠道衍生的内毒素无法到达肝脏时，小鼠的肝脏DNA合成受损[30]。无菌小鼠及LPS抵抗的小鼠可以通过给予LPS诱导肝细胞再生[31]，观察到的LPS诱导肝细胞增殖可能是由于增强了肝细胞生长因子的活性，同时使用LPS和肝细胞生长因子的大鼠增加了JNK和AP-1 DNA的结合，可能上调了c-JUN和STAT3的表达。LPS能够诱导大鼠肝细胞血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)蛋白表达上调，该诱导作用呈一定的能量依赖性和时间依赖性。而HO-1可以抑制LPS诱导大鼠肝细胞内质网应激介导的细胞损伤[32]。急性肝衰竭大鼠模型中，巨噬细胞来源的HO-1的过表达可以缓解急性肝衰竭造成的肝损伤，其机制与抑制HMGB1、IL-1β、TNFα的表达[33]和CD163/HO-1通路的激活有关[34]。

2.4 炎症反应 细菌易位时，大量细菌产物通过门静脉系统到达肝脏后经模式识别受体激活免疫系统，TNFα、IL-6、IL-1等促炎因子增多，损伤血管内皮细胞，加重组织炎症和水肿[35]。越来越多的研究[29,36]表明，肠道菌群参与炎症反应发生是加重HE的重要因素。Agusti等[37]通过对HE小鼠进行抗炎治疗，降低神经炎症因子的水平可改善小鼠的认知障碍，恢复运动协调。

3 治疗前景

3.1 非选择性β-受体阻滞剂 使用非选择性β-受体阻滞剂可以通过降低门静脉压力和加速肠道运输，减少细菌过度生长和易位，从而改善肠屏障[24]。

3.2 抗生素和杀菌剂 静脉曲张破裂出血期间应用抗生素可以改善预后[38]，也被用于失代偿性肝硬化发生腹膜炎的预防性治疗，其机制可能与细菌易位减少有关。目前非吸收性抗生素已经针对肠道微生物组-肝轴来治疗肝硬化相关并发症。长期服用利福昔明防止HE复发的患者肠道微生物组成发生了显著变化[39]。但是，抗生素也可能导致耐药菌株的生长、其他病原体如艰难梭菌的扩散以及与药物相关的毒性[40]。特定的杀菌剂可以规避常规抗生素的副作用，比如噬菌体，目前已有噬菌体成功治疗多重耐药菌感染的临床研究和病例报告，但其风险尚不清楚[41]。噬菌体与抗生素的联合治疗可能是一个更有效的策略。

3.3 益生菌和生物抑制剂 益生菌已被证明有利于短链脂肪酸的产生，维持肠屏障完整性，改变结肠的pH值和调节免疫系统[42]。益生菌对HE的治疗具有临床意义，一项随机对照试验[43]显示益生菌可以减少肝脏疾病患者的住院次数，并且降低肝病的严重程度。另一种方法是通过给予生物抑制剂来支持有益微生物的定植、生长和功能[40]，如口服乳杆菌分泌的蛋白质可保护小鼠免受大肠杆菌感染[44]。

3.4 胆汁酸和法尼醇X受体(FXR)激动剂 由于胆汁成分和流动对肠道微生物群有影响，肝脏疾病与肠肝胆汁酸池的转移有关，故人工合成的胆汁酸是肝脏疾病的重要治疗药物[45]。奥贝胆酸(OCA)是一种有效的FXR激动剂，除了影响炎症、纤维化和代谢途径外，还可以调节胆汁酸的代谢。在门静脉高压症的实验模型中，OCA能够稳定肠黏膜上皮屏障和肠血管内皮屏障，从而减少细菌易位[46]。

3.5 粪菌移植 粪菌移植提供了很实用的方法来重建健康的肠道微生物群，早期临床试验[47]也显示了它在肝硬化患者中的潜在作用，但是还需要更多的研究来确定它的长期安全性和有效性。最近已有研究[48]显示通过粪便微生物群移植纠正肠道菌群失调可以预防HE的复发。

3.6 中药治疗 中药治疗对肝衰竭时肠道功能有明显的改善作用。基于正虚病机的益气健脾法治疗改善了HBV-ACLF患者“正虚”的状态和“耗竭”的T淋巴细胞功能，从而提高了患者的生存率，改善了患者的不良预后。既往研究[45]表明，尽早给予中药高位保留灌肠联合西药治疗慢性乙型肝炎肝衰竭湿热发黄证患者可改善预后。中药复方具有较好的调节代谢和肝功能的作用，在一定程度上对肠黏膜屏障也有调节作用[49]。中药的经典给药方式为口服，经过消化道转化吸收后起作用，现代研究表明补益类中药具有扶植肠道正常菌群生长、调节菌群失调、起到益生元的作用，通过影响肠道菌群的结构来预防和治疗疾病。

3.7 其他 目前临床上常用的乳果糖能够选择性地促进一种或者多种有益菌生长，使肠腔内产生脲酶的细菌发生酸化，加快肠道细菌和毒素排出，同时抑制氨从肠腔扩散进入血液。他汀类药物疗法与降低门静脉压力和降低病死率相关，它可以抑制胆固醇的合成，并具有明显的抗炎和抗纤维化等肝保护作用[50]，同时可能会通过改善微生物组谱来预防ACLF[24]。后生元是肠道细菌的代谢产物，包括短链脂肪酸、次级胆汁酸、蛋白质多糖、维生素和有机酸等，具有免疫调节作用，与碳纳米颗粒、microRNA-320a等都可作为保护肠道屏障功能的治疗新策略[51]。

4 小结

总之，肝脏-肠道之间的相互作用，有助于更好地理解疾病肝衰竭发生发展的病理生理机制，并以改善肠道功能为突破口从中找到新的治疗靶点，从而提高肝衰竭患者的救治。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：肖玲燕负责课题设计，撰写论文；邢阿雯负责查阅文献、修改论文；谭善忠负责指导撰写文章并最后定稿。