肝移植术后肠道菌群失调的诊疗策略

鲍志野 刘浩

肝移植是拯救终末期肝病患者的首选策略，肝移植术后并发症如感染和排斥反应等一直是制约肝移植受者预后的重要因素，除此之外，肠道菌群失调导致的腹泻、腹胀、腹痛等腹部不适，也会影响术后恢复。研究证实，肠道菌群与肝移植术后相关并发症不无关系[1]。肠道微生物作为一个与人类健康息息相关的内在生态系统，在疾病的各个领域受到越来越多研究者的关注。人体肠道微生物基因数量是人体基因数量的100倍，在人体的代谢以及免疫稳态调节中发挥重要作用，这些微生物在正常情况下对宿主无害或互利共生，构成人体的一个独立“器官”。肠道通过肠肝轴与肝脏进行着解剖和功能上的双重交互作用。随着宏基因组测序技术以及生物信息学的不断进步，可以更加精确地揭示微生物种类和遗传多样性。本文对肠道菌群的概念、肝移植术后肠道菌群失调的原因及对受者的影响进行综述，并探讨以肠道菌群为靶点诊断和治疗肝移植术后肠道菌群失调的新思路。

1 肠道菌群的种类、作用与研究方法

1.1 肠道菌群种类

人类肠道寄居着1013～1014个微生物，其基因组是人类的100倍，肠道微生物又称肠道菌群，对人体的代谢以及免疫稳态发挥重要作用。这些微生物在正常情况下对宿主无害或互利共生，构成人体的一个独立“器官”，参与机体代谢，并与其他器官相互关联，成为机体代谢网络中的重要组成部分[2]。研究发现，人体肠道菌群是差异化的，在成人阶段是相对稳定的，但是从儿童到老年各个年龄阶段组成有所不同，而且众多因素也会影响微生物群的多样性，包括性别、体质量指数、饮食习惯、地域以及是否应用抗生素或者益生菌[3]。其它影响肠道菌群构成的因素包括肠道炎症性疾病、代谢性疾病（如糖尿病）、自身免疫性疾病等。在正常人肠道菌谱中，常驻菌（拟杆菌门和厚壁菌门）占90%以上，过路菌（如变形杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、产气肠杆菌）不超过10%。各菌群间互相依存和制约，按一定比例组合，最终在量和质的水平上达到一定的生态平衡。

1.2 肠道菌群的生理作用和肠肝轴

结肠中的细菌大多数为厌氧菌，主要对膳食纤维等底物进行酵解。肠道菌群相关的两个重要的代谢形式包括胆汁酸的代谢和短链脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）的形成。首先，肠道和肝脏之间有解剖上的交互关系，因此肠道菌群与肝脏分泌的胆汁酸之间存在着相互作用。初级胆汁酸由肝脏分泌后经胆总管进入肠道，如鹅去氧胆酸通过7α-脱氢酶转化为石胆酸，以及胆汁酸转化为脱氧胆酸，进而次级胆汁酸在结肠中被重吸收经门静脉运回肝脏，完成肠肝循环。肠肝轴是指通过胆道和门静脉所建立起来的一个联系肝脏和肠道菌群的解剖和功能上的双向关系[4]。肝脏作为第二道防火墙，针对肠道转位来的有害物质予以清除[5]。因此一方面肠道菌群在初级胆汁酸向次级胆汁酸的转化中发挥关键作用，另一方面，次级胆汁酸也可以影响肠道菌群的构成和数量。

其次，碳水化合物在结肠内被肠道菌群酵解成SCFA，包括醋酸、丙酸、丁酸等。SCFA是酵解的主要代谢产物，在结肠中浓度为50～200 mmol/L，可以结合特定的免疫受体，最终作为能量的来源，调节肠道上皮细胞完整性以及免疫交互的基因表达。由于SCFA都是水溶性的，很容易被转运进结肠上皮细胞，进而调节基因表达，细胞增殖、分化和凋亡[6]。

1.3 肠道菌群和肠道免疫系统的相互作用

肠道菌群和免疫系统之间存在广泛的交互作用[7]。肠道内的上皮、黏膜以及免疫细胞，可以通过分泌黏液、抗微生物肽或者肠腔内的免疫球蛋白来保持肠道微生物的稳态，避免肠道菌群失调。肠道菌群及其产物从肠腔转位进入肝脏，从而引起免疫反应[8]。肠道菌群能够调节肠上皮的功能，同时肠上皮或者肠道菌群能够激发固有免疫细胞和适应性免疫细胞的促炎和抗炎效应[9]。肠道菌群不仅能促进淋巴细胞的成熟，还能促进淋巴细胞的分化以及记忆性T细胞的产生[10]。

1.4 肠道菌群的研究方法

肠道菌群的研究一般包括组成以及功能的研究。多样性研究一般是用于比较菌群的复杂性。Alpha多样性指数中，Shannon多样性指数（Shannon diversity index，SDI）用于研究肝移植受者体内肠道菌群的数目以及相对丰度[11]。高SDI值代表菌群种类丰富，分布相对平衡，低SDI值代表菌群种类相对少，限定性的某几种菌群比较突出。Beta多样性指数用于研究独立样本之间的差别，比如UniFrac分析就是用于比较健康对照人群与肝硬化人群之间的菌群差异，或者肝移植受者术前与术后的纵向比较[12]。宏基因组学和宏代谢组学可分别用来研究肠道菌群以及菌群产物的功能构成，对于肠道菌群失调的功能性结局是更好的研究方法[13]。还有研究应用生物信息学工具StrainSifter来定位感染患者血液中的微生物来源。

2 肝移植术后肠道菌群失调的危险因素

从解剖位置来看，肝脏70%的血供来自于肠道回输到门静脉的血液，它是防御肠源性抗原的第一道防线，也最容易暴露在肠源性刺激环境中。在一项针对40例肝移植受者的研究中发现，肝移植术后SDI明显增高，术后早期肠球菌减少，有益菌群增加[14]。

2.1 肝移植术前终末期肝病模型评分

研究显示终末期肝病模型（model for end-stage liver disease，MELD）评分高以及巴氏杆菌增多与肝移植术后死亡风险呈正相关，在多因素回归分析中都是预测病死率的一个独立因素[15]。MELD评分与葡萄球菌属、肠球菌属、肠杆菌数量呈正相关，与梭状芽孢杆菌、毛螺菌属、瘤胃球菌属以及拟杆菌属数量呈负相关[16]。双歧杆菌/肠球菌的比例降低与MELD评分增加也具有相关性[17]。

2.2 肝移植围手术期的营养状态

研究表明多种营养素可以影响肝脏缺血-再灌注损伤的程度[18]。术前门静脉高压引起肠道淤血，进而导致黏膜萎缩[19]。研究显示肝移植术前存在中-重度营养不良的患者，需要长时间使用全肠外营养（total parenteral nutrition，TPN）行营养支持，术中输血量更多，重症监护室入住时间和住院时间延长，术后感染率及围术期病死率均明显升高，而TPN可引起肠道黏膜废用性萎缩，导致肠道细菌移位以及肠源性感染的发生，摄入富含发酵奶、蔬菜、燕麦、咖啡和茶的饮食，可以使微生物的多样性增加，术后90 d住院的风险降低[20]。

2.3 肝移植术中无肝期

肝移植手术存在无肝期，移植术后早期肝功能恢复也需要时间，门静脉血流阻断、重建会导致肠道血液回流淤滞，因此肝移植术后早期极易发生肠道菌群失调。Filos等[21]阻断大鼠全肝血流后发现肠系膜淋巴结及肝脏均可培养出肠道细菌，门静脉血内毒素水平亦明显升高。肝移植术后早期感染可能与无肝期所致的肠黏膜缺血-再灌注损伤引起的肠道细菌或内毒素移位相关，且无肝期越长，肠黏膜损伤越严重。

2.4 围手术期抗生素的使用

研究表明长期大量使用广谱抗生素，在杀灭敏感致病菌的同时也杀灭了肠道常驻菌，而潜在的耐药性条件致病菌大量繁殖，导致机体肠道菌群失调的发生[22]。抗生素的使用与肠道菌群失调的发生具有显著的相关性，是目前导致肠道菌群失调的主要原因，经过半个世纪抗生素的应用，目前抗生素所带来的对于耐药以及肠道菌群的负面效应已经逐渐显现出来。

2.5 肝移植术后免疫抑制剂的长期大量使用

肝移植术后受者免疫功能一直处于抑制状态，肠道菌群失调发生率高。他克莫司能降低肠道微生物的丰度，尤其是产丁酸盐的微生物。通过比较依维莫司和他克莫司分别联合吗替麦考酚酯治疗对肾移植受者粪便微生物群的影响发现，应用不同免疫抑制方案会导致产生不同的肠道菌群谱[23]。霉酚酸酯类药物能引起肠道菌群的改变，从而可能导致该类药物相关的肠道并发症的发生[24]。

3 肝移植术后肠道菌群失调对受者的影响

3.1 免疫系统

目前针对肝移植术后肠道菌群的研究大多数来自于动物实验。首先，在肝移植术后出现急性排斥反应（acute rejection，AR）时，肠道菌群会发生改变，肝移植术后肠道菌群失调可以作为诊断AR的敏感指标[25]。在一项大鼠肝移植术后AR模型中，术后2周拟杆菌明显增多，而双歧杆菌则在术后先减少再恢复[26]，这可能与内毒素增加以及细菌转位有关。其次，慢性排斥反应的标志性病理表现为小胆管的消失和再形成，肝移植术后大鼠慢性胆管增生会导致移植肝失功，与正常组大鼠比较，同基因异体肝移植组大鼠的肠道双歧杆菌和乳酸菌数量明显减少，而肠球菌和肠杆菌的数量则相应增加[27]。

3.2 术后并发症

一项纳入177例肝移植受者的研究通过分析肠道菌群对肝移植术后1年内的影响，发现肠道菌群的改变（拟杆菌属和毛螺菌属减少、肠球菌增加）与多重耐药菌的定植有关（尤其是耐万古霉素的肠球菌），并与术后出血、胆瘘和胆道狭窄相关[28]，多重耐药菌的定植是肠道菌群失调持续存在的一个重要标志。

3.3 免疫抑制剂使用

微生物制剂能影响免疫抑制剂的吸收和代谢，研究发现肠道普拉梭菌能把他克莫司转变为免疫抑制强度更弱的复合物[29]。同时，钙调磷酸酶抑制剂也能影响肠道菌群和肠道屏障，在小鼠的皮肤移植模型中，低剂量的他克莫司联合粪便菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）可以控制排斥反应[30]。与过低或者过高的他克莫司浓度相比，适当的他克莫司浓度能够维持大鼠正常的移植肝功能以及稳定的肠道菌群。研究发现，环孢素可以减轻大鼠移植肝损伤，部分恢复肠道菌群，减轻排斥反应[31]。

4 肝移植术后肠道菌群失调的治疗

目前，针对肠道菌群失调的治疗手段主要包括口服抗生素和选择性消化道去污（selective decontamination of the digestive tract，SDD）、益生菌输入以及FMT。

4.1 口服抗生素和选择性消化道去污

有研究表明肝移植术前应用抗生素能减轻肝脏损伤[32]。肝移植术后SDD的应用一直存在争议。但是Katchman等[33]则认为SDD（应用黏菌素、庆大霉素和制霉菌素）并不能降低肝移植术后感染的发生率，只能改变感染类型的分布，即革兰阳性球菌感染代替革兰阴性球菌感染。并且，SDD还可能增加多重耐药的风险，因此建议肝移植术后慎用SDD，需要进一步的随机对照试验研究来支持。

4.2 益生菌输入

与肠道中复杂且数量庞大的菌群相比，口服益生菌经过消化道抵抗到达肠道中的数量已经很少，但仍旧可以对肠道菌群产生较大的影响。肠道菌群的代谢物SCFA通过致病菌的细胞内酸化来控制多重耐药肠杆菌的生长[34]。研究发现，包含双歧杆菌和乳酸菌的益生菌通过重建肝移植术后肠道菌群，不仅明显减轻肝脏缺血-再灌注损伤，还能有效改善肠道屏障功能。一项单中心研究发现对于胆道非吻合口狭窄的患者，益生菌对于预防胆道并发症也有帮助[35]。另一项单中心研究发现益生菌可以有效地降低肝移植术后感染并发症发生率[36]。有益菌群还可以抵抗耐万古霉素的肠球菌感染[37]。

4.3 粪便菌群移植

FMT 是一种将健康志愿者的粪便菌群移植给患者，以重建正常肠道菌群的治疗方法。研究发现FMT对于多重耐药菌有较好的疗效[38]，同时也减少了耐药基因的传播[39]。对于多次复发的艰难梭菌感染，如果抗生素治疗无效，美国传染病协会（Infectious Disease Society of America，IDSA）和美国健康管理流行病协会（Society for Healthcare Epidemiology of America，SHEA）都推荐采用FMT[40]。艰难梭菌感染一般在实体器官移植术后56 d高发，肝移植受者发生率约为11%[41]。一项纳入94例实体器官移植受者的多中心回顾性研究发现，单次FMT后1个月时艰难梭菌感染治愈率为63.8%，3个月时为58.7%[42]。

FMT 可以通过上、下消化道介入，一项系统性回顾分析显示，通过下消化道移植的方法成功率高于上消化道，其中通过上消化道移植成功率为76% ，通过保留灌肠移植成功率为 95% ，经结肠镜移植成功率为89%[43]。商品化的口服肠溶性粪便胶囊治疗肠道微生态紊乱性疾病在未来可能成为现实[44]。

FMT的临床应用主要面临两个并发症：感染和误吸。DeFilipp等[45]的研究表明，通过筛查粪便捐献者，对于减少FMT过程可能导致不良感染事件的微生物传播很重要。FMT操作的过程需保持警惕，尤其是对于有误吸风险的器官移植受者。目前FMT仍然是改善肠道菌群失调的首选方案。

5 小 结

肠道菌群在调节肝脏代谢以及免疫应答方面发挥重要的作用，肝移植术后肠道菌群的稳态与机体的免疫微环境相互影响、互为因果，共同影响着肝移植受者的预后。目前我们对肠道微生物与肝移植术后的生理经过的认识在不断加深。今后随着对肝移植术后受者的研究以及动物实验研究的深入，肠道微生物以及相关制剂将不断改善移植肝功能，减少肝移植术后并发症，给肝移植受者带来更大获益。