粪菌移植治疗肝性脑病的研究进展

苏倩 张莉 徐楠 李家斌

安徽医科大学第一附属医院感染病科，合肥 230022

粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）是将筛选过的健康供体经过特殊处理的粪便使用到受影响患者肠道中， 其广泛应用于复发性艰难梭菌感染（Clostridium difficileinfection, CDI）[1-2]、炎症性肠病[3]、肿瘤[4-5]、脓毒症[6]、肠易激综合征（irritable bowel syndrome，IBS）[7]以及“肠-肝轴”相关的肝硬化[8]、非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD）[9]、肝衰竭[10]、自身免疫性肝炎[11]和肝性脑病[12]等疾病。 肝性脑病是由于晚期肝病或大型门体分流引起的脑功能弥漫性紊乱，虽然临床中可选择乳果糖和利福昔明等药物降低血氨、改善肠道菌群，但效果有限，部分患者仍会反复发作，严重影响患者和家属的生活质量。 近年来，随着FMT 技术的发展， 其在治疗肝性脑病方面受到较多关注， 但诸如FMT 治疗肝性脑病的可能机制、移植频次、有效性和安全性等问题尚不明确。

一、FMT 的可能机制

人的肠道包含一个大而多样的微生物群落[5]。 肠道微生物群是宿主新陈代谢的中央调节器，目前研究的肠道菌群一般是指肠道细菌。

肠和肝脏有着共同的胚胎起源，肠道菌群和肝脏是一个由代谢、免疫和神经内分泌介导的复杂网络系统。 有学者提出“肠-肝轴”的概念，认为肠道和肝脏之间的关联主要取决于胆道和门静脉，其中肝脏可将原代胆汁酸排入肠道，然后通过微生物群将其转为次级胆汁酸[9]；同时，肠道中的营养和其他小分子可以通过门静脉转移到肝脏代谢。 由定植微生物群、黏膜上皮细胞、紧密连接和局部免疫系统组成的肠屏障起关键作用。 肠屏障受损后，肠道内稳态被微生物衍生的炎症信号破坏，如细菌内毒素、脂多糖，这些炎症信号将病原体转移到肝脏导致肝损伤， 肝损伤也可能导致肠道微生态失调。 Manfredo Vieira 等[11]首次报道，肠道来源的鸡肠球菌移位到肝脏可在小鼠中诱导自身免疫性肝炎样表现，而且自身免疫性肝炎患者肝脏中富集鸡肠球菌， 同时血清中抗该微生物群的抗体增加。 Duan 等[13]发现了影响酒精性肝炎病程进展的关键肠道菌群，即能够分泌溶细胞素（cytolysin）的粪肠球菌（E. faecalis），这种细菌在正常人肠道中几乎不存在，但在酒精性肝炎患者中比例最高达5.59%；与此同时肝脏中也检测到了粪肠球菌，说明酒精破坏肠道黏膜屏障后可以导致粪肠球菌向肝脏的移位。 而在NAFLD 患者中，Lang 等[14]观察到的情况相反，96 例NAFLD 患者中只有7 例患者存在溶细胞素阳性的粪肠球菌，表明产溶细胞素的粪肠球菌是酒精性肝炎的特异性病原体。Yokoyama 等[15]研究发现，和其他患者相比，门静脉高压患者中乳酸杆菌目（Lactobacillales）水平高，梭状芽孢杆菌群水平低，这个梭状芽胞杆菌群含有许多产丁酸菌株，包括瘤胃球菌和粪便杆菌。 因此，低水平的梭状芽胞杆菌群Ⅸ已被证明与门静脉高压相关。

肝性脑病是终末期肝硬化、肝功能衰竭等严重肝病引发的常见并发症和死亡原因，临床上缺乏有效治疗手段。 FMT可用于与颈静脉肝内门静脉分流术 （transjugular intrahepatic portosystemic shunt, TIPS） 或分流无关的复发性肝性脑病患者。 肝性脑病的病理生理学尚不完全清楚，较常提及的是氨中毒学说[16]，多种因素如肠道生态失调、肠道高渗性和神经炎症的相互作用，在其发生中至关重要。 生态失调可能有利于产氨细菌繁殖，还可以引发炎症，损害肠上皮细胞和肝脏，导致胃肠道吸收氨增加和肝脏氨清除率降低[17]。通过FMT 降低血氨的3 个目标为[18]：（1）通过将肠道微生物群组成改变减少氨合成，氨的合成通过将肠道微生物群组成改变为尿素酶含量低、短链脂肪酸（SCFA）产量高的分类群来调节；（2）通过重建肠屏障的完整性来减少氨从胃肠道到血液的吸收，虽然肠道屏障在肝性脑病中功能失调， 但SCFA 通过降低炎症和刺激结肠上皮细胞来帮助恢复这种屏障，十二指肠黏膜多样性随瘤胃球菌科和双歧杆菌科的增加而增加，而随链球菌科和维氏菌科的减少而增加[19]；（3）通过重建肠屏障的完整性并通过改善肝功能来增加氨的肝脏清除率， 在健康肝细胞中，氨被转化为尿素。

二、FMT 的有效性

肠道微生物菌群种类繁多， 数量巨大，FMT 有效性尚不明确。 国内外报道了多项治疗肝性脑病的研究成果。 Sharma等[10]针对33 例重度酒精性肝炎 （severe alcoholic hepatitis,SAH）患者进行了一项开放标签研究，分为FMT 组和标准疗法（standard of care，SOC）组，通过鼻空肠管将健康家庭成员粪便捐献者的新鲜粪便混悬液进行单次FMT 治疗。 FMT 组28 d 和90 d 的生存率明显高于SOC 组， 肝性脑病缓解率分别为100%和57.14%，腹水的缓解率分别为100%和40%。 因此，FMT 是安全的，可提高短期和中期生存率，改善患者临床严重程度评分。 Li 等[20]通过FMT 治疗2 例TIPS 术后并发肝性脑病患者，发现供体中有益细菌如瘤胃球菌属、阿克曼菌和颤螺旋菌属等丰度高，FMT 前患者体内这几种有益菌群丰度低；一些致病性和机会性细菌，如韦荣球菌属和巨型球菌属在供体中较少。 可见，FMT 治疗后患者肠道菌群组成发生变化，肝功能改善，临床症状缓解，肝性脑病发作次数减少，FMT 治疗有效。Bajaj 等[12]对患有复发性肝性脑病的肝硬化男性患者进行了5 个月随访，在FMT 之前给予5 d 的广谱抗生素预处理， 虽然抗生素治疗后终末期肝病模型 （model for end-stage liver disease, MELD）评分短暂恶化，但在FMT 后恢复至基线，且增加了微生物群多样性和有益菌群。 来自合理选择供体的FMT 减少了复发性肝性脑病肝硬化患者的住院率，改善了认知和生态失调。

综上，FMT 治疗肝性脑病有疗效显著， 但多久需要移植一次，FMT 疗效可以维持多久尚不明确。Mehta 等[21]研究一项回顾性病例系列，分析单次FMT 治疗10 例复发性肝性脑病的疗效。 通过结肠镜进行单次FMT 治疗，6 例患者单次FMT治疗后动脉血氨浓度显著下降， 治疗后20 周有持续的临床反应，Child-Turcotte-Pugh 和MELD 评分明显下降。Bloom 等[22]对FMT 胶囊进行了1 项开放标签研究，10 例曾并发肝性脑病的肝硬化患者完成了FMT 给药（在3 周内给药5 次）和6个月随访，MELD 评分在FMT 后没有变化； 第3 剂、 第5 剂FMT 和第5 剂FMT 结束后4 周， 肝性脑病心理测量评分改善。 以上2 项研究FMT 次数不同，单次治疗后20 周就显示出良好的临床疗效， 而3 周内给药5 次的10 例患者也达到了良好效果，因此，尚不能明确多次FMT 疗效一定优于单次治疗。 但考虑到供体肠道菌群种类不同，受体基础状态也不同，FMT 的有效性尚不能排除与供体和受体基线因素有关，且特定肠道菌群可能存在于不同疾病的患者中，可能作为靶向治疗切入点。

肠道菌群与SAH 的发生发展相关。Philips 等[23]对入院和末次随访的38 例男性患者的粪便样本进行了16s rRNA 测序，入院时，存在急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）、肝性脑病和感染的患者比例分别为27%、42%和58%， 随访结束时38.5%患者死亡，特定的菌群与肝性脑病、败血症、疾病严重程度和死亡相关。 粒细胞集落刺激因子治疗后促进酒精性肝炎的肠球菌明显转变为巴氏杆菌（抑制屎肠球菌），盲肠肠球菌、辛德勒不动杆菌、光岗菌属之间相互作用与入院时的AKI 相关。 因此，特定的肠道菌群及其相互作用和代谢产物与SAH 的并发症和治疗结局有关。

以上几项研究都是基于人体的研究， 虽然临床疗效满意，但样本量偏小，很多因素如供体内优势菌群的种类及数量、随访时间、评价疗效的指标、FMT 途径和频次等不同，尚不能得出确切结论。 有学者进行了动物实验，也显示出积极的效果。 如Liu 等[24]将无菌和常规小鼠使用CCl4诱导为肝硬化，收集所有小鼠的额叶皮质、肝脏和小肠/大肠，进行皮质炎症、突触可塑性和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）信号、肝脏炎症和肠道16s rRNA 微生物群测序，结果发现常规肝硬化小鼠具有更高的神经炎症、小胶质细胞/胶质细胞激活、GABA 信号传导和肠道失调。 通过使用FMT 后患者的样本移植到无菌小鼠，可以减少神经炎症。 Zhou 等[25]证明，FMT后肝内脂质积聚、 肝内促炎细胞因子和NAS 评分显著降低，小鼠脂肪性肝炎得到缓解，突出了肠道微生物群的有益影响。

FMT 除了治疗“肠-肝轴”相关疾病，在肿瘤、IBS 和脓毒症等其他领域也发挥了积极作用。 Baruch 等[4]用FMT 治疗了10 例免疫检查点抑制剂 （immune checkpoint inhibitor, ICPI）难治性黑色素瘤患者。 首次通过结肠镜进行FMT，随后每14天口服FMT 胶囊，持续90 d。患者在FMT 前口服万古霉素和新霉素，以耗尽其现有肠道微生物群，这一过程是产生有利于微生物群植入的生态位。 Lythgoe 等[5]还发现属于厚壁菌门的细菌与ICPI 临床反应有关，抗PD-1 单克隆抗体与FMT 一起可以克服难治性黑色素瘤患者对ICPI 的耐药性。 El-Salhy等[7]将165 例IBS 患者随机分为安慰剂组（自身粪便）、30 g FMT 组和60 g FMT 组， 采用的FMT 均来自同一个健康、特征良好的捐献者，冷冻后经胃镜进行FMT。 结果显示安慰剂组、30 g FMT 组和60 g FMT 组中应答率分别为23.6%、76.9% 和89.1%，接受FMT 治疗患者的疲劳症状和生活质量显著改善，肠道细菌分布也发生了变化。因此，FMT 是一种治疗IBS 的有效方法。 2017 年，Wang 等[26]发现FMT 对肝性脑病大鼠具有保护作用，改善认知功能，降低肝功能指标。 FMT可通过改变肠道通透性和改善肝脏的TLR 反应来治疗肝性脑病。

但也有学者发现， 动物实验和人体试验出现相反的结果。 Ahmed 等[27]对成人使用磁共振成像和16S 测序评估肝脏脂肪和冷刺激棕色脂肪组织 （brown adipose tissue，BAT）活性，将人类粪便移植到无菌小鼠，通过微生物群的转移能力评估活性，NAFLD 组低于无NAFLD 组，BAT 活性与肝脂肪含量呈负相关；BAT 活性与粪便微生物群的特征无关， 并且不会通过粪便移植传播给小鼠。因此，低BAT 活性与成人肝脏脂肪积累较高有关，但这似乎不是通过肠道微生物群介导的。

急性肝衰竭的病死率极高，且无特效治疗方法。 FMT 对急性肝衰竭可能有一定疗效，但有学者发现联合益生菌移植可以提高FMT 疗效。 范琳达等[28]通过腹腔注射D-氨基半乳糖制备小鼠急性肝衰竭模型， 分为普通粪菌移植和粪菌+益生菌移植两组，结果发现模型组小鼠的肝脏肝性脑病染色呈严重炎性改变， 而普通粪菌移植组和粪菌+益生菌移植组较模型组炎症明显减轻。 因此，在粪菌移植的基础上，联合益生菌移植可以增强FMT 疗效， 改善肝脏炎症。 通过16S rRNA高通量测序分析显示， 通过粪菌+益生菌移植组改变疾病小鼠肠道菌群结构的差异细菌多为产丁酸盐细菌。 因此对于难治性疾病如肿瘤、急性肝衰竭、脓毒症等，可以尝试FMT，联合益生菌可能提高疗效。

三、FMT 的安全性

FMT 的移植途径包括口服、经胃肠镜从上消化道、灌肠3 种。 粪菌移植短期安全性较好，轻度不良反应包括恶心、呕吐、低热、腹部不适、腹胀、腹泻、便秘等。 严重不良反应包括内镜操作引起的穿孔和出血，原有病情加重，以及肠道病原体的传播等。

Allegretti 等[29]对22 例未诊断为糖尿病、NAFLD 或代谢综合征的肥胖患者进行了双盲研究。FMT 胶囊来自一个体瘦的供体，所有患者随访至第26 周。 在给予第1 剂量FMT 或安慰剂后的第1、4、6、8 和12 周收集患者的粪便和血清样本，并进行16S RNA 基因测序分析。接受FMT 和安慰剂的患者在不良事件方面没有显著差异，FMT 胶囊安全且耐受性良好，但不会降低代谢未受损肥胖患者的体重指数。Wang 等[26]使用CCl4诱导的急性肝功能异常肝性脑病大鼠模型， 发现FMT 改善了大鼠行为、空间学习能力和肝性脑病分期。此外，FMT 预防肝细胞坏死和肠黏膜屏障损伤，导致血清氨水平的肝脏清除和肠道通透性的减弱，2 种有效炎症反应介质TLR4和TLR9 的表达在FMT 治疗大鼠的肝脏中明显下调， 表明FMT 能够通过降低TLR4 和TLR9 的表达抑制全身炎症。 重要的是，FMT 治疗大鼠的肠道组织过程中， 肝性脑病诱导紧密连接蛋白（Claudin-1、Claudin-6 和Occludin）的丢失得到恢复，说明FMT 对肝性脑病大鼠具有保护作用，可以降低肝功能指标，改善认知功能。 FMT 可能通过改变肠通透性和减少TLR 表达治疗肝性脑病。 但也发现由于通过十二指肠小切口置管给药，增加了感染风险，最后有4 例大鼠死亡。Sharma 等[10]研究发现，FMT 组和SOC 组主要不良事件（包括自发性细菌性腹膜炎和胃肠道出血）的发生率相似。Bloom 等[22]报告了13起FMT 胶囊治疗后出现的轻微不良事件和3 起严重不良事件（2 起与FMT 无关），其中1 起不良事件为超广谱β -内酰胺酶大肠埃希菌菌血症。 Mehta 等[21]报告10 例复发性肝性脑病患者中， 4 例患者经历了6 次不良事件。 3 例患者出现明显的肝性脑病，2 例患者因并发自发性腹膜炎再次住院，1 例也出现明显肝性脑病的患者在术后2 个月内死亡。

虽然FMT 治疗肝性脑病相对安全， 其作用的发挥与肠道黏膜屏障作用增强以及肠道微生物组成有利变化有关，但FMT 后仍有导致死亡的风险。因为出现肝性脑病甚至复发性肝性脑病患者的一般情况很差， 可能系肝硬化或肝衰竭基础，即使不进行FMT，也随时可能因肝性脑病、自发性腹膜炎、继发感染、消化道出血等常见并发症而危及生命。 因此，对于这些患者在FMT 之前，要充分评估治疗指征和风险，选择安全有效的供体，将风险降至最低。

四、FMT 存在的问题及展望

迄今为止，已发表的研究由于受到动物实验、样本量、随访时间、 治疗次数及间隔等诸多方面的限制，FMT 在肝性脑病中的有效性和安全性问题仍然没有确切答案，治疗时间和所需移植数量尚不清楚。

Kao 等[30]报告了1 例FMT 联合乳果糖治疗酒精和丙型肝炎引起的混合性肝硬化并发肝性脑病的患者。 第一次治疗期间，患者的反应时间、血清氨和生活质量评分持续改善，但FMT 治疗结束后7 周内恢复到基线水平。毛螺菌科与良好的认知能力有关。 尽管FMT 后毛螺菌科的相对丰度减少，但他的认知有明显改善， 表明涉及其他微生物分类群和代谢活动。 值得注意的是，尽管最初有所改善，但在FMT 停止后，其有益效果并未持续，表明FMT 的疗效短暂，需要重复治疗才能维持反应。 Bajaj 等[31]对所有受试者给予乳果糖、利福昔明和质子泵抑制剂治疗的同时，进行FMT，发现与FMT 前微生物群相比，存在长期微生物群的聚类，FMT 后第7 天和第15天获得的微生物群表明无论短期或长期随访，FMT 前的微生物群组成相似。 在超过1 年的随访后， 与SOC 组相比，FMT组的住院率显著减少，认知功能显著改善。 说明FMT 治疗有效率可能可以维持在1 年以上，而且有可能长期有效预防肝性脑病的复发。

但是，FMT 亦存在相关治疗风险。首先，供体选择对FMT治疗效果具有潜在影响，如何选择合适供体，以及是否需要对于特定疾病选择具有特定有益菌群的供体目前尚未达成定论。 其次，病原体的感染以及移植微生物会带来不相关效果和不良反应，比如患者可能会出现严重细菌感染等。 最后，FMT 因其使用具有潜在生物危害的物质治疗，伦理上也有所争议。 当外来菌群引入宿主肠道时具有的稳定性有限，可能难以在受体肠道内长期存活，多次移植是否会提高疗效。 作为一项新技术，FMT 位于临床试验和器官移植的交汇点。 如何评估FMT 的风险受益，获取患者和供体的知情同意，保护患者隐私，减少患者对FMT 的厌恶心理，如何确定“合适的健康供体”等，都是一系列亟待解决的问题，需要进行大规模、随机和对照临床试验，以验证和帮助标准化FMT 在肝性脑病患者中的临床应用。

虽然关于FMT 治疗肝性脑病的大样本、 人体研究数量较少，随访时间有限，且其中很大一部分可能仅为安全访视[19]。但FMT 在改善肝性脑病患者的神经认知功能显示出了良好的效果，且不良事件发生率不高。 将来应当深入研究FMT 治疗肝性脑病的具体机制，从而开发更有针对特定疾病的靶向治疗，既提高疗效，还可以降低风险。

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