肝硬化患者口腔和肠道菌群相关性研究进展*

毕炯炯 马英杰

1.河南中医药大学第五临床医学院 (河南 郑州, 450003) 2.河南中医药大学人民医院/郑州人民医院消化内科

肝硬化是慢性肝病的终末期病理过程。由于各种原因导致肝细胞弥漫性坏死,正常肝小叶结构被破坏,引起肝内血流动力学紊乱,最终可出现肝功能衰竭[1]。疾病早期可无明显症状,但随着病情进展会出现多种严重并发症。全球每年约有100万人死于肝硬化,其已成为全球发病率和死亡率不断上升的原因之一[2]。因此,掌握有效的诊断方法和治疗措施是关键。近些年,研究发现微生物群及其代谢产物通过参与各种免疫反应直接或间接影响肝硬化的发生发展[3,4]。靶向调控微生物、减少代谢物质堆积、改善全身免疫状态、缓解持续性炎症反应已成为肝硬化诊治新策略。

1 肠道菌群与肝硬化

1.1 肠道菌群的结构及功能 人体肠道内定植有100万亿个微生物,主要由厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门构成[5]。这些微生物群的组成结构和数量会因宿主年龄、性别、解剖部位、饮食习惯、理化及免疫因素的影响而存在差异。尽管如此,肠道菌群能和谐稳定的栖息于肠道中,可归因于以下功能:①能够摄取和合成胆汁酸、维生素、短链脂肪酸等营养代谢产物;②通过调节肠道pH值和竞争营养成分来抵御病原菌定植,维持肠道上皮的完整性;③调节固有性和适应性免疫细胞的发育、稳态和功能[5]。肠道菌群通过消化、营养、免疫等途径来维持机体健康。

1.2 肠道菌群在肝硬化中的结构组成及作用机制 慢性肝病的发生发展与肠道菌群具有相关性,其在结构组成上拥有特征性改变。研究发现,肝硬化患者粪便中有益菌群如乳酸菌属、双歧杆菌属和拟杆菌属丰度减少,而潜在病原菌,如变形杆菌属、梭杆菌属、韦荣球菌属和链球菌属丰度增加[6]。Bajaj等[7]发现酒精性肝硬化患者内毒素水平及肠杆菌科丰度较高,且原生菌与非原生菌比例失调,并与内毒素水平呈负相关。非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者的肠道菌群组成及代谢功能随纤维化的进展程度而变化[6]。Boursier等[8]发现非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者拟杆菌门的丰度较高,普雷沃氏菌属的丰度较低,且在肝纤维化程度高的患者中疣微球菌属丰度较高。

肝硬化的发生发展与局部或全身免疫、血管和炎症变化相关,而这些变化直接或间接的影响肠道菌群的结构、功能以及肠道屏障的完整性[9]。“肠-肝”轴作为胃肠道和肝脏之间相互作用的通道,通过胆道、门静脉和体循环,将肠源性代谢产物、内毒素、炎症介质等直接运输到肝脏,使得肝脏发生病理性改变,同时肠道又受到肝脏反馈,调控代谢功能并影响肠道屏障完整性和微生物群组成[10]。一方面,肝硬化时肠道条件致病菌过度生长,导致肠道菌群紊乱,易位的微生物及其代谢产物通过门静脉传递,并被肝细胞表面的模式识别受体(如TLRs和NLRs)识别,激活肝脏固有性免疫反应,并通过TLR4/MYD88/NF-κB通路,促进炎症因子表达和肝星状细胞的激活,细胞外基质过度沉积,导致肝脏炎症和纤维化进行性加重[11-13]。另一方面,进行性肝功能损伤会影响胆汁酸受体FXR的调节及胆汁酸的排泄,导致肠道内胆汁酸缺乏,易造成细菌移位,而肠道菌群紊乱可使胆汁酸解偶联,产生次级胆汁酸,抑制FXR,破坏了肠道屏障功能,部分肠道细菌或其产物进入体循环[14-16],此外肠内抗菌肽、免疫球蛋白A分泌减少以及Toll样受体的持续激活会引发炎症级联反应[17],导致持续的肝细胞损伤。尽管目前认为肠道菌群与宿主肝脏和免疫细胞的相互作用可影响肝硬化的病理机制,但仍需更进一步的研究,为未来微生物的靶向治疗提供依据。

2 口腔菌群与肝硬化

2.1 口腔菌群的结构及功能 口腔微生物群是人体第二大复杂的微生物群,主要包含6个优势门:厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门、螺旋菌门和梭杆菌门[18]。口腔生态系统因生态位点不同而存在结构组成差异。据报道,健康人群中唾液及颊黏膜的优势门为厚壁菌门和拟杆菌门,而龈上菌斑 则以变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门及梭杆菌门为主[19]。此外,口腔微生物群的组成结构会随着年龄及牙列状态的改变而波动,如颊黏膜菌群中螺旋体的丰度会随年龄的增长而增加[20]。平衡的口腔微生态环境能抵抗病原体,调节免疫系统,维持机体的健康。而失衡的口腔菌群则会通过消化道、血液循环或者直接扩散等方式引起口腔及全身性疾病。研究发现,口腔疾病与慢性肝病间存在共同的危险因素,如糖尿病、吸烟、饮酒等[21]。此外,牙周疾病与慢性肝病进展之间也存在相关性[22]。Wang等[23]发现,NAFLD患者口腔易发生牙龈卟啉单胞菌感染,且会加快促进NAFLD转变成NASH,甚至发展为肝硬化。在HCV肝硬化患者唾液中发现密螺旋体、月形单胞菌及毛螺旋菌显著富集[24]。由此可见,肝硬化患者口腔菌群的结构组成同样也发生了改变,而这些特征性的口腔菌群有望成为肝硬化非侵入性诊断和后期疗效评估的潜在生物标志物。

2.2 口腔菌群与肠道菌群在肝硬化中的关系 肝硬化的一个显著特征是口腔起源的微生物能入侵肠道[6],但口腔菌群移位至肠道后具体的作用机制仍有待研究。Qin等[25]比较了肝硬化患者和健康人群的口腔和粪便菌群,结果显示肝硬化患者粪便中富集大量口腔来源的微生物,其中链球菌、韦荣球菌丰度明显高于健康人群。Bajaj等[26]发现在肝硬化的病程中,存在口腔细菌易位到肠道并过度增殖的现象。此外,口腔中最常见的链球菌,能在肝硬化患者的粪便中被大量检出,再次提示口腔菌群侵入肠道[27]。由此可见,口腔微生物组至少可以影响肝硬化患者的远端肠道微生物组成。然而,目前尚无直接证据证明肝硬化患者口腔菌群结构的变化是否受肠道来源的微生物影响,或是肠道菌群直接定植在口腔中。但对于结直肠疾病,则更倾向于是肠道菌群代谢产物以主动吸收及破坏肠道屏障的方法,通过血液或淋巴循环对口腔靶向作用[28],并间接影响口腔菌群的结构组成。

2.3 口腔菌群在肝硬化中的作用机制 由于肝硬化导致肠道pH值和胆汁酸失调的改变,使得口腔菌群能够侵入肠道[29]。而肠道微生态失调、肠道屏障受损以及肝脏和全身炎症反应又是导致肝硬化病理学机制的关键[30,31]。肠道似乎在此充当了口腔与肝脏间的通道。口腔菌群在肝硬化中的作用可能通过以下途径实现:①直接途径:“口-肝”轴。口腔微生态失衡后,牙周细菌、内毒素(如脂多糖)以及局部产生的炎症介质通过发炎的牙周组织上皮进入血液循环,并通过肝动脉运输到肝脏,导致菌血症从而加重肝脏损伤。②间接途径:“口-肠-肝”轴。牙周炎相关细菌通过唾液进入肠道后,使得肠道微生态失调和肠道屏障功能受损,从而导致肠道菌群易位、内毒素血症和全身炎症反应。研究发现,口服与牙周炎相关的细菌,如牙龈卟啉单胞菌和聚集性放线菌可导致肠道菌群失衡,回肠紧密连接蛋白的基因表达降低,肠屏障功能受损,并出现全身性内毒素血症、胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性[32-34],这些影响可能直接或间接损害肝脏。口腔、肝脏和肠道中的炎症会导致内毒素血症和全身炎症反应,这正是代偿期肝硬化向失代偿和慢性肝衰竭急性进展的关键驱动因素[35]。

3 肝硬化相关微生物治疗现状

3.1 抗生素 抗生素已被广泛用于治疗及预防肝硬化相关并发症,如自发性细菌性腹膜炎、肝性脑病及小肠细菌过度生长等。利福昔明是一种不可吸收的口服广谱抗生素,对于治疗肝性脑病和改善失代偿期肝硬化的各种并发症有良好治疗效果。其可能是通过影响微生物的代谢功能,促进血清长链不饱和脂肪酸水平的升高,减少促炎因子的表达来达到治疗目的[36]。同样,诺氟沙星和新霉素通过改变细菌易位和过度生长来改善肝硬化患者的肝功能[37]。然而,长期使用抗生素可能会增加肝硬化患者细菌耐药性及多重耐药的风险。

3.2 益生菌、益生元、合生元 益生菌是有益健康的活微生物。一项荟萃分析显示,对NAFLD和NASH患者使用益生菌后,可降低ALT、总胆固醇和TNF-α水平,改善胰岛素抵抗[38]。益生菌治疗肝硬化等慢性肝病时,可降低动脉血氨浓度、住院频数和肝性脑病的进展[6,36]。此外,使用益生菌菌株Lactobacillus GG和干酪乳杆菌可缓解肝硬化患者的内毒素血症和炎症反应,而乳杆菌和双歧杆菌的组合也能改善患者肝脏的免疫功能[39]。益生元是指那些不被宿主消化吸收,却能改变肠道菌群组成的有机物。乳果糖已经常规用于肝性脑病的治疗,其能促进肝硬化患者双歧杆菌和乳酸杆菌的生长[40]。此外,果胶可以通过促进拟杆菌的生长和抑制酒精引起的拟杆菌的减少来预防肝脏疾病,其有望作为肝脏疾病的治疗药物[41]。合生元是益生菌和益生元的组合。NAFLD患者使用合生元后,ALT水平和脂肪肝均有明显改善[42]。由于益生元支持益生菌,因此合生元的使用可能会提高治疗效果效率。

3.3 粪菌移植(FMT) FMT是一种通过在肠道中移植健康供体的粪便菌群来改善微生物群失衡的方法。多用于治疗炎症性肠病、严重或复发性艰难梭状芽胞杆菌感染等。目前已有关于肝脏疾病中应用FMT治疗的相关研究。在动物模型中,FMT可改变对乙醇高度敏感的小鼠的肠道菌群,并改善酒精性肝损伤[43]。此外,FMT对肝脏脂质积累以及肝脏组织学改变也有益处[44]。FMT治疗NASH患者的结果显示,FMT治疗肝损伤是安全有效的,也能改善严重肝损伤和生存率[6,36]。目前,FMT已成功用于伴有肝性脑病和重度酒精性肝炎的肝硬化患者[44]。在肝硬化和复发性肝性脑病患者中,口服FMT胶囊安全有效且耐受性良好。这些胶囊富含乳酸菌科和疣微球菌科,可以改善微生物失调、十二指肠黏膜多样性和抗菌肽的表达,并降低血清LPS结合蛋白水平[45]。尽管FMT作为一种潜在的微生物靶向治疗方法,但并未广泛应用于肝病的治疗。

3.4 噬菌体 噬菌体是专门针对某种细菌菌株的病毒。相比于抗生素,利用噬菌体制剂来治疗细菌感染,可以有效针对特定细菌种类或菌株,并通过自我复制和传播,感染目标细菌。目前使用噬菌体治疗肝病的相关研究仍集中在动物实验上。Duan等[46]发现酒精性肝炎患者粪肠球菌水平显著升高,在接受粪肠球菌噬菌体的小鼠中粪肠球菌数量减少,且血清ALT、甘油三酯水平及肝脏脂肪变性程度较低,表明针对粪肠球菌的噬菌体改善了酒精性肝炎的肝损伤和脂肪变性。另一项研究表明,利用噬菌体选择性清除产生乙醇的肺炎克雷伯菌菌株,可以防止饮食诱导的小鼠脂肪性肝炎的发生[47]。慢性肝病常伴有肠道菌群紊乱,因此,在不干扰整个肠道环境的情况下应用噬菌体选择性地清除致病菌,或可成为慢性肝病的新型治疗方法。尽管有临床研究显示,用噬菌体疗法治疗胃肠道细菌感染是相对安全的[48,49]。但也有报道称,噬菌体可引起严重的免疫反应[50],因此,仍需大量的临床试验来验证此方法的安全性和有效性。

4 展望

过去的研究多集中在肠道菌群上,基于微生物检测技术的发展,口腔微生物群在肝硬化病程进展中也起着重要作用,但具体作用机制尚未完全明了。虽然相较于肠道,口腔标本取材相对方便,但其微生物信息却很有限,口腔微生物组成结构改变是否能显示肝脏疾病的不同状态仍需探索。未来随着对微生物组群认识的不断深入,口腔微生物群或可成为肝硬化辅助诊断和预后评估的潜在的生物标志物,另外也可继续探索更多其他不同部位的微生物群与肝硬化发病机制的关系,开辟新的诊断和治疗思路。针对现有微生物群与肝硬化的相关作用机制的研究,总结了包括抗生素、补充益生菌、益生元或合生元、FMT、噬菌体等多种微生物治疗方法,现有方法似乎多集中在减少肠源性内毒素、改善菌群失调及减少菌群异位方面,未来或可从保护肠道黏膜屏障等其他方面入手探寻新的治疗方法。