基于肠道微生态治疗肝性脑病的研究进展

杨兰艳 郭致平 郑盛 殷芳

肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)又称肝昏迷，多发生于晚期肝功能衰竭患者，是一种和肝功能障碍有关的，以代谢紊乱为基础的可逆转的脑功能受损综合征[1]。HE是肝硬化最严重的一种并发症，其主要的临床表现为可逆的代谢脑病、脑萎缩及脑水肿等脑部病变，以及认知障碍甚至昏迷等神经症状[2]，根据患者的临床表现，HE可分为轻微肝性脑病、显性肝性脑病和昏迷。流行病学研究表明，HE患者中有10%～14%为显性肝性脑病，且5年内首次发作的可能性超过了25%[3]，20%～80%肝硬化患者可出现轻微肝性脑病[4]。人体是一个巨大的微生态系统，在成年人体内存在着100多种、10～100万亿个的细菌，约为人体细胞总数的10倍[5,6]。肠道不仅是人体消化吸收的重要场所，也是人类菌群的最大储藏库，约含有500种、1 011～1 012 U/g的菌落，占肠道微生物总量的35%～50%，是一个多元化和充满活力的复杂微生物生态系统[7]。肠道微生态是人体最大最复杂的微生态系统，在肠道功能调节、免疫系统成熟、病原体防御和物质代谢等重要生理活动中起核心作用[8,9]，肠道微生态对人体物质代谢、免疫防御、内分泌反馈等有重要的调节作用，与肝脏疾病、呼吸系统疾病、心血管疾病、神经系统疾病、肾脏疾病、皮肤疾病等都有密切联系。肠道微生态中的肠道菌群相互制约共存，保持肠道生态的相对稳定，构成肠道微生态系统的稳态[10]。一旦机体内外环境发生变化，如长期应用抗菌药物、使用免疫抑制剂等，都可能引起肠道菌群失调，导致微生态失衡[11]，从而影响人体各器官、系统的功能，导致疾病的发生。

1 HE与肠道微生态

1.1 肝性脑病的机制概述 当患者的肝脏功能受到限制，肝脏未能够对体内产生的或从体外摄取的毒素进行完全有效的清除，毒素在机体内会逐渐堆积，引发消化系统或其他系统的功能异常，进而使得血液内有害物质进一步增加，最终影响中枢神经功能，即为HE[12]。轻微HE患者可仅表现出智力减退，重者会出现意识障碍、行为异常，最终导致患者昏迷或死亡。目前并未有独立学说解释HE的发生原理，普遍认为其是多种因素共同造成的结果。

氨中毒学说是目前解释HE的核心学说之一。肝脏作为人体氨代谢的主要器官，当肝脏功能出现异常时，肠道内合成的氨增加，同时低钾、低氯、碱中毒等病理情况可导致肠道对按的吸收增加，患者出现高氨血症[13]。有研究应用放射性同位素标记法对HE患者进行影像学研究，确认血氨增高是HE患者重要的临床表现，可作为HE发病机制研究的重要证据[14]。患者血液中的大量氨可直接由血脑屏障进入中枢神经系统，与谷氨酸结合，生成大量的谷氨酰胺，阻断谷氨酸能神经传导，破坏星形胶质细胞的功能[15]；进入中枢神经系统的大量氨能够破坏中枢神经系统内酶的活性与功能，导致血脑屏障系统发生障碍，增加毒性物质的进入，同时引起中枢神经系统内细胞的死亡，严重感染神经电位的产生与传导，破坏神经功能[16,17]。

1.2 肠道微生态与HE相关机制 肠道微生物参与机体的多种生理功能，包括食物消化、营养摄入、免疫调节、肠道发育、肠动力、大脑发育和行为等。此外，肠道菌群还参与胆汁酸代谢，并通过胆汁酸代谢物抑制病原菌生长[23]。而肠道菌群来源的芳香族氨基酸衍生物如吲哚、色胺、苯乙胺等调节机体免疫系统，并联结神经内分泌系统影响机体多种功能[24]。肠道微生物及其代谢产物通过淋巴、血液系统进入机体多个脏器并影响其功能，而肠道菌群失调可引起一系列的病理过程，与人类多种疾病有关，其中就包括有HE[25,26]。

由于肝脏特殊的解剖位置，门静脉运输胃肠道及脾脏血液进入肝脏，供给肝脏70%的血供，使肝脏持续暴露于多种肠源性毒素、肠道微生物及其代谢产物。而肝脏分泌胆汁到肠道影响营养物质代谢及肠道微生物组成。肝脏与肠道在结构及功能上直接相互作用、相互影响，即“肠—肝轴”，因此肠道菌群组成及功能上的改变将明显影响肝脏的病理生理过程。

肝硬化患者由于胆汁分泌减少及门静脉高压影响肠道菌群生长及结构，出现小肠细菌过度生长及肠黏膜通透性增高的现象，继而导致肠道细菌及其产物移位，诱发肝脏炎症及纤维化[27]。目前研究认为肝硬化患者肠道微生态失衡导致HE的可能机制有：肝硬化患者肠道微生物失调、小肠细菌过度生长、细菌移位等导致肠道屏障功能受损，诱导高血氨对大脑的毒性，诱导神经炎症等[28]。研究发现，肝硬化患者的肠道微生物严重失调且伴有小肠细菌过度生长(SIBO)，导致肠道内积聚大量毒性物质，这些毒性物质通过受损的肠黏膜屏障，作用于肠道上皮细胞、肝细胞上的受体，通过MyD88-NF-κB-依赖通路促进促炎因子的表达并抑制抑炎因子的表达，从而引起炎症瀑布级联反应，最终导致HE的发生[29-31]。

Marshall在1998年基于肠道微生态系统和肝肠循环提出“肠—肝轴”理论[32-34]。肝脏总血流量的70%来自于门静脉的供给，门静脉不仅在肝脏进行物质交换，还为肝脏提供广谱抗原，即想肝脏转移微生物。汤世豪等[35]明确提出肠道菌群与肝性脑病的发生具有密切关系，其作用多通过肠-肝轴发挥。既往诸多研究分析了HE患者肠道菌群组成，发现HE患者与正常人群相比或HE患者发病后与发病前相比，出现了明显的肠道特殊菌群的改变[36,37]。Zhang等[38]发现与无认知障碍的肝硬化患者相比，HE患者血氨水平明显升高，肠道中唾液链球菌丰度显著增高，且认知功能明显降低。梁淑文等[39]取HE、非HE肝硬化患者和健康人粪便进行培养，发现肝硬化患者的肠道有益菌明显低于正常人，且肝硬化患者中HE患者的肠道有益菌较非HE患者明显减少。Bajaj等[40]通过观察HE患者的结肠黏膜中的菌群后发现，与无认知障碍的肝硬化患者相比，HE患者的结肠黏膜上生长的原生菌群进一步减少而致病菌群进一步增多，并且菌群变化趋势与患者的认知功能相关。由上述研究可知，肠道微生物的紊乱与HE的发病密切相关，而肠道微生物的紊乱主要在于致病菌侵袭肠道，导致肠道原生菌群及肠道有益菌的大量减少，破坏肠道微生态的平衡。陈萌萌[41]的研究结果显示，慢性乙型肝炎及其所致肝硬化患者除肠道微生态失衡外，肠道细菌种类还与多种炎性因子存在相关性。刘冀川[42]研究发现HE患者肠道中异常增殖的细菌产生了更多、范围更广的炎性反应，激活了机体免疫炎性细胞。同时有研究认为被异常增殖的肠道细菌激活的免疫细胞能产生大量的细胞因子和炎性因子，从而加重肝脏的炎性反应和组织损伤[43,44]，这将进一步破坏肝功能，加重HE。研究发现，在无菌条件下且无合并脑性疾病的肝硬化小鼠通常会产生全身炎症和高氨血症，表明肠道细菌在HE中的重要作用[45]。在HE患者中存在卟啉单胞菌科和肠杆菌科等细菌产生大量炎症物质，引起全身炎性反应，与HE进展相关[46]。

2 基于肠道微生态的HE治疗方法

近年来，随着肠道微生态研究的逐步发展以及“肠—肝轴”理论的深入研究，通过调节肠道微生态来治疗HE逐渐受到重视，并发展出多种治疗手段如益生菌、粪菌移植、抗菌药等，其中运用微生态制剂辅助治疗肝性脑病在临床上得到了广泛应用。

2.1 微生态制剂概述 微生态制剂是对肠道微生态系统有着调节作用的活性药物制剂，能够调节肠道微生物的数量、菌群，恢复肠道菌群的稳态，维护肠道的正常结构和功能[47]。目前在临床治疗中应用的有微生态制剂多为益生菌、益生元和合生元。益生菌是目前临床中在各类疾病治疗中应用最广的微生态制剂，由具有生理活性的细菌构成，根据制剂内含有菌群种类数量的多少，分为单菌制剂和多联制剂，通过活性细菌的直接作用，改善患者肠道内的菌群结构，通过菌群的生理调节作用，发挥治疗的效果[48]。益生元是一类可以通过改变肠道内营养环境或其他调节而达到促进有益菌生长的制剂，能够选择性刺激肠道内一种或多种细菌生长，而对肠杆菌或腐败菌有生长抑制作用，与此同时，由于人体本身并不会吸收益生元，从而减少对人体正常营养的破坏，提高药物使用安全性[49]。合生元是前两者的混合制剂，通常合生元的作用效果更为持久，这是由于合生元中的两类成分能够起到相互促进的作用，有益菌在营养条件充足的情况下，其对肠道功能的调节作用更为显著[50]。目前临床中益生菌的应用范围最广，具有较好的临床应用价值。

2.2 微生态制剂的作用机制 微生态制剂在人体中可通过多种途径发挥作用，不同类型的微生态制剂的作用发生也不尽相同。微生态制剂能够通过促进肠道内的各类酶的作用，如益生菌在肠道内可参与多种酶的合成，通过消化酶作用来修饰毒素受体，以减少毒素和肠道内受体的结合，保护肠道功能和稳态[51]。微生态制剂可帮助稳定胃肠道的屏障功能，益生菌通过自身的定植作用，促进肠道黏膜形成生物学屏障，保护上皮细胞功能，减少致病菌或物质对肠道黏膜的破坏，进而保护肠道正常的生物学功能[52]。同时微生态制剂可以增强机体的免疫功能，通过刺激机体的免疫应答，增强体液免疫和细胞免疫的功能，帮助正常菌群的恢复，通过巨噬细胞的吞噬活性，降低炎性反应水平。除了对肠道本身以及免疫炎症的作用外，研究表明微生态制剂还能够保护患者的肝脏功能，通过对肠道菌群的调节作用，微生态制剂能够进一步利用肠道内多余的氨，合成对人体无害的氨基酸或尿素，一方面降低了血氨浓度，另一方面也调节的肠道内环境，进而保护肝脏功能，减少肝脏对氨的代谢负担，减少胃肠道不适反应，提高治疗效果[53,54]。除了上述作用外，微生态制剂还可发挥抗菌、抗肿瘤作用[55]，并促进营养成分的合成，有多种生物学功能。

2.3 微生态制剂治疗HE的应用进展

2.3.1 微生态制剂对轻微HE的治疗:轻微型HE患者虽然并未表现出明显的神经功能异常情况，但通过一系列临床检查，仍可以发现中枢神经系统存在的异常情况，该疾病类型也被称为亚临床型HE。研究指出，轻微HE患者的肠道微生物种类和数量均有明显的减少，且血氨存在异常升高[56,57]，而微生态制剂在对轻微HE患者血氨水平的控制中有较好的临床治疗效果。Pratap等[58]通过对轻微HE患者进行对比研究，结果显示治疗组中神经功能改善的患者达 69.7%，而对照组仅有62.5%患者表现出一定的改善情况，同时，2组患者的血氨水平均有明显的好转，给予三联益生菌混合制剂口服的患者其治疗效果显著高于普通治疗的患者，血氨水平恢复更为明显，说明益生菌三联疗法对轻微HE的治疗中，对血氨水平的控制水平和单纯益生元治疗相比更有优势，能够明显改善神经功能障碍。王伟芳等[59]对比了60例乙型肝炎肝硬化轻微HE患者的治疗，益生菌组(30例)在常规治疗的基础上给予地衣芽孢杆菌的治疗，结果显示益生菌组患者的血清丙氨酸转氨酶和血氨含量均有明显的下降，且在治疗后均低于对照组，且数字连接试验、临界闪烁频率明显降低，并低于对照组，说明使用益生菌制剂治疗乙型肝炎肝硬化轻微HE患者有较好的临床应用价值，能够改善患者的肝功能水平，达到一定的治疗效果。Mittal等[60]筛选出了 160 例肝硬化伴轻微HE患者，其中治疗组患者分别给予了不同类型微生态制剂的治疗，包括乳果糖(益生元)、益生菌和LOLA(合生元)治疗，其余患者未给予特殊治疗，结果显示，给予微生态制剂治疗的患者，认知功能改善更为显著，而发生病情进展的患者中，未治疗组所占的比例明显高于治疗组；同时，未治疗组患者进展性脑卒中评分显著低于治疗组患者，但给予不同类型微生态制剂的患者间，并未显示出明显的差异。

通过上述实验可以看出，对肝硬化伴轻微HE患者进行微生态制剂的治疗，能够明显降低血氨水平，说明微生态制剂可通过调节轻微HE患者的血氨水平发挥治疗作用。微生态制剂在改善肝功能的同时，抑制了HE的进展，患者的认知功能有一定程度的恢复，但不同类型微生态制剂对轻微HE的具体治疗效果是否存在差异[61]，仍需要进一步的研究分析。

2.3.2 微生态制剂对显性HE的治疗及预防:显性HE是指表现出明显中枢神经系统功能障碍的患者，当轻微HE患者未能得到治疗时，其进展为显性HE的可能性较高[62-64]。Xu等[65]对496例肝硬化伴HE患者进行了回顾性分析，患者分别给予了常规药物治疗和微生态制剂治疗，研究发现给予微生态制剂治疗后，患者发生显性HE的比例有明显降低，但是2组患者的最终的死亡率并无明显的差异，该研究一方面肯定了微生态制剂在预防HE进展中的有益作用，另一方面也提示了微生态制剂在治疗HE时的治疗时机问题。如果患者出现轻微HE或HE的倾向，需要及时给予微生态制剂的治疗，以预防患者的病情进一步进展为显性HE，当患者出现明显的HE症状时，微生态制剂的治疗效果可能会受到影响[66]。杨育林等[67,68]等通过观察培菲康(益生菌制剂)联合肠内营养治疗HE的临床效果，结果发现使用益生菌联合治疗后，患者血清中内毒素水平有明显的下降，同时机体炎性因子水平也有明显的下降，联合治疗后患者血氨水平控制良好，同时血浆中白蛋白含量上升，说明益生菌制剂能够一方面控制HE患者的血氨水平，另一方面增强机体营养状态，该结果也提示了益生菌制剂在控制HE患者炎症水平中的有效作用，其对血氨的控制作用可能是通过减轻炎症水平达到的。微生态制剂对预防轻微HE进一步进展、显性HE的发生具有重要的临床意义。

相关研究证明，连续进行粪菌移植治疗可以改善HE大鼠认知功能障碍并降低血氨水平[69]。Wang等[70]研究发现，大鼠在接受粪菌移植后，认知能力及肝功能相关指标均得到明显改善。Bajaj等[71]首次将粪菌移植治疗HE的方法应用于临床对照研究，结果表明粪菌移植组的患者较常规治疗组再次入院率明显降低，认知功能明显改善。同时也有学者对粪菌移植的治疗方法提出疑问[72]，比如供体的选择依据、治疗前是否需要抗生素与处理、临床治疗安全性缺乏足够证据等。

2.3.3 微生态制剂对HE的预防作用:控制患者的血氨水平是目前临床中防止肝脏功能异常患者进一步进展为HE的首要治疗原则，通过微生态制剂的治疗，患者的肠道功能以及整体的肠道环境能够得到显著的改善，同时稳定了肠道结构，充分发挥肠道在物质吸收中的屏障作用，减少病理情况下对血氨的吸收；除此之外，微生态制剂对肠道菌群的生长有重要的调控作用，减少由于细菌而导致的血氨升高，减少有毒物质的产生，进一步保护肠道功能，降低血氨对神经功能的影响[73-75]。沈哲等[76]运用复方嗜酸乳杆菌片作为辅助治疗方法对HE患者进行治疗，治疗后发现观察组患者的肠道内乳酸杆菌属、肠球菌属及酵母样真菌的菌群数量较治疗前明显增多，且明显多于常规治疗组；同时血氨水平较治疗前明显降低，肝功能明显改善，说明嗜酸杆菌能调节肠道有益菌，降低血氨水平，改善肝功能。因此微生态制剂在预防HE发作或复发中有重要的临床意义，且多种益生菌联合应用有利于减少复发性HE的发生[77]。目前微生态制剂的使用为出现严重的不良反应报道，但整体治疗的安全性需要进一步的研究验证。

3 总结

通过调节肠道微生态来治疗HE的方法在临床上日益受到重视，治疗效果十分突出，研究者们仍需要继续探索、完善治疗方案。近年来的临床研究可以考虑进一步细化肠道有害菌群的不同种类与其致病特性，以及不同有益菌治疗HE的机制，从而能得到更加精准的治疗方案，制定调节肠道微生态治疗的相关指南，更好地指导临床治疗。同时，目前微生态制剂在HE的治疗和预防中的使用未出现严重的不良反应报道，但整体治疗的安全性需要进一步的研究验证。