肠道菌群失调与肝硬化及并发症关系的研究进展

牛淑利，刘雨，郭永泽，闫华楠，刘献波

（1.河北工程大学临床医学院，河北 邯郸；2.河北工程大学附属医院 消化内科，河北 邯郸；3.河北工程大学附属医院 急诊科，河北 邯郸）

0 引言

肝硬化是临床各种慢性肝病进展的终末阶段，常并发肝性脑病、自发性腹膜炎、肝癌、食管胃底静脉曲张出血等危及人的生命。由于肝脏和肠道之间的解剖关系，肠道细菌和其代谢产物对肝脏的影响不能被忽视，肠道菌群的存在与肝硬化的发生发展的关系越来越受到瞩目。

1 肠道菌群的概述

人类微生物组 (Human Microbiome) 是指生活在人体上的营互生、共生和致病的所有微生物集合及其遗传物质总和，随着生物医学的发展，人类微生物组研究受到广泛关注,已将微生物组的认识视作一个“人体器官”人类微生物组研究全面系统地解析微生物组的结构和功能, 以及生理调控机制[1]。人类拥有1014 个微生物，这些微生物组拥有超过300 万个基因，其编码产生的数千种代谢产物影响了宿主的适应性、表型和健康[2]，可见其重要性。据研究在人类肠道中有1000 至1500 种独特的物种，平均普通人大约有160 种，占人体质量的3%[3]。相关文献表示在同一个宿主中的胃与十二指肠、小肠、大肠中拥有的细菌组成与数量也不相同[4]，且随着时间的变化，个体的菌群特征也会发生改变，肠道菌群也会收到人体获取食物、个体的消化功能、所处的气候、地域、药物及个体遗传差异等多方面因素的影响，从在说明其存在空间和时间差异性。过去有学者认为人类是从出生起才开始有微生物从口及肛门完成定植，并在3 个月后逐渐稳定[5]，但现有证据表明从胎儿时期的羊水、胎粪、胎盘中发现微生物的存在[6-8]。人的一生中从婴儿期、成年期、老年期肠道菌群的组成逐渐在发生变化，但在每个阶段都有其相对的稳定性，例如婴儿期丰度较高的双歧杆菌和乳酸杆菌属[9]，在国外经过大量普查和16s rRNA 高通量测序中发现成年人中厚壁菌门、拟杆菌门占主要，其次是放线菌门[10]，而在老年人中，梭状芽胞杆菌的丰度有所上升[11]。总的来说，肠道菌群厚壁菌、拟杆菌、变形菌、放线菌及一些真菌、病毒构成，它们处在一个动态平衡的过程，如果机体的内外环境发生变化，例如使用相关药物，导致平衡失调，人体的微生物结构紊乱，则会引起一系列疾病。随着肝-肠轴的提出，人们认识到肠道与肝脏之间在解剖学及功能上的联系越来越紧密。

2 肠道菌群失调与肝硬化及其并发症

2.1 肠道菌群与肝脏

肠道和肝脏是人体的重要器官，两者在解剖学上通过门静脉和胆管系统相连接，肝脏70%的血液来自门静脉，而门静脉的主要血供来自上下肠系膜静脉，肠道微生物代谢产生代谢性产物通过门静脉转移到肝脏由其加工。在一项动物实验研究中，通过对缺乏炎性小体的小鼠进行缺乏甲硫氨酸/ 胆碱饮食饲养后，经过16s rRNA 测序后发现Porphynomonadaceae 科的细菌大量增加，TLR4 和TLR9 的配体进入门脉循环中，活化了肝脏中的模式识别受体TLR4 以及TLR9，激活下游NF-κB 相关的信号通路，TNF-α 等细胞因子大量产生,导致小鼠肝脏代谢紊乱[12]。肝脏通过胆道将胆汁酸盐和抗菌分子(IgA、Ang-1)运输至肠腔,通过控制相关细菌的过度生长，维持肠道的生物多样性。胆汁酸盐也可通过核受体(如FXR、TGR5)调节肝脏胆汁酸合成、糖代谢、脂肪代谢重要信号分子[13],影响机体对食物等营养物质的吸收。

2.2 肠道菌群失调与肝硬化

肝硬化是多种慢性肝病引起肝损伤的共同病理途径，肝硬化的病因与地域有关，在西方国家，酒精中毒、慢性丙型肝炎病毒感染和非酒精性脂肪性疾病是最常见的病因，而在我国，慢性乙型肝炎是肝硬化的主要病因。肝硬化还有许多其他原因，包括遗传性疾病，如血色沉着病、威尔逊病、原发性胆汁性肝硬化、原发性硬化性胆管炎、自身免疫性肝炎等[14]。虽然肝硬化的病因是多因素的，但所有肝硬化的患者都有一些共同的病理特征，包括肝细胞变性、坏死、肝实质被纤维化组织和再生结节替代、肝功能丧失等[15]。纤维化作为肝硬化的前体，是所有慢性肝病向肝硬化演变的关键病理过程，导致肝癌，直至最后肝脏丧失所有功能[16]。迄今为止，尚无有效治疗肝硬化的方法，部分原因是导致肝硬化的分子机制认识不全。目前，越来越多的证据表明，肠道菌群失调在肝硬化的发病机制及进展中扮演了很重要的角色。

C Pande 等对53 例肝硬化患者进行研究，借助葡萄糖氢呼气试验（GHBT）确定小肠细菌过度生长（SIBO）的程度，发现SIBO 的发生率随着肝硬化严重程度的增加而增加，同时得出腹水和血清胆红素升高可靠地预测了SIBO 的存在的结论。虽然这个实验存在取材和病例少的缺陷，但也可以从一定程度上说明肠道菌群与肝硬化具有一定的相关性，维持肠道菌群的稳定性有助于控制肝硬化的发生与发展[17]。Margaret Lario 等人用CCl4 诱导形成不同阶段的肝硬化小鼠，观察其肠道屏障功能和病原微生物菌群，最后结果突出了肝硬化中肝脏-肠道轴的相关性，肝脏疾病的严重程度与肠道免疫系统失调、机能紊乱和肝功能损害之间的相互作用，说明了随着肝硬化的发展，肠道免疫调节失调和肠道功能紊乱加剧，同时发现在肝硬化腹水阶段,免疫失调和功能失调与小肠屏障功能损伤、回肠菌群中变形菌门和促炎菌属增多等因素有关[18]。Sari 等人通过利用RT-qPCR 技术测定42 名男性尸体肠道菌群的相对比例，发现肝硬化患者粪便中肠道细菌DNA 的中位数是健康志愿者的27 倍(P=0.011)，肠杆菌也是转位到肝硬化肝脏中最常见的细菌，这个发现同样得出结论，肝硬化的发病机制与肠道菌群紊乱有关[19]。李兰娟院士及其团队建立了世界上首个肝病肠道菌群基因集，发现了15 个高特异性和灵敏性的基因，不仅有助于诊断肝硬化，对评估肝硬化的疗效也有一定的帮助[20]。这些证据充分说明肠道菌群的重要性，将肝硬化与肠-肝轴联系起来。

2.3 肠道菌群失调与肝硬化并发症

2.3.1 肝性脑病

肝性脑病（HE）是由于严重肝病和/或门体分流引起的，以代谢紊乱为基础的中枢神经系统功能失调综合病征。它的发病机制目前分为氨中毒学说和炎症学说，然而肠道菌群失衡在这两个学说中都发挥作用。肝硬化患者肠道内产氨细菌（革兰阴性肠杆菌）增多，导致氨的数量增加。有研究显示[21,22]脑MR 波谱分析提示氨含量与链球菌、肠杆菌科、乳杆菌科等呈正相关，而与梭状芽胞杆菌簇XIVa、毛螺菌科负相关，但这些菌群参与了人体的重要功能，例如宿主胆汁酸的7-α 去羟基化和短链脂肪酸的产生。肝硬化阶段的患者肠道黏膜屏障受损，肠道微生物失调产生脂多糖、肽糖、生物核酸等毒性物质可肠道上皮细胞及肝细胞上的MyD88-NFkB 依赖通路激活下游信号通路，诱导炎性因子产生，下调TGF-β 使抑制炎症减弱，引起炎症瀑布级联反应，导致HE 的发生[23]。

有研究表示轻微MHE 患者与健康对照组相比链球菌和韦荣氏球菌过度生长，同样Bajaj 等人也得出肝性脑病患者的肠杆菌和产碱杆菌丰度高于无HE 的肝硬化患者[24]。随着人类对口腔菌群的认识，已经证明了口腔微生物群与肠道菌群的联系[25]，又一步提出了口腔-肠-肝轴，可将口腔微生物作为肝硬化免疫谱分析的新前沿进行探索。将肝硬化和轻微肝性脑病患者（MHE）的粪便微生物群研究发现MHE 患者唾液链球菌升高，血氨水平升高[26]。Masafumi 等人对24 名肝硬化患者进行结肠活检，利用16S rRNA 基因序列检测其微生物定殖模式，发现定植在结肠黏膜拟杆菌属和生物丰度减少是肝硬化轻微肝性脑病的重要危险因素[27]。

2.3.2 自发性细菌性腹膜炎

自发性细菌性腹膜炎（SBP）是肝硬化腹水患者常见的并发症，据研究70%-80%的病例由需氧革兰氏阴性肠道菌引起，其中大肠杆菌和肺炎克雷伯菌占主要。相关研究表示在肝硬化的患者肠道中发现了小肠细菌过度生长和细菌移位，在其体内循环系统可以找到细菌DNA 和相关细菌抗体[28]。临床上高度怀疑SBP，立即使用广谱抗生素，一些研究评估了诺氟沙星对有发生SBP 风险的肝硬化患者的替代治疗，在利用CCl4 制造的肝硬化大鼠实验模型中，使用磺胺甲硝唑可以延缓腹水的发展，降低革兰氏阴性的细菌移位的发生率，因此是诺氟沙星的一个很好的替代品[29]。有文献显示促炎细胞因子参与了细菌移位的过程，抗肿瘤坏死因子可显著降低肝硬化大鼠模型的细菌移位[30]。

许多研究将目光集中在通过益生菌改变肠道微生物群来预防或降低细菌移位，一项双盲研究将针对一些已经从自发性细菌性腹膜炎急慢性发作恢复期和预测将发生SBP 的肝硬化患者，随机给予诺氟沙星(400mg/天)和益生菌胶囊(粪肠球菌、丁酸梭状芽孢杆菌、肠杆菌、凝固芽孢杆菌)，或诺氟沙星（400mg/天）和安慰剂，观察6 个月患者发病情况，然而两组试验结果相似，添加益生菌的效果的治疗效果并不明显[31]。然而，另一项实验研究有不同的看法，在实验动物肝硬化模型中使用双歧杆菌CECT7765 菌株，提示益生菌在降低肠道屏障的通透性和细菌移位方面显示了有利的作用[32]。在E.Sánchez 等人的一项由CCl4 诱导的肝硬化大鼠模型的研究中，益生菌 VSLl # 3118 降低了大鼠肠道内细菌移位和炎症状态，增加了回肠闭合蛋白的表达，同样表明益生菌改善了肠道屏障的完整性[33]。

2.3.3 原发性肝癌

原发性肝癌是全球导致死亡的第二大恶性肿瘤，大约80%-90% 的肝细胞癌发生在晚期纤维化或肝硬化的肝脏[34,35]。现在越来越多的证据提示肠道微生物在促进肝脏疾病的发展到肝癌的过程中发挥重要作用。肝硬化和肝癌患者肠道菌群紊乱，导致多种物质经门静脉到达肝脏[23]。Toll4 受体存在Kupffer 细胞、肝星状细胞等多种肝脏细胞中。在一项小鼠骨髓嵌合体实验中发现Toll4 受体在肝细胞中表达，促进了肝硬化和肝癌的发生。从肠道屏障中渗透出的脂多糖通过多种细胞靶点促进肝癌的发生，包括肝星状细胞、肝癌肿瘤区以及肝脏 kupffer 细胞，在造血干细胞中，Toll4 受体的激活由NF-κB 介导的肝泌乳素上调。表皮调节素是表皮生长因子的家族成员，对肝细胞有较强的有丝分裂作用，因此，表皮调节素缺乏的小鼠在DEN+CCl4 治疗时表现出减少肝癌的发生[36]。此外，有研究表明，Kupffer 细胞内LPS-TLR4 信号通路的激活导致TNF 和IL4 依赖的代偿性肝细胞增殖，并减少氧化应激和凋亡[37]。这些数据说明无论是NF-κB 通路还是LPS-TLR4 通路都可参与原发性肝癌的发生，但肠道菌群具体引起肠道屏障受损的机制仍不清楚。

3 肠道菌群作为肝硬化和其并发症的治疗靶点

随着人类对肠-肝轴及包括近几年提出的口腔-肠-轴的认识，肠道菌群失调在肝硬化及其并发症的作用越来越被人重视，因此，微生物治疗在肝硬化治疗中成为一个重要的靶点。抗生素、益生元和益生菌、粪菌移植逐渐被应用至临床治疗。益生菌和益生元可调节肠道菌群的结构，防止致病菌定植，调节免疫功能等。粪菌移植是将健康个体的粪便细菌移植到受体体内，其目的是通过重建患者肠道微生物群落结构来治疗肠道相关疾病。长期以来，高氨血症和肝硬化肝性脑病一直相互关联，而且高氨血症在肝硬化也可以预后疾病的恶化程度。最新证据表明哺乳动物基因不编码脲酶，然而氨是由细菌脲酶代谢的结果，氨人体内要么被再吸收，要么被排泄出去[38]。在2014 年的一项随机对照研究中，给小鼠注射了脲酶含量很低的菌群，实验组粪便中检测氨含量显著降低[39]。目前临床上使用粪菌移植治疗肝硬化的试验并不多，仅有个别案例，仍需要大量的试验支持。