肠道微生态与肝脏疾病关系的研究进展

莫贝贝，庄丽维

(哈尔滨医科大学附属第四医院消化内科，哈尔滨 150001)

肠道微生态是指栖息于人体肠道中的菌群和宿主构成的稳定统一体，是机体活动最主要的微生态系统，在肠道功能调节、免疫系统防御和物质代谢等机体生理活动中起重要作用。随着高通量测序技术的发展和完善，人们对肝脏疾病与肠道微生态的密切关系进行了深入探索，国内外出现了大量相关研究报道[1-3]。正常生理状态下，肠道菌群以特定比例结合在一起，相互共生、相互制约以维持动态平衡。随着宿主生活习惯、饮食、精神和心理压力的变化及抗生素的滥用，肠道菌群平衡容易被打破，在数量、种类、比重及形态特征上发生变化，出现小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)、肠通透性增加、细菌易位、天然免疫激活等，从而造成肠源性内毒素血症诱发或加重疾病[2-3]。因肠道和肝脏在结构和功能上存在密切联系，故肝脏的生理功能受到肠道菌群失衡的影响，肝脏作为最大的免疫器官具有聚集并激活免疫细胞，以应答肠源性代谢物质或炎症信号的显著能力。在正常免疫反应时，少量细菌及其代谢产物会被肝脏库普弗细胞清除，但当肠道菌群失衡或门静脉高压破坏肠黏膜功能时，进入肝脏的内毒素和细菌增多，大量的内毒素和细菌激活肝星状细胞应答，接连释放白细胞介素(白细胞介素-1、白细胞介素-6)、肿瘤坏死因子-α和干扰素等炎症因子，对肝脏及肠黏膜功能造成进一步损伤[2，4]。因此，通过调节肠道菌群失衡可以延缓或终止肝脏疾病的发展进程，为肝脏疾病的预防或治疗提供新方向。现就肠道微生态与肝脏疾病关系的研究进展予以综述。

1 肠道微生态概述

人体肠道内栖息着100万亿个微生物，是人体细胞总数的10倍，微生物丰富度达1 000余种，以厚壁菌和拟杆菌为主[5]。肠道高度复杂的菌群在营养丰富的环境中繁衍生息，同时对宿主的许多方面产生深远影响，被认为是一个对宿主健康至关重要的附属器官系统。在稳定状态下，肠道菌群的组成和数量容易受生理(氧、酸)、生化(酶、代谢物)、营养和免疫梯度的影响，对健康机体而言，它是相对稳定的，且对外界环境的改变具有很强的恢复力和抵抗力，但当超过了肠道微生态的处理能力，出现肠道菌群失衡就会诱发或加重疾病。

近年来，肠道菌群失衡的理论研究成为微生物学和医学研究的热点。目前普遍认为，肠黏膜屏障(机械、免疫、化学和生物)破坏导致了肠道菌群失衡，从而危害机体健康。机械屏障是由肠黏膜上皮间的紧密连接、上皮细胞及内分泌细胞等组成[6]，其建立了一个选择性的渗透屏障，支持营养物质的吸收和代谢废物的排出，同时防止宫腔物质的入侵。研究证实当外界环境改变时，肠黏膜上皮细胞萎缩，紧密连接表达减少，肠黏膜细胞间出现连接分离及增宽，闭锁蛋白及闭合小环蛋白表达失衡，导致肠黏膜通透性增高，细菌及炎症因子经细胞旁路进入肠系膜淋巴结和门静脉系统加重病情[7-8]。免疫屏障依赖于肠上皮浆细胞产生的大量分泌型IgA进入肠腔后阻止肠道细菌的黏附，抑制抗原的吸收，所以IgA是预防感染的主要体液介质。Takiishi等[9]研究发现，菌群失衡明显降低了浆细胞的数量，从而影响分泌型IgA的分泌。当分泌型IgA减少时，细菌逃脱肠黏膜免疫监视，入血诱发疾病。化学屏障由肠上皮细胞分泌的胃泌素、胃动素及血管活性肠肽等组成，其中胃泌素和胃动素处于动态平衡，周铖等[10]研究发现，长期应用质子泵抑制剂可使肠道pH及胃泌素升高，有益菌和致病菌比例失调，从而增加肠道感染的发生风险。血管活性肠肽可以增加免疫调节和抗炎活性，并作为一种有效的抗炎介质促进肠道细菌耐受，在保持肠黏膜屏障稳态方面发挥重要作用[11]。生物屏障是肠道黏膜与其定植的微生物共同进化形成的一种将微生物与系统组织隔离开的屏障，肠道菌群通过分泌抗菌物质或营养竞争来抑制致病菌的生长，并刺激机体免疫系统来调节人体的新陈代谢。肠道菌群的改变会破坏生物屏障，进而影响脏器的生理生化功能，所以生物屏障与疾病的转归密切相关。Alam和Neish[12]研究阐明了肠道内共生菌群在上皮屏障功能恢复和创面愈合中的作用机制。

2 肠道微生态和肝脏疾病的关系

20世纪90年代，Marshall[13]发表了“肠-肝轴”理论。因肝脏的血供主要来自门静脉，故肠道菌群失衡使肠源性内毒素和细菌不断经门静脉进入肝脏，脂多糖易位，结合表面的Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)和核苷酸结合寡聚化结构域样受体激活肝脏固有免疫，通过TLR4/髓样分化蛋白88依赖性通路过度表达各种促炎细胞因子和趋化因子[14]，从而引发一系列炎症级联应答，造成慢性肝损伤；当肝功能损伤时，库普弗细胞灭活内毒素能力下降及胆汁排泄受阻，反过来使肠道微生态失衡，形成恶性肠肝循环。所以肠道和肝脏共同构成人体同外源物质接触的双重防线，保持肠黏膜屏障功能和肝脏解毒作用的相对稳定至关重要，若两者的平衡被打破则会引发病变。

2.1肠道微生态与脂肪性肝病 脂肪性肝病主要包括非酒精性和酒精性脂肪性肝病，以肝细胞脂肪变性和脂肪堆积为特征。非酒精性脂肪性肝病的发生发展包括基因差异、脂肪堆积、胰岛素抵抗和肠道微生物群的变化等多方面因素，其中肠道菌群失衡被认为起重要作用[15]。三酰甘油逐渐积累刺激炎症因子和脂肪因子，导致线粒体功能紊乱和氧化应激引起肝细胞脂肪变性，而大量的肝细胞脂肪变性降低了微生物的异质性，打破菌群稳态[4]。同时肠道菌群失衡导致内毒素血症，内毒素激活TLRs能促进肝细胞产生炎症因子，作用于巨噬细胞及脂肪细胞，一系列的反应使胰岛素底物磷酸化被抑制，造成胰岛素抵抗，进而形成慢性肝细胞脂肪变性及增加高氧自由基的产生，导致肠道通透性增高及SIBO，从而使内毒素释放并激活免疫反应，最终使肝细胞发生炎症反应和纤维化，因此胰岛素抵抗和菌群失衡相互作用，共同对肝脏造成了“二次打击”[16]。另有研究发现，高脂饮食能诱导瘦素水平升高[3]，使多种促纤维化因子反应增强，从而加重肝纤维化进程。

此外，酒精性脂肪性肝病与菌群失衡也有相关性，但其发病机制尚不清楚，学者认为酒精会引起肠道菌群成分和黏膜屏障的定性、定量改变[17]。杨雅等[18]研究证实，酒精的慢性摄入降低了肠道蠕动功能，导致SIBO。另外，乙醇和乙醛引起调控紧密连接蛋白的相关信使RNA表达下调，增加肠道通透性和肠上皮细胞对致病菌的易感性，使内毒素和细菌DNA进入肝脏的机会增多，激活细胞表面TLR4或TLR9，诱导库普弗细胞产生促炎细胞因子，而高浓度的酒精摄入可直接促使肠上皮细胞的死亡，促进肠黏膜炎症反应，降低肠屏障功能，继而影响脂肪代谢[15]。研究表明，高密度脂蛋白具有转运脂质和抗炎作用，可降低脂多糖对肿瘤坏死因子-α及全身血流动力学产生的影响，恢复一氧化氮合酶活性，降低门静脉压力[2]，而酒精性脂肪性肝病患者全血内毒素结合能力显著降低，同时高密度脂蛋白血浆水平降低，这可能导致部分未结合、毒性更强的内毒素增加。

2.2肠道微生态与肝硬化 肝硬化是以肝纤维化和正常肝脏结构转变为肝硬化结节为特征的慢性疾病，是各种肝脏疾病的一种终末期病理改变，而门静脉高压是肝硬化患者各种临床并发症的基础。研究认为，肠通透性增加、SIBO、细菌易位、内毒素血症和促炎细胞因子水平升高、γ干扰素水平降低等可导致肝硬化[4，19]。肝硬化患者多伴门静脉高压，病理上显示小肠水肿及肠道毛细血管滤过明显增加，致病菌丰度增加和代谢产物不能及时清除，从而造成了肠通透性的增高，形成“肠漏”[20]。目前，关于如何诊断肝硬化肠道通透性增加存在很多争议。研究发现，乳果糖/甘露醇比值可作为评价肠道通透性的指标[21]。大多数肝硬化患者出现SIBO，不仅菌群具有分类学上的差异，肠道细菌负荷也增加，Cortez等[20]对肠道菌群进行了分类分析，结果显示肝硬化患者厚壁菌门和拟杆菌门比值发生了定量变化，潜在致病菌增加，同时特定的有益菌群减少。SIBO部分归因于胃和小肠通过时间延长、小肠蠕动受损、胆汁流量减少以及分泌型IgA和抗菌分子的分泌异常，所以肠道通透性增加和SIBO允许了随后出现的细菌易位，加速肝硬化病情恶化。门静脉高压时因肝内外血管短路，局部防御能力减弱，内毒素逃脱免疫监视进入体循环，虽然少量内毒素不会造成败血症，但脂多糖进入门静脉血流，结合TLR4及激活核因子κB[14]，刺激星形细胞自分泌和(或)旁分泌释放促炎细胞因子，产生氧化应激，使肝内炎症和纤维化持续存在，最终促进了肝硬化[22]。虽然内毒素血症被认为是肝硬化的一个共同特征，但是对于血浆内毒素水平尚无统一诊断标准，比较认可的为用鲎试验检测。另外截至目前，白蛋白的内毒素结合能力一直被忽视，在通过添加白蛋白稳定标准内毒素的试验中，人们注意到白蛋白可有效抑制显色分析系统中的内毒素活性[2]，而菌群失调和脾功能亢进导致低蛋白血症，因此通过调节肠道菌群可有效抑制肝纤维化进展。

2.3肠道微生态与原发性硬化性胆管炎(primary sclerosing cholangitis，PSC) PSC是一种以胆管病变为主的慢性胆汁淤积性疾病，已证实肠源性细菌经过门静脉侵入肝脏激发自体免疫反应诱发PSC[23-24]。胆汁含有的多种抗体和非特异性抗黏附成分对SIBO有抑制作用，而PSC患者毛细胆管有挤压和淤胆，导致胆汁不能顺利进入肠道发挥作用，另外胆汁上皮还表达整合素配体、细胞间黏附分子和血管细胞黏附分子，进一步促进炎症因子在胆管周围间隙的黏附和聚集。肝损伤时库普弗细胞灭活内毒素能力受到抑制，胆管上皮细胞表达各种病原体识别受体，微生物分子和炎症因子通过信号通路(目前较为认可的为转化生长因子-β/Smads信号通路[25])传导，激活转录因子和先天性免疫应答基因(辅助性T细胞17)，导致肝胆管炎症和纤维化[26]。有学者通过研究建立PSC中肠道微生物的组成和功能改变模型，发现有益菌(双歧杆菌和乳酸菌)表达不足，物种多样性和丰富度均下降[27-28]。近年研究表明，胆汁酸可能对肝脏具有保护作用[29-30]。胆汁酸的生物转化是宿主和肠道微生物共同作用的结果，胆汁酸通过激活法尼酯衍生物X受体和G蛋白偶联受体调节炎症反应，而次级胆汁酸能破坏细菌的细胞膜抑制SIBO，发挥中和毒素作用，对肝脏的代谢及抗炎反应有深远影响。

2.4肠道微生态与原发性肝癌(primary hepatic carcinoma，PHC) 菌群失衡是发生PHC的一个诱因，菌群产物(内毒素、脂多糖、细菌DNA)穿过肠上皮屏障，通过激活特异性免疫受体介导的信号级联通路，导致肝免疫炎症反应，而长期慢性炎症刺激促进PHC形成。有研究证明肠道内毒素可以促进PHC的发生，如在二乙基亚硝胺诱导的PHC小鼠模型中学者发现内毒素的蓄积激活了癌前肝细胞增殖[19，31]；同时研究者发现肥胖会使肠道细菌代谢产物脱氧胆酸水平升高，而脱氧胆酸会造成DNA损伤，刺激肝星状细胞分泌炎症因子和促肿瘤因子[32]。因此改善肠道稳态可以降低PHC的发病率。Wu等[33]研究证明，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子可以刺激骨髓前体产生巨噬细胞集落，增强单核细胞的抗菌和抗肿瘤活性。其过表达可以保护肠黏膜屏障，调节生物素和脂质代谢，降低炎症和内毒素水平，这表明可通过粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子调节免疫和肠道微生态来治疗干预PHC的发展。

2.5肠道微生态与肝脏疾病并发症 肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)时多有鸟氨酸循环和肠道吸收障碍，导致尿素合成减少及肠道菌群失衡，以及肠内容物延迟通过，进而出现SIBO和肠黏膜屏障受损、内毒素血症、氨和吲哚等毒性物质直接穿过血脑屏障，并通过协同作用使细胞毒性水肿加重脑部结构和功能受损，从而推动HE的发展[2，34]。Bajaj[35]研究证实，肠道微生态可作为生物传感器诊断HE，HE患者肠黏膜菌群失衡，且变化趋势与患者的认知能力有关。自发性腹膜炎是因细菌迁移发生的腹膜或腹水感染，门静脉高压时肠道淤血水肿及库普弗细胞解毒能力减退，SIBO及肠通透性增加，细菌及内毒素增多并易位。研究发现，自发性腹膜炎时肠道菌群数量和内毒素水平明显升高[19]；且Betrapally等[36]证实了多种炎症因子与肝脏疾病并发症的出现或死亡有直接关系。内脏动脉血管扩张是门静脉高压症高动力循环综合征发病的主要因素[37]，肠源性细菌及内毒素进入体循环，刺激巨噬细胞释放肿瘤坏死因子激活内皮型一氧化氮合酶和诱导型一氧化氮合酶，引起一氧化氮的活化，一氧化氮水平升高导致全身血管扩张，降低平均动脉压，从而出现静脉曲张、腹水、肝肺综合征和肝肾综合征等一系列并发症。

3 以肠道微生态为靶点的肝脏疾病防治

目前较为公认的微生态调节剂为益生菌，益生菌通过选择性促进有益菌的生长以提高定植力，并抑制致病菌的生长及内毒素的产生，促进肠道蠕动排出肠道细菌，降低炎症因子水平，通过纠正菌群失衡来提高机体免疫力，稳固肠黏膜屏障，减缓疾病的发展，其中较为常见的益生菌为乳酸杆菌和双歧杆菌[38-39]。董敏等[40]研究认为，双歧三联活菌对治疗肝硬化有协同作用，而乳酸杆菌被公认能有效地预防HE[19，36]。Dhiman[41]研究认为，益生菌可通过降低细菌脲酶活性来降低pH值，而pH值降低可以减少氨吸收，并改善内毒素血症和促炎环境，减轻肝内氧化应激。研究证实，肝硬化患者经益生菌治疗后，血氨及pH值下降，肝功能得到显著改善[42]。因此，未来靶向益生菌试验应以通过调节菌群失衡为目标，但是益生菌降低内毒素和门静脉压力的具体作用机制尚未完全明确，需进一步探索。

在肝脏疾病防治过程中，应根据抗菌药敏试验合理选用抗生素，减少因滥用抗生素导致的肠道菌群失衡和耐药菌易位，而通过使用各种抗菌药物选择性肠道去污治疗肝硬化相关并发症已取得了很大进展[37]，主要降低SIBO和菌群易位造成的内毒素水平。目前国内外均批准了利福昔明用于治疗HE，主要通过恢复肠道免疫而减少氨的生成。研究证实，合理应用抗生素可以明显改善患者的认知能力和内毒素血症，以改善肝功能并防止肝脏疾病并发症的复发[43]。

粪菌移植是利用肠道菌群来重塑肠道微生态的一种方法，是治疗与肠道菌群紊乱有关的各种疾病的重要手段。研究证实，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[44-45]。另有研究表明，益生菌可以增强粪菌移植治疗急性肝损伤的疗效，明显改善肝脏炎症，使肠内产丁酸盐细菌数量增多[46]。但粪菌移植安全性、供体的选择、粪菌培养以及移植流程等方面，尚未有统一规范化的标准，仍需大量前瞻性和干预研究探索。

4 小 结

肠道微生态对于维持身体健康具有重要意义，肠道菌群失衡激活炎症反应造成慢性肝损伤，而肝脏疾病反过来导致肠道菌群变化，因此通过调节肠道菌群失衡有助于延缓肝脏疾病的发展和相关并发症的发生，但肝脏疾病与肠道微生态之间的具体作用机制尚不明确，需进一步探索。随着高通量测序技术的发展和宏基因组学的完善，今后研究者应积极寻找肝脏疾病早期诊断的生物标志物和治疗的潜在靶点，以及开发新型的针对肠道微生物为靶点的药物，以共同促进肝脏疾病防治的发展。