肠肝轴的现代概念及其在肝脏疾病中的作用

王全楚，步子恒，李青上

解放军第153 中心医院感染科，河南 郑州450042

肝脏和肠道起源于同一胚层，有着很多解剖和功能上的联系。自从1998 年马歇尔提出了肠肝轴的概念之后，关于肠道与肝脏疾病关系的研究越来越引起人们的关注［1］。目前认为肠道与肝脏是相互影响的，一个受损的肠道能够使肝脏直接暴露于肠源性内毒素，而一旦正常的肝脏生理学遭到破坏就很可能造成肠道功能障碍。因此，在肝脏疾病的治疗过程中，保护肠道黏膜屏障可能成为开创性和辅助性的治疗方法。且研究肠道与肝脏之间发病机制的关系能够更好地理解临床治疗肝脏疾病的机制。

1 肝肠轴的构成

1.1 肠道机械屏障 正常情况下，完整的肠道上皮细胞间的紧密连接能够阻止细菌、毒素及一些其他大分子进入人体，从而阻止其移位的发生。当上皮细胞间的紧密连接遭到破坏时，会引起肠黏膜通透性增加，革兰氏阴性细菌细胞壁的脂多糖成分进入门脉系统，如果肝脏的Kupffer 细胞功能发生障碍，超过肝脏的内毒素清除能力时，内毒素大量溢出进入体循环，内毒素血症也因此可能发生。对于肝细胞来说这不仅是一个直接的毒性作用，而且还能够刺激Kupffer 细胞的增殖。

近来发现在某些肝脏疾病的发病机制当中，Kupffer 细胞的形态和数量发生了变化。发病时Kupffer 细胞会相对集中在中央静脉区域，体积增大并且细胞内出现大的脂肪空泡，并且呈激活状态，Kupffer 细胞还会通过分泌炎性细胞因子参与到肝脏疾病的进程中，其中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)起着关键作用。

1.2 肠道化学屏障 胆汁酸是肠道化学屏障最重要的组成成分，胆汁酸不仅在脂肪类食物的乳化和脂溶类维生素的吸收中起重要作用，而且还能抑制肠道细菌的过度生长和移位，帮助人体维持肠黏膜功能并创造出一个稳定的肠道内环境。有研究表明胆汁酸疗法能降低高果糖饮食诱导的脂肪肝疾病。除了胆汁酸能通过与FXR-固醇响应元件结合蛋白1c(sterol response element binding protein，SREBP-1c)结合产生的瀑布样信号调节肝脏甘油三酯的代谢来降低肝脏脂肪化程度外，肠道菌群和内毒素的改变也都起着不可忽视的作用。肠道某些微生物通过影响胆盐的合成进而影响胆汁酸代谢，导致脂质代谢和能量代谢通路紊乱，从而引起脂质过氧化和脂肪酸在肝脏中沉积，最终导致肝脏疾病的发生。

1.4 肠道免疫屏障 肠道细菌化合物的促炎能力是通过一类特定的模式识别受体调节的，这类受体被命名为Toll 样受体(Toll like receptor，TLR)。TLR 是一种在进化上保守的Ⅰ型跨膜糖蛋白，它通过两种模式识别配体，即病原体相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)和内源性损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)，具体而言，每一种 TLR 都有特定的 PAMPs 或者DAMPs［2］。在肝脏中，TLR 在不同的细胞内均有表达，这些细胞包括肝细胞、造血干细胞和Kupffer 细胞［3］。目前研究已经发现了13 种TLR，这些TLR 除了TLR3 外，其余都有一个共同的调节分子髓样分化因子88(myeloid differentiation factor，MyD88)。而在所有的TLR 中，TLR4 被研究最多［4］。TLR4 是唯一既能通过MyD88 依赖性途径又能通过MyD88 非依赖性途径向细胞内传递信号的TLR 受体。通过各级通路产生的炎症因子使Kupffer 细胞、中性粒细胞和肝星状细胞聚集、增殖、活化，并产生炎症因子、趋化因子及活性氧，诱导下游各种级联反应，导致细胞损伤，促进肝脏病变的进程［5］。

1.5 肠道生物屏障 肠道的生物屏障主要依赖于肠道菌群，肠道菌群的主要功能是营养作用、代谢活动、免疫和保护宿主免受外来微生物的入侵。发酵食物残渣中不能消化的部分是肠道菌群最为特殊的代谢功能，肠道菌群在碳水化合物的发酵过程中起着重要作用，大部分的多糖、某些寡糖，及没有吸收的糖和醇都需要借助肠道菌群发酵。细菌水解发酵蛋白时的产物多酚具有诱导抗炎、抗氧化、抗衰老作用。肠道细菌厌氧代谢多肽和蛋白(腐败作用)产生一系列潜在的有毒物质，包括氨、胺、酚、硫醇和二元醇。肠道微生物群落的另一个主要功能是保护宿主免受外源微生物的侵袭。通过分泌抗菌物质或通过营养竞争来抑制外源致病菌的生长。

2 肠肝轴与非酒精性脂肪肝的关系

非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是一种与胰岛素抵抗紧密相关的肝脏疾病，其特征在于非酒精引起的肝细胞内脂肪过度沉积。关于NAFLD 发病机制的研究目前主要集中在二次打击理论和肠肝轴理论。根据二次打击理论，NAFLD 的形成分成两个步骤:首先在胰岛素抵抗状态下游离脂肪酸大量产生，另一方面肝脏对脂肪酸的氧化能力下降，导致脂肪在肝脏内沉积。第二次打击是指由于额外的刺激物如细菌、诱导氧化应激和细胞因子产生，尤其是TNF-α，这些都会造成肝脏持续性损害。而肠肝轴理论认为，由于单纯性脂肪肝对于大多数患者来说是一个良性病变，NAFLD 可能是具有与之不同的发病机制的肝脏疾病。多重打击，尤其是肠源性和脂肪组织源性的因子，可能同时“打击”，最终导致肝脏炎症的形成。研究表明，机械、化学、免疫、生物肠道屏障的功能在NAFLD 的发展过程中是相互联系、密不可分的，一旦肠黏膜屏障被破坏，肠道细菌及其产物将移位到肝脏并引起一系列免疫系统和炎症反应，这将导致NAFLD 的发展与形成。

3 肠肝轴与酒精性脂肪肝的关系

酒精性脂肪肝(alcoholic liver disease，ALD)是一种与长期过量饮酒有密切关联的肝脏疾病，它的疾病谱包括脂肪肝、酒精性肝炎、肝纤维化、肝硬化和肝癌。乙醇及其代谢产物可以通过多种方式破坏肠黏膜，从而影响肠道紧密连接的完整性。研究显示乙醛、乙醇的氧化产物能增加肠黏膜的通透性，导致紧密连接蛋白和细胞间黏附蛋白的再分布。实验者使用乙醇处理人结肠腺癌细胞(Ca-Co-2)发现诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、一氧化氮(NO)、过氧化物能导致细胞微管蛋白的硝化和氧化，从而增加微管蛋白的分解，最终破坏细胞骨架［6-7］。此外，核因子κB(NF-κB)也参与诱导微管蛋白的硝化和氧化过程［8］。不仅慢性酒精吸收可以引起肠黏膜屏障功能障碍，急性酒精代谢同样会造成肠道屏障损害［9］。6 g/kg 的酒精摄入就能引起小肠黏膜层损伤［10］，最新研究指出慢性酒精喂养的小鼠循环系统内LPS 水平远超正常，同样ALD 患者体内的LPS 水平也高于正常水平。这些结果同时证实LPS 在酒精诱导的肝损伤中扮演着重要角色。乙醇单独或与其代谢产物一起可以通过多种机制破坏肠壁的完整性，这包括紧密连接蛋白的破坏、诱导型iNOS 的变化、肠道菌群的改变，这些因素单独或联合导致肠通透性增加，使细菌或微生物转位入肠壁内，最终导致门静脉内毒素浓度水平增高。肝内积聚的毒素刺激肝免疫，引起多种炎性细胞因子的产生、释放，最终导致肝脏炎症的发生。

4 肠肝轴和肝纤维化的关系

肝纤维化及肝硬化是慢性肝脏炎症所导致的创伤愈合反应。随着病理过程的进展，这些疾病最终都可以导致肝硬化及其相关的并发症。一方面，肝硬化导致门脉高压的形成，进而引起肠道动力性的改变，出现肠道细菌过度生长。后者和肠黏膜屏障的破坏一起，促使肠道细菌通过双重血运系统移位至肝脏，激活免疫细胞，产生炎性因子，诱导肝脏固有免疫应答，加重肝脏炎症及肝硬化进展。其中，肠道菌群的稳态失衡和细菌移位则被认为是上述过程中的核心因素。肠道微生物在肝纤维化和肝硬化进程中发挥了积极的作用，但是，肠道细菌如肠杆菌属和链球菌属等在肝硬化的发生、发展中的具体作用仍需进一步证明。健康人的肠道微生物生态系统依靠自身定植菌和菌群多样性的相互作用保持着动态平衡，益生菌起了重要作用。目前，临床应用较多的乳酸杆菌、双歧杆菌等活菌制剂被认为是一种预防性和保护性的药物，但微生物预防肝脏疾病的具体机制尚不明确。

5 肠肝轴与肝硬化并发症的关系

肝硬化失代偿期患者总会伴随一系列严重的并发症，如肝性脑病、消化道出血和自发性腹膜炎(spontaneous peritonitis，SBP)。这些并发症的发生、发展和转归可能和肠道菌群失衡有关。

5.1 肝性脑病 血氨升高仍然是肝性脑病的发病机制之一。在这些患者的肠道中，一些特殊的细菌家族的存在如肠杆菌科、产碱菌科和紫单胞菌科往往会导致显著的认知功能障碍。一项Meta 分析表明，益生菌修饰肠道菌群的构成种类，引导形成肠道良性生态环境，对隐匿性肝性脑病具有显著的疗效［11］。另外，60例随机对照试验表明微生态制剂联合肠内营养能保护肠黏膜屏障，有效降低血氨和血清内毒素水平及改善肝性脑病患者的营养状况。此外涉及496 例肝硬化患者的6 个随机对照试验Meta 分析表明益生菌治疗显著阻滞了肝性脑病的进展［12］。因此，益生菌的使用可以调节肠道菌群的组成和功能状态，进而减少到达门脉系统的氨总量，为衰竭的肝脏功能从根源上减轻负担，从而消除肝性脑病。肝性脑病是肠-肝-脑轴最具代表意义的病理表现，其临床分型包括显性和隐性肝昏迷，高血氨都是核心的内在介质，因此，血氨的产生、代谢、转化和清除与微生物息息相关，任何作用于肠道菌群靶点的治疗都是有效和令人满意的。

5.2 SBP 和其他细菌感染性疾病 肝硬化患者最常见的死亡原因是并发细菌感染，主要包括肺部感染、泌尿系统感染和SBP 等，而这些感染的出现都和肠道细菌息息相关。其中，最常见的感染类型是SBP，肺部感染次之，通过腹水和痰细菌培养发现，主要是大肠杆菌和肺炎克雷伯菌。有腹水的患者往往有肠黏膜通透性的增加，从而为大肠杆菌的移位提供了便利。一个被广泛认可的理念是只要发现腹水中不断增长的白细胞计数就无需等待培养结果，即可临床诊断为SBP 并使用抗生素治疗。虽然控制了炎症的发生，但抗生素的使用频率不断增加，由此产生了另外的问题—多重耐药菌产生和无药可用的悲剧［13］。一项前瞻性随机对照试验表明，利福昔明能够良好地降低门脉高压引起的并发症几率，比如SBP 等［14］。益生菌作为肠道共生菌群的一份子，联合动物模型实现了成功治疗SBP，展现了更为广泛的应用前景［15］。Stadlbauer 等［16］观察到在酒精性肝硬化患者中应用干酪乳酸杆菌，能够降低炎性介质的水平，获得积极的治疗效果。然而，最近一项随机对照试验表明诺氟沙星联合益生菌并没有显著改善SBP 的预防和治疗效果［17］，因此，益生菌的确切疗效仍然存在较大的争议，需要进一步实验验证。

5.3 肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)HCC 代表了大多数慢性肝疾病患者的终末阶段期，这一结果被认为与长期的肝脏炎症、不断发生的细胞增殖和细胞凋亡有关。控制肠道微生物能够减轻内毒素血症的程度，降低细胞突变的概率。最新的研究表明，非选择性β 受体拮抗剂能够减少肠道炎症的负载和抑制HCC 新生血管的生成，从而可以防止HCC 的发生［18］。在细胞水平，肝肿瘤周围微环境中的辅助T 淋巴细胞17 水平受微生物的影响。因此，如果使用某种益生菌使T 淋巴细胞的表达趋于理想水平，从而减缓HCC 的进展［19］。广谱的非特异性的杀灭肠道细菌，达到“消毒”的水平，能够延缓HCC 病理的进程，从而阻断HCC 的形成，这提示我们肠道微生物能够成为预防肝脏疾病发展为HCC 新的治疗靶点［20］。

6 小结

肠肝轴在肝脏疾病的发病机制中起至关重要的作用。良好的肠道稳态和肝脏的保护功能对维持内环境的稳定起重要作用，一旦两者之间的平衡被打破，病变随之而来。两者相互作用，互为因果。问题是，当肠道功能发生变化时，哪种肠道细菌在肝损伤中起主要作用，及是否可以发展为肝脏疾病的筛查和诊断手段，什么程度的肝损伤会影响肠道功能，所有这些都还需要进一步的研究。因此，肠肝轴概念的提出为理解肝疾病的发病机制和发展新的干预手段和治疗措施提供了新的视角。

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