肠-肝对话在肝病发生、发展中的作用及其应用前景*

郭丽萍　周　璐　王邦茂

天津医科大学总医院消化科(300052)



肠-肝对话在肝病发生、发展中的作用及其应用前景*

郭丽萍#周璐王邦茂&

天津医科大学总医院消化科(300052)

Marshall[1]于1998年正式提出了“肠-肝轴”的概念。肝脏和肠道有着共同的胚胎起源——前肠，肠道淋巴细胞起源于发育中的肝脏，两者通过门静脉相互关联，肝脏大部分血液供应来自肠道，可以说肝脏代表了肠源性抗原的第一道防线。人类消化道中的细菌数量超过1×1011[2]，包括1 000多种厌氧菌，肠道细菌已被证实对人体健康有着广泛而重要的作用，包括宿主代谢、生理、营养作用以及免疫调节功能等。肠道微生态失衡与肝病致病因素的共同作用导致肠道通透性增高、肠道菌群和毒素易位，被肝脏免疫细胞上的Toll样受体(TLRs)识别后，引发一系列炎症级联反应和免疫反应而造成肝损伤，在肝病发生、发展中起有重要作用。肝硬化患者发生自发性细菌性腹膜炎是肝硬化肠屏障功能受损导致细菌易位最典型的表现，是肠-肝之间相互影响的范例。本文综述了肠-肝微生态及其免疫对话参与各型肝病发生、发展的最新研究进展，并探讨相关信号通路改变，以期发现可能的治疗或延缓肝病进展的靶点。

一、肠-肝对话参与不同病因肝病的发生、发展

1. 酒精性肝病(ALD)：在ALD发病过程中，肠道微生态改变与肝细胞脂肪变性、炎症、纤维化的发生密切相关。Adachi等[3]对经乙醇刺激的大鼠给予多黏菌素B和新霉素治疗，粪培养显示治疗组几乎无革兰阴性菌生长，血浆内毒素水平、AST升高幅度和肝脏病理评分均显著降低。Nanji等[4]将大鼠分为乙醇+玉米油浓缩饲料饲养组和乙醇+玉米油+乳酸菌浓缩饲料饲养组，发现添加乳酸菌组大鼠肝脏病理评分和内毒素水平均较不添加组显著降低。Keshavarzian等[5]的研究发现，大鼠乙醇灌胃2周后转氨酶水平升高，2~4周内发生肠屏障渗漏、肠氧化损伤和内毒素血症，且随时间延长而不断恶化，8周后发生肝细胞损伤和炎症，表明肠道损伤的发生早于酒精性脂肪性肝炎。对ALD患者的研究同样发现存在不同程度的肠屏障功能破坏。Bode等[6]发现酒精性肝硬化患者内毒素血症发生率显著增高，进一步的研究显示乙醇及其代谢物乙醛可破坏肠上皮细胞间紧密连接的完整性。Atkinson等[7]发现乙醛可使蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)1B活性丧失，并还原部分PTP1C、PTP1D活性，引起肠上皮细胞间紧密连接中断，提示乙醛可能系依赖磷酸化机制破坏紧密连接，进而影响肠上皮完整性。

2. 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)：NAFLD的发病机制涉及多种因素，近年研究发现肠道微生态失衡可致小肠细菌过度生长(SIBO)、小肠动力改变、炎症因子吸收增加，这些均与NAFLD的发生密切相关。Wigg等[8]发现非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者SIBO发生率显著高于正常对照者，Soza等[9]亦发现NAFLD患者存在SIBO和肠动力改变(口-盲传输时间延长)。Wu等[10]通过高脂饮食建立大鼠NASH模型，以普通饮食大鼠作为对照组，发现模型大鼠体内大肠杆菌数量较对照组明显增加；分别予NASH模型组大鼠庆大霉素和安慰剂治疗，发现安慰剂组大鼠存在明显的小肠运动功能抑制，而庆大霉素组ALT、AST、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平降低，病情缓解，提示NASH发病过程中普遍存在SIBO及其所致的小肠动力改变。Shanab等[11]的研究发现，NASH患者的SIBO发生率、TLR4/髓样分化蛋白-2(MD-2)表达均显著高于健康对照者，血浆白细胞介素-8(IL-8)水平增高并与TLR4呈正相关，提示SIBO可能通过增加TLR4表达和IL-8释放参与NASH发生。

3. 病毒性肝炎：最近研究发现病毒性肝炎亦与肠道通透性和肠道菌群组成改变有关。Gut等[12]以蛙病毒3诱导小鼠肝炎模型，发现模型小鼠内毒素LD50较对照组降低20倍，经蛙病毒3预处理后再注射亚致死剂量脂多糖(LPS)后死亡的小鼠，肝组织病理学表现为广泛肝细胞坏死，对照组小鼠死亡率明显低于模型组且感染-死亡间期延长；予模型小鼠吲哚美辛或多黏菌素B治疗可破坏内毒素生物活性，减轻肝损伤并降低死亡率。上述发现提示，在病毒性肝炎中，病毒导致肝脏单核-巨噬细胞系统破坏、解毒功能降低和内毒素聚集，造成广泛肝细胞坏死，以药物改善肠道微生态失衡、破坏内毒素活性可对病毒性肝炎发挥保护作用。对HBV、HCV相关肝损伤患者的研究亦显示其存在肠道微生态失衡和通透性增加。尽管微生物与病毒相互影响的方式尚不明确，但诸多证据表明肠道微生物或其产物可能参与了HBV、HCV诱导的肝损伤过程。

4. 自身免疫性肝病(AILD)：目前AILD的发病机制未明，但研究发现其与炎症性肠病(IBD)密切相关。临床上，2.4%~7.5%的IBD患者合并自身免疫性肝炎(AIH)或原发性硬化性胆管炎(PSC)，70%~85%的PSC患者合并IBD，提示了肠、肝之间密切的免疫学联系[13]。在遗传易感性和肠道炎症背景下，共生菌或致病菌经门静脉进入肝脏，导致免疫耐受破坏、黏附分子异常表达，形成肠-肝间异常淋巴细胞循环，进而参与AILD的发生、发展。

黏膜地址素细胞黏附分子-1(MAdCAM-1)在淋巴细胞归巢至肠道中发挥重要作用。正常情况下，CC趋化因子配体25(CCL25)和MAdCAM-1分别作为趋化因子CCR9和整合素α4β7的配体限制性表达于肠道，招募CCR9+α4β7+T细胞和分泌IgA的B细胞至肠黏膜固有层。Grant等[14]的研究发现，MAdCAM-1在免疫相关肝病患者的门静脉和肝窦内皮细胞中呈异常高表达，可招募肠源性激活的CCR9+α4β7+T细胞至肝脏，而MAdCAM-1、整合素α4β7或α4链抗体可抑制此种黏附，证实α4β7+黏膜淋巴细胞系通过与肝内皮上异常表达的MAdCAM-1结合而实现在肠-肝间的异常循环。此外，血管黏附蛋白-1(VAP-1)在炎症肝脏中表达上调，亦促进了淋巴细胞的黏附和跨内皮迁移。上述证据表明，在某些共同致病抗原的作用下，异常表达的黏附分子引起的肠-肝淋巴细胞循环可能在AILD中发挥重要作用。

除异常淋巴细胞归巢假说外，进一步支持AILD菌群假说的证据来自PSC患者在无胆管炎症状时也常有中性细胞分化增多，提示其循环中存在内毒素或免疫反应分子。Tabibian等[15]发现PSC患者的ALP、胆红素、Mayo PSC危险评分和皮肤瘙痒症状在抗菌药物治疗后有所改善，提示以肠道菌群为靶点的治疗可改善PSC的生化终点。

综上，肠-肝微生态及其免疫对话在AILD的发生、发展中共同发挥重要作用。

5. 肝纤维化：近年研究显示肠源性毒素和LPS-TLR4信号通路在肝纤维化中发挥关键作用。Lin等[16]发现肝硬化患者血浆内毒素水平显著升高，且与肝病严重程度、食管静脉曲张等密切相关。Grinko等[17]以胆管结扎制作大鼠肝纤维化模型，发现模型大鼠的肝纤维化水平与Kupffer细胞、贮脂细胞、门静脉和体循环内毒素水平显著相关，支持高内毒素水平、Kupffer细胞活化与肝纤维化进展相关的观点。

既往关于肝纤维化机制的研究多提示高表达TLR4的Kupffer细胞通过提高肝星状细胞(HSC)活性介导LPS依赖的肝纤维化，然而HSC依赖TLR4刺激在肝纤维化中的原始作用亦已被证实。Seki等[18]通过静脉注射氯膦酸二钠脂质体联合辐射去除TLR4嵌合小鼠的Kupffer细胞，再以LPS刺激致肝纤维化的方法证实TLR4配体能直接以HSC为靶点介导肝纤维化。正常肝组织中，HSC位于Disse间隙并储存维生素A脂滴；在Kupffer细胞产生的转化生长因子-β(TGF-β)以及血小板衍生生长因子(PDGF)等纤维化因子的刺激下，HSC分化为无脂滴的肌纤维母细胞，平滑肌肌动蛋白(SMA)表达上调，最终活化的HSC即肌成纤维细胞分泌细胞外基质，参与肝纤维化。因此，HSC内的TLR4信号同样在肝纤维化进展中发挥重要作用。

HSC内TLR4信号参与肝纤维化的机制主要有3种：①TLR4诱导HSC源性因子如趋化因子(MCP-1、MIP-1α、MIP-1β、RANTES)、黏附分子(ICAM-1、VCAM-1、E-selectin)表达上调[18]，导致骨髓来源的单核细胞向肝脏趋化迁移和肝内Kupffer细胞聚集。②TLR4通过与TGF-β信号间的对话参与肝纤维化。TGF-β是一种强效促纤维化细胞因子，可激活HSC。Bambi为内源性TGF-β诱饵受体，在静息HSC内高表达，从而抑制TGF-β信号以抑制HSC激活。TLR4受刺激后，Bambi随即表达下调，HSC内的TGF-β信号被完全激活。Bambi还可直接与Smad7相互作用，干扰TGF-β受体(Ⅰ型和Ⅱ型)与Smad3之间的作用，导致TGF-β信号受抑[19]。Bambi在肾纤维化中同样发挥重要作用[20]，提示了其在纤维化中的普遍作用。③LPS刺激可减少HSC内的miR-29表达[21]，而miR-29可负性调节胶原α1(Ⅰ) mRNA表达，即TLR4信号可通过下调miR-29表达促进胶原产生。

此外，多项证据提示肠屏障功能破坏、细菌易位、肝内LPS增加以及炎症因子产生是慢性肝病门静脉高压形成的主要机制[22]，而肝硬化门静脉高压可能通过影响肠蠕动而加剧SIBO。总之，现有研究证据强调Kupffer细胞和HSC通过LPS-TLR4信号通路在肝纤维化中起重要作用。

6. 肝细胞癌(HCC)：慢性肝损伤、炎症和纤维化是HCC发生的最主要原因。如前所述，肠道菌群易位在慢性肝病中极为常见，并极大地促进了炎症和纤维化的进展，由此可以认为肠道菌群易位和TLR4信号势必参与了HCC的发生、发展。Dapito等[23]的研究显示，TLR4以及肠道微生态失衡诱导的炎症和纤维化反应可进一步调控肝细胞增殖和有丝分裂调节蛋白表达，阻止细胞凋亡，促进HCC进展，而在肝病终末期进行肠道灭菌可有效减少HCC的发生，肠道菌群和TLR4可能成为阻断终末期肝病向HCC进展的有效靶点。Yoshimoto等[24]对HCC小鼠模型的研究显示，高脂饮食可通过激发“衰老相关分泌表型(SASP)”促进肿瘤发生；抗菌药物干预表明，高脂饮食可改变小肠菌群组成，导致脱氧胆酸(DCA)生成增多，后者是微生物胆汁酸代谢的副产物，可造成DNA损伤、诱导衰老以及诱导HSC分泌各种与衰老相关的细胞因子，这些细胞因子继而促进HCC形成。上述发现提示饮食、肠道微生态与HCC之间存在复杂的机制性联系。Fox等[25]发现C3H/HeN小鼠肠道接种螺旋杆菌后，可通过NF-κB调控的信号通路启动肠-肝固有和Th1型适应性免疫反应，进而增加HCC相关生物学标记物表达，促进Wnt/β-catenin信号激活以及氧化应激损伤发生，减少对受损细胞的吞噬作用，从而增加HCC发生概率。

二、肠-肝对话参与肝病发生、发展的信号通路以及可能治疗靶点

近年来，研究发现MyD88依赖或不依赖的TLR4信号通路广泛存在于肝病发生、肝纤维化进展乃至HCC形成中。肠源性产物如LPS在共受体CD14或MD-2的协助下，被高表达于HSC和Kupffer细胞的TLR4所识别，招募衔接蛋白MyD88或TRIF，分别激活相应下游信号级联反应：TLR4-MyD88复合物形成后激活IRAK激酶，作用于NF-κB激酶抑制剂(IKK)复合物，进而激活NF-κB，导致促炎细胞因子如TNF-α、IL-6、IL-1β产生增加；TLR4-TRIF通路激活则导致TANK结合激酶(TBK)/IKKe磷酸化、干扰素调节因子-3(IRF-3)活化和Ⅰ型干扰素产生。上述炎症因子在肝损伤中发挥重要作用。Hritz等[26]的研究显示TLR4和IRF3缺失小鼠较少发生ALD；Seki等[18]发现以LPS激活HSC上的TLR4可显著上调肝趋化因子表达和Kupffer细胞的趋化性，同时下调TGF-β诱饵受体Bambi表达，导致HSC对TGF-β信号的敏感性提高以及Kupffer细胞极度活化，最终促进肝纤维化。TLR4基因敲除小鼠或其衔接蛋白MyD88、TRIF缺失的小鼠，肝纤维化程度均明显减轻。Isayama等[27]发现LPS结合蛋白(TLR4共受体)缺失小鼠肝损伤和纤维化程度均明显减轻，提示内毒素同样依赖TLR4信号促进肝纤维化进展。因此，阻断上述信号通路中的任一环节都将可能为肝病治疗提供新的研究方向和靶点。

越来越多的研究发现肠道易位菌群进入门静脉系统后可增加肝趋化因子表达，介导异常淋巴细胞归巢，这些均可能参与了AILD的发生、发展。Seki等[28-29]发现以广谱CC趋化因子抑制剂中和CC趋化因子能有效减轻肝纤维化程度，CCR1、CCR5缺失小鼠的肝纤维化和巨噬细胞浸润程度大幅降低，CCR5缺失的HSC和CCR1、CCR5缺失的Kupffer细胞均表现出明显的趋化迁移抑制。Baeck等[30]亦发现以药物抑制CCL2可减少脂肪性肝炎患者的肝脏巨噬细胞浸润。然而，在AILD中尚缺乏类似研究证据。深入认识趋化因子介导的信号通路可能为其发病机制研究提供新的思路，阻断趋化因子受体可能成为慢性肝病新的治疗靶点。

此外，肠道与肝脏通过门静脉紧密联系，因此改变肠道微生态、减少有害微生物入肝势必降低慢性肝病患者的内毒素血症和感染发生率，对延长患者生存期、提高生活质量具有重要的现实意义。目前临床常用微生态疗法包括：①抗菌药物疗法，可阻止有害细菌过度生长，恢复肠道微生态平衡；②益生菌疗法，可通过益生菌效应阻止肠道有害细菌生长；③粪菌移植(FMT)，已被用于难辨梭菌感染、IBD、顽固性便秘、代谢性疾病、肠道免疫缺陷、肠道过敏等疾病的治疗，甚至成为难治性IBD的关键挽救治疗方法。

三、结语与展望

综上所述，肠-肝微生态及其免疫对话在慢性肝病发生、发展中的作用日益受到重视，未来工作的重点应集中在其参与不同肝病的作用机制以及相关信号通路方面。在慢性肝病的诊治过程中应注重微生态疗法，从微生态角度出发探讨肝病的发生、发展、维持和恶化。

参考文献

1 Marshall JC. The gut as a potential trigger of exercise-induced inflammatory responses[J]. Can J Physiol Pharmacol, 1998, 76 (5): 479-484.

2 Qin J, Li R, Raes J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing[J]. Nature, 2010, 464 (7285): 59-65.

3 Adachi Y, Moore LE, Bradford BU, et al. Antibiotics prevent liver injury in rats following long-term exposure to ethanol[J]. Gastroenterology, 1995, 108 (1): 218-224.

4 Nanji AA, Khettry U, Sadrzadeh SM. Lactobacillus feeding reduces endotoxemia and severity of experimental alcoholic liver (disease)[J]. Proc Soc Exp Biol Med, 1994, 205 (3): 243-247.

5 Keshavarzian A, Farhadi A, Forsyth CB, et al. Evidence that chronic alcohol exposure promotes intestinal oxidative stress, intestinal hyperpermeability and endotoxemia prior to development of alcoholic steatohepatitis in rats[J]. J Hepatol, 2009, 50 (3): 538-547.

6 Bode C, Kugler V, Bode JC. Endotoxemia in patients with alcoholic and non-alcoholic cirrhosis and in subjects with no evidence of chronic liver disease following acute alcohol excess[J]. J Hepatol, 1987, 4 (1): 8-14.

7 Atkinson KJ, Rao RK. Role of protein tyrosine phosphorylation in acetaldehyde-induced disruption of epithelial tight junctions[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2001, 280 (6): G1280-G1288.

8 Wigg AJ, Roberts-Thomson IC, Dymock RB, et al. The role of small intestinal bacterial overgrowth, intestinal permeability, endotoxaemia, and tumour necrosis factor alpha in the pathogenesis of non-alcoholic steatohepatitis[J]. Gut, 2001, 48 (2): 206-211.

9 Soza A, Riquelme A, Gonzalez R, et al. Increased orocecal transit time in patients with nonalcoholic fatty liver disease[J]. Dig Dis Sci, 2005, 50 (6): 1136-1140.

10Wu WC, Zhao W, Li S. Small intestinal bacteria overgrowth decreases small intestinal motility in the NASH rats[J]. World J Gastroenterol, 2008, 14 (2): 313-317.

11Shanab AA, Scully P, Crosbie O, et al. Small intestinal bacterial overgrowth in nonalcoholic steatohepatitis: association with toll-like receptor 4 expression and plasma levels of interleukin 8[J]. Dig Dis Sci, 2011, 56 (5): 1524-1534.

12Gut JP, Schmitt S, Bingen A, et al. Probable role of endogenous endotoxins in hepatocytolysis during murine hepatitis caused by frog virus 3[J]. J Infect Dis, 1984, 149 (4): 621-629.

13Adams DH, Eksteen B, Curbishley SM. Immunology of the gut and liver: a love/hate relationship[J]. Gut, 2008, 57 (6): 838-848.

14Grant AJ, Lalor PF, Hubscher SG, et al. MAdCAM-1 expressed in chronic inflammatory liver disease supports mucosal lymphocyte adhesion to hepatic endothelium (MAdCAM-1 in chronic inflammatory liver disease)[J]. Hepatology, 2001, 33 (5): 1065-1072.

15Tabibian JH, Weeding E, Jorgensen RA, et al. Randomised clinical trial: vancomycin or metronidazole in patients with primary sclerosing cholangitis - a pilot study[J]. Aliment Pharmacol Ther, 2013, 37 (6): 604-612.

16Lin RS, Lee FY, Lee SD, et al. Endotoxemia in patients with chronic liver diseases: relationship to severity of liver diseases, presence of esophageal varices, and hyperdynamic circulation[J]. J Hepatol, 1995, 22 (2): 165-172.

17Grinko I, Geerts A, Wisse E. Experimental biliary fibrosis correlates with increased numbers of fat-storing and Kupffer cells, and portal endotoxemia[J]. J Hepatol, 1995, 23 (4): 449-458.

18Seki E, De Minicis S, Osterreicher CH, et al. TLR4 enhances TGF-beta signaling and hepatic fibrosis[J]. Nat Med, 2007, 13 (11): 1324-1332.

19Yan X, Lin Z, Chen F, et al. Human BAMBI cooperates with Smad7 to inhibit transforming growth factor-beta signaling[J]. J Biol Chem, 2009, 284 (44): 30097-30104.

20Pulskens WP, Rampanelli E, Teske GJ, et al. TLR4 promotes fibrosis but attenuates tubular damage in progressive renal injury[J]. J Am Soc Nephrol, 2010, 21 (8): 1299-1308.

21Roderburg C, Urban GW, Bettermann K, et al. Micro-RNA profiling reveals a role for miR-29 in human and murine liver fibrosis[J]. Hepatology, 2011, 53 (1): 209-218.

22Seo YS, Shah VH. The role of gut-liver axis in the pathogenesis of liver cirrhosis and portal hypertension[J]. Clin Mol Hepatol, 2012, 18 (4): 337-346.

23Dapito DH, Mencin A, Gwak GY, et al. Promotion of hepatocellular carcinoma by the intestinal microbiota and TLR4[J]. Cancer Cell, 2012, 21 (4): 504-516.

24Yoshimoto S, Loo TM, Atarashi K, et al. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome[J]. Nature, 2013, 499 (7456): 97-101.

25Fox JG, Feng Y, Theve EJ, et al. Gut microbes define liver cancer risk in mice exposed to chemical and viral transgenic hepatocarcinogens[J]. Gut, 2010, 59 (1): 88-97.

26Hritz I, Mandrekar P, Velayudham A, et al. The critical role of toll-like receptor (TLR) 4 in alcoholic liver disease is independent of the common TLR adapter MyD88[J]. Hepatology, 2008, 48 (4): 1224-1231.

27Isayama F, Hines IN, Kremer M, et al. LPS signaling enhances hepatic fibrogenesis caused by experimental cholestasis in mice[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2006, 290 (6): G1318-G1328.

28Seki E, De Minicis S, Gwak GY, et al. CCR1 and CCR5 promote hepatic fibrosis in mice[J]. J Clin Invest, 2009, 119 (7): 1858-1870.

29Seki E, de Minicis S, Inokuchi S, et al. CCR2 promotes hepatic fibrosis in mice[J]. Hepatology, 2009, 50 (1): 185-197.

30Baeck C, Wehr A, Karlmark KR, et al. Pharmacological inhibition of the chemokine CCL2 (MCP-1) diminishes liver macrophage infiltration and steatohepatitis in chronic hepatic injury[J]. Gut, 2012, 61 (3): 416-426.

(2015-04-15收稿；2015-04-28修回)

·综述·

摘要Marshall于1998年正式提出了“肠-肝轴”的概念。肠道微生态失衡与肝病致病因素的共同作用导致肠道通透性增高、肠道菌群和毒素易位，被肝脏免疫细胞上的Toll样受体识别后，引发一系列炎症级联反应和免疫反应而造成肝损伤。本文对肠-肝对话参与各型肝病发生、发展的最新研究进展以及相关信号通路改变作一综述。

关键词肝疾病；肠-肝轴；细菌易位；内毒素类；Toll样受体4

Effect of Gut-liver Dialogue in Occurrence and Development of Liver Diseases and Prospect of its ApplicationGUOLiping,ZHOULu,WANGBangmao.DepartmentofGastroenterology,GeneralHospitalofTianjinMedicalUniversity,Tianjin(300052)

Correspondence to: WANG Bangmao, Email: gi.tmuh@sohu.com

AbstractMarshall proposed the concept of “gut-liver axis” in 1998. Intestinal dysbiosis and hepatic pathogenic factors may lead synergistically to intestinal hyperpermeability, then intestinal flora and toxins translocated into the liver, and recognized by Toll-like receptors on hepatic immune cells; ultimately, inflammatory cascades and immune responses were induced and resulted in liver injury. In this article, the progress in studies on effect of gut-liver dialogue in occurrence and development of various liver diseases as well as the related signaling pathways were reviewed.

Key wordsLiver Diseases;Gut-Liver Axis;Bacterial Translocation;Endotoxins;Toll-Like Receptor 4

通信作者&本文，Email: gi.tmuh@sohu.com

DOI:*基金项目：国家自然科学基金(81200282，81470843)，天津市卫计委科技攻关项目(12KG133);#Email: glp0626@163.com