肠道菌群与酒精性肝病

熊燕鹃， 罗和生

武汉大学人民医院消化内科 消化系统疾病湖北省重点实验室，湖北 武汉 430060

肠道菌群与酒精性肝病

熊燕鹃， 罗和生

武汉大学人民医院消化内科 消化系统疾病湖北省重点实验室，湖北 武汉 430060

酒精性肝病(alcoholic liver disease，ALD)是许多西方国家肝硬化最常见的病因。乙醇代谢所产生的中间产物之间复杂的相互作用是ALD重要的发病机制。长期饮酒的患者，肠道微生物的组成发生了变化，尤其是革兰氏阴性菌数量增多，这将导致内毒素血症，使得免疫系统超活化。肝脏的Kupffer细胞表面有两种可以识别内毒素的受体表明了肠-肝轴的重要性，近年来正在探索新的治疗方法以延缓ALD改变肠道菌群的进程。主要着力于抗生素、益生元、益生菌、合生元的合理利用。

酒精性肝病；细菌易位；微生态失调；益生元；益生菌；合生元；肠道菌群；内毒素

酒精性肝病(alcoholic liver disease，ALD)在世界有着较高的发病率和死亡率，ALD占人类所有死亡率的3.8%[1]。酒精性脂肪肝被认为是发展成肝纤维化和肝硬化的危险因素。

人体内乙醇的代谢是在肠道菌群的作用下进行的。Bode等[2]早在1984年就证实了酗酒者和控制酒精摄入者的肠道菌群在定性和定量上有显著差异。肝脏作为人体十分重要的脏器，在这个转变过程中居战略性地位[3]。

1 ALD的发病机制

乙醇代谢中间产物和免疫系统之间复杂的相互作用是ALD十分重要的致病机制，但具体过程尚不明确。与乙醇代谢相关的氧化应激、蛋氨酸异常代谢、由乙醇介导的肠道内毒素的弥散及Kupffer细胞的活化都属于ALD的发病机制。应用这些有限的了解来探索ALD独特的疗法，是一项非常艰巨的任务。

碳水化合物在肠道菌群作用下发生酵解，生成内源性乙醇，能强烈抑制肠道的蠕动。肥胖、高糖饮食、糖尿病患者及慢性酗酒者，可产生较多的内源性乙醇，易出现肠动力障碍[4]。乙醇在肠道内氧化成乙醛，这种毒性产物能够改变肠道渗透压，破坏肠道菌群的稳态。

乙醛是在肠道菌群乙醇脱氢酶的作用下生成的，又在结肠中乙醛脱氢酶的作用下转化为其他产物。Kwon等[5]近期对缺乏乙醛脱氢酶2的小鼠进行了研究，分析了此种小鼠ALD发生、发展的过程，表明乙醛在肝脏炎性改变和纤维化中的作用。

乙醛本身可引起线粒体功能障碍，继而阻滞其自身的分解代谢，导致体内蓄积量增多，最终引发一系列病理变化。例如，乙醛能使肝脏细胞的氨基、羟基和巯基基团之间发生相互作用，致使蛋白质和DNA结合在一起，从而直接损伤肝细胞。再者，乙醛可以通过酪蛋白磷酸酶抑制肠细胞紧密连接蛋白和附着粘连蛋白的磷酸化作用，使这两种蛋白重新分配，增加细胞旁路通透性，进而破坏肠道渗透压的稳定性[6-8]。

肠道的泄露会激活核因子NF-κB基因的转录，并使得一氧化氮(nitric oxide，NO)的合成量过多。

NO是由L-精氨酸在一氧化氮合成酶(nitric oxide synthases，NOS)的作用下合成的。NOS有三种亚型：神经元型一氧化氮合酶(neuronal NOS，nNOS)、内皮型一氧化氮合酶(endothelial NOS，eNOS)和诱导型一氧化氮合酶(inducible NOS，iNOS)。由eNOS合成的NO有助于维持上皮细胞屏障的完整性。而由iNOS合成的NO出现在炎症反应部位，可能会损坏肠道屏障的完整性。

iNOS表达于内皮细胞、肝细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞和许多其他类型的细胞。iNOS的表达量增加，合成较多量的NO，会加速微管蛋白的硝基化和氧化。在屏障功能被扰乱的情况下，将导致微管蛋白的稳定性降低，微管细胞骨架遭到破坏。此外，NOS的表达量增加，会介导肝细胞的氧化应激反应[9-10]。

相反，内皮生长因子(endothelial growth factor，EGF)能够促进胃肠道黏膜的再生修复和分化，且它可以通过降低iNOS的活性，起到稳定细胞骨架的作用。

2 肠道菌群的作用

肠道微生物群由500多种细菌组成，有些是固定在肠道内的，有些则是过路菌群。根据Neish[11]的研究，回肠末端和结肠分别分布着109CFU/ml、1012CFU/ml的细菌。在肠腔内，革兰氏阴性菌和厌氧菌占绝对优势，比需氧菌多100～1 000倍，其中又以拟杆菌属、卟啉单胞菌属、双歧杆菌属、乳杆菌属、梭菌属和大肠杆菌最为常见。在健康状态下，肠道内可以寄生15种以上的条件致病菌，它们能与宿主保持共生关系。但是，肠道微生物群的组成因人而异，每个个体都有其自身独特的构建模式。

肠道和肝脏在解剖和功能上有着较为紧密的关系，即肠-肝轴，肝硬化患者随着肝功能的减退，肠道平衡也被破坏。经门静脉的血流将各种有毒物质，如细菌和细菌的代谢产物乙醇、氨和乙醛等，运输至肝脏，刺激肝Kupffer细胞活化，产生活性物质，将其杀灭。如果沉积在肝脏的病原相关分子模式增加和代谢产物累积，就会导致肝脏受损。反之，肝脏也会分泌胆汁酸入肠道，调节肠道中多种代谢反应的活性。

肠道菌群种类和数量的改变是引起肝功能异常的重要因素，而事实上，肝脏疾病也会导致肠道菌群过度生长和菌群的失调[12]。菌群失调是肠道内稳态遭到破坏的表现，有几项研究已经表明了持续的乙醇刺激在打破这个稳态中所起的作用。Bull-Otterson等[13]利用小鼠模型探究了慢性乙醇刺激对肠道共生菌的短期影响，他们证实了长期饮酒会使革兰氏阴性细菌大量繁殖，继而导致拟杆菌属和厚壁菌属减少，放线菌属和变形菌属增多。变形菌属是肠道中的重要菌群之一，属革兰氏阴性细菌，它包括几种致病菌，如沙门氏菌、幽门螺杆菌、弧菌和埃希氏菌。Mutlu等[14]的研究也得到类似的结论，同样使用乙醇慢性刺激，在实验中，他们观察到了更多的变形菌属，而拟杆菌属则减少更为显著。

肠道菌群失调会引起内毒素血症、脂多糖易位等各种不同的病理变化，导致免疫系统超活化。一般情况下，只有小部分的内毒素经肠道上皮细胞吸收入血，经门静脉循环到达肝脏和Kupffer细胞。长期饮酒者，肠道菌群释放更多的内毒素，破坏肠道屏障，引起炎症反应，介导ALD[15]、肝硬化和肝癌[16]的发生发展。

饮酒会使肠道通透性增高，导致内毒素血症触发酒精性脂肪肝的炎性反应。内毒素血症可引起血浆中脂多糖结合蛋白(LPS-binding protein)的浓度升高，又能启动和激活肝内外的巨噬细胞，过多地产生炎性细胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-1和IL-8。全身的内毒素血症和在炎性过程中所产生的细胞活素类物质会升高肠道渗透压，改变肠道细胞之间的紧密连接，导致内毒素穿过肠道屏障进入体循环，形成恶性循环。

ALD还会引起肠道菌群数量上的改变，小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)是肠道菌群易位的另一个结果。肠瘀滞可以导致结肠细菌大量增殖，为细菌过度生长创造得天独厚的条件[17]。所以，属于革兰氏阴性需氧菌和厌氧菌的大肠杆菌属、肠球菌属及奇异变形杆菌属被认为是SIBO的菌群。SIBO的成因是胃酸不足、结肠瘘管形成和小肠运动功能紊乱[18]，而乙醇则可以减弱胃肠动力，从而有利于管腔内细菌的扩散增殖。

3 治疗

戒酒是治疗ALD的基础。无论肝损伤处于哪个阶段，不再饮酒或大幅度减少饮酒量都有利于肝组织的修复，提高患者的康复率和生存率。

大量饮酒的患者，血清内毒素水平显著增高，这些内毒素大致有三个来源：肠道菌群过度生长引起肠道内毒素增多，肠道渗透压升高导致内毒素弥散入血量增加和Kupffer细胞对血清内毒素的清除延缓。事实上，诸如抗生素、益生元、益生菌和合生元等主要的治疗方法都是试图抑制肠道革兰氏阴性菌的过度生长，维持肠道渗透压的稳定性来降低血清内毒素。

3.1 抗生素饮酒所致的肠道菌群改变主要与胃肠道细菌大量繁殖有关。

抗生素疗法通过控制大肠细菌过度繁殖来改善ALD的预后。但是，此疗法虽可以改善肝功能，长期使用又会引起肠道菌群再次失衡，引发病原菌的增长。抗生素的具体选择又需要根据药敏实验的结果，这将要求过多地使用细胞培养。所以，抗生素疗法应该针对那些引起SIBO的肠道菌群。

目前认为，利福昔明、羟氨苄青霉素、克拉维酸、甲硝唑、环丙沙星、诺氟沙星和头孢氨苄这几种抗生素，在对抗革兰氏阴性需氧菌和产芽孢厌氧菌的过度生长方面，疗效肯定。近期已有研究[19]表明，利福昔明在肝性脑病的治疗中同样有着非常重要的作用，且对于ALD的治疗效果可观。利福昔明最大的优点就是它不被胃肠道吸收，副作用很少，且耐药发生率极低[20-22]。

3.2 益生元抗生素的作用是改变肠道菌群的数量，而益生元则是对抗生态失调。益生元可以选择性地促进双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的生长，以加强机体对入侵病原微生物的自然抵抗力。

益生元被列为不被消化的食物成分，当摄入足量时，会选择性地刺激一种或几种结肠细菌的生长，有利于机体健康，此效用已被相关研究所证实。

益生元是复合式的碳水化合物，他们不会被胃肠道中的胰酶和肠酶所代谢，可以抵达小肠[23]。所有的益生元都可以耐受胃酸，却易受肠道菌群代谢的影响。当益生菌发挥菌株特定的有益效应时，同一家族的益生元也会显现出类似的性能，尽管两者聚合分布链接类型的程度可能不同。

常见的益生元商品有乳果糖、低聚果糖(fructo-oligosaccharides，FOS)和半乳糖低聚糖(galacto-oligo-saccharides，GOS)。GOS是来自乳糖的不易消化的寡糖，半乳糖单体链可以在自然人乳中找到。GOS和其他的益生元一样，通过模拟胃肠道上皮细胞表面的病原体结合位点，抑制肠内病原体的粘附和持续感染。

FOS天然地存在于一些蔬菜中，如洋葱、芦笋、小麦和洋蓟等。它们能调节肠道菌群，防止病原体的粘附和增殖，诱导抗炎效应，以及调节血糖、血脂的代谢。益生元之所以能够发挥此类效应，是因为它们的结构能抵抗哺乳动物消化酶的降解作用。

3.3 益生菌益生菌实际上就是单一的或几种混合的活体菌属，当它作用于人体时，可以通过提升人体自身微生物的性能而使宿主获益。益生菌能够调节肠道菌群，对抗细菌易位、内毒素生成，有利于抗炎环境的形成，维持肠黏膜屏障的完整性。

益生菌产生效应的机制大部分尚不清楚，它们能够通过降低肠道的pH值，与病原体竞争性结合受体位点来控制炎症反应。益生菌可以经由自身的粘附作用提升肠道功能，促进肠上皮细胞的生长，增强人体免疫力。

最常见的益生菌是乳酸杆菌和双歧杆菌。乳酸杆菌属，LAP5和LF33都是通过抑制体内大肠杆菌和沙门氏菌的生长来产生效应的[24]。且已有相关研究[25]表明嗜酸性乳酸杆菌NP51能够减少动物粪便中大肠杆菌的O157：H7数量，动物双歧杆菌MB5和鼠李糖乳酸杆菌GG可以保护肠道细胞免受大肠杆菌所致的炎症反应的损害。此外，研究者[26]已经证实，将乳酸杆菌GG应用于小鼠，会降低小鼠血清内毒素的水平，减轻肝损害。

据报道[27]，益生菌是通过酸化肠道、竞争营养和产生抗菌物质来维护肠黏膜屏障功能、调节肠道菌群和限制病原微生物生长繁殖的。

除此之外，益生菌还存在其他的功能，它们可以借助肠道内的短链酸促进营养吸收，修复黏膜屏障，防止细胞凋亡及提高肠上皮细胞的生存能力，这些作用能够稳固肠腔内的生理渗透压，减少氨的吸收。益生菌的诸多功能有利于缓解病原体对紧密连接的干扰，在降低细菌易位发生率方面也必不可少。益生菌可以介导产芽孢厌氧菌和革兰氏阳性菌的生长，由此限制革兰氏阴性菌，阻碍病原体的粘附，从而影响细菌的易位。

此外，益生菌还能抑制肠道细菌尿素酶的活性，尿素酶可以催化氨的产生，氨生成后随血液入门脉系统。再者，益生菌可降低大便pH值，减少氨的吸收。所以，益生菌通过减少氨的生成和吸收，降低门静脉中血氨的含量，防止肝性脑病的发生。2010年，Foster等[28]就证实了益生菌在维持精神状态稳定性方面的效应。

3.4 合生元合生元是益生元和益生菌的混合制剂，它通过刺激肠道有益菌的生长而发挥效应[29]。

益生元在肠道中可促进乳酸杆菌和双歧杆菌等有益菌的增长，当它与益生菌合用时，效用显著增强[30]。且两者的混合制剂可能提高益生菌的活性和存活率。

4 结论

不少研究已经证实了肠道菌群在肝脏疾病发生、发展中的核心作用[31-32]，为此，控制ALD的治疗策略也着重放在了肠道菌群上。显然，益生菌的疗效受相关因素的影响，如服用益生菌的疗程、频率和治疗初期患者的健康状况。

益生菌对肠道功能的益处已经得以证实，它们可以延长溃疡性结肠炎的缓解期，保护和提高肠道屏障功能，以及刺激肠黏膜的免疫功能。

然而，尽管益生菌在维持肠道屏障完整性方面的效用已经得到证实，但是仍然缺少有力的临床证据，这也是在临床实践中不推荐使用益生菌的原因[33-34]。

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(责任编辑：王全楚)

Gut microbiota and alcoholic liver disease

XIONG Yanjuan, LUO Hesheng

Department of Gastroenterology, Renmin Hospital of Wuhan University, the Key Laboratory of Hubei Province for Digestion System Disease, Wuhan 430060, China

In the western country, alcoholic liver disease (ALD) is the most common cause of cirrhosis. The sophisticated interaction among the intermediate products produced by metabolites is an important pathogenesis of ALD. In a heavy drinker, for example, the composition of the gut microbiota is altered with an increase in the proportion of Gram-negative bacteria that will lead to endotoxemia and overactive immune response. The endotoxins can be recognized by CD-14 and TLR-4 on the surface of the Kupffer cells in the liver. The significance of the gut-liver axis has been proved by a number of studies, and new approaches to slow down the alteration of the gut microbiota are currently in development, focusing on antibiotics, prebiotics, probiotics and synbiotics.

Alcoholic liver disease; Bacterial translocation; Dysbiosis; Prebiotics; Probiotics; Synbiotic; Gut microbiota; Endotoxin

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.09.025

熊燕鹃，硕士研究生。E-mail: 1107207136@qq.com

罗和生，博士，教授，博士生导师，研究方向：胃肠动力学。E-mail：xhnk@163.com

R575

A 文章编号：1006-5709(2016)09-1062-04

2015-11-29