肠道菌群失调与肝细胞癌*

梁素妨综述，许琳审校

肠道菌群失调与肝细胞癌*

梁素妨综述，许琳审校

大量研究表明，肝病，特别是肝硬化和肝癌患者，发生肠道菌群紊乱或细菌过度生长的机率增高，并且肠道菌群失调与肝细胞癌的发生、发展有着密切的联系；肠道菌群所产生的脂多糖（LPS）可与其识别受体Toll样受体4（TLR4）结合，通过细胞内信号转导通路介导一系列免疫炎症反应，进一步加重肝损伤，促进炎症相关的肝细胞癌发生；抗生素可通过调节肠道菌群，减少内毒素的产生等作用有可能减缓肝细胞癌的发生和发展。

肝细胞癌；肠道菌群；小肠细菌过度生长；脂多糖；Toll样受体4

肝细胞癌特别是中-晚期患者，出现肝功能衰竭时，肠道细菌明显上移，在小肠和胃内大量繁殖，产生大量的代谢产物和内毒素，破坏肠黏膜屏障功能，增加肠黏膜通透性，造成肠道菌群移位、过度生长和肠源性内毒素血症。有研究表明［1］，肠道菌群和Toll样受体4（TLR4）可促进炎症和纤维化相关的肝细胞癌的发生，而应用抗生素行肠道灭菌治疗则可降低肝细胞癌的发生。这意味着可以将肠道菌群和Toll样受体4（TLR4）作为治疗靶点来阻止进展期肝病患者肝细胞癌的发生。

1 正常肠道菌群的组成及其生理作用

肠道是人体与外来环境接触最大的部位，它的表面积可达到200～300 m2，从而为外来微生物黏附并定植提供了必要的空间。由于肠道环境差异导致各部位定植的细菌数量和种类也不相同。胃内酸度高，含有大量消化酶，不适合细菌生长，细菌数量少，主要是需氧抗酸性细菌，如链球菌、乳酸杆菌等。正常情况下，小肠处于一种相对无菌的状态。由于胃酸的杀菌作用，正常情况下餐后小肠细菌浓度可达103～104cfu/ml，如果胃酸正常分泌，餐后1小时又恢复无菌。而且生理状态下小肠pH值稍偏碱，含有消化酶，蠕动激烈并分泌大量肠液，足以将细菌在繁殖前冲洗到远端回肠和结肠部位。加上肠腔内免疫球蛋白的抗菌作用，以及肠道黏膜紧密联结，绒毛上皮本身的屏障作用，使上段小肠保持相对无菌或少菌状态，细菌数通常不超过103/ml。十二指肠、空肠细菌的种类及数量极少，主要以乳酸杆菌、肠球菌等革兰阳性需氧菌为主；回肠细菌较多，数量逐渐增加到103～1010cuf/ml，主要含乳酸杆菌、大肠杆菌、类杆菌和梭状芽孢杆菌等。盲肠、结肠和直肠内细菌数明显增加，细菌数量可高达1011～1012cuf/ml，厌氧菌占绝对优势，占98%以上，细菌种类也达300多种[2]。

正常生理情况下，不同菌种间产生的拮抗作用以及宿主和细菌间的相互依附和利用关系维持着消化系统的微生态平衡［3］。维持肠道微生态平衡对维护胃肠道的正常生理功能具有重要意义。肠道菌群的生理作用主要包括以下几个方面：

1.1免疫作用肠道正常菌群可通过细菌本身或细胞壁成分刺激宿主免疫系统使免疫细胞活化，从而通过产生抗体、干扰素、白介素等来发挥其免疫抵抗作用。

1.2生物拮抗作用肠道黏膜上皮表面的正常菌群构成了人体的生物屏障，能抑制潜在致病菌或外来菌在黏膜上定植所造成的感染。

1.3定植抗力与生态占位肠道内菌群从来源上分，有常居菌群和外来菌群两种。正常生理状况下，胃肠道内的常居菌群能抑制外来微生物在肠道中的定植或繁殖，这就是定植抗力。其产生的可能机制是体内常居菌与外来致病菌通过竞争肠道上皮的吸附位点来实现的。

1.4合成维生素肠道中的正常菌群能合成某些维生素，如B族维生素、Vit C、Vit K、尼克酸、生物素、叶酸等。

1.5物质代谢作用肠道内的一些正常微生物能合成多种氨基酸、蛋白质和维生素等物质，供宿主利用，并参与宿主的物质代谢过程。

1.6抑癌作用有报道指出[4]，双歧杆菌有抑癌作用，其可能机制是通过降低肠腔pH值，抑制致癌物的形成，并可使某些致癌物质转化成非致癌物，还可通过激活巨噬细胞等免疫功能来发挥抗肿瘤效应。肠道的一些细菌还可分解、转化人体内的亚硝酸盐等致癌物质。

2 肝细胞癌与小肠细菌过度生长

小肠细菌过度生长是指远端肠道内菌群因各种原因易位进入小肠，引起小肠内细菌特别是厌氧菌过度生长，导致营养吸收不良、腹胀、腹泻以及小肠动力异常等临床表现的综合征。目前大量研究表明[5～7]，肝病患者小肠细菌过度生长的发生率较高，并且其发生率会随着肝功能损伤程度的加重而增高。近年来国内外研究学者对消化道肿瘤与小肠细菌过度生长的相关性研究屡见报道[8～10]。肝细胞癌患者发生小肠细菌过度生长的机制可能与以下因素有关：

2.1肠道运动障碍首先，肝细胞癌特别是合并肝硬化时，患者常出现门脉高压性胃肠病，使肠道黏膜充血水肿，影响小肠周期性活动，口-盲传输时间延长。Sadik R et al[11]对门脉高压患者的胃、小肠、结肠传输时间进行研究，发现其胃排空时间、小肠传输时间均比正常人明显延长，并且合并SIBO的门脉高压患者小肠传输时间比无SIBO者明显延长。另外，肝细胞癌患者肝损伤可引起胃肠激素紊乱，影响胃排空和小肠动力[12]，而小肠内容物的滞留为小肠细菌的移位及过度繁殖提供了适宜的环境。再者，肝功能损害可使交感神经兴奋，副交感神经抑制，造成消化道运动、分泌、吸收等功能普遍受到抑制；也可使内源性神经功能发生障碍，由其支配的小肠的移行性运动复合波（MMC）减弱或消失，从而失去防止小肠细菌过度生长的作用[13]。

2.2胆汁酸缺乏肝脏分泌的结合型胆汁酸对肠道内的外籍菌有抑制作用，游离型胆汁酸在肠道内则可通过调节pH值而起到调节肠道菌群平衡的作用，从而间接影响肠道菌群。肝细胞癌患者，由于肝损伤和肝功低下，致使胆汁酸排泄障碍、肠道内胆汁酸被动吸收增加，而且肠道内过多繁殖的细菌可分解结合型胆汁酸，更加剧了肠道结合型胆汁酸的缺乏，为肠菌群的生长和大量繁殖提供适宜的环境[14]，从而易发生小肠细菌过度生长。

2.3肠黏膜屏障功能受损肝细胞癌患者，门脉高压使肠道粘膜淤血、水肿，肠道有效血循环量不足，处于缺血、缺氧状态，激活黄嘌呤氧化酶，产生过量自由基，损伤肠黏膜[15]，造成肠道机械屏障功能受损。而肝功能损伤可引发肠道菌群失调，使机体内产生大量的代谢产物和毒素，破坏肠粘膜结构。另外，肝癌患者还存在体液免疫功能异常，肠道产生分泌型免疫球蛋白A（s-IgA）的能力明显受到抑制，致使肠道粘膜的免疫屏障功能下降，而且肠道细菌定植抗力减弱，促进了肠内细菌的移位[16]。

2.4胃酸缺乏、抗生素的应用门脉高压性胃病及神经-体液因素的影响导致胃酸分泌减少和胃肠功能障碍，使其对外来菌和致病菌的杀菌能力大大减弱，为小肠细菌的移位及过度生长、繁殖创造了条件。有研究表明，应用PPIs可以使患者小肠细菌过度生长的发生率增高[17]。抗生素的滥用是肠道菌群紊乱最常见的原因，会导致大肠埃希菌的过度繁殖。

3 肝细胞癌与内毒素血症

肝细胞癌患者由于上述因素的作用很容易发生小肠细菌尤其是G-需氧菌的过度生长，可导致肠粘膜通透性增高，屏障功能减弱[18]。G-需氧菌的大量繁殖可产生大量的内毒素,而肝细胞癌患者由于正常肝细胞数目大量减少，致使肝Kupffer细胞数量也随之减少，吞噬内毒素的能力明显受到抑制，大大超出了机体的防御和清除能力，从而发生内毒素移位，造成内毒素血症。其中，肠道中99%的内毒素由G-需氧菌产生，而且肝病中的内毒素血症主要是肠源性内毒素血症[19～21]。

正常情况下，仅有少量内毒素由门静脉进入肝脏，而后被肝Kupffer细胞清除，故不能进入体循环[22]。在肝细胞癌患者中随着肝实质细胞的损害加重，包括Kupffer细胞在内的窦周细胞功能衰竭，对内毒素清除作用随之减弱，循环中内毒素水平增高。有研究显示[23]，用半乳糖胺，硫代乙酰胺损伤肝实质细胞后，肝Kupffer细胞的损害程度与血浆内毒素水平的升高呈明显正相关。另外，门脉高压、侧枝循环建立后，内毒素可不经过肝脏降解，通过侧枝循环直接进入体循环，形成肠源性内毒素血症。

4 肠道菌群和TLR4与肝细胞癌

内毒素是革兰阴性细菌细胞壁外膜上的一种脂多糖（Lipopolysaccharides,LPS）与微量蛋白质的复合物，它是细菌生长和生存所必需的物质。LPS是内毒素的活性成分，由化学及生物性质不同的3部分组成，即O抗原多糖链、核心多糖和类脂A，其中类脂A是LPS的毒性和生物活性中心[24]。LPS分子最外层的O抗原，其变异性最大，能与相应抗体结合，起特异性反应，决定革兰氏阴性菌的种型特异性[25]。最内层的类脂A，可与血清蛋白如LDL、HDL和LPS结合蛋白（LBP）等结合，刺激巨噬细胞和单核细胞释放炎症介质，从而激活不依赖抗体的补体经典途径[26]。

Toll样受体4（TLR4）是能被某些病原微生物保守分子激活的一种模式识别受体，可以识别病原体的病原相关分子模式（PAMPs）,其配体主要是细菌脂多糖（LPS）。最初人们普遍认为TLR4主要表达于免疫细胞尤其是巨噬细胞和树突状细胞表面，它们可以通过广泛地特异性地识别病原体相关的分子模式（PAMPs），偶联信号传导途径，并激活天然免疫细胞，最终导致一系列的免疫炎症反应[27]。陈圻等[28]的研究指出，TLR4在肝脏疾病如HBV感染、乙醇性肝损害、肝脏纤维化、肝脏缺血/再灌注损伤等的发生及发展机制中起着重要作用。然而，目前研究证实，TLR4不仅表达在免疫系统相关的细胞中，在多种肿瘤细胞表面也有表达,而且肿瘤细胞TLR4信号传导途径和免疫细胞基本一致，相反的是肿瘤细胞通过其表面表达的TLR4构建了利于肿瘤细胞生存的微环境，逃避机体的免疫攻击[29]。大量研究表明[30～33]，TLR4在胃癌、结肠癌、膀胱癌、乳腺癌等多种癌症发病机制中发挥重要作用。

肝细胞癌的主要病因是病毒性肝炎和肝硬化。80%的肝细胞癌是由慢性肝损伤、肝纤维化或肝硬化发展而来[34]。大量研究表明[19-20]肝硬化患者SIBO发生率较高，且SIBO与血清内毒素水平同步升高，还与血小板源生长因子（PDGF）、血清肝纤维化指标呈明显正相关。由此可知，慢性肝病患者常存在小肠细菌移位、过度生长和肠源性内毒素血症，而这些因素的存在又可进一步损伤肝脏，进而促进肝炎、肝纤维化的发生。

LPS是TLR4的主要配体，可被TLR4识别，通过TLR4介导的胞内信号转导途径激活核因子-κB（Nuclearfactorkappa B，NF-κB）诱导激酶,释放NF-κB进入细胞核，最终导致炎症因子大量释放，并参与组织、器官的损伤[35]。LPS介导的TLR4胞内信号转导途径有2条[36]：①MyD88依赖途径（经典途径）[37]:血液中的内毒素（主要是LPS）与TLR4结合，将信号传到胞内，通过与接头蛋白髓样细胞分化因子（MyD88）的相互作用，导致白细胞介素1（Interkeukin-1，IL-1）受体相关激酶（IRAK）的自身磷酸化，并进而激活接头蛋白肿瘤坏死因子α（Tumor necrosis factor，TNF-α）受体相关因子6（TRAF6）。②非MyD88依赖途径[35]:LPS刺激导致IRF-3的活化，随之TRIF（TIR-domain-containing adapterinducing interferon-β）通过与TLR4及TRAF6的结合，导致TRAF6的活化。两途径最后通过相同的传导通路激活NF-κB，从而发挥其炎性致病作用。

国外已有研究证实LPS/TLR4在肝细胞癌的发生机制中有着重要作用。Yu et al[38]的研究第一次全面的阐释了肠源性LPS在肝细胞癌发生中的作用。他们研究发现肠道灭菌和TLR4的耗减可以降低肝细胞癌肿瘤发生率并抑制肿瘤的生长。Dapito et al[1]通过老鼠模型进一步证实了肠道菌群和TLR4在炎症、纤维化相关的肝细胞癌发生中作用。他在研究中指出TLR4的灭活并没有降低肝细胞癌肿瘤的发生率，但却可以明显的减少肿瘤发生的数量和减小肿瘤的大小。还指出肠道菌群和TLR4通过介导细胞增殖、肝有丝分裂原和表皮调节素的表达、以及阻止凋亡等途径促进肝细胞癌的发生，而且在肝细胞癌发生的晚期阶段应用抗生素行肠道灭菌治疗则可降低肝细胞癌的发生，这与Wang et al[39]的研究结果相符。

5 展望

肝细胞癌的发生与肠道菌群失调存在密切关联，因此，我们可以将调节肠道菌群、阻止菌群移位或阻断炎症信号通路等作为治疗靶点，来延缓某些癌症发生的进展，以避免它们对人体健康造成重大危害。然而目前国内外大多学者对肠道菌群和TLR4与肝细胞癌的相关性研究都局限于动物模型或体外细胞培养，他们在人体内的关联如何以及应用抗生素治疗肠道菌群后对人体产生的疗效如何尚无法明确。因而，我们还需要更多的临床研究、收集大量的临床数据来获取循证医学上的证据。

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（收稿：2015-05-19）

（本文编辑：朱传龙）

Intestinal dysbacteriosis in patients with hapatocellular carcinoma

Liang Sufang,Xu Lin.
Department of Gastroenterology, Municipal Hospital Affiliated to Qingdao University,Qingdao 266000,Shandong Province

A tons of studies have shown that the incidence of intestinal disorder or excessive growth of flora is very high in patients with liver diseases，especially with severe liver diseases，such as liver cirrhosis，liver cancer，and there is a close relationship between the intestinal dysbacteriosis and the occurrence of hapatocellular carcinoma.Lipopolysaccharide（LPS）produced by the intestinal flora can bond its recognition receptor-Toll-like receptor 4（TLR4），through cell internal signaling pathways，mediating a series of immune inflammatory response，leading to furtherliver damages，and promoting inflammation related to the occurrence of hepatocellular carcinoma（HCC）.Antibotics maybe retard the occurrence and development of HCC by regulating intestinal flora or reducing the endotoxin production.

Hepatocellular carcinoma;Intestinal flora；Small intestinal bacterial overgrowth；Lipopolysaccharide；Toll-like receptor

10.3969/j.issn.1672-5069.2016.02.036

青岛市公共领域科技支撑计划项目（编号：13-1-3-14-nsh）；由青岛市医疗卫生优秀人才培养项目资助

266000 山东省青岛市青岛大学医学院附属青岛市市立医院消化内科

梁素妨，女，27岁，硕士研究生。主要从事消化系肿瘤的基础与临床研究

许琳, E-mail:xulin1968@163.com