终末期肝病患者肠屏障功能的变化及营养干预研究进展

毕研贞 陈 煜

(首都医科大学附属北京佑安医院疑难肝病及人工肝中心 肝衰竭及人工肝治疗研究北京市重点实验室，北京 100069)

终末期肝病是指各种原因引起肝损害导致肝功能严重障碍甚至衰竭的一种病理状态，主要包括失代偿期肝硬化、晚期肝癌及各种原因引起的肝衰竭等。终末期肝病患者往往伴有肠屏障功能障碍，继而引起肠道细菌移位和内毒素血症，形成严重肝病-肠屏障功能障碍-病情进展的恶性循环[1-2]，因此，保护肠屏障功能意义重大。肝脏是糖、脂肪、蛋白质三大供能物质在体内代谢的中心器官，终末期肝病患者因肝脏严重损伤和功能下降会出现不同程度的营养和代谢障碍，导致营养不良，影响患者的生活质量和生存期[3]。合理的营养干预不仅可以改善机体的营养状态，同时还能起到维护肠屏障功能的作用[4-5]，更好的改善肝功能，降低患者病死率。本文就营养干预维护终末期肝病患者肠屏障功能的最新研究做一综述。

1 肠屏障功能的组成

肠道的屏障作用按照其功能可以分为机械屏障、化学屏障、生物屏障和免疫屏障四个方面。机械屏障：又称为物理屏障，主要由黏液层、肠上皮层、紧密连接层和黏膜下固有层构成。化学屏障：由胃肠道分泌的唾液、胃液、胰液、小肠液、胆汁等多种消化液及黏多糖、糖蛋白、糖脂、溶菌酶等化学物质构成。生物屏障：寄居在肠腔内或定植于肠黏膜表面的正常寄生菌群，其与宿主形成了一个相互依赖又相互作用的微生态系统，这种微生态平衡构成了肠道的生物屏障。免疫屏障：由分泌性免疫球蛋白(secretory immunoglobulin A， sIgA)、肠相关淋巴组织、派尔淋巴集合小结及相关免疫活性物质等构成。各组成部分具有特有的结构基础、分子调控机制和生物学功能，但同时又以复杂的方式有机地结合在一起，相互影响，共同抵御外来抗原物质的侵袭，抑制肠道内细菌移位和内毒素血症[6]。

2 终末期肝病患者肠屏障功能的变化

2.1 肝硬化患者肠屏障功能的变化

肝硬化患者常存在肠屏障完整性的破坏，尤其是存在合并症的患者。研究[7-8]显示，肝硬化患者尤其合并门静脉高压时，肠黏膜发生充血、水肿，肠道通透性增加，血液瘀滞，细菌动力学发生改变，加速了细菌移位。Assimakopoulos等[9]研究表明，肝硬化患者的肠黏膜上皮细胞增生减弱，氧化应激增加，使肠上皮增生/凋亡比例降低。近来有研究[10-11]证实，肝硬化患者肠系膜淋巴结中的单核细胞产生肿瘤坏死因子(tumornecrosis factor-α， TNF-α)增加，导致肠上皮细胞紧密连接蛋白 occludin 和 claudin-1 的表达下降是肠道通透性增加的主要原因。肝硬化患者尤其是失代偿期患者，门脉高压、肠上皮细胞间紧密连接蛋白的表达与细菌移位三者之间相互联系，动态变化，使病情逐渐恶化[12]。近来有研究者[8，13]发现肝硬化患者的血液中菌群和总细菌DNA含量均显著高于健康对照者，并且在体外成功培养出了来自患者血液的葡萄球菌属和不动杆菌属，这表明肝硬化患者血液中的菌群有活性。有研究[14]显示，乙醇及其代谢产物乙醛等可以通过一氧化氮(nitric oxide， NO)介导的氧化应激直接损伤肠上皮细胞，改变细胞骨架，破坏肠屏障。此外，失代偿期肝硬化患者的肠道免疫屏障也出现异常，有研究[15]显示，十二指肠黏膜固有层的巨噬细胞增生活化与失代偿期患者肠道通透性增加、紧密连接蛋白表达下降密切相关。一项四氯化碳诱导的大鼠肝硬化腹水的研究[16]显示，细菌移位与肠黏膜固有层CD103+的DC细胞数目相关。目前，许多研究[7， 17]已经证实肝硬化患者存在菌群失调，最近的一项关于非酒精性脂肪性肝病相关的肝硬化患者肠道菌群的研究[18]显示，相比于健康人，肝硬化患者的粪便菌群中艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila， AKK菌)减少，而肠杆菌科、链球菌属丰度增加。

2.2 肝衰竭患者肠屏障功能的变化

肝衰竭是由多种病因导致的严重的肝脏损害，肝功能障碍和肠屏障功能障碍常互为因果，形成恶性循环，影响疾病的病理进程。Limin等[19]研究发现肝衰竭患者肠黏膜表面的杯状细胞数量减少，黏液素分泌减少，抑制黏膜表面的黏液凝胶层的形成，导致致病菌容易定植。急性肝衰竭患者常伴有明显的胃肠激素分泌紊乱，导致胃肠动力减弱，肠壁水肿，消化吸收能力下降，出现肠道微生态失衡和肠屏障功能受损。而且肝衰竭患者的肠道上皮细胞间紧密连接功能受损，机械屏障出现障碍，大量的细菌、毒素和炎性反应介质便可突破肠道屏障进入血液和周围组织。此外，肝衰竭患者常伴有营养不良，导致sIgA的分泌减少，同时由于潘氏细胞的数量减少，肠道的局部吞噬功能也减弱，破坏了肠道的免疫屏障[20-21]。近来研究[22]显示，肝衰竭患者存在明显的菌群失调，肠道内革兰阴性菌过度生长，出现细菌移位，而且患者肠道内菌群的数量、比例及定位也发生了显著变化。肝衰竭时肝细胞大量坏死，肝脏合成能力减弱，补体生成下降，细胞免疫紊乱，由补体介导的免疫调理作用减弱，网状内皮系统活性下降，不能有效清除进入血液的细菌及内毒素等代谢产物，导致肝硬化患者肠道屏障功能障碍，诱发肠源性内毒素血症[23]。

2.3 肝癌患者肠屏障功能的变化

越来越多的研究[24-29]表明肠屏障与肝癌的发生有关，不过具体机制还在广泛研究中。研究[24]表明肝癌和肝硬化患者的血清中的脂多糖(lipopolysaccharides， LPS)含量增加，提示肠道屏障与肝脏疾病有很强的相关性。研究[25]显示，在化学致癌物诱导的肝细胞癌(hepatic celluler cancer， HCC)模型中，小鼠表现出肠道菌群紊乱，肠道通透性增加，肠黏膜结构破坏。进一步研究[26-27]表明肠道菌群失调加速HCC的机制主要是后期持续的慢性炎性反应启动了鞭毛蛋白肽聚糖和LPS，并激活TLR4信号通路，从而保护癌细胞免于凋亡，而上述症状通过益生菌干预可以得到缓解。近来有研究者[28]分析了健康对照者、肝硬化患者和HCC患者的粪便菌群，发现从健康对照者到肝硬化患者，肠道菌群的多样性下降，从肝硬化患者到早期HCC患者，肠道菌群的多样性上升。相比于肝硬化患者，早期HCC患者的粪便菌群中放线菌门增加，芽殖菌和副拟杆菌等13个菌属富集；而相比于健康对照者，早期HCC患者粪便菌群中产丁酸的菌属减少，生成LPS的菌属增加。Ponziani等[18]进行的一项研究中，纳入了41名非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)相关肝硬化患者(21名患有HCC，20名无HCC)，健康对照者20名，他发现HCC患者粪便中的钙网蛋白含量增加，其肠道通透性与无HCC的肝硬化患者相似，相比于健康对照者，HCC患者的拟杆菌属及疣微菌科增加，而双歧杆菌属减少。这些证据表明肝硬化患者的肝癌发病风险存在较大差异，而造成此差异的主要原因可能是肠道菌群的不同[18，29]。

3 终末期肝病患者肠屏障功能变化的机制

3.1 缺血-再灌注损伤

机体在各种应激发生时，肠系膜小血管收缩，肠道最先出现缺血缺氧，最迟得到恢复，肠黏膜屏障最易受损。肝硬化患者失代偿期出现肠道血流缓慢，黏膜下血管淤血、水肿，微循环障碍，黏膜出现缺血性损伤。终末期肝病患者肠道机械屏障受损，导致细菌移位和内毒素血症的发生，后者也可以导致肠微血管收缩，并损伤黏膜上皮细胞，加重缺血-再灌注损伤。

3.2 细菌移位及内毒素血症

终末期肝病患者肠道菌群紊乱，革兰阴性菌大量增生，内毒素的生成增加。同时由于肠道屏障功能障碍，细菌及其代谢产物便可穿过肠道扩散入血，导致细菌移位和内毒素血症。此外，终末期肝病患者肝脏库普弗细胞数量明显下降、功能出现紊乱，外周血转铁蛋白、高密度脂蛋白胆固醇等浓度降低，导致肝脏和外周血对内毒素的灭活能力减弱[23]，最终引发内毒素血症，而内毒素血症反过来会对肝脏、肠道及其他脏器造成进一步损害，最终导致多器官功能障碍的发生。

3.3 一氧化氮机制

肠道内许多细胞可以产生NO，生理状况下NO可以通过维持血流、抑制血小板和白细胞粘附、清除氧自由基等维护肠屏障功能。但终末期肝病患者尤其是门脉高压患者，肠道NO生成增加，过量的NO会引起亚硝基过氧化物的堆积，抑制ATP生成，导致线粒体功能受损，引发DNA断裂及诱导肠上皮细胞凋亡，使肠屏障功能受损[30]。

3.4 细胞因子和炎性反应介质的作用

终末期肝病患者常伴有免疫过度激活，免疫细胞释放大量的细胞因子和炎性反应介质如TNF-α、白细胞介素(interleukin-1，IL-1)、IL-6、白三烯等。炎性反应介质可以抑制摄食中枢，反射性引起胃肠功能紊乱，使肠蠕动减弱，导致细菌过度生长。大量炎性反应因子的释放也会导致肠道出现缺血缺氧和低灌流等情况，同时促进多种血管活性物质的释放，引起肠道微循环障碍。此外，炎性反应介质还可以激活中性粒细胞，诱发级联反应，使炎性反应介质进一步释放，加重肠屏障的损伤[31]。

3.5 肠上皮细胞的凋亡

终末期肝病患者由于缺血-再灌注损伤和炎性介质的影响，肠道上皮细胞常出现过度凋亡，从而使肠道通透性增加。而且肠道上皮细胞过度凋亡，导致肠黏膜的修复和再生受到抑制，引起肠屏障功能出现障碍。反过来，凋亡信号又会促进多种趋化因子的释放，激活免疫细胞，使炎性反应进一步发展。

3.6 肠内营养物质的影响

肠腔内的营养物质是肠上皮细胞的能量来源，营养不良是终末期肝病患者的常见合并症，常因为禁食或长期肠外营养等原因，使肠道处于饥饿状态。肠上皮细胞因营养缺乏出现萎缩，细胞间隙增宽，肠道通透性增加，导致细菌及其代谢产物可以通过细胞旁通路穿过肠道，进入门静脉和肠系膜淋巴结，引发肠屏障功能紊乱。

4 营养干预对终末期肝病患者肠黏膜屏障功能的保护作用

4.1 氨基酸

谷氨酰胺、精氨酸和色氨酸均具有保护肠屏障功能的作用。1)谷氨酰胺：谷氨酰胺氧化时生产大量ATP，是肠道细胞的主要能量来源，其作为肠道细胞增生和分化的必需氨基酸，对维持肠黏膜结构和功能有重要意义。有研究[5]证实，肠外途径补充谷氨酰胺可以有效抑制肠黏膜萎缩，增加小肠黏膜厚度、DNA含量及绒毛高度，保护肠黏膜屏障。2)精氨酸：精氨酸也能促进肠道上皮的更新和分化，调节肠道免疫，维护肠屏障功能。同时精氨酸代谢后产生NO，NO可以扩张微血管，改善肠黏膜微循环，进而减轻肠道脂质过氧化损伤。3)色氨酸：最近有研究[32]显示，野生型小鼠体内存在产胞梭菌，能够分解色氨酸，生成代谢产物吲哚丙酸(IPA)，而IPA进入血液可以调节免疫系统，维护肠道壁的完整性，阻止其他有害分子的渗入。

4.2 酚类活性物质

多数蔬菜、水果和全谷物等功能食品都含有多种酚类和多酚类物质，酚类是一种植物性化学物质，具有抗微生物、抗炎和抗氧化作用[33]。最近研究[34]显示，多酚可以影响肠道微生物的构成，可增加AKK菌、乳杆菌属、双歧杆菌、拟杆菌门、普氏菌属等的丰富度，抑制厚壁菌门，降低厚壁菌门/拟杆菌门的比例，在多种慢性病中起保护作用。

4.3 膳食纤维

膳食纤维是一类不能被小肠消化吸收但可以被肠道细菌发酵利用的食物营养素，主要包括多糖、木质素、纤维素等，分为可溶性和不可溶性两类。膳食纤维中细菌可利用的碳水化合物是肠道共生菌的重要营养来源，缺乏纤维，降解肠道黏膜的细菌数量就会增多，分泌的降解黏膜的酶相应增加，导致黏膜层变薄。生理状态下，肠道黏膜的生成和降解处于动态平衡状态，缺乏膳食纤维时，黏膜的降解速率比生成要快，导致肠屏障功能受损[35]。膳食纤维发酵产生的短链脂肪酸，可促进肠道上皮细胞生长，降低肠道通透性，维护肠屏障结构的完整。Sonnenburg等[36]研究发现，饮食改变对人类化小鼠模型的肠道微生物组的影响深远，低纤维饮食导致每一代微生物多样性逐渐下降，低纤维饮食造成小鼠肠道菌群多样性降低可以通过高纤维饮食恢复，但低纤维饮食造成小鼠后代肠道菌群多样性降低不能通过高纤维饮食来恢复，粪菌移植与高纤维饮食结合才能恢复后代肠道菌群多样性。现代生活方式导致人们摄入的膳食纤维明显不足，应鼓励终末期肝病患者多补充高纤维化食物。

4.4 微生态制剂

肠道微生态系统是人体最庞大和最重要的微生态系统，是维持肠屏障功能的关键因素，对宿主的健康与营养起着重要作用。肝脏与肠道通过门静脉相连，相互影响，在大多数终末期肝病中，常伴有肠道菌群失调。随着对肝病患者肠道微生态失衡的深入研究，目前的治疗观念已由“单纯杀菌”变为“杀菌与促菌”相结合，调整肠道菌群失衡。某些终末期肝病的合并症(例如肝性脑病等)可通过应用微生态制剂得到有效治疗[37]。微生态制剂包括益生菌、益生元和合生元。益生菌是指能够调节肠道菌群平衡，对机体起有益作用的活菌制剂，目前常用种类有乳杆菌、双歧杆菌、肠球菌、地衣芽胞杆菌和酪酸梭菌等。益生元是指对肠道优势菌种有促进作用的物质，狭义的概念是指低聚糖类物质，广义的要领则定义为低聚糖、多糖、类脂、肽类、蛋白质、氨基酸、维生素等都可被看作益生元；乳果糖和拉克替醇是终末期肝病的临床常用制剂，目前认为菊粉和ω-3脂肪酸也亦有较好的益生元作用。合生元是指益生菌和促活菌物质的联合制剂，既可选择性地快速增加益生菌数量， 同时为益生菌提供了充足的营养物质。通过微生态制剂来维护肠屏障功能，在终末期肝病治疗中逐渐受到人们重视[37-39]。

4.5 肠内食物营养

肠道是营养物质消化吸收、微生物定植和免疫细胞聚集的场所，肠内食物营养刺激胃肠道分泌消化液、维持肠道细胞结构完整、调节肠道菌群和黏膜免疫，是维持肠屏障功能最重要的因素。食物与疾病的联系可能存在肠道中，几乎所有的慢性疾病患者都会出现肠道菌群的多样性下降。最近两项大型研究[40-41]证实，对多数人而言，水果、蔬菜、酸奶、咖啡、绿茶、红酒等有利于保持肠道微生物多样性，而高脂、高糖食物则破坏肠道微生物的平衡发展。Leitão-Gonçalves等[42]发现，机体选择食物的过程可能是双向的，肠道菌群的代谢产物可以通过肠-脑轴，暗示机体去选择有益于它们自身生长的食物类型，影响人们的饮食习惯，并引发焦虑、抑郁等不良情绪。最新研究[43]表明，摄取特定类型的食物24 h内肠道菌群便可发生可预测的改变，饮食改变可调节机体肠道菌群，肠道菌群与疾病密切相关，探索其中的内在关联可以为营养干预与疾病治疗提供更多的可能。研究某种可影响肝病患者特定菌群和肠屏障的营养物质，有望开发成基于营养干预-肠道菌群-终末期肝病的新的营养调节剂。

5 小结和展望

终末期肝病患者出现肠屏障功能障碍已被临床普遍认同，合理的营养干预对肠屏障功能的保护和修复十分重要。目前肝病患者的营养干预模式已由单纯营养师负责过渡到营养师-主管医师-责任护士组成的营养干预小组负责的个体化营养干预模式，小组成员首先对患者进行个体化营养评估，然后再根据其代谢能力和能量需求制定个体化营养干预方案，定期随访评估患者的营养状态并及时调整营养方案。上述个体化营养干预方案目前还处于尝试阶段，并取得了良好的效果，但笔者认为这只是迈出了个体化营养的第一步，个体化营养未来仍有较长的路要走。

当前的个体化营养干预模式忽略了遗传和菌群等因素对机体生理和病理所起的作用，遗传差异影响个体对营养物质的代谢能力和生物利用度，菌群结构影响菌群功能和代谢调控，因此目前的营养干预方案仍需要我们不断去完善。随着基因组和微生物研究的不断深入，计算机技术的快速发展，未来人们也许可以通过计算机技术，对量化的与个体健康相关的大数据(遗传、菌群、食物营养成分、生理指标、生活方式等)进行分析并建模，预测个体对特定食物的生理反应，并制定出基于基因组+微生物组的个体化营养干预方案，提高终末期肝病患者的生存率和生活质量。