肠道微生物在自身免疫性肝炎发病机制中的作用

池肇春

山东省青岛市市立医院消化内科 (山东 青岛， 266011)

自身免疫性肝炎(AIH)是一种异常免疫反应介导的针对肝细胞的肝内炎症性疾病。AIH以不同程度的血清转氨酶升高、高γ-球蛋白血症、血清特征性自身抗体阳性、肝组织学特征性改变和对免疫抑制治疗应答为特征。发病机制可能是免疫耐受、遗传易感性和环境条件改变的结果，这些因素共同诱导T细胞介导的对肝抗原的攻击，导致坏死性炎症和肝损伤[1]。

AIH可以发生于世界范围内任何地区和种族，多见于女性，男女比例约为1∶4。患病率因地理区域而异。AIH是一种严重的进行性疾病，约40%未经治疗的患者在诊断AIH后6个月内死亡。经免疫抑制剂治疗后，80%～90%的患者可获得临床和生物化学缓解，获得临床缓解的患者预期寿命与健康人群无差别[2]。AIH患者10年总体生存率为82%～95%，20年总体生存率约为48%。

AIH患者与健康志愿者相比，结合肠上皮细胞的结构蛋白(小带闭塞蛋白-1和闭塞蛋白)减少，血浆LPS水平升高，肠厌氧菌(双歧杆菌和乳酸杆菌)减少，这些发现支持了AIH与生物功能障碍、胃肠黏膜屏障通透性增加以及肠道来源的微生物产物转运到全身循环中相关。

新出现的证据表明，肠道微生物可通过激活TLR和促进肝脏内炎症小体的形成影响全身免疫应答。由抗生素、遗传因素或疾病(生物障碍)引起的肠道微生物组成的改变可通过克服或逃避对共生细菌的正常耐受性反应来维持或增强先天和适应性免疫应答。细菌成分可充当抗原，刺激全身免疫应答或肠内原代免疫细胞，随后进入外周淋巴组织。肠道微生物群在肝病的发病机制中起着重要作用，其标志性事件是生物失调，或病理障碍和有益细菌的失衡，对宿主有相关的有害影响[3]。

1 肠-肝轴与AIH

肠-肝轴是一个复杂的系统，涉及多种成分——肠道屏障、肠道微生物、胆汁、共享淋巴细胞归巢，以及几种肝受体，如PRR或法尼索X受体(FXR,法尼酯衍生物受体)、G-蛋白偶联胆汁酸受体5(TGR5)、成纤维细胞生长因子受体4(FGFR4)，它们将代谢途径与炎症联系起来。肠-肝轴的调节失调或损伤可激活肝脏先天免疫应答，导致诱导肝损伤，或促进肝损伤的进展[4]。

各种研究表明，肠-肝轴在多种类型肝病的发病机制中起着重要作用。然而，目前还没有对AIH患者肠道屏障功能和微生物学变化的研究。有研究发现AIH与肠漏和肠道微生物异常有关。有证据表明，肠屏障受损可导致细菌及其产物如脂多糖(LPS)和含有DNA的未甲基化CpG进入肝脏。这些肠源性毒素可能通过先天免疫系统的异常激活打破肝脏的稳态，触发与肝脏炎症有关的信号通路，导致AIH发生[5，6]。

2 肠道微生物与肠道屏障及细菌易位

AIH患者肠道紧密连接的完整性受损。AIH时十二指肠绒毛较小，排列不规则，紧密连接中断。固有层可见炎性细胞。AIH患者血清中小带闭塞蛋白-1(ZO-1)和闭塞蛋白表达水平较健康对照组明显降低。ZO-1、闭塞蛋白表达降低与病情进展密切相关(P<0.05)。

与健康对照组相比，AIH患者厌氧菌数量减少(以双歧杆菌和乳酸杆菌为主)，而需氧菌数量(以大肠杆菌和肠球菌为主)无明显变化。表明肠道菌群平衡的双歧杆菌/大肠杆菌(B/E)减少(P<0.05)。结果表明，AIH患者存在肠道菌群失调，而健康对照组则没有，提示AIH患者有肠道紧密连接的完整性受损。此外，还发现LPS水平升高与疾病晚期密切相关(P<0.05)。这些结果表明AIH患者可能存在细菌易位[7]。

当肠屏障受损时(如肠通透性增加或肠免疫失调期间)，具有强免疫激活特性的食物抗原和细菌抗原, 例如LPS、肽聚糖、超抗原、细菌DNA、鞭毛蛋白和热休克蛋白可以穿过肠上皮。在健康条件下氦的数量更多，它可以刺激肠相关淋巴组织(GALT)释放促炎细胞因子(TNF、IL-1、IL-6等)、趋化因子和二十碳六烯。GALT不能消除抗原的负荷，而肠道炎症细胞、细胞因子、趋化因子和细菌代谢产物, 如乙醇、乙醛、三甲胺、短链脂肪酸(SCFAs)和游离脂肪酸通过门静脉一起被输送到肝脏。在肝脏中，这些成分的大量流入激活肝脏免疫反应，从而促进肝脏损伤、炎症和纤维形成。在慢性肝病的病理生理和进展中，发现肠通透性增加以及血浆炎症细胞因子水平增加。类似的，在门静脉和/或体循环内毒素血症中，在一些慢性肝病中细菌LPS水平增加[5，6]。

研究发现，醇溶蛋白(Prolamin)本身通过释放小肠TJs的调节因子小带闭塞蛋白来增加肠通透性[5,8]。腔内醇溶蛋白与肠上皮细胞表达的趋化因子受体CXCR3结合，诱导MyD88依赖的小带闭塞蛋白释放，导致肠细胞TJs开放。CXCR3在炎症性肠病患者中过表达，与醇溶蛋白共定位。CXCR3主要表达在免疫细胞上，但是它也在非免疫细胞上表达，包括肝实质细胞。在正常肝脏和受伤肝脏中，驻留的肝免疫细胞和肝细胞都表达CXCR3。虽然这些受体在稳态肝环境中的作用尚不清楚，但在损伤期间，它们参与细胞存活、活化、增殖、凋亡、炎性细胞浸润、纤维化、血管生成以及增加趋化因子和生长因子的表达[9]。最近，利用包括人肝(肝细胞和Kupffer细胞)和肠(肠细胞、杯状细胞和树突状细胞)模型的集成多器官平台，证实了炎症性肠-肝相互作用下呈现CXCR3配体的上调[10]。

细菌易位是指活的内源性细菌或其产物，如LPS和细菌DNA，从肠道传递到肠系膜淋巴结、体循环和肠外器官。LPS是由革兰氏阴性菌衍生而来的外膜分子。LPS作为细菌易位的标志物，是免疫反应的强效激活剂，可引起肝脏损伤[11]。研究证明AIH患者血浆LPS水平升高，并且升高的程度与疾病的严重程度显著相关。

通过研究推测肠漏和微生物菌群失活可能与AIH的发病机制有关。肠微生物群的改变和肠屏障的损伤，最终导致细菌易位和门静脉内毒素血症，并增加肝脏暴露于肠源性细菌产物之中，包括LPS和未甲基化的CpG DNA。这些产物破坏肝脏免疫耐受，异常地激活先天免疫受体，即Toll样受体，其可能触发“有害炎症”，导致肝脏炎症和组织破坏。因此，可以认为肠屏障功能受损可能是AIH自身免疫攻击开始的一部分。

综上所述，研究结果证明AIH与受损的肠屏障和微生物失活相关，并且这些变化与疾病的严重程度相关。研究发现，AIH中“渗漏”肠伴紧密连接断裂的证据存在可能导致微生物的紊乱。这些观察对于理解AIH中肠-肝轴与自身免疫反应之间的联系有重要意义。因此，恢复肠屏障完整性可能是AIH患者的潜在治疗靶点。

3 胆汁酸合成失调与AIH

患有代谢性疾病、自身免疫性肝炎和肝硬化或癌症的患者中发现胆汁酸(BA)合成失调或法尼酯衍生物X受体(FXR)水平降低[12]。现已证实，BA合成失调与代谢性疾病、AIH、肝硬化和肝癌的发生有关[13～15]。新的研究发现FXR KO小鼠产生丁酸的细菌减少，而西方饮食(WD)的摄入量进一步减少丁酸的产生。

BA是由肝酶和细菌酶共同产生的。除了产生游离和共轭的初级BA的肝酶之外，在双歧杆菌和乳酸杆菌中发现的胆盐水解酶使BA解偶联，而来自硬壁菌门的7α-脱羟酶将初级BA转化为次级BAs。因此，BA不仅仅是负责脂质吸收和代谢的洗涤剂，还是细菌产生的代谢物，在调节炎症信号和免疫方面具有关键作用[16，17]。然而，BA与细菌代谢物之间的相互作用还有待研究。

Sheng等[12]研究首次发现丁酸生成菌的减少以及SCFA信号转导与FXR和WD摄入所致肝炎的失活有关。使用缺乏产生丁酸细菌的粪便进行微生物移植会增加肝脏炎症。此外，丁酸盐的摄入消除了由FXR失活相关的BA合成失调引起的肝脏炎症。BA失调在肝脏疾病中的作用已经被揭示。最新报告数据表明，丁酸可以逆转由WD摄取和FXR失活引起的BA产生的一些最显著的变化及其相关的病理改变，即肝脏炎症。这些发现清楚地表明了丁酸盐以及产生丁酸盐的细菌在维持肝脏健康方面的重要性，这在以前尚未得到证实。

3.1 丁酸在肝脏中的潜在作用 丁酸酯存在于诸如家庭奶酪之类的饮食产品中。此外，丁酸和其他SCFA是通过肠内消化纤维发酵产生的。在乙酸、丁酸和丙酸中，丁酸提供结肠细胞所需的60%～70%的能量，而丁酸在维持肠上皮完整性中起关键作用[18]。丁酸盐连同乙酸和丙酸盐，可以从肠道转移并被肝脏利用。丁酸可被肝细胞直接代谢[19]。因此，丁酸对肝脏炎症和代谢信号的影响可以直接改善肠道健康。也有可能增加丁酸可以改变乙酸和丙酸的浓度，这反过来影响肝脏健康。这些可能性值得进一步研究。

在3种SCFA的受体中，羟基羧酸受体2(HCAR2)是丁酸和烟酸特异性的。游离脂肪酸受体3(FFAR3)优先被丙酸活化，其次是丁酸和乙酸，而FFAR2可以被所有3个SCFA活化。最新研究显示，在WD喂养的FXR KO小鼠肝脏和肠道中，3种SCFA受体的表达均降低，表明BA合成失调与SCFA信号传导之间存在交互作用。此外，丁酸摄入增加所有3个SCFA受体基因在肠道中的表达，这与减少肠道和肝脏的炎症有关。这些发现提示丁酸能够增加乙酸和丙酸信号传导。

丁酸的抗炎作用部分归功于它能够增加紧密连接蛋白的表达，防止引起肠漏。其有益效果也可归因于增加新陈代谢，从而减少氧化应激。此外，丁酸具有组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制特性，通过表观遗传机制减少炎症。丁酸还通过细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)失活在单核细胞、巨噬细胞、成骨细胞或皮肤组织中具有抗炎作用[20]。丁酸可以激活有丝分裂原激活蛋白激酶(p38)，这可能有助于提高过氧化物酶体增殖物激活(PPA)协同刺激因子-1α(PGC-1α)的活性[21]。数据显示丁酸的摄入量增加了总p38 MAPK和激活p38 MAPK。BA合成失调可能导致肝脏p38 MAPK失活。

3.2 BA合成失调与肝脏疾病 肝脏总BA由于WD摄入和FXR缺乏而增加。然而，丁酸缺乏的粪菌移植增加了肝脏淋巴细胞浸润，没有进一步增加肝脏总BA，表明个体不是因总BA增加而引起肝脏炎症的。FXR失活相关肝肿瘤的发生可以通过使用胆固醇消减BAs来预防。目前的研究显示丁酸能够改变个体BA水平，如脱氧胆酸 (DCA)，这可能是预防肝肿瘤发生的现实途径。

在肥胖个体中发现高浓度的粪便DCA。DCA诱导肝星状细胞的衰老相关分泌表型，其分泌炎症和增殖因子[22]。此外，DCA通过诱导核NUR77，又称为神经生长因子诱导的基因B(NGFI-B)具有增殖特性[23]。然而，异去氧胆酸(HDAC)抑制剂可诱导细胞质NUR77表达，导致癌细胞凋亡。由于丁酸的HDAC抑制作用，丁酸可能增加胞浆NUR77，并具有抗肿瘤作用。丁酸在诸如AIH、原发性胆管炎和原发性硬化性胆管炎等BA合成失调中的作用有待进一步研究。

WD摄入量和FXR缺乏均可增加肝脏鼠胆酸(β-MCA)，WD喂养的FXR KO雄性小鼠的β-MCA含量最高。补充丁酸可降低WD喂养FXR KO小鼠β-MCA含量的增加。此外，研究显示肝脏β-鼠胆酸(β-MCA)增加与血清LPS水平呈正相关，但与丁酸浓度呈负相关。值得注意的是，β-MCA可以在人尿液中检测到。丁酸对肝脏β-MCA的调节机制及β-MCA的病理生理作用值得进一步研究。

总之，调节失调的BA合成相关肝炎伴随产生丁酸细菌的减少和SCFA信号的减少，通过补充丁酸可以得到逆转。所有这些变化都与BA谱的变化以及产生BA的细菌丰度有关。因此，产生丁酸和BA的细菌很可能会影响彼此的生长和扩展。饮食干预以及益生菌的摄入可能被用于治疗和预防肝病[24]。

3.3 T滤泡辅助细胞与AIH T滤泡辅助(Tfh)细胞代表不同的CD4+辅助T细胞亚群，专门为B细胞提供帮助。它们在次级淋巴器官(SLO)中发育，并且可以根据其独特的表面表型、细胞因子分泌谱和特征转录因子进行鉴定。它们支持B细胞产生对抗原(Ag)的高亲和力抗体，以形成强健的体液免疫应答，它们对B细胞记忆的产生至关重要[25]。

AIH可表现为从无症状、轻度慢性肝炎到急性发作的暴发性肝衰竭的各种表现。对AIH小鼠模型的研究表明，脾脏中调节失调的Tfh细胞是诱发致命AIH的原因，从而提出了Tfh细胞在该病中可能的关键作用。与人类相比，AIH患者活化的cTfh细胞(PD-1+或ICOS+Tfh细胞)的百分比增加。活化的cTfh细胞频率与血清IgG水平呈正相关，与血清白蛋白和血清凝血酶原时间呈负相关[26]。随着血清丙氨酸转移酶的降低，这种人群在强的松龙治疗之前显著减少。AIH患者血清IL-21水平高于其他肝病患者或健康志愿者，此与cTfh细胞数量高低相关，与疾病的严重程度有关，与总胆红素水平呈正相关，与血清白蛋白水平呈负相关。从AIH患者的肝活检中提取的细胞的免疫组织化学研究和流式细胞术获得的数据也已经发表，患者肝脏中活化的Tfh细胞的频率显著增加，并且与患者血液中的循环对等物呈正相关[26]。血清IL-21水平与坏死炎症活性分级呈正相关[27]。