肝肠相照：酒精肝与肠道微生态紊乱

赵丹阳 段徐彬 王丽蕊

酒精性肝病是由长期酗酒导致的一系列肝脏功能失调的总称，对人类的健康造成巨大威胁。传统的酒精肝发病机制研究仅局限于肝脏病变本身，而“肠—肝轴”学说将肝脏病变与肠道的相关功能改变，特别是肠道菌群紊乱联系起来，为酒精肝的冶疗提供了新的思路。

“慨当以慷，忧思难忘。何以解忧？唯有杜康”。古今中外，酒是人类生活中必不可少的一部分，或借酒浇愁，或开怀畅饮，酒是助兴的绝佳饮品。但是小酌或可怡情，豪饮必然伤身！饮酒过量会导致急性酒精中毒，而长期酗酒更是会增加多种疾病发生的风险，严重影响人类健康。

持续饮酒可以导致至少数十种不同疾病，更是肝病的重要诱因之一，也可加重其他致病原对肝脏的损害。长期酗酒可导致一系列的肝脏功能失调，按照其严重程度可将其划分为单纯性酒精性脂肪肝（alcoholic simplesteatosis）、酒精性肝炎（alcoholic steatohepatitis）、肝纤维化（liver fibrosis）、肝硬化（cirrhosis）等，总称酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）[1]。严重酗酒可引发肝细胞广泛坏死，出现严重的肝脏并发症，如门静脉高压，甚至造成肝功能衰竭。此外，酒精还可以增加肝癌发生的风险流行病学调查表明，酒精肝在我国已成为导致终末期肝病的第二大常见诱因，接受肝脏移植的晚期酒精肝患者的数量也在逐步上升。

近几年来，肠一肝轴（gut-liver axis）在各泥疾病中所扮演的重要角色引起了广泛的关注。

肝脏与肠道的联系

肝脏与肠道是体内重要的消化与免疫器官，二者之间在起源、生理结构、功能上存在紧密的联系。这种联系表现在许多方面二例如，在胚胎发育的过程中，二者均起源于内胚层（endoderm），拥有共同的胚胎起源;在解剖学水平上，肠道与肝脏依靠门脉系统和胆管系统联系到一起;在功能r，两者通过肝肠循环互相影响]这些紧密的联系构成了“肠一肝轴”这一概念形成的基础。

胚胎学联系

肝脏与肠道拥有相同的起源，从胚胎起源的角度上决定了二者之间的紧密联系。胚胎学研究表明，在人的胚胎发育的第4周，双胚层胚盘形成三胚层胚盘，这个过程即原肠胚形成（gastrulation）其中内胚层进一步发育形成原始消化管，原始消化管的头侧俗称前肠（foregut），分化为咽、食管、胃、十二指肠上段、肝脏、胆道系统和胰腺的基原;其中部腹侧称中肠（midgut），分化为十二指肠下段至横结肠的右侧2/3部分;而其尾侧为后肠（hindgut），分化为横结肠的左侧1/3部分至肛管上端[2]。

解剖学联系

在生理解剖学上，肝脏接受门静脉与肝动脉的双重供血，其中门静脉是肝脏的一条营养输入血管，由肠系膜上静脉与脾静脉汇合而成。肠系膜上静脉是门静脉的最大的属支，起自右髂骨（髂骨亦称肠骨）盲肠、阑尾和回肠末端静脉，主要收集空肠、回肠、盲肠、阑尾、升结肠、横结肠右半部和胰腺等脏器的静脉血流，肠道中的代谢产物可由此进入肝脏，影响肝脏功能。此外，胆道系统连接着肝脏、胰腺、胃以及十二指肠，肝细胞分泌的胆汁经由该系统进入肠道，进而影响肠道功能。肝脏、胆道、肠道和门脉系统共同构成了胆汁肝胆循环的解剖学基础，为肝脏与肠道功能上的联系奠定了基石。

生理功能联系

肠道与肝脏通过胆道、门静脉与全身血液循环形成了紧密的双向聯系。排人肠道的胆汁影响脂质的消化和吸收，胆汁中的某些激素可促进小肠的生长发育，小肠粘膜分泌的胆囊收缩素亦可影响胆囊舒缩，从而影响胆汁分泌。另外，胆汁酸与肠道微生物也紧密相关。胆汁酸既可直接抑制细菌生长，也可结合法尼酷X受体（farnesoid X receptor，FXR）这种以胆汁酸为天然配体的核受体，诱导诸如血管紧张素1（angiogenin I）等抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）的产生，间接抑制微生物增殖与转移。而肠道微生态失调（gutdysbiosis）将破坏初级胆汁酸（primary bile acids）与次级胆汁酸（secondary bile acids）的平衡[3]，进而干扰肠上皮细胞中FXR的激活，增加胆汁分泌。

肠—肝轴简介

肠道与肝脏的紧密联系在很早之前就引起了研究者的注意。已知的文献资料表明，早在1923年就有人以犬类为实验动物研究胆色素的肠肝循环[4]。其后50年的时间里，肝脏与肠道之间的联系并未得到广泛关注。 1978年，《外科学年鉴》（Annuals of Surgery）刊登的一项研究证实了肝脏对血管活性肠肽（vasoactiveintestinal peptide，VIP）的灭活作用[5]。1987年，研究者确认了肠道释放的氨与肝脏的谷氨酞胺代谢有关[6]。20世纪90年代初，“肠一肝轴”一词首次出现，它被用于描述黏膜屏障功能的改变可能会导致肝脏的损伤[7]，随后“肠—肝—肺轴”（intestine-liver-lung axis）、“肌—肝—肠轴”（muscle-gut-liver axis）等假说也相继出现。

随着对肝脏与肠道解剖的同源性、代谢互动性以及免疫关联性的认识更加明确，马歇尔（Marshall）于1998年正式提出“肠一肝轴”的概念：一方面指机体受到打击后肠黏膜屏障功能受损，肠道内细菌与脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）大量进入门脉系统，从而进入肝脏;另一方面指的是肝脏中有大量免疫细胞，如Kupffer细胞等的存在，可以被LPS等多种物质激活并释放一系列炎症因子，进一步造成肠粘膜及其他器官的损伤[8]。“肠—肝轴”学说阐述了肝脏与肠道之间的物质、免疫细胞与细胞因子等通过门脉系统的相互调节，以及两大器官在解剖上的联系与功能上的相互作用。之后的大量研究表明，在肝病患者中常出现肠道黏膜屏障异常，而改善肠黏膜屏障有助于肝病的治疗。这揭示了保护肠黏膜在肝脏疾病治疗中的作用，为相关疾病的发生机制提供了全新的研究理念和视角。

酒精肝的发病机制

慢性酒精肝或将由简单的脂肪肝发展至脂肪性肝炎、肝硬化，其中15%～40%的病人将恶化为肝纤维化。酒精肝的病程受到多种因素影响，如吸烟、肥胖、慢性丙肝（chronic viral hepatitis C）等[9]。目前，酒精肝的发病有酒精代谢、免疫反应等几种假说。

酒精代谢产物与酒精肝

酒精在体内最主要的代谢通路是由乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH，产物为乙醛）与乙醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH，产物为乙酸）介导的氧化代谢。在乙醇的氧化过程中，氧化型辅酶I（nicotinamid.e adenine dinucleotide，NAD）转化为还原型辅酶I（reduced form of nicotinamideadenine dinucleotide，NADH），NADH与NAD比例升高，会增强脂质合成并阻碍脂质氧化，造成肝细胞内甘油三醋的沉积。同时，乙醛还可以增强Kupffer细胞内NADPH氧化酶代谢，促进活比氧簇（reactiveoxygen species，ROS）产生，一方面造成线粒体损伤，影响能量代谢;另一方面抑制DNA修复与胞嘧啶甲基化，增加胶原蛋自的合成，促进肝脏纤维化[10]。

活性氮簇、脂质过氧化与酒精肝

乙醇氧化的另外两个代谢途径分别是过氧化氢酶（在肝脏中含量极少）和以细胞色素P450（CytochromesP450，CYP450）为代表的微粒体氧化代谢系统。正常情况下，微粒体代谢在乙醇氧化的过程中所占的比例较少，但在酒精存在的情况下，微粒体的活性大大增强，导致以超氧化物阴离子为代表的活性氧簇（oxygen freeradical，OFR，又称氧自由基）累积。这些物质的活性极高，可迅速结合乙醇或多种离子以形成活性基团，例如羟基自由基与羟乙基自由基。这些基团的氧化能力极强，可攻击游离或结合的脂肪酸，造成细胞膜_L的脂质过氧化。过度的脂质过氧化可诱导肝细胞凋亡与坏死，进而引起肝组织损伤。长期接触酒精还可以造成肝脏中抵御过氧化物进攻的谷胱甘肽（glutathione，GSH）的含量降低，导致肝细胞抵御氧自由基进攻的能力下降，进一步加剧肝损伤[11]。

内毒素、免疫应答与酒精肝

在酒精肝的发病中，内毒素（endotoxin）发挥着重要作用。临床研究与动物实验的结果表明，长期酗酒会导致血浆中一种由革兰氏阴性菌分泌的内毒素即脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的含量上升。脂多糖导致肝损伤的机制具体来讲是LPS与脂多糖结合蛋白（lipopolysaccharide binding protein，LBP）结合形成复合物，LPS-LBP复合物进一步作用于Toll样受体4（Toll-like Receptor 4，TLR4），通过多种信号通路激活Kupffer细胞，促进氧自由基、黏附分子、趋化因子（如IL-8等）与IL-1、IL-6、TNF等炎症因子的释放。胞内活泼的氧自由基可激活Kupffer细胞中的NF-κB等炎症通路，这在早期肝脏损伤中具有重要意义。临床证据表明，酒精性肝炎患者的肝组织中存在大量对病原相关分子模式（pathogen associated molecularpatterns，PAMPs）高度敏感的细胞因子（IL-8，Gro-α与CCL2），这些因子可以导致肝脏嗜中性粒细胞浸润，加剧LPS引起的炎性反应。除此之外，Kupffer细胞还会减少IL-10（一种炎症抑制因子）的产生，加重肝细胞脂肪变性。除了固有免疫，适应性免疫也参与了ALD的免疫应答，如长期摄人酒精能够刺激自然杀伤细胞（Natural killer，NK）与T细胞释放炎症介质，激活Fas与TNF信号通路，导致细胞毒性反应的发生[11]。

肠一肝轴影响酒精肝发生发展的机制

肠道是食物消化吸收与代谢最主要的部位，同时兼具排泄、内分泌与免疫功能。肠黏膜表面聚集着数以十亿计的大量微生物，黏膜下层与肠上皮细胞接触，形成菌群与肠壁之间的屏障，构成人体同外源性物质接触的第一道防线正常情况下，有毒物质难以突破黏膜，只有少量来自肠道内革兰氏阴性菌的内毒素可以透过。进入门脉系统的内毒素通常会在肝脏中被免疫细胞清除，而肝脏中的大量免疫细胞正是构成第二道防线的关键要素。

在第一道防线中，肠黏膜屏障主要由机械屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障构成。肠道菌群与生物屏障关系密切，通常有助于宿主消化、维生素合成、抵抗病原体在肠道中的增殖，与宿主互利共生[12];但同时也存在一些潜在致病菌，它们在正常情况下并无大碍，但在外源物质影响或机体免疫功能下降的时候就会兴风作浪，破坏肠道微生态（micro-ecology）。肠道微生物与宿主的生态平衡一旦被打破，各种疾病也将随之而来。

肠道菌群失调与酒精肝

菌群在小肠、大腸等消化道内均有分布，受到内源性（如胃酸、免疫分子）与外源性（如食物、抗生素）等多种物质的影响。酒精作为典型的外源物质，能够引发菌群在数量与组成上的变化，打破肠道菌群的生态平衡。16s rRNA基因测序的结果显示，在酗酒者（包括出现肝纤维化与未出现纤维化）中，肠道细菌的数量增多而多样性下降，拟杆菌（Bacteroidaceae）的丰度（abundance）也有所下调。临床研究显示，酗酒者的整个消化道中都可观察到某些细菌特别是一些革兰氏阴性菌的过度繁殖，如肠杆菌（Enterobacteriaceae）等[13]。多种益生菌（probiotic）的比例明显下降，比如乳酸杆菌比actobacillus）、片球菌（Pediococcus）、明串珠菌（Leuconostoc），乳球菌（Lactococcus）等。在Lieber DeCarli饲料喂养的酒精性肝病动物模型中，肠道中乳酸杆菌数量减少，而摄人乳酸杆菌可缓解酒精肝的症状;对ALD患者给予短双歧杆菌（Bifidobacteriumbifidum）与乳酸杆菌（Lactobacillus plantarum8PA3）治疗也出现了相同的情况[14]。也有研究者从长期酗酒者身上提取样本，对其空肠内容物中的需氧与厌氧微生物进行培养，同样发现了菌群过度增殖的现象。这些动物实验与临床研究都表明，持续的酒精摄入或可引起肠道细菌大量增殖，造成肠道菌群的生态失衡。除了细菌，肠道真菌也同样出现了相似的变化，具体表现为真菌种类减少而假丝酵母（Candida）的数量却大幅增加，同时其分泌物β葡聚糖（β-glucan，可以结合Kupffer细胞的受体从而上调IL-1β的含量）亦有增加[13]。此外，肠道菌群对酒精代谢也具有一定影响，可以氧化乙醇并产生乙醛，某些肠道细菌甚至还可生成乙醇。

菌群的失调或与宿主脂肪酸的代谢有关。目前的研究表明，乳酸菌属与饱和长链脂肪酸（SaturatedLong-chained Fatty Acids，LCFAs）的合成有关，这种脂肪酸有助于恢复肠道菌群的生态平衡，比如在酒精肝小鼠模型中，在长链脂肪酸合成下降的同时伴随着乳酸菌数量的下降[15]。另有实验表明，富含不饱和脂肪酸（Unsaturated Fatty Acids，USFAs）的食物也可以影响菌群的组成与代谢。在给予不饱和脂肪酸与酒精的小鼠中，拟杆菌门的数量减少至原来的1/7左右，而厚壁菌门没有显著变化。同时，肠道菌群产生的己酸（hexanoicacids）、辛酸（octanoic acids）与丁酸（butyric acids）也出现大幅下降。而富含饱和脂肪酸（Saturated FattyAcids），特别是中链脂肪酸（Middle Chain FattyAcids，MCFAs）的食物可改善上述情况[15]。

肠黏膜屏障与酒精肝

动物模型与临床研究都表明，肠黏膜屏障被破坏是酒精性肝病的另一显著特征[13]。乙醇及乙醛均可破坏肠上皮细胞的紧密连接蛋白，破坏肠黏膜机械屏障。另外，共生菌中的益生菌数量下降也可能会造成肠上皮细胞的紧密连接丧失，削弱其物理屏障功能，同时，这种失衡也可以诱导免疫反应，从而影响肠黏膜的屏障作用[”}。肠道炎性细胞，如肥大细胞等可以被菌群数量或组成上的变化所激活，造成肠黏膜通透性增强[11，13]。这使得LPS更容易透过肠黏膜到达肝脏，刺激免疫细胞释放大量炎症因子。肝脏的病变也可以增加炎性因子IL-1β或TNF-α的含量，破坏肠道紧密连接，削弱肠黏膜屏障作用，提高肠黏膜通透性，使各种细菌与有害物质更易于进入门静脉循环与全身血液循环。但是勒克莱尔（Leclercq）等人的研究结果表明，在酗酒者中也存在着肠黏膜通透性低且肠道菌群与常人并无明显差异的情况[16]。

肠道菌群转移与酒精肝

肠黏膜通透性增强可引发细菌转移（bacterialtranslocation，BT），即肠道的细菌或其产物与组分通过上皮细胞粘膜层（epithelial mucosa）到达固有层（lamina propria）及其他器官（如肝脏）的病理现象。这些轉移的细菌包括肠杆菌（Enterobacteriaceae）、肠球菌（Enterococcus spp）、变形杆菌（Proteus spp）等，这些细菌多为革兰氏阴性菌，并易引起炎症。导致细菌转移的病因包括肠黏膜通透性增强与小肠细菌过度增殖等。克里斯蒂娜（Christina）等人的研究表明，粪肠球菌（Enterococcusfaecalis）大量增殖会引起肠球菌属（Enterococcus）的转移，转移的肠球菌能够结合Kupffer细胞上的TLR2，促进其下游分子IL-1β的分泌并加重肝损伤[17]。

细菌转移或与肠道抗菌肽的分泌减少有关。小肠上皮细胞与潘氏细胞（Paneth cell）可分泌一种名为REG-3（Regenerating islet-derived protein 3）的凝集素（lectin），这种蛋自作为一种抗菌肽能够抑制革兰氏阴性菌的繁殖，是维持肠黏膜菌群稳定及其屏障作用的重要因素。对Reg3b缺陷型小鼠给予酒精，其肠腔内细菌（luminal bacteria）未见明显变化，而黏膜相关菌（mucosa-associated bacteria）显著增多。黏膜菌的增多加强了微生物向肠系膜淋巴结与肝脏的转移，进而加剧小鼠肝损伤这证实了REG-3可能对酒精肝病程发展具有一定的阻碍作用。而长期酗酒将导致肠道中REG-3的含量下降，造成黏膜寄生菌数量增高，并加强细菌向肠系膜淋巴结及肝脏的转移，从而促进酒精性脂肪肝发展至脂肪性肝炎。相反，如果增加小肠上皮细胞中Reg3g的表达，粘膜层表面的细菌将被抑制，细菌转移也将遭到减弱.小鼠会免于患上酒精性脂肪性肝炎[18]。

肠道免疫与酒精肝

肠道免疫系统已经进化出保护人体免受细菌转移与入侵的多种机制。其中一种就是由浆细胞（plasmacells）分泌的IgA（Immunoglobulin A）引起的适应性免疫反应（adaptive immune response）。分泌型免疫球蛋白A（Secretory Immunoglobulin A，sIgA）可以特异性结合肠道细菌，阻止细菌与肠细胞接触。长期给予酒精会导致IgA含量在小鼠血浆中上升而在肠道中下降二与普通小鼠相比，在给予普通饲料的IgA基因敲除（IgA-/-）小鼠中，细菌转移有所增强，但在长期酗酒模型中IgA-/-与野生型小鼠的肝脏损伤没有明显区别。有研究者认为，IgA缺失不影响酒精肝病程这一现象是由IgM代偿性增加所导致的，但是肠道中免疫球蛋自M（Immunoglobulin M，IgM）的补偿性作用还需进一步研究[19]。

肠道菌群在人体的消化、免疫、代谢等方面发挥着重要作用。现有的研究证实，菌群的改变与肝病相关，菌群失调可以造成肠道屏障的破坏，通过细菌转移以及人体免疫反应造成Kupffer细胞介导的肝脏损伤。通过对无菌小鼠及酒精肝模型小鼠的研究，如LCFAs、次级胆汁酸等菌群代谢产物对酒精性肝病的作用得以确认，菌群在肝病发病机制中的地位越发突出对模型小鼠与临床患者施以益生菌或粪菌移植（FecalMicrobiota Transplant，FMT）疗法对肝病效果都很明显，这为肝病的治疗提供了新的思路。随着宏基因组测序（metagenome sequencing）技术的不断发展以及与包括代谢组学与转录组学在内的组学研究的融合，人类对肠道微生物与肝病的关系愈发了解这将为今后基于肠—肝轴的药物研发奠定基础。

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