肠道微生物群与慢性肝病

赵晨玮，孙启华，张迎超，陈 晶

哈尔滨医科大学附属第二医院消化内科，黑龙江 哈尔滨 150086

肠道微生物群被认为是人体必需的“器官”之一。近年来，16S rRNA测序分析和宏基因组测序分析等非培养依赖性技术能在短时间内对整个微生物群进行检测，这使得我们对健康和疾病状态肠道微生物群的认识显著加深。肠道微生物群不仅包括细菌，还包括病毒和真菌。细菌占据最大的比例，其中具有代表性的是拟杆菌、厚壁菌和放线菌[1]。肠道微生物群的多样性对于肠道黏膜免疫系统的发展和调节至关重要，它们可与肝脏协同工作，参与代谢葡萄糖、消化淀粉释放短链脂肪酸及合成维生素，尤其是人体不能单独合成的维生素等。短链脂肪酸是肠黏膜细胞的重要能量来源，有助于维持肠道屏障完整性。正常完整的肠黏膜可以有效防止机会致病菌的黏附和有害物质的损伤，当黏膜屏障受损后，大量肠道菌群易位进入肝脏使之出现免疫反应，参与、促进多种慢性肝病的发生、发展。

1 肠道微生物群在多种慢性肝病中的作用

1.1非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholicfattyliverdisease，NAFLD) NAFLD是在无显著饮酒或其他损害因素下，肝脏内发生脂肪堆积，包括单纯脂肪变性、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)，可进展为肝硬化或肝癌。炎症和氧化应激是NAFLD的主要致病因素。研究发现，特定的肠道微生物群与门静脉或小叶区的特异性免疫细胞相关：粪杆菌和普拉梭菌与细胞中CD45+、CD163+呈负相关，普氏菌与CD20+呈负相关，而与其他菌群无相关性[2]。这提示NAFLD患者肠道微生物群与肝脏炎症之间存在潜在关联。脂联素是一种由脂肪组织分泌的蛋白质激素，与肝脏中特异性受体结合，发挥抗脂肪沉积、抑制炎症反应、稳定氧化应激和抗纤维化等重要生物学作用。研究表明，肠道微生物群失衡可以导致脂联素DNA甲基化异常，益生菌可以改善NAFLD患者肠道微生物失衡且上调脂联素从而改善炎症反应，延缓NAFLD进展[3]。此外，肠道菌群失衡可以引起细菌脂多糖水平升高，促进炎症反应从而增加肠道通透性，同时细菌产生的内毒素也可诱发肝脏免疫反应，这是继发性肝损伤及NAFLD进展的重要因素[4-5]。ENGSTLER等[6]发现，早期NAFLD患者血液中乙醇含量与健康人群相比明显升高。小肠细菌过度生长可能是内生性乙醇产生过多的原因之一[7]。乙醇及其代谢产物可引起肠道黏膜上皮紧密连接的重新分布，改变细胞内信号传导途径，破坏肠黏膜屏障，使内毒素通过损伤的黏膜屏障经门静脉进入肝脏，促进NAFLD的发生、发展。另一方面，NAFLD不断进展会继续影响肠道微生态平衡，形成恶性循环。

1.2酒精性肝病(alcohol-relatedliverdisease，ALD) ALD是由大量饮酒引起的肝脏损伤，早期为酒精性脂肪肝、酒精性肝炎(alcoholic hepatitis,AH)，亦可进展为肝硬化。LLOPIS等[8]试验发现，相比于健康对照组，AH组患者肠道双歧杆菌和链球菌更多且数量与AH严重程度呈正相关，肠杆菌数量与血清胆红素水平呈正相关。奇异菌和柔嫩梭菌(抗炎细菌)分别与血清胆红素和AH严重程度呈负相关。然而，并非所有饮酒过量的患者都会发展为ALD，有学者推测这与宿主遗传和环境因素有关，至今尚无定论。最近一项小鼠研究检测了酒精对于肠道微生物群的影响，观察到一部分小鼠对酒精具有抵抗性，而另一些小鼠则对酒精敏感。酒精敏感小鼠与酒精抵抗小鼠相比，肠道内拟杆菌减少50%，放线菌和厚壁菌增加。对酒精敏感小鼠进行酒精抵抗小鼠粪菌移植后发现酒精诱导的细菌消耗减少且脂肪变性的进度延缓[9]。进一步研究发现，急慢性酒精喂养均可引起小鼠肠道内细菌组成改变，包括由阿克曼菌减少引起的放线菌增加和疣微菌减少。因此，阿克曼菌的减少可作为酒精引起肠道失调的早期标志之一[10]。胆汁酸涉及广泛的生理过程，如能量消耗、胆汁流动、肠运动、细菌生长和炎症。初级胆汁酸在结肠和小肠中被肠道细菌解离、差向异构化、氧化和去羟基后通过肠肝循环被动吸收返回肝脏。与健康组相比，AH患者血清中结合胆汁酸增加，鹅去氧胆酸减少，粪便中总胆汁酸和次级胆汁酸含量增加。研究证明，肠道微生物失衡可能通过影响胆汁酸的肠肝循环促进ALD的进展[11]。除了肠道细菌组成的改变外，酒精还可以改变肠道真菌的组成。YANG等[12]发现，慢性酒精喂养小鼠肠道内真菌有过度生长现象，在小鼠的体循环中也发现了真菌细胞壁成分中的β-葡聚糖。应用两性霉素B治疗可减少真菌易位并改善ALD。

1.3原发性硬化性胆管炎(primarysclerosingcholangitis，PSC) PSC是慢性胆汁淤积性疾病，主要特征为肝内外胆管进行性炎症和纤维化进而导致胆管狭窄，大多数最终进展为肝硬化和肝功能衰竭，目前尚无有效的治疗药物。PSC通常与炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)相关。将PSC患者粪便中的细菌与健康对照或IBD患者进行比较，发现在PSC中3种细菌(肠球菌、梭杆菌和乳杆菌)表达过量，而且细菌多样性降低。与处于疾病缓解期的患者相比，这些变化在肝硬化和既往肝移植患者中尤为明显[13]。另一项研究证实PSC患者肠道内含有丰富的韦荣球菌[14]。TORRES等[15]收集30例IBD患者(其中15例合并PSC)的新鲜粪便样本，用16S rRNA测序分析粪便中微生物组成，用高效液相色谱-串联质谱联用法检测粪便中胆汁酸含量，结果发现与单纯IBD患者相比，PSC-IBD粪便中总胆汁酸明显减少，但未发现具体的有明显差异的胆汁酸种类，此外，他们发现PSC-IBD患者粪便中瘤胃球菌和梭杆菌数量增加。关于肠道黏液的研究发现，PSC患者肠道黏液中的细菌多样性较低，梭状杆菌数量也减少[16]。

1.4肝硬化宏基因组测序分析显示，75 245个微生物基因在肝硬化组和健康组之间存在明显差异，其中韦荣球菌、普氏菌、奈瑟氏菌和嗜血杆菌差异性最大[17]。BAJAJ等[18]对54例肝硬化失代偿患者进行研究，提出了肝硬化生态失调率(cirrhosis dysbiosis ratio，CDR)这一概念作为评估肝硬化患者生态失调的工具。健康组CDR明显高于肝硬化组。有研究报道称，肝硬化患者中还存在唾液生态失衡，BAJAJ等[19]研究失代偿患者的唾液和粪便后，发现存在一种以正常微生物群相对丰度显著降低为特征的生态失衡，这导致粪便和唾液CDR显著下降。肝硬化的粪便生态失衡特征在于致病细菌的过度生长和正常非致病性细菌的减少。在肝硬化患者中，肠道屏障的破坏导致肠道通透性过高，这与肠动力障碍、微生物群失衡和小肠细菌过度生长密切相关，还可能诱导致病性细菌易位及短链脂肪酸生成和次级胆汁酸的细菌短缺[20]。CHEN等[21]表明，肝硬化患者的十二指肠黏膜微生物群与健康对照组比较差异有统计学意义。肠源性细菌及其代谢产物(包括脂多糖、鞭毛素、肽聚糖和细菌DNA)可以穿过具有通透性的肠道黏膜再通过门静脉进入肝脏，而升高的门静脉压可以导致肠壁水肿和破坏肠道黏膜上皮的完整从而引起更多的细菌易位[22-23]。内毒素通过Toll样受体激活肝巨噬细胞，诱导促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-8的产生，促使中性粒细胞和单核细胞向肝脏内迁移[24]，从而产生过度的免疫反应，影响机体代谢和血液动力系统，最终促进肝硬化及其多种并发症的进展，如肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)、静脉曲张破裂出血、感染和肾功能异常等。

2 治疗策略

肠道微生物群是人体重要组成部分，对于机体健康意义重大，近年来以肠道微生物为治疗核心的研究从未停止，其中一些已应用于临床。在确定发生微生物群失衡后，重建健康、复杂的微生物群，这一过程称为“再生”，是治疗及预防慢性肝病的方向之一。

2.1不可吸收的二糖HE患者的治疗目前主要针对肠道，目的是减少肠道细菌的产生和降低血氨。不可吸收的二糖(如乳果糖或乳糖醇)可以被肠道菌群分解为短链脂肪酸(如乳酸和乙酸)从而酸化肠道，使游离的氨变为铵根，减少氨从肠道吸收入血[25]。大量随机对照试验显示，与安慰剂或无干预相比，不可吸收的二糖可以改善临床结局[26]。现在临床上已使用不可吸收的二糖作为HE的一线治疗药物。

2.2抗生素抗生素治疗可以降低肠道细菌负荷，进而抑制肝内中性粒细胞数量的增加。LOWE等[27]研究发现，抗生素组小鼠肝脏中TNF-α、C-X-C基序趋化因子配体1和单核细胞趋化蛋白-1的表达明显降低。一项大型双盲随机对照试验显示，广谱抗生素利福昔明因其不被机体吸收，仅存在于肠道的特征已经成为肝硬化患者治疗的理想抗生素，具体作用如下：改善肠道中有益与有害细菌的比例，增强有益菌群的功能；减少肠道微生物有害代谢产物的产生；降低血清促炎细胞因子水平；影响肠道中次级胆汁酸的产生；通过增加花生四烯酸和亚油酸明显改善认知；降低内毒素活性；治疗后血清饱和和不饱和脂肪酸显著增加[28-29]。考虑到以肠道微生物为基础的发病机制，抗生素治疗可减缓慢性肝病的进展。

2.3益生菌、益生元和合生元益生菌、益生元和合生元均为微生态制剂：益生菌是可以改善宿主微生态平衡的有益活性微生物；益生元可作为底物为益生菌提供养料；合生元指益生菌和益生元的合剂。益生菌是能够定植在结肠黏膜的非致病活细菌。最常见的益生菌包括乳酸杆菌和双歧杆菌菌株，它们是正常胃肠道微生物群的一部分。研究证明，肠道微生物群失衡可以通过添加益生菌来逆转，益生菌能短暂定植于胃肠道，抑制肠道致病菌的生长和毒性，还能降低Kupffer细胞Toll样受体4的表达，改善肝功能[30]。益生菌还可以通过降低肝脏转氨酶、总胆固醇、TNF-α和改善胰岛素来治疗NAFLD患者[31]。益生菌可以降低血氨浓度，还可以降低住院频率和感染率，延缓HE进展[32]。VHMIKO等[33]提出，在怀孕期间给予益生菌补充剂可能会影响母亲及其子女的某些肥胖相关基因的DNA甲基化状态。益生菌有助于在慢性肝病患者肠道发生生态失调后重建一个健康的复杂微生物群。与抗生素和手术相比，微生态制剂更便宜、更安全，可成为预防和治疗慢性肝病的策略之一。

2.4饮食饮食可影响微生物群的组成。一项关于高脂肪、高糖和高蛋白等热量饮食及无限量高脂肪饮食对大鼠NAFLD发展的研究结果显示，喂食高脂肪饮食(限制和无限制热量摄入)大鼠的门静脉脂多糖水平高于其他饮食组[34]。与对照组相比，游离脂肪摄入大鼠的厚壁菌更丰富，而拟杆菌减少；喂食高脂肪但等热量饮食大鼠只表现出厚壁菌丰度的增加。喂食高糖和高蛋白饮食的大鼠则为相反的结果。研究证明，高脂肪和高糖饮食对健康有害，可影响NAFLD的发展而与热量摄入无关，并且以不同的方式改变肠道菌群。高蛋白饮食的有益作用可能与普氏菌和颤螺菌的水平增加有关。地中海饮食富含多不饱和脂肪、多酚、维生素和类胡萝卜素，具有抗炎和抗氧化作用，可减缓NAFLD进展[35]。过量的果糖摄入量也可能与NAFLD相关。研究发现，过量的果糖摄入会增加新脂肪生成并抑制β脂肪酸氧化，导致肝脏脂肪变性，并通过Toll样受体信号传导和炎性细胞因子释放引发炎症[36]。

2.5粪便微生物群移植(fecalmicrobiotatransplantation，FMT) 研究表明，不是某几种优势生物而是整体微生物群落结构和功能的完整有助于免疫反应的平衡。FMT是将健康肠道微生物群从健康供体移植到患者体内的治疗方法。FMT在复发性艰难梭菌感染治疗中已获得极好的效果[37]。BAJAJ等[38]评估了FMT在复发性HE患者治疗中的效果，受试者经广谱抗生素治疗5 d后通过保留灌肠注入90 ml FMT。结果显示，FMT可以明显降低患者的住院率，提高其认知能力，改善其肠道生态失衡。肝硬化患者出现静脉曲张出血、HE和自发性细菌性腹膜炎后临床常规使用抗生素治疗，然而大量广谱抗生素的应用可进一步导致肠道微生物群失衡，并且可能造成多重耐药病原体的产生和定植[39]。上述“病原体”可以进一步引起以多器官衰竭、循环衰竭、高死亡率为特征的急慢性肝功能衰竭[40]。尽管FMT后的微生物多样性与标准治疗患者中的微生物多样性没有差异，且健康供体中丰富的所需微生物群在接受者中并未看到类似的扩增，但事实上FMT仍可以纠正上述抗生素造成的不良后果[41]。FMT具有重新填充整个肠道微生物群的优点，但具体治疗机制、对上消化道微生物群的影响、最佳给药途径、治疗持续时间和反应持久性仍有待探究。

3 结论

肝脏经门静脉直接从富含微生物群的肠道接收血液供应，因此肠道微生物群和肝脏密切相关。目前大量研究证明，NAFLD、ALD、PSC和肝硬化与肠道微生物群失衡有关。本文详细分析了肠道微生物群在多种慢性肝病发生、发展中的作用，并总结了现有的一些治疗策略。我们认为，过度生长的肠源性细菌及其代谢产物通过门静脉进入肝脏，导致炎症反应和免疫激活及最终的肝脏损伤，并且可以通过益生菌、饮食和抗生素等方式改变肠道微生物的组成。在多重耐药细菌的时代，我们亟需不使用广谱抗生素来改变微生物群的疗法，现有条件下我们可以通过微生态制剂或FMT形式来实现，但仍迫切需要在该领域进行大规模及高质量的研究，以探寻实现“再生”的最有效方法。