肠道环境与粪菌移植调控肠道菌群失调影响肝纤维化转归

林玲，宋红丽（.天津医科大学一中心临床学院，天津 3009；.天津市第一中心医院器官移植科，天津市器官移植重点实验室，天津市器官移植临床医学研究中心，卫生部危重病急救医学重点实验室，中国医学科学院移植医学重点实验室，天津 3009）

肝移植是治疗终末期肝病最有效的治疗方法之一，肝纤维化是进展为终末期肝病的必经阶段［1］，为了阻止终末期肝病的发生，防治肝纤维化意义重大。肝纤维化本质上是慢性炎症反应诱导成纤维细胞的活化和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的积聚［2］，而肝实质的血液供应大约有75%来自门静脉，门静脉系统将肠道直接连接到肝脏，当肠道菌群失调时，细菌及其产物通过门静脉系统到达肝脏，导致慢性炎症引发肝纤维化［3］。众多肝脏疾病（如病毒性肝炎，酒精性肝病，非酒精性肝病和肝硬化等）的病理变化过程被发现与肠道菌群有关［4］。恢复肠道菌群平衡，调节肠道运动和分泌， 协调营养物质的消化和吸收， 维持肠上皮屏障的完整性， 促进并维护免疫系统的正常发育和活动等，对肝纤维化的恢复治疗具有重要意义［5］。通过调节肠道环境及粪菌移植来操纵肠道菌群，促进“健康”细菌的生长从而治疗慢性肝病的研究目前已有部分成功投入临床试验，但仍存在着部分临床应用和技术方面的障碍。本文主要概述了调控肠道菌群失调影响肝纤维化转归的研究进展。

1 肝纤维化肠道菌群的变化

1.1 肠道菌群的构成：通过16SrRNA 测序对肠道菌群的原核门进行培养鉴定发现主要的菌门包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门，其他占比较低的有梭杆菌门、疣微菌门、衣原体门、螺旋体门等［6］。根据菌群所在肠道部位划分，健康十二指肠和空肠的优势属是链球菌属；而在健康大肠中，厚壁菌门和拟杆菌门占大多数，并且厚壁菌门和拟杆菌门的比例被证实与肥胖和代谢综合征的易感性有关［7］。

1.2 肠道菌群的变化与肝纤维化的相关性：研究表明，肠道菌群的构成变化与病毒性肝病、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、原发性硬化性胆管炎、肝硬化等肝脏疾病有关。如乙肝患者肠道菌群结构较健康人群肠道菌群多样性降低，且肠道菌群中的绝对优势菌厚壁菌门和拟杆菌门中的罗氏菌属、双歧杆菌及类杆菌等菌属数量显著减少，而致病菌及条件致病菌如肠杆菌、肠球菌及酵母菌等显著增 加［8］。丙肝患者则存在特殊肠道菌群，主要是肠杆菌、梭菌 XIV、毛螺菌和瘤胃菌［9］。Loomba 等［10］通过DNA 的全基因组测序法分析非酒精性脂肪性肝病患者粪便肠道菌群的组成成分，研究结果显示非酒精性脂肪性肝病的肠道菌群主要是由厚壁菌门和拟杆菌门组成，其次是变形菌门和放线菌门，随着病情的发展从轻度或中度非酒精性脂肪肝病到晚期纤维化时，变形菌门出现明显的增加，而厚壁菌门出现减少。以上信息提示，慢性肝脏疾病根据其种类而存在明显的菌群变化特征，必须进行进一步的研究鉴定菌群的成员，为更好的治疗方法确定新的靶向目标。

1.3 肠道菌群失调促进肝纤维化发展的机制：肝纤维化进展的关键在于：肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）的激活；ECM 的积聚；肝内巨噬细胞的激活；炎症反应；肝细胞的死亡。而肠道菌群失调从多方面促进肝纤维化的进展。

1.3.1 影响肠道屏障功能：肠道菌群在肠道屏障功能中扮演着促进肠内营养物质吸收和消化以及调节代谢功能的角色［11］。当肠道菌群失调，其数量或组成发生变化时，紧密连接蛋白的表达被抑制，肠道通透性增加，易位到固有层中的病原体激活免疫反应并和免疫细胞一起通过全身循环进入肝脏［12］。肝脏内的病原体识别受体被激活后，肝内主要免疫细胞巨噬细胞介导的促炎细胞因子，趋化因子和细菌产物激活HSC，产生ECM，从而导致纤维化和肝硬化［13］。

1.3.2 调节免疫系统：当肠道菌群失调时，细菌的过度生长及其内毒素，如脂多糖、鞭毛蛋白、肽聚糖和细菌DNA 等分泌增加，并穿过肠上皮膜刺激肝脏免疫系统激活［14］，上调炎症因子如肿瘤坏死因子α，白介素1β 和白介素6 的分泌，刺激肝细胞中的血小板释放大量的转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β），促进细胞外基质蛋白的合成和积累，并增强HSC 的增殖和活化，从而促进肝纤维化的发展［15］。

1.3.3 调控机体代谢：肠道菌群代谢产物包括胆汁酸、短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）、乙醇等在肝纤维化进展的发病机制中起着重要作 用［16］。胆汁酸主要存在于肠肝循环系统中，它能够通过激活法尼基衍生物 X 受体和G 蛋白偶联胆汁酸受体 5 通路，调控血管生成素1、一氧化氮合酶2 和白细胞介素18 等机制抑制肠道细菌的生长和转移从而维持肠道环境的稳定性［12］。SCFA 是肠道中无法消化的碳水化合物的产物，包括乙酸盐、丙酸盐、戊酸盐、丁酸盐等，尤其是丁酸，通过影响紧密结合蛋白调节肠腔内和肝门系统之间的细胞内分子通道从而在维持上皮屏障的完整性中起着重要作用［17］。同样的，外源性酒精摄入经肠道菌群代谢生成乙醛使黏附连接蛋白上的酪氨酸磷酸化，肠道通透新增加，内毒素从肠上皮位移进入体循环，引起进一步肝脏损伤［18］。

2 调节肠道菌群有效治疗肝纤维化

2.1 肠道环境：肠道环境因素，包括饮食、益生菌、益生菌、病毒和药物，特别是抗生素，均可以改变肠道菌群，从而影响肝纤维化转归。

2.1.1 抗生素：抗生素通过减少肠道菌群组，减少肠溶炎性细胞因子的产生，稳定肠道上皮屏障，降低具有潜在毒性的胆汁酸，从而影响非酒精性脂肪性肝病和酒精性肝病的病情进展［11］。然而，在抗生素进行抗感染治疗期间，肠道菌群中有益细菌（如双歧杆菌、普氏杆菌、乳杆菌）减少，微生物α-多样性降低，而潜在的致病菌（如肠杆菌科）增多，在停用抗生素后仍不能逆转［19］。同时广泛的抗生素暴露易导致耐药菌株的出现以及各种胃肠效应、超敏反应和药物特异性不良反应，尤其非选择性抗生素引起共生肠道菌群群落结构破坏，导致细菌代谢改变和宿主蛋白质组受损［20］。研究发现，肝硬化患者在使用广谱抗生素后，胆汁酸谱中初级胆汁酸和次级胆汁酸减少，且出现显著的SCFA 减少，对正常肠道菌群功能造成长期损害［21］。而利福昔明作为一种广谱抗生素，和其他抗生素不同，其除具有杀菌、抑菌、降低内毒素减少炎症反应和转氨酶的作用，还被证明能促进有益细菌的增加［22］。因此利福昔明也被定义为“优生菌”，及“肠道菌群正向调节剂”［19］。

2.1.2 小檗碱：小檗碱是从黄连中提取的天然生物碱，而黄连则常用于治疗炎性疾病。研究发现，小檗碱能够抑制促纤维化因子的表达，激活AMP 依赖的蛋白激酶〔adenosine 5'-monophosphate （AMP）-activated protein kinase，AMPK〕信号传导通路，而AMPK 信号传导的激活可以抑制肝星状细胞增殖和胶原蛋白的表达［23］。脂多糖作为肠道细菌的产物通过门静脉进入肝脏， 被肝巨噬细胞上的Toll 样受体4 （toll-likereceptor，TLR4） 识别， 活化信号通路引发炎症和胰岛素抵抗［24］。张园园等［25］研究通过比对高脂饮食组和治疗组（高脂饮食的同时每天予 200 mg/kg 黄连素灌胃），发现黄连素灌胃能明显降低脂多糖和白介素6 水平，进一步研究推测黄连素可能通过调节肠道菌群、减少脂多糖生成而抑制肝巨噬细胞炎症因子释放， 进而减轻肝脏炎症反应。

2.1.3 益生菌、益生元和合生元：益生菌是人类来源的活细菌或酵母菌，它能够与肠杆菌科细菌之间竞争抑制，稳定肠道通透性，减少菌群易位；诱导厌氧菌和革兰氏阳性菌生长，限制革兰氏阴性菌，减少脂多糖从而降低内毒素水平；减少肠道氨的吸收，加强氨的排出，改善预后［26］。其中乳杆菌，双歧杆菌和链球菌最常被使用来抑制革兰阴性菌群，例如乳杆菌，具有抑制非酒精性脂肪型肝炎的发展，改善胰岛素和葡萄糖耐量，预防果糖引起的非酒精性脂肪性肝病发作等作用，从而进行有效的靶向 治疗［27］。

益生元选择性发酵并调节菌群成分，通常是不可消化的植物低聚糖，例如低聚果糖，低聚半乳糖，乳果糖和菊粉，它们可作为有益细菌的食物并促进乳酸杆菌和双歧杆菌等的繁殖［28］。益生元通过抑制脂肪酶（如乙酰辅酶A 羧化酶，脂肪酸合酶，苹果酸酶）从而降低肝脏脂肪、胆固醇的生成［29］。同时肠道菌群对益生元的发酵会增加盲肠和门静脉血中SCFA 的含量，丙酸酯浓度的增加作用于脂肪形成相关限速酶的转录来抑制脂肪形成［30］。一项实验通过将益生菌长双歧杆菌与益生元低聚果糖处理共生后应用于非酒精性脂肪性肝病患者后发现低聚果糖可能是长双歧杆菌在肠道中生长的潜在促进剂［31］。 合生元是含有益生菌和益生元的产品，或再加入维生素和微量元素等，从而最大化益生菌和益生元的作用。张扬等［32］的研究，发现应用合生元后，肠道黏膜TLR4 的表达下调，促炎性细胞因子分泌下调，血清学各项指标改善。

总之，益生菌、益生元和合生元能减少肠道炎症，改善肝功能和疾病预后，且副作用 有限，是治疗肝脏疾病的有前途的选择［33］。

2.2 移植方案

2.2.1 粪菌移植：粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT），是通过将健康捐赠者的粪便放入患者的胃肠道中，直接改变受者肠道菌群组成使其正常化，达到治疗效果的“特殊移植”方法［34］。目前，FMT 技术已经能够有效地治疗复发和难治性艰难梭菌感染、炎症性肠病、便秘等胃肠道疾病［35］。而Kang 等［36］的研究提出了FMT 能够控制乙型肝炎患者病情进展的新概念。连续的FMT 可作为治疗乙型肝炎相关慢性肝病的新型模式，且相较于单一的益生菌，它不仅能够恢复由抗生素引起的肝硬化中微生物群组成和功能的破坏［21］，而且安全性高，常见不良事件诸如腹部不适、腹泻、便秘和低烧，严重副作用极为罕见且往往与内镜检查和镇静有关，但是该技术目前仍存在变量以及保存方面的问题［37］。除却胃肠系统，研究发现FMT 还具有移植到外阴、鼻窦、泌尿道、皮肤的潜在能力，未来的研究应集中在微生物在不同器官中的特定使用，即选择性微生物群移植策略［38］。

2.2.2 间充质干细胞移植 ：间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是具有多重分化和自我更新能力的异质性基质干细胞亚群，已被证明能够分化为一系列细胞谱系，例如脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞和肝细胞样细胞，因此被用于研究治疗肝脏疾 病［39］。通过移植MSCs 诱导肝细胞样细胞促进肝脏再生，表达可溶性因子调节免疫细胞减少肝损伤，分泌营养因子如生长因子、趋化因子，减少活化肝星状细胞增殖和胶原合成，调节基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶的组织抑制剂的表达促进肝纤维化的消退，减少体外硫代乙酰胺或四氯化碳诱导的活性氧化物质损伤来保护肝细胞［40］。而个体之间肝再生的方法可能并不相同，最佳的MSCs 治疗必须针对患者进行个体化［41］。肠道菌群的改变是否可作为MSCs 治疗个体化的评价标准仍在研究中。

3 调节肠道菌群治疗肝纤维化的进展与展望

肝纤维化是肝脏长期损伤、修复过程中肝脏结缔组织异常增生产生的病理现象。若患者长期存在肝损伤未得到有效治疗，病情逐渐进展为肝硬化、甚至进一步发展为肝功能衰竭或肝癌，不得不进行肝移植手术后仍需要面对术后并发症、免疫抑制剂长期应用带来的副作用等问题。

本文总结了肠道菌群在慢性肝病的发病机制和进展中的作用，将病毒性肝炎，酒精性肝病，非酒精性肝病等慢性肝病与肠道菌群失调联系起来。并介绍了通过使用抗生素、小檗碱、益生菌、益生元、合生元和FMT 调节肠道菌群，对改善慢性肝脏疾病，抗肝纤维化进展，避免终末期肝病进行肝移植手术的临床价值。其中MSCs 作为阻滞和逆转肝纤维化的新治疗靶点，仍存在纤维化潜力以及促肿瘤细胞生长和致癌性等问题，需要在临床大样本的随机、对照试验中评估肠道菌群改变对MSCs 治疗肝纤维化的意义。