肠道微生态紊乱在HBV感染相关肝病发生发展中的研究

魏 敏，曹莉婷，何昱静，于晓辉

中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院消化内科，甘肃 兰州 730050

胃肠道作为人体内最大的细菌和内毒素储存库，定植着1013～1014个细菌，其中大部分为革兰氏阴性的专性或兼性厌氧菌。作为肠道的优势菌群，它们一方面可通过酵解膳食纤维为肠上皮细胞的活动提供能量；另一方面通过竞争生存空间和激活肠黏膜免疫功能而拮抗肠道内致病菌的定植，从而在人体内发挥营养、免疫、代谢等一系列生理作用[1]。近年来，肠-肝轴概念的建立，使得肠道和肝脏在解剖和生物学功能上关系日渐密切。生理状况下，由于肠黏膜屏障的“阻隔作用”，仅有少量细菌及其代谢产物通过门静脉进入肝脏，维持肝脏网状内皮系统处于持续激活状态，从而对有害物质免疫耐受。但在肝脏损伤状态下，肠道屏障功能被破坏，肠道内菌群失调，肠道内毒素大量易位至肝脏，导致肝脏免疫反应失控，引起大量炎症介质释放，从而加重肝损伤。掌握肠道菌群在肝脏疾病，尤其是在HBV感染引起的慢性肝病发生、发展中的作用，为临床预防和治疗提供新的思路。故本文就肠道菌群失调所引起的变化在HBV感染相关肝病发生和发展中的研究进展作一概述。

1 肠-肝轴与肠道微生态

肠-肝轴是肠道与肝脏之间通过胆道系统及门静脉形成一条双向交流通路。一方面，肝脏通过这条轴将胆汁的主要成分胆汁酸运送至肠道，胆汁酸进而通过其自身的生理作用及其所介导的信号通路，影响肠道菌群的数量和组成。另一方面，肠道也是借助这一特殊的解剖结构向肝脏输送细菌及各种代谢产物，如脂多糖、肽聚糖、细菌DNA等，造成肝脏损伤，进而导致肝脏疾病的发生。正常生理状况下，双方仍能保持功能和结构的完好，主要归功于肠-肝轴对肠道微生态的调节作用，以及肠道正常菌群与肠黏膜形成的稳定黏膜屏障，使得肠黏膜在选择性吸收肠内营养物质的同时，也阻挡了细菌、毒素等有害物质的通过，以维持肠道内环境的稳定，形成了宿主隔离外界环境的第一道防线。

2 肠黏膜屏障与肠道微生态

肠黏膜屏障具有促进营养吸收、物理隔离、免疫调节等作用，它主要由四部分构成，即机械屏障、微生物屏障、化学屏障、免疫屏障。其中，由肠道菌群形成的微生物屏障是发挥功能最多也是最重要的屏障。当高脂肪饮食、应激、感染等使肠黏膜屏障遭到破坏，肠腔内细菌及内毒素等抗原移位至肠黏膜固有层并激活黏膜免疫系统，使之对肠腔内抗原失去耐受，从而诱发如腹泻[2]、肠易激综合征[3]、炎症性肠病[4]、结直肠癌[5]等多种肠道疾病。此外，细菌及内毒素还可进一步“漏”至血液中，再通过血液循环到达全身，造成全身多脏器功能损伤[6]。其中，肝脏由于其特殊结构—肠-肝轴，不可避免会受到损伤。肠道微生态失衡在肝脏疾病的不同病理阶段均起作用。

3 肠道微生态失调与HBV感染相关肝病

3.1 肠道微生态失调与慢性乙型肝炎随着对“肠-肝轴”概念的深入认识和对肠道微生态的研究进展，HBV感染与肠道菌群改变之间的关系引起众多学者的关注。从HBV感染进展至慢性乙型肝炎过程存在不同程度的肠道菌群改变，如Lu等[7]通过16S rRNA基因测序技术对健康人群、无症状HBV携带者、慢性乙型肝炎患者粪便中主要的微生物群进行检测发现，随着病情进展，肠道中双歧杆菌科和肠杆菌科(B/E)的比值也逐渐降低。B/E比值被认为是评价早期肠道菌群失调的关键指标，其比率的降低，提示肠道内正常菌群对机会致病菌及致病菌定植的抵抗力下降，病原菌在肠道内大量定植并增殖，造成肠道菌群失调[8]。上述研究结果不仅说明了从无症状HBV感染进展至慢性乙型肝炎的过程中，肠道内菌群失调的状况是逐渐加重的，同时也提示肠道菌群失衡很有可能是除了慢性HBV感染以外，促进慢性乙型肝炎形成的另一重要原因。而HBV持续存在除了与宿主遗传结构有关外[9-10]，感染年龄也是决定慢性HBV发生率的关键，幼年期由于免疫系统尚未发育成熟，所以此阶段感染HBV后，病原体大多会持续存在。而随着宿主免疫微环境稳定建立，成人期感染HBV后多数可获得自发性的免疫清除[11]。这种年龄依赖性HBV清除与肠道微生物群的建立有密切联系。如Chou等[12]对HBV感染的小鼠进行血清学检测发现，与成年小鼠的HBV快速清除相比，未达到肠道微生物群平衡的幼鼠及肠道消毒小鼠则表现出耐受表型，具体表现为HBsAg持续时间延长，抗-HBs产生受损和HBcAg特异性IFNγ分泌细胞数减少。综合上述研究，作者推测HBV感染的成鼠之所以能够实现病毒自发性免疫清除，可能与成鼠肠道中成熟的微生物群落通过肠-肝轴向肝脏输送某种信号，进而增强肝脏免疫，促进HBV的清除有关。这与Ren等[13]的研究结果在某种程度上是一致的，他们通过一个随机对照试验对存在肠道菌群失调的HBeAg阳性的慢性乙型肝炎患者进行了粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)，发现口服抗病毒药物+FMT组的5例患者HBeAg滴度随着FMT治疗次数的增加呈逐渐下降趋势，另外这5例患者血清中ALT及HBV-DNA水平在进行第1次FMT治疗后就恢复到正常水平。而口服抗病毒药物组的18例患者直至随访结束HBeAg也未发生血清学转化。说明了FMT治疗在重塑慢性乙型肝炎患者紊乱的肠道微生态，减轻有害菌对肝脏损伤的同时，也可发挥潜在的免疫调节作用，辅助机体促进HBV的清除。

3.2 肠道微生态失调与乙肝肝硬化HBV感染是我国肝硬化形成的主要病因。据统计，在我国所有肝硬化患者中，由HBV感染所致的肝硬化约占60%[14]。乙肝肝硬化时，肝细胞的损伤不仅源于HBV入侵引起的细胞免疫应答，而且还与肠道微生物产生的病原体相关分子模式(PAMPs)引起的固有免疫应答相关。肝硬化状态下，肠黏膜功能及肝脏免疫功能被破坏，大量的有害菌及其所产生的内毒素，主要是脂多糖通过肠-肝轴易位至肝脏，激活肝细胞表面TLR-4，启动肝细胞内信号传递级联，引起核因子NF-κB、p38MAPK、JNK等的活化，通过启动基因转录，表达和释放大量炎症因子，引起一系列的免疫炎症反应。这种长期持续的炎症刺激，造成肝细胞反复损伤后再生修复，加重肝硬化组织病理损伤并导致各种并发症出现[15]。Lu等[7]通过对健康人群、HBV携带者、慢性乙型肝炎、乙肝肝硬化患者的肠道菌群进行检测发现，与前三组相比，肝硬化患者肠道中肠球菌属与肠杆菌属两种机会性致病菌的数目显著增加，而拟杆菌-普雷沃菌属、双歧杆菌属、普拉梭菌属、乳酸菌属等肠道共生菌的数量显著减少。此外，Wei等[16-17]采用宏代谢组学的方法，对乙肝肝硬化患者的肠道菌群结构变化和功能代谢变化进行了更进一步的分析发现，首先在菌群结构方面，与健康组比较，乙肝肝硬化患者的肠道内含有较低水平的拟杆菌科，而含有较高水平的肠杆菌科、韦荣球菌科、链球菌科；其次在功能代谢方面，与健康组比较，乙肝肝硬化患者肠道菌群富集执行物质(主要是氨基酸和碳水化合物)转运与代谢功能相关的基因和蛋白，说明肝硬化状态下肠道菌群的代谢活性增加，这与Chen等[18]的研究结果相同。这是由于肝硬化时肠道微环境发生改变，肠道内细菌的生长受到抑制，在这种不利条件下，造成一部分肠道细菌对物质转运和代谢的作用加强，形成更为广泛的代谢途径。此外，Wei等[16]还发现，与健康组比较，乙肝肝硬化患者中存在着明显的胆汁酸代谢障碍。众所周知，胆汁酸代谢与肠道菌群之间存在着相互作用、相互影响的关系。一方面，输送到肠道中的初级胆汁酸，只有在肠道乳杆菌、双歧杆菌、乳酸菌等产生的胆盐水解酶的解离和脱羟基作用下，才能形成次级胆汁酸，进而被肝脏重吸收[19]；另一方面，经脱羟基作用产生的次级胆酸(主要是脱氧胆酸)还可通过增强肠黏膜屏障功能，抑制有害菌的粘附和定植来维持肠道固有菌群的稳定性。乙肝肝硬化由于肠道微生物群的紊乱导致胆汁酸解离和脱羟基作用减弱，进而出现胆汁酸代谢紊乱。乙肝肝硬化患者所存在的肠道微生物群在数量、结构、功能上的改变，同时也提示我们可通过重塑肠道微生物群来对原发疾病进行干预。当前的几项随机对照试验对益生菌治疗轻微型肝性脑病患者的疗效进行评估发现，与安慰剂组相比，益生菌治疗能显著降低血清内毒素及氨水平，改善轻微认知障碍[20-22]。另也有研究提出肠道菌群失调参与了自发性细菌性腹膜炎的形成[23]。由此可见，肠道菌群失调不但参与了肝硬化的形成，还促进了相关并发症的发生。

3.3 肠道微生态失调与HBV相关性HCC(HBV related HCC，B-HCC)如前所述，肠道微生物群失调在不同程度上参与了慢性HBV感染、慢性乙型肝炎、乙肝肝硬化的发生、发展。而B-HCC作为HBV相关肝病的终末阶段也必然与肠道菌群的紊乱有密切关系[24-25]。但目前关于B-HCC患者的肠道微生物群特征的研究目前甚少。Ren等[26]研究发现，与健康组相比，早期HCC患者肠道内瘤胃球菌属、粪杆菌属、粪球菌属等产丁酸盐细菌减少，而产脂多糖的克雷伯菌属和嗜血杆菌属却增多，这与Zhang等[24]的研究一致。丁酸盐被认为是肠黏膜的主要能量来源，可通过上调肠上皮紧密连接蛋白及下调TNF-α、NF-κB等炎症因子的表达来维护肠黏膜屏障[27]，因而产丁酸盐细菌数量的减少，使得肠黏膜屏障遭到破坏，促进HCC的形成。与此同时，HCC患者体内高水平的脂多糖可通过激活NF-κB信号通路，产生大量炎症因子，如TNF-α、IL-6、IL-1，导致肝脏炎症和氧化损伤，进而加重HCC的进展[28]。Liu等[29]将所有的HCC患者进一步细分为B-HCC组和非HBV/HCV相关性肝癌(non-HBV/non-HCV related HCC，NBNC-HCC)组，发现B-HCC组患者肠道内发挥抗炎作用的产丁酸盐细菌增多，而起促炎作用的脂多糖产生菌则减少，而NBNC-HCC组刚好相反。进一步对菌群的代谢功能进行分析发现，B-HCC组与分子伴侣及折叠催化相关的基因相对丰度更高，因而推测肠道中某些过度生长的细菌可能具有促进HBV复制的作用。综上，肠道菌群在不同病因所致的HCC患者中的改变是不同的，因而在促进HCC发生、发展过程中起的作用也是不同的。这更加提示我们进一步研究肠道不同菌群在疾病(如HCC)发生发展中所起的作用，进而有针对性地补充或抑制这类菌群，才能更好地对疾病起辅助治疗作用。

4 总结与展望

目前，普遍认为肠道菌群失调是HBV-慢性乙型肝炎-HCC“发展三部曲”中重要的催化剂，参与并促进了HBV相关肝病的发生和发展，但在HBV感染所致的各个疾病阶段，肠道微生物群的结构和功能的改变目前尚未明确，但随着宏基因组学和宏蛋白质组学研究方法的开展，使我们更好地观察并了解微生物世界的同时，也使得先前隐藏于微环境中的肠道微生物群的物种多样性和功能多样性的奥秘逐渐被揭开，希望在未来，通过这些技术我们可以更好、更清楚地了解肠道微生物与HBV相关肝病的关系，从而为这些疾病的治疗提供更好的辅助治疗手段。