肠道菌群与肝性脑病的关系

秦子文，刘晶涛，范晓红，孟 彤

1.山西医科大学第二临床医学院，山西 太原 030001; 2.山西医科大学第二医院消化科

肝性脑病(hepatic encephalopathy，HE)是一种由于急、慢性肝功能严重障碍或各种门静脉-体循环分流异常所致的，以代谢紊乱为基础的，轻重程度不同的神经精神异常综合征[1]。我国HE发生率为10%～50%，39.9%的住院肝硬化患者存在轻微型肝性脑病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)[1]。正常肠道菌群是人体的一道天然屏障，对维持机体健康起着重要作用。肠道菌群失调一方面可以使肠黏膜屏障受损，另一方面还使肠源性毒物产生增多并通过受损的肠道屏障大量进入门静脉系统，通过多种机制影响神经系统，引起HE[2]。HE的预后很差，1年生存率为50%左右，3年生存率为25%左右[3]。目前对于肠道菌群与HE关系的研究较少，本文通过总结肠道菌群基本情况，菌群失调与肝脏疾病的关系，肠道菌群影响HE的机制，基于肠道菌群治疗HE的方法，以期为HE的预防治疗的进步提供参考。

1 肠道菌群概述

人体肠道是菌群生存的主要场所，通常情况下，肠道菌群数量相对固定，为1012～1014个，是人体自身细胞数目的10倍，肠道细菌可分为原籍菌、共生菌、过路菌，种类大多为类杆菌、优杆菌、消化球菌、双歧杆菌等专性厌氧菌，约占肠道总菌量的99%[4-5]。正常情况下，成人的肠道菌群处于相对稳定的状态，它具有刺激肠蠕动，维持肠道生物屏障的稳定，增强机体免疫等功能。但肠道菌群的数量和结构并不是一成不变的，它会受到各种因素的影响，如饮食结构、环境因素、疾病状态[6]。目前，肠道菌群在疾病的预防、治疗、新药的研究等领域有着越来越重要的作用，被称为人体的“第二基因组”，而肠道菌群与HE发生之间的密切联系也被越来越多的学者认可，更进一步地深入研究十分有必要。

2 菌群失调与肝脏疾病

肝脏和肠道起源于同一胚层，有着很多解剖和功能上的联系，肠道的静脉血主要由门静脉收集，门静脉供应肝血流的70%以上，它将肠道产物传递给肝脏[7]。所以肠道菌群失调与许多肝脏疾病相关，如非酒精性脂肪性肝病、肝硬化、肝衰竭患者的肠道内不同种类细菌的丰度较正常人群发生了明显的改变[8]。有研究[9]证实，肝硬化患者中肠杆菌和肠球菌的比例明显增加，双歧杆菌属和肠杆菌科的比例下降。Marshall于1998年提出了肠-肝轴的概念，肝脏和肠道通过肠-肝轴紧密联系在一起，当发生肝硬化等肝脏病变时，因门静脉高压，肠壁充血水肿，肠黏膜屏障功能受损，肠壁局部抵抗力下降等因素，肠道自主清除能力下降，过路菌粘附增多，致病菌大量繁殖，使得肠道微生态失衡[7]。而肠道微生态失衡又引起肠源性毒素的产生增多，通过受损的肠道屏障进入肠肝循环，进一步加重了肝脏的病变，最终影响肝病患者的预后。由此可见，肠道菌群失调与肝脏疾病的发生和恶化关系紧密，且二者可形成恶性循环，借助不同方式调节肠道菌群可改善或终止恶性循环，是治疗与肝脏病变相关疾病的一种有效方法。

3 肠道菌群影响HE的机制

HE发生的具体机制仍不明确，世界各国学者先后提出数种假说，如氨中毒学说、氨基酸失衡学说、假性神经递质学说、γ氨基丁酸(GABA)增多学说、锰中毒学说等，其中“氨中毒学说”是被广泛接受用以解释HE发病机制的学说[10]。肠道细菌活性与种类改变，肠道菌群移位，肠道细菌免疫介导反应等可通过影响氨的产生和代谢，诱导产生炎性因子的机制影响肝脏和神经系统，诱发HE。

3.1 血氨浓度升高有研究[11]表明，HE患者肠道中原生菌群减少而致病菌群增多，双歧杆菌等厌氧菌减少，革兰氏阴性菌(肠杆菌科、类杆菌科)趁机大量繁殖。革兰氏阴性菌的大量繁殖使肠腔内的尿素分解增加，导致肠源性产氨的大量增加；双歧杆菌的明显减少使肠道内乳酸产量减少，肠腔内pH值升高，使氨随粪便排出的过程受阻[12]。加之此时肝脏对氨的清除减少以及血脑屏障的破坏，脂溶性的NH3大量弥散入血并透过血脑屏障。进入中枢神经系统的氨可以和谷氨酸结合，生成的谷氨酰胺会阻断谷氨酸能神经传导，破坏星形胶质细胞的功能；氨还能够破坏中枢神经系统内酶的活性与功能，导致血脑屏障系统进一步发生障碍，增加毒性物质的进入，引起中枢神经系统内细胞的死亡，最后发生神经系统性功能障碍，引起HE[13-14]。

星形胶质细胞是脑内分布最广泛的细胞，能维持血脑屏障的功能，调节细胞外微环境，影响神经兴奋性，在HE神经功能性障碍方面起重要作用。目前的证据提示氨中毒可介导星形胶质细胞肿胀，其可能机制有：(1)氨的代谢产物谷氨酰胺增多，细胞内渗透压升高；(2)氧化应激作用；(3)线粒体的通透性改变[15]。肠道来源的其他神经毒素，如短链脂肪酸、酚类物质、硫醇等也被证实在HE的发病过程中与血氨有协同效应，但具体机制目前仍不明确。

3.2 炎症因子的作用近年来有研究[16-17]发现，HE的发生与促炎细胞因子TNF-α、IL-6、IL-1、IL-12等的增多有关，而引起促炎因子增多的重要原因则是细菌移位。细菌移位是活菌从肠腔迁移到肠系膜淋巴结和其他肠外部位。正常情况下，由于肠道屏障的防御作用，大部分细菌难以发生移位，而当肠道菌群失调时，肠道屏障被破坏，肠黏膜细胞之间紧密连接下降、通透性增加[18]。此时，大量细菌产物通过门脉系统到达肝脏，接着可以通过模式识别受体(pattern recognition receptors，PRRs)激活免疫细胞，如膜结合的Toll样受体(Toll like receptor，TLR)和细胞质核苷酸结合的寡聚化结构域样受体(nucleotide-binding domain leucine-rich repeats，NLRs)，TLR4又通过共受体途径激活了对脂多糖的天然免疫，诱导促炎细胞因子如TNF-α、IL-6、IL-1的释放[19-20]。刘冀川[21]通过对HE患者进行血清炎性因子检测发现，肠道菌群的种类与血清炎性因子之间具有相关性。Agusti等[22]通过动物实验发现，通过对HE小鼠进行抗炎治疗，降低炎症因子的水平可改善小鼠的认知障碍，恢复运动协调。炎症因子导致HE的机制尚未完全明确，已有资料显示，TNF-α、IL-1等炎性因子可损伤脑血管内皮细胞而破坏血脑屏障，导致血脑屏障通透性升高，引起神经炎症和脑组织水肿，影响大脑功能，最终导致HE的发生[23]。总之，肠道菌群失调通过多种机制导致炎性因子水平升高，增多的炎性因子会破坏神经系统，引起或加重HE。

4 基于肠道菌群治疗HE的方法

肠道微生物区系改变在HE的发病、预后中起作用，大多数治疗方案集中在调节这些微生物种类和数量的变化，达到消除诱因、减少肠内毒物的生成和吸收，促进氨的代谢，抑制肠源性内毒素生成的疗效[24-25]。目前调节微生物的治疗方法主要有微生态制剂、抗菌药物、粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)等。

4.1 微生态制剂微生态制剂主要包括益生菌、益生元、合生元。微生态制剂可以改变肠道菌群，并通过以下3种机制影响健康：直接抗菌作用，增强黏膜屏障完整性，免疫调节，从而影响肠道菌群代谢产物的形成。有研究[26-27]显示，相较于单纯给予保肝、补充白蛋白常规治疗的HE患者，给予微生态制剂治疗的HE患者内毒素、血氨、促炎细胞因子水平明显下降，有利于HE患者症状的改善和预后。目前，微生态制剂还与其他治疗方法如果乳糖、莫沙必利联合使用治疗HE，其效果优于单纯的微生态制剂治疗[28-29]。总之，微生态制剂可以调节肠道菌群，增加益生菌的比例，增强肠黏膜的完整性，降低促炎细胞因子、血氨、内毒素的水平，从而改善HE的症状及抑制MHE向显性肝性脑病(overt hepatic encephalopathy，OHE)进展。但国外学者[30]发现，益生菌可能对免疫抑制或受损的患者有潜在的危害，因此，这类HE患者应慎用微生态制剂。

4.2 抗菌药物以往曾使用的新霉素、甲硝唑、万古霉素、巴龙霉素等抗菌药物治疗HE，但因不良反应及疗效不佳目前较少应用。利福昔明是利福霉素的衍生物，在肠道局部作用可有效抑制肠道产氨细菌，能够显著改善OHE且可以长期服用，其安全性和有效性已经得到证实[31]。有研究[32]表明，利福昔明可以通过减少促炎环境来改善免疫系统达到治疗和预防HE的效果。利福昔明对HE患者是一种有前途的、相对较新的治疗选择，并且已经在一些临床试验中被证明至少与常规治疗药物有同样疗效，且口服后利福昔明被吸收的不到1%，不良反应小，与乳果糖、微生态制剂联用治疗和预防HE的效果显著[33-34]，值得进一步研究推广。

4.3 FMTFMT是指将粪便悬浮液从健康个体输入患者肠道来调节肠道微生物群以治愈特定疾病。肠道菌群紊乱与HE的发生密切相关。FMT可调节肠道菌群组成，抑制病原体生长，增强肠黏膜免疫功能等，目前已有实验在小鼠模型上证实了FMT对多发性硬化症有治疗作用，但其在肝病方面的报道相对较少[35-36]。有学者[37]通过研究大鼠发现，FMT对HE大鼠有保护作用，可显著降低其肝脏TLR4、TLR9、促炎介质的表达水平，并且还可以增加紧密连接蛋白Claudin-1、Claudin-6、Occludin在大鼠肠组织中的表达，最后降低血氨及改善肠黏膜屏障功能和认知障碍。FMT的确切机制现在尚不明确，由于其原料易得、成本低的特点，目前对于FMT的研究日益增多，日后可能成为治疗HE的重要手段。

5 总结

HE的发生是众多因素共同作用的结果。“氨中毒学说”仍然处于多种学说的中心地位，并通过肝损伤与其他各学说相互联系。肝脏和肠道在解剖学上有着密切的联系，肠道菌群的失调与许多肝脏疾病的发生相互促进，成为恶性循环。肠道菌群失调时通过产生大量尿素酶、改变肠腔pH、细菌移位等机制增加氨的产生，减少氨的正常代谢，诱导产生大量的炎性因子，最终破坏血脑屏障和神经组织，引起或加重HE。以肠道为中心，通过调节肠道菌群来治疗和预防HE的方法得到越来越多的认可。HE患者肠道菌群的功能结构及二者之间的联系，对HE机制的阐明以及临床治疗预防HE有着重要意义，仍有待进一步研究。