失代偿期肝硬化与肠道微生态的研究现状

杨佳 陈平

肝硬化是多种慢性肝病的终末表现，从代偿期逐步向失代偿期进展的过程中会出现各种复杂并发症，影响患者生活质量及预后。研究显示，代偿期肝硬化到失代偿期肝硬化的年进展率约为3%[1]，5年死亡率为85%[2]。在现有医疗水平下，唯一可靠的延长失代偿期肝硬化患者生命的治疗方式是肝移植，但由于捐献肝脏短缺、相关费用较高以及手术操作复杂等因素大大限制了其应用，失代偿期肝硬化进展的影响因素以及相关并发症的病因及治疗措施等成为临床研究热点。由于肝脏和肠道有着相同的胚胎起源，近年来，人们越来越关注肠道微生态与肝脏疾病的关系，随着对“肠-肝轴”的深入认识，结合肠道微生态学的研究进展，越来越多的临床证据表明，失代偿期肝硬化多种并发症的发生发展与肠道微生态失衡有关。分析和研究“肠-肝轴”对于进一步了解失代偿期肝硬化的发病机制、完善防治措施具有重要意义。现对微生物群在失代偿期肝硬化并发症中的作用及其在防治肝硬化方面的研究现状进行分析总结。

1 “肝-肠”轴在肠道微生态与肝硬化中的作用

Marshall在1998年基于肠道微生态系统和肝肠循环提出“肠-肝轴”理论，这一术语强调了两个器官之间密切的解剖和功能关系，肝脏位于肠道附近，通过门静脉接收其75%的血液供应。肝脏作为人体的解毒器官，长期暴露于机体消化和吸收的产物以及脂多糖（LPS）等细菌成分中。生理情况下，该轴可以通过多种机制维持肝肠代谢平衡，避免宿主遭受肠道潜在有害和有毒物质的侵害。对于肠道而言，肠道菌群之间的竞争可以刺激胃肠道免疫系统，从而减少病原体，自身的肠黏膜屏障可以阻止大多病原体进入肝脏。另一方面，肝脏自身免疫系统保持对无害刺激的耐受及针对有害刺激进行识别，阻止病原体进入机体循环，此外，肝脏分泌的胆汁酸作为信号分子，可以调节肠道微生态，抑制细菌生长。最重要的是，作为一个有机整体，自身免疫系统调节体内免疫反应，保证机体不受病原体侵害，而肠道微生物的代谢产物与宿主免疫系统之间的相互作用值得进一步研究。在这种依靠多方面维持的平衡中，一旦某一环节出现问题，这种平衡将会被打破，当肠道微生态失衡时，来源于肠道的细菌及内毒素就会转向肝脏，结合肝脏细胞表面Toll样受体（TLRs）和核苷酸结合寡聚化结构域样受体激活肝脏固有免疫，通过各种信号通路激活炎症反应，最终造成肝脏损伤，而反之，肝脏细胞功能受损后，肝脏巨噬细胞吞噬功能下降及胆汁酸分泌减少又反过来影响肠道微生态，形成恶性循环，最终导致肝肠及肝肠外相关疾病。

2 肝硬化相关并发症与肠道微生态

肝硬化患者的肠道微生态改变，往往伴随肠道屏障功能受损、病理性细菌移位和“免疫衰竭”。通过破坏的肠道屏障到达肝脏的细菌成分和毒素（定义为内毒素血症）会加速已经存在的肝损伤并增加全身炎症反应。然后，这些过程可能会诱发和促进门静脉高压症和其他肝硬化并发症。

2.1 自发性细菌性腹膜炎自发性细菌性腹膜炎（SBP）是肝硬化失代偿期的严重并发症之一，严重威胁患者生命，早发现、早治疗会明显降低患者死亡率。对于肝硬化患者而言，超过60%的SBP发作由革兰氏阴性肠道杆菌引起，大肠埃希菌最常见，而其发生机制被认为是细菌移位（BT）的后果。生理情况下，肠道细菌及其产物由于多种机制制衡不会对机体造成不利影响，但是当平衡被打破后，这些细菌及其代谢产物将从肠内迁移到肠系膜淋巴结和其他肠道外部位，即BT或是微生物移位。小肠细菌过度生长（SIBO）、肠道运输延迟、肠道通透性改变和免疫功能障碍会促进BT并最终促进SBP[3]。其中，SIBO发挥的作用极为重要，与肝硬化患者肠道转运时间延长明显相关，通常情况下，与结肠相比，小肠微生物密度更低，但在肝硬化患者中，结肠细菌在小肠的定植过程增加。而定量宏基因组学分析表明，SIBO中的一些细菌是口腔菌株。

对于微生态制剂在肝硬化SBP中的应用，中国消化道微生态调节剂临床应用共识（2016版）推荐使用地衣芽孢杆菌、双歧杆菌、乳杆菌等益生菌作为辅助治疗。但有研究表明，在对肝硬化SBP患者使用益生菌时可能会伴有一定的风险。由于可能的移位，摄入益生菌的肝硬化患者可能会增加乳酸杆菌引起腹膜炎[4]。因此益生菌在肝硬化SBP患者中的安全性和有效性需进一步研究来确定。对于经验性抗生素治疗未改善的患者，临床医生还应高度怀疑与乳酸杆菌相关的SBP，对于此类SBP的治疗方案还需进行相关研究。

2.2 肝性脑病（HE）HE又称肝昏迷，是一种与急性或慢性肝病相关的严重神经精神疾病，发病率、病死率高，严重影响患者预后和生活质量。目前为止其发病机制尚无定论，但一些机制已得到共识，包括神经毒素产生增加、神经传递受损、全身炎症、血脑屏障改变和能量代谢改变。同时普遍认为HE发病的关键驱动因素源于肠道菌群产生的氨。SIBO、肠道菌群失调被认为与肝硬化及其并发症（包括HE）显著相关，一项前瞻性队列研究表明肝功能与产生氢的SIBO（H-SIBO）密切相关[5]，而没有学者曾提出的产生甲烷的SIBO（M-SIBO）。Sung等[6]发现肠道菌群多样性在HE发病期间下降，在恢复期部分恢复，表明肠道菌群多样性的变化参与了HE的发病。还有研究表明肠道菌群的代谢变化与HE的发病机制有关，与芳香族氨基酸、色氨酸、脂多糖和支链氨基酸合成相关的代谢途径以及与尿素循环相关的代谢途径在HE患者中增加，在非HE患者中稳定或减少[7]。

目前，关于HE的预防及治疗措施尚存在争议，主要包括增加能量-蛋白质摄入，增加膳食纤维、益生菌，使用L-鸟氨酸-L-天冬氨酸（LOLA）、不可吸收的二糖（乳果糖）、不可吸收的抗生素（利福昔明）等方式。由于肝脏和肠道之间存在多种联系，越来越多的学者开始研究如何通过改善肠道微生态来辅助治疗肝性脑病。益生菌对于HE的有益影响已得到证实，其作用机制包括气体置换、病原菌黏附抑制、免疫应答调节以及通过纤维发酵后结肠酸化进行的微生物群修饰[8]。不同变量益生菌治疗效果存在差异[9]，而确定益生菌的最佳治疗剂量及其治疗持续时间仍是目前研究的一个重点。此外，关于利福昔明治疗肝性脑病的研究表明，利福昔明在预防和治疗肝性脑病中似乎并未作为抗菌剂发挥作用，而是作为预防肝性脑病的肠道微生物群调节剂，给予利福昔明可以维持和功能性调节肝硬化患者肠道微生物群的整体组成和多样性[10]，从而减少有害细菌（如克雷伯氏菌、链球菌和梭状芽孢杆菌）的丰度，并增加益生菌（如双歧杆菌和拟杆菌属）的丰度。当肠道微生物群中的细菌丰度发生变化时，细菌代谢途径的活性也会相应地发生变化，这也为预防HE提供了可能。但长期预防性使用利福昔明对肝硬化患者肠道菌群耐药性的影响也值得深入研究，以避免耐药性增加。同时，粪便微生物群移植（FMT）治疗肠道及肠道外疾病也是近几年备受关注的焦点问题。一项研究表明FMT可用于治疗或管理肝硬化患者并发HE[11]。相较于单一或多个菌种的益生菌制剂而言，FMT具有菌群种类丰富、数量巨大等优点，更有利于恢复肠道菌群的正常功能，促进肠道微生态平衡。但当前对于FMT治疗肝病的临床研究尚处于起始阶段，其技术尚未完全成熟，粪菌制备工艺、质量保证、致病菌剔除、最佳输注粪菌数量、最佳输注途径、最佳治疗疗程等尚无统一标准，其安全性及有效性亟需大样本多中心RCT实验证实。

2.3 肝肾综合征（HRS）肾衰竭是肝硬化患者面临的严重问题，肝硬化患者死亡率随着肾功能恶化而增加，失代偿性肝肾衰竭最严重的并发症之一是HRS。在各种原因中，细菌感染是肝硬化相关并发症的主要病因，并且经常诱发肾功能衰竭，据报道其患病率约为34%[12]。在发生细菌感染后，病原体便会释放自身代谢毒物即内毒素，二者进入血液会引起相应的病理变化，称为内毒素血症。内毒素对肾脏的不利作用已在狗[13]、小鼠[14]和胆管结扎大鼠[15]等不同动物中得到证实。内毒素可能通过影响肾血流量、肾小球屏障、肾血管内皮、肾小管功能造成肾功能损害。给大鼠注射LPS后可以观察到肾脏皮质和髓质灌注下降，当采用一氧化氮合酶抑制剂NG甲基-L-精氨酸（L-NMWA）治疗时，大鼠肾功能随着菊糖清除率的增加而改善[16]。内毒素对肾血流量的影响可能是通过一氧化氮实现的。足细胞具有LPS受体，如TLR-4和CD14，因此认为LPS对肾小球屏障造成损害机制继发于炎症[17]。内毒素血症会造成炎症状态，导致释放TNF-α等细胞因子和氧化应激，这会损害足细胞，即鲍曼囊内在肾小球滤过中起作用的特化细胞。在给小鼠注射LPS后，其肾小球滤过率（GFR）降低了70%。然而，当这些小鼠用TNF可溶性受体p55（TNFsRp55）预处理时，GFR仅降低30%，肾血流量得以保留，证实了LPS诱导的TNF-α释放对肾小球完整性和功能的负面影响[18]。此外，肾血管内皮是一种动态结构，对水和其他生物分子保持半透膜，通过黏附分子介导白细胞渗出，调节血管张力和止血。许多分子，如细胞间黏附分子-1（ICAM-1）、血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）、TNF-α等在内毒素诱导的内皮损伤病理生理学中都有所体现[19]。通过LPS 注射诱发急性肾功能衰竭的大鼠ICAM-1和VCAM-1水平升高，其通过促进白细胞黏附到微血管内皮而促进炎症[20]。另一方面，内毒素血症也会导致血管张力增加，大鼠注射LPS导致A型肾内皮素受体（ETA）上调，ETA与血管平滑肌的收缩有关[21]。也有研究显示内毒素血症可上调近端肾小管中TLR4的表达，分泌TNF-α等促炎细胞因子直接对肾小管造成损害[22]。

2.4 肝肺综合征（HPS）研究显示，10%～30%出现呼吸困难或缺氧的肝硬化患者是因为HRS，这是由于肺血管床的血管扩张和血管生成，导致通气-灌注不匹配、氧交换扩散受限和动静脉分流[23]。Zhang等[24]研究中肺毛细血管增加和组织学变化表明HPS的进展和严重程度与肝硬化大鼠模型中的内毒素水平密切相关，认为内毒素通过丝裂原活化蛋白激酶信号转导途径刺激Kupper细胞导致TNF-α的过度产生可能是介导HPS病理改变的主要机制[25]。有病例报告表明，HPS患者可通过口服诺氟沙星来缓解缺氧[26]。研究人员推测，诺氟沙星进入人体后，减少了肝硬化患者血液中的内毒素及其伴随的一氧化氮产生。然而，为了减少内毒素血症，在HPS患者中使用诺氟沙星进行肠道净化的后续初步研究对气体交换无任何改善[23]。

2.5 原发性肝癌（HGC）HCC是常见的恶性肿瘤之一，发病率及死亡率一直居高不下。研究表明，微生物群和微生物激活途径与肝癌的发展有关[27]。一项关于肠道灭菌和无菌小鼠的实验显示HCC减少，证明肠道微生物群有助于小鼠模型HCC的发展，相反，在肠道屏障被破坏的小鼠中，用微生物衍生成分或代谢物治疗会导致肠道微生物衍生因子的全身循环增加，从而促进小鼠HCC的形成[28]。目前，特定的肠道微生物种类以及影响肝功能和疾病的确切代谢物已逐渐确定。同时，研究者也开始关注如何通过免疫检查点抑制剂（ICI）和肠道菌群进行联合治疗。据报道，肠道微生物群可以增强ICI的能力[29]。有研究在抗PD-1难治性转移性黑色素瘤患者中进行FMT，结果表明，用FMT进行ICI治疗与一些患者肿瘤微环境中免疫细胞浸润和基因表达谱的有利变化有关[30]。因此，肠道微生物可能与ICI联合用于治疗黑色素瘤以及其他类型的癌症，包括肝癌。此外，有研究报道了肝癌细胞的各种遗传改变，包括端粒酶逆转录酶的重新激活，以及许多其他参与细胞周期控制、氧化应激、染色质修饰的信号转导通路[31]，肠道微生物群与这些遗传致癌信号通路之间的关系可能是另一个待证实的促进肝癌进展的因素。

3 小结

肠道微生态在多个系统多种疾病的发生发展及诊疗过程中扮演着重要角色，其中，肠道微生态与肝脏之间的关系尤为紧密，因此，近年来研究者将调节肠道微生态作为切入点来进行肝病的防治。对微生物群在肝病中的作用进行更详细的纵向、大规模和深入研究分析十分必要。仍有许多因素会影响微生物群的研究结果，如人口统计学（地理区域、性别和饮食）、病因、药物、干预措施等，这些均为需要在未来研究中加以控制和考虑的因素。此外，需要对微生物群及其成分的作用进行更多的机制研究，以制定可以使患者受益而不会对肠道微生态系统产生负面影响的治疗策略。