内毒素血症影响慢性肝病的研究进展

蒋小铃 何毅怀 万典纬 刘霞 邱隆敏

遵义医科大学附属医院1感染科，2院感科（贵州遵义563000）

慢性肝脏疾病在我国比较常见，2020年我国慢性肝脏疾病总人数超过4.47 亿（包括肝炎病毒感染、酒精性肝病、代谢相关脂肪性肝病、药物性肝损害等），进展为终末期肝病常见，严重影响了国民身体健康及社会经济的发展［1］。内毒素（endotoxin）主要存在于革兰氏阴性杆菌细胞壁的外膜，其主要毒性效应成分为脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）。菌群过度生长、繁殖、死亡，可以释放出内毒素。慢性肝病的患者可出现肠道菌群生态失调、小肠细菌过度生长（small intestinal overgrowth，SIBO）、肠道屏障的破坏、全身免疫功能障碍，引起细菌易位（bacterial translocation，BT）和内毒素摄取增加，导致疾病的发生［2］。内毒素进入血液循环引起机体发生病理改变时，称为内毒素血症（endotoxemia）。内毒素血症是肝病进展的重要危险因素之一，肠道屏障的破坏可促进肠道细菌生态失调，并增加从门静脉进入肝脏的内毒素量，可引起持续的慢性炎症和进行性的肝损伤；而在肝脏因素方面，低剂量的内毒素可诱发肝损伤，这在健康个体中不会发生。

1 内毒素的生物活性

脂多糖是革兰氏阴性菌的主要毒力因子之一，由三个不同的结构域组成：脂质A、核心多糖、O 抗原。脂质A 是脂多糖的疏水结构域，能将脂多糖锚定在细胞膜上，也是人类先天免疫系统识别的主要脂多糖表位。因此，脂质A 是脂多糖中最具免疫活性的成分。脂多糖首先与脂多糖结合蛋白（lipopolysaccharide binding protein，LBP）结合，后结合至其受体CD4，经与Toll 样受体4（Toll like receptor 4，TLR-4）、髓样分化因子2（myeloid differentiation factor 2，MD-2）复合物相互作用，以及与Toll 白细胞介素1 受体（Toll like receptor，TIR）域包含的接头诱导的干扰素-β，激活下游信号，刺激细胞因子和趋化因子释放并上调炎症因子，可引起机体产生一系列病理生理改变，如刺激白细胞产生致热源引起发热反应，激活单核-吞噬系统产生炎性介质引起炎症反应等，直接或间接损伤肝细胞［3］。

2 内毒素在体内的代谢过程

内毒素在正常体内代谢过程主要有：（1）来源：①外源性：如服用含有细菌的药物、食物等；②内源性：肠道屏障功能的破坏致内毒素被吸收进入血液循环；某些感染性疾病如败血症；有效的抗感染治疗后细菌坏死、崩解。（2）分布：脂多糖大多分布在肝脏和脾脏。（3）清除：机体可通过多种机制去除脂多糖，脂多糖的清除速度主要决定于脂多糖的类型及聚集程度，如：LBP 与脂多糖结合并将脂多糖转移至高密度脂蛋白上，中和了脂多糖，减少了激活TLR-4 分子的几率［4-5］；降解脂质A 部分以降低其活性酶；或直接被肝脏和脾脏摄取后灭活。此外，脂多糖还通过与血清脂蛋白、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白和乳糜微粒、载脂蛋白apoE 和apoA-I 等脂蛋白结合，并被送至肝细胞、Kupffer 细胞或肝窦内皮细胞，导致脂多糖的清除，而没有显著的炎症细胞激活［6］。（4）降解：脂多糖降解的主要场所是肝脏。（5）排泄：降解后的脂多糖可经过肠道、胆道、肾排出。

3 肠源性内毒素血症的形成机制

人类肠道内含有多种微生物群落，肠道与微生物群具有共生关系，它们在与宿主的共生关系中促进新陈代谢和消化，肠道微生物群有助于消化、合成维生素和抵抗病原体在肠道的定植，但也包含潜在的致病细菌，在生长代谢的过程中可产生少量的内毒素，此时肠道黏膜中的嗜中性粒细胞、巨噬细胞等细胞可通过非特异性识别和清除细菌及细菌产物（主要为内毒素），因此由肠道进入血液循环的内毒素则减少［7］，加上肝脏是机体最大的“解毒工厂”，具有强大的解毒作用，Kupffer 细胞会进一步吞噬及清除脂多糖，因而脂多糖不会对机体产生损害，甚至部分研究发现少量的脂多糖对机体固有免疫功能的维持具有积极作用。但当机体因内源性或外源性因素导致肠道菌群失衡或肠黏膜屏障功能受损，肠道吸收入血的内毒素明显增加，形成了肠源性内毒素血症（intestinal endotoxemia，IETM）。IETM 的形成机制包括以下几方面。

3.1 肠道细菌过度生长 人类肠道中定植了1 013～1 014 种细菌，主要以厌氧菌为主（大部分为拟杆菌和厚壁菌）。肠道菌群通过分泌生物活性代谢物参与宿主的代谢，当机体处于正常生理状态时，肠道菌群与机体保持动态平衡。肝脏是第一个通过门静脉血暴露于肠道微生物代谢物的器官。因此，肠道微生物群落在肝脏稳态中起着至关重要的作用，肠道微生物生态学中的生态失调可以产生对肝脏具有直接影响的微生物代谢物和成分［8］，同样，肝脏也可通过初级胆汁酸影响肠道微生物生态学。慢性肝病患者的肠道菌群失调，容易导致SIBO 的发生［9］，肠道菌群与机体保持动态平衡被破坏，肠道屏障的通透性增加，这促进了细菌与细菌产物尤其是脂多糖的吸收；且慢性肝病患者的肠道运动功能减退，也可导致SIBO，从而引发IETM。

3.2 胆汁酸分泌障碍 胆汁酸介导膳食脂质的吸收，可通过法尼醇X 受体诱导的抗菌肽（如血管生成素1 与RNase 家族成员）产生直接的抗菌作用，可防止细菌过度生长并促进肠上皮的完整性。胆汁酸及其盐类还可使内毒素分子分解成无毒的亚单位或被聚合成胶态分子，其还有一定的抑菌及调节肠道pH 的功能。肝病患者肝脏胆汁酸分泌、排泄障碍，肠道抑菌及调节pH 功能随之减退，肠道内毒素产生增多、清除能力减退。胆汁淤积时血中胆盐使肠黏膜屏障功能受损，增加内毒素的吸收；胆汁酸水平过高还可抑制Kupffer 细胞对内毒素的摄取与清除［10］。

3.3 免疫功能低下 肝脏是清除各种细胞因子（如白介素-1、白介素-6 等）的重要部位，慢性肝病患者细胞免疫和体液免疫功能均有明显下降，中性粒细胞是抵御细菌感染的第一道防线，慢性肝病患者的中性粒细胞的吞噬活性降低，这会导致外周血中细胞因子的持续增高，引起炎症反应［11］。而内毒素的吸收及细菌易位的增多会导致炎症因子持续升高。除此以外，单核细胞功能受损、肝内巨噬细胞吞噬能力不足、持续暴露于细菌产物（主要是内毒素）、降低的补体水平（主要为C3），也可削弱机体识别和杀灭细菌的能力，使促炎因子的激增［12］，但这些炎症因子却无法与抗炎因子平衡，使得IETM 进一步发展。

3.4 肠道屏障的破坏 肠上皮是管腔共生和致病微生物群落与黏膜免疫系统之间的物理和生化性屏障。肠道屏障有防止病原微生物和有毒的物质进入门静脉系统；调节营养物质、电解质和水从管腔进入循环的作用［13］。TANG 等［14］使用调节慢性乙醇处理的小鼠的mRNA 和肠道紧密连接蛋白的蛋白表达降低，肠道通透性和内毒素血症增加；GUO 等［15］研究表明，广谱抗生素对肠道微生物群的消耗会损害肠道屏障功能，增加肠道通透性，并促进共生细菌从肠道到肝脏的易位，导致肝脏中T 细胞反应的抑制和乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染的延长；肝硬化形成的门脉高压、肠道微生物群的改变、炎症和氧化应激导致肠道屏障的破坏［16］和细菌易位。而肠道屏障损伤造成的细菌易位以及内毒素进入血液循环形成的IETM 可引起炎症反应，从而引起或加重肝脏损伤。

3.5 肝脏不能有效清除内毒素 肝脏是清除内毒素的主要器官，肝细胞是参与内毒素摄取的主要细胞类型，慢性肝病患者由于门静脉压力增高导致门-体分流，肠道内毒素经吸收后入血，未流经肝脏被灭活，而是直接进入体循环；另一方面，门脉高压时，肝脏回流的淋巴液增加，内毒素也可通过腹腔-胸导管直接进入体循环，导致IETM。

4 代谢性内毒素血症的形成机制

CANI等［17］报道，连续4周高脂肪饮食喂养的小鼠血清脂多糖水平与连续注入脂多糖以引导小鼠产生代谢性内毒素血症的脂多糖血清水平相似，饮食引起的代谢性内毒素血症（metabolic endotoxemia）会导致低度炎症状态，是代谢相关脂肪性肝病（metabolic associated fatty liver disease，MAFLD）进展的触发因素。

4.1 高脂饮食改变肠道微生态 如前所述，肠上皮作为机体的一道有效屏障，可防止病原体和有毒物质进入血循环，而长期的饮食结构改变（如高脂饮食）可以促进革兰氏阴性杆菌的生长，增加硬壁菌门和拟杆菌门占细菌总数的比例［18］。MAFLD患者中约半数患者出现在小肠内细菌生长过度。

4.2 代谢相关脂肪性肝病破坏肠道屏障的完整性 肠上皮细胞的紧密连接由occludin、caudins 及连接黏附分子等组成的复合体，是肠黏膜完整性和通透性维持的主要组成部分。肥胖和糖尿病还可改变肠上皮结构，特别是肠道近端和远端的黏膜上皮，降低紧密连接相关蛋白的表达，可增加脂多糖对肠黏膜的粘附，增加细菌或脂多糖的易位的几率，脂多糖进入循环后，通过与TLR-4 和细胞表面糖蛋白14（cluster of differentiation 14，CD14）结合，持续产生炎症因子，引起全身炎症反应；脂多糖也可被肠细胞吸收到带有乳糜微粒的循环中，并通过淋巴液输送到肝脏中［19］。

4.3 高脂饮食减少胃肠激素分泌 肠道是人体最大的内分泌器官，分泌长激素释放多肽（ghrelin）、胰高血糖素样肽（GLP-1、GLP-2）、肽YY（PYY）、胃泌酸调节素（OXM）等胃肠道激素［20-21］，调节机体能量代谢。

5 内毒素损伤肝细胞的机制

5.1 肠道屏障破坏与菌群失调 当机体处于正常生理状态下，到达门静脉的少量内毒素，可经由肝脏中的Kupffer 细胞所吞噬，肝细胞可不发生损伤，这得益于肠道-肝脏的调节轴。正常情况下，肠道屏障是机体接触外源性物质的第一道屏障，而对于逃逸第一道屏障的外源性物质（如内毒素、各种抗原或炎症因子），则会被肝脏构成的第二道屏障所拦截，即Kupffer 细胞，形成肠-肝轴。肠-肝轴的相互调控作用是通过门静脉系统的血液循环（直接将肠源性产物运输至肝）和肝脏的反馈通路（胆汁和抗体通过肝脏运输至肠）建立的［22］。肠道屏障是由肠道黏膜和血管内皮组成的解剖和功能结构，肠相关淋巴组织构建了一个具有防御性和耐受性的局部免疫环境，肝脏作为与肠淋巴组织相关的一个器官，有助于免疫监视［23］。免疫系统是维持微生物群与宿主共生关系的桥梁，肠道微生物对宿主免疫系统有一定的调节作用，而免疫系统对肠道微生物的组成有反向影响。ZHENG 等［24］发现，在慢性乙型肝炎患者中，肠道微生物群发生了变化，双歧杆菌（优势菌群）的比例逐渐降低，表明肠道微生物群的改变与乙型肝炎患者的疾病进展有关；LLOPIS 等［25］使用组织学评分系统（酒精性肝炎评分）来确定酒精性肝炎的严重程度，并且还确定了链球菌以及双歧杆菌和肠杆菌在重症患者中的过量生长：链球菌和肠杆菌的数量均与酒精性肝炎评分呈正相关，肠杆菌的数量也与血清胆红素水平呈正相关；BAJAJ 等［26］给予酒精性肝病患者口服利福昔明后发现革兰阴性杆菌韦荣球菌的数量较未服用利福昔明组少，因此表明，当肠道有益菌群减少时，不仅失去了对抗致病菌感染的能力，还可以导致条件致病菌数量明显上升，在新的失调条件下，微生物群的改变可通过产生机会感染导致致病倾向，损害了局部免疫反应。菌群失调造成肠道内毒素增加，进入门静脉的内毒素也因此增加，肝脏持续暴露于过量的抗原刺激中，进一步引起或加重损伤。肠道屏障的破坏导致周围的细菌和细菌产物易位的增加，进一步增加了内毒素进入门静脉过量产生的可能，这些分子可以通过TLR 配体影响Kupffer 细胞的表型，进一步刺激Kupffer 细胞的产生炎性介质，引起肝脏损伤。

5.2 脂多糖通过信号转导损伤肝细胞 小剂量内毒素对肝脏免疫作用表现为激活，大剂量则表现为免疫抑制，Kupffer 细胞的分泌功能增强，释放大量炎性介质，造成对肝细胞的“二次打击”［27］。TLR-4 属于入侵病原体诱导促炎反应的TLR 家族，内毒素通过脂多糖激活TLR-4 触发炎症信号级联，主要有两个途径：一是CD14 分子依赖途径：脂多糖与LBP 结合，形成与Kupffer 细胞表面的CD14 结合的可溶性复合物，激活TLR-4，导致炎症细胞因子产生；二是CD14 非依赖途径：脂多糖还可与脂蛋白结合，然后被转运至肝脏，其中介是sCD14，肝脏是sCD14的主要来源，其可接受脂多糖形成膜结合的CD14［28］。两种途径最终激活Kupffer细胞内信号转导系统，刺激炎症因子的合成与释放，如白介素、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等，从而激活循环中的炎症中性粒细胞［29］。

6 内毒素血症与肝脏疾病

6.1 内毒素血症与肝硬化 细菌感染是肝硬化患者病情进展的重要原因，而绝大多数感染是由肠道革兰氏阴性菌引起。在肝硬化中，门脉高压可促进BT 并增加血清内毒素水平，内毒素通过诱导全身和内脏血管舒张，并通过TNF-α 触发肝脏炎症反应，加重门脉高压［30］。血栓素（Thromboxane，TX）在纤维化门脉高压的发展中起着重要作用，并且Kupffer 细胞衍生的TXA2 能介导门脉循环的血管收缩作用的高反应性，早期纤维化的双重压力激活Kupffer 细胞［31］，从而增加释放TXA2，导致门静脉阻力增加并最终导致肝脏微循环功能障碍。

6.2 内毒素血症与酒精性肝病 肠道微生物群在宿主免疫反应方面发挥着重要作用，共生菌塑造了肠道黏膜的完整性，在长期大量饮酒的情况下，肠道内容物中的酒精与微生物的成分直接接触，对细菌的生长有直接和选择性的影响，会降低细菌多样性，直接或间接改变微生物群的组成，由肠道菌群产生的碳水化合物发酵产生内源性乙醇，酒精在肠道中的氧化则会导致乙醛浓度增加，这是乙醇代谢的第一个也是毒性最大的产物，可以改变肠道通透性与微生物群稳态，乙醛本身是乙醛代谢改变导致线粒体功能障碍从而使其累积的原因，它通过与氨基、羟基和巯基的相互作用于蛋白质和DNA 形成加和物直接损伤肝细胞［32］。另外，酒精诱导的脂多糖激活TLR-4 受体复合物导致下游激活核因子κ-β 通路并诱导促炎因子和趋化因子，可增加肠道通透性，从而放大酒精引起的初始肠道渗漏和肝脏疾病过程［33］。

6.3 内毒素血症与MAFLD MAFLD 是代谢综合征的肝脏表现，其特征是脂肪在肝脏中堆积。肠道来源的脂多糖通过门静脉进入肝脏，通过与细胞表面的TLR-4 复合物结合并随后诱导炎性细胞因子的产生来激活Kupffer 细胞，继而产生瀑布效应，释放氧自由基，损伤肝细胞［34］，这在MAFLD 的肝损伤中起着关键作用。另一方面，脂多糖还可激活巨噬细胞最终加剧肝脏脂肪变性，且TNF-α 能加剧肝细胞线粒体功能障碍病诱导线粒体释放细胞色素C，导致脂质过氧化，也可加剧肝损伤［35］。MAFLD 的动物模型中门静脉内内毒素水平较高，且肝脏病理随内毒素水平的升高而加重。但也有发现MAFLD 患者血清内毒素水平并不比正常人高，但微量内毒素可能对脂肪变性的肝脏造成损伤［36］。

6.4 内毒素血症与肝衰竭 BT、炎症和免疫紊乱在肝衰竭发病机制中起着重要作用，易位的脂多糖会诱导炎症因子的产生，如TNF-α，TNF-α 水平较低时，Kupffer 细胞可有效清除脂多糖，然而当全身脂多糖水平较高时，Kupffer 细胞不能有效清除脂多糖，肝衰竭患者发生感染、免疫紊乱和单核细胞功能障碍可能极大，当肝功能受损时，Kupffer 细胞功能受损和内毒素血症可引起持续的免疫激活、炎症和活性氧刺激，肝毒素（对肝脏有害的化学物质）水平持续升高，不仅可直接损伤肝细胞，还可释放到血液循环中引起全身免疫障碍，进一步加重肝损伤，甚至出现多器官功能衰竭［37］。

7 内毒素血症的防治

内毒素血症正在成为导致多种慢性疾病的重要促成因素，早期预警及治疗可有效阻止或缓解病情的加重。内毒素血症的治疗方式：（1）一般治疗：针对原发病或基础疾病进行治疗，如保护肝脏、降低酶学水平、纠正机体酸碱平衡失调及休克、营养支持、保护重要脏器等；（2）尽早及时的使用抗生素：细菌感染是慢性肝脏疾病进展到后期常见的并发症，因此，早期诊断和有效合理的使用抗生素是细菌感染改善和提高预后效果的重要原因，选用的抗生素的一般是选择肝毒性较小、主要针对革兰氏阴性细菌的抗生素，如头孢哌酮或喹诺酮类，具体疗效可根据抗感染结果进行调整；（3）微生态治疗：益生菌是非病原微生物，可以通过恢复正常微生物群来缓解肠道疾病，并为宿主提供整体健康益处。它可以选择性地保护肠道细菌（双歧杆菌和乳酸杆菌）的生长，增加人体对入侵病原体的天然抵抗［38］；（4）传统中药治疗：由于面临着抗生素耐药的挑战，传统中药治疗也可作为抗内毒素的一种治疗方式，常用的有大黄、丹参、四君子汤等，在慢性肝病并发感染时也可发挥一定的作用［39-40］；（5）其他治疗：肝移植是慢性肝脏疾病进展到终末期的唯一可证实的能延长患者生存期的治疗方式。近年来，新兴发展的人工体外肝脏支持系统（Artificial extracorporeal liver support system，ALSS）在治疗慢性肝脏疾病中有着重要作用，ALSS 已被发现是安全的，并已证明在改善生物化学、血液动力学及肝性脑病方面有一定的益处，它能去除水溶性和白蛋白结合毒素，以维持正常的血清化学，防止进一步的肝损伤，并为潜在的肝再生或肝恢复，以及过渡到肝移植创造环境［41］。

8 结论与展望

肠道菌群的失调及肠道屏障的损伤与内毒素血症相关，而内毒素与慢性肝病之间有着密切的联系，但它们之间是怎么促进或者是怎么相互影响目前并没有明确的结论。肠道微生物组、肠道屏障、内毒素和肝脏之间的关系研究需要进一步进行机制研究。对肠道和肝脏之间相互作用的研究说明，基础科学研究应该考虑身体所有部位之间的相互作用，而不是单个细胞或组织中的事件。随着技术进步，已经确定的影响因素也可以用作生物标志物，并开发功能测定，以便更及时地检测疾病和更准确的计算风险。