肠道菌群与肝脏疾病研究进展

马驰 杨涓 郑盛

人体肠道菌群数量庞大(1000～1150种),其中拟杆菌门和厚壁菌门数量最多(约占90%)。正常的肠道菌群参与机体的营养、消化、吸收、代谢、免疫、抗肿瘤等一系列生命活动,对维持机体健康起着关键作用。近年来,越来越多研究发现,肠道菌群与肝脏疾病(如病毒性肝炎、酒精性肝病、肝硬化、肝癌等)的发生与发展密切相关。病理状态下,各类因素使肠道平衡破坏,导致肠道菌群失调和肠道黏膜屏障破坏,肠道细菌及其代谢物通过肠-肝轴作用引发和加剧肝脏及肠道炎症,最终促成疾病的发生。本文就肠道菌群与肝脏疾病相关研究进展作一综述。

一、肠道菌群与肠-肝轴

肠-肝轴由肠道、肠道菌群和肝脏之间通过门静脉系统双向交流共同构成。肠道菌群及其代谢产物是肠-肝轴的重要参与者,正常的肠道菌群及完整的肠道屏障对维持肠-肝轴的免疫稳态至关重要。健康状态下,仅有少量食物抗原、细菌DNA及内毒素通过肠道黏膜屏障,经门静脉回流入肝脏,使肝脏免疫系统激活,将有害物质清除。同时,肠-肝轴通过肝脏合成和肠道生物转化双重调控维持胆汁酸代谢平衡,从而控制肠道菌群的过度生长,实现对机体脂质代谢、糖代谢和能量代谢。相关研究表明[1],胆汁酸的肠肝循环对于黏膜定植抵抗和局部、远处的免疫反应形成发挥着重要作用,对于组织生理学和癌变有着重要意义。而在病理状态下,肠道通透性的改变和菌群失调,通过肠-肝轴作用可导致肠道细菌过度生长、病理性细菌移位与内毒素血症发生,导致肝脏toll样受体激活,其通过诱导信号级联(如核因子-kappa b连接通路)和加速肿瘤坏死因子-α等细胞因子的分泌,触发机体炎症反应,引起慢性炎症,导致肝脏病变形成、纤维化进展、肝硬化和肝细胞癌发展[2]。

二、肠道菌群与病毒性肝炎

肝炎病毒是中国人群肝硬化和肝癌发生的主要病因,尤其是乙型肝炎病毒(HBV)。近年来,关于肠道菌群与肝炎病毒相关性肝病的研究备受关注。近期,Joo等[3]发现HBV可显著改变感染患者的肠道菌群,并且部分HBV感染患者的肠道菌群类别与HBV-DNA的载量相关,例如低病毒载量HBV感染者的肠道菌群以参与脂肪酸和脂质代谢的特定类群为主。Liu等[4]研究还发现,当合并ALT异常时,其导致的菌群失调可增加机体microRNA-192 (miR-192-5p)表达、降低胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)mRNA和蛋白质表达,从而增加患者糖尿病发病概率。而Wang等[5]发现,HBV相关的急性-慢性肝衰竭(HBV-ACLF)进展过程中,与健康组相比,HBV-ACLF组的球菌杆菌比明显升高,并且随着疾病的进展屎肠球菌的数量迅速增加。此外,他们还发现肠球菌丰度增高往往与HBV-ACLF进展相关,而普拉梭菌丰度增高与HBV-ACLF好转相关。

Sultan等[6]研究发现,新诊断的丙型肝炎病毒(HCV)感染患者肠道菌群与健康人群也存在明显差异,其粪便样本中普雷沃菌属、琥珀酸弧菌属、巨球型菌和瘤胃球菌科丰度明显增加,而肠杆菌科、丹毒丝菌科、拟杆菌属、小杆菌属、另枝菌属、嗜胆菌属链球菌和狄氏副拟杆菌丰度下降。相关研究[7]还发现,经抗病毒治疗的慢性丙型肝炎(CHC)患者肠道菌群特征与治疗前相比差异显著,治疗后患者肠道内普拉梭菌和杆菌丰度明显上升。此外,Inoue等[8]还发现,CHC患者肠道内共生梭状芽胞杆菌的减少可能通过肠道-微生物群-肝脏轴影响了胆汁酸代谢,导致肠道内去氧胆酸显著减少。

与HBV和HCV感染不同,肠道菌群与戊型肝炎病毒(HEV)的研究相对较少,但它们之间也存在明显关联。2022年,Wu等[9]通过对33例急性戊型肝炎(AHE)患者粪便样本进行16SrRNA基因测序发现,AHE患者肠道菌群特征与健康人群不同,其菌群以变形菌门、γ-变形菌纲、肠杆菌科为主,且γ-变形菌纲的丰度与血清丙氨酸转氨酶和总胆红素水平呈正相关,可以预测AHE严重程度。

三、肠道菌群与酒精性肝病

酒精诱导的菌群失调及炎症反应是酒精相关性肝病发病的核心。失调的菌群及其代谢物透过受损的黏膜屏障到达肝脏,激活先天免疫系统,并促进炎症,加速肝细胞死亡,同时导致纤维化反应。Kong等[10]发现酒精性脂肪性肝病(AFLD)患者粪便中拟杆菌门减少、厚壁菌门增加,并且这种菌群特征其极有可能是通过抑制Fmo5和PPARα共同表达来实现的,从而导致肝损伤、细胞凋亡和炎症反应。Litwinowicz等[11]发现,酒精性肝病(ALD)患者肠道内瘤胃球菌科、毛螺菌科和颤螺旋菌科等丁酸盐生产家族丰度明显下降,而能够产生内毒素的变形菌纲丰度却明显上升。Kim等[12]通过对24例重度酒精性肝炎(AH)患者粪便菌群研究发现,重度AH患者粪便中肠道和细胞外囊泡内杆菌、乳杆菌及韦荣球菌属明显增多,而克里斯滕森菌科及鳞状杆菌属明显减少,他们还发现经利福昔明治疗后,患者肠道菌群失调情况有所缓解。

相关研究发现,给予ALD小鼠模型罗氏菌属可有效恢复肠黏膜屏障,并调节肠道菌群[13]。2022年Sangineto等[14]发现,给予小鼠口服活性拟杆菌属(Bacteroides thetaiotaomicron, Bt)也可以有效恢复黏膜屏障,减少LPS易位,上调胰高血糖素样肽-1(GLP-I)表达,并恢复乙醇诱导的成纤维细胞生长因子15 (fibroblast growth factor 15, FGF15)下调。Li等[15]也发现,补充干酪乳酸菌可调节酒精性肝损伤患者肠道菌群,改善其脂质代谢情况。近期,Wang等[16]予乙醇诱导AH小鼠服用聚乙二醇化TLR7配体(1Z1),发现其可上调AH小鼠肠道内乳酸菌数量;并且其还可上调IL-22表达,增强自身对肝脏和肠道的保护作用。Jiang等[17]研究发现通过紫锥菊多糖(EPP)治疗后,ALD小鼠肠道内乳酸杆菌和拟杆菌丰度也会增加,同时志贺杆菌和肠球菌丰度有所下降,患者肝损伤程度也得到了缓解。

四、肠道菌群与肝硬化

肝硬化作为世界范围内最常见的慢性肝病之一,其发生与众多因素相关,但肠道细菌过度生长(SIBO)和菌群失调仍是其发病的核心。Maslennikov等[18]通过对47例肝硬化患者粪便样本进行16SrRNA基因测序得出,所有肝硬化患者均存在菌群失调,51.1%存在SIBO,并且SIBO患者粪便中厚壁菌门(尤其是毛螺旋菌科及经黏液真杆菌属)和梭杆菌门丰度明显高于无SIBO患者,但无SIBO患者粪便中拟杆菌门丰度高于SIBO患者。此外,Tang等[19]研究发现,与健康人相比,乙型肝炎相关肝硬化患者粪便中促炎细菌,如细孔菌、志贺杆菌等增多。且IL-2与患者的肠道菌群高度相关,其菌群多样性与IL-2一致。除肠道内促炎细菌增多导致肠道上皮通透性增加,诱导的炎症作用促使肝硬化程度不断进展外。Shu等[20]还发现,在乙型肝炎肝硬化发生早期,肠道菌群就已发生变化,且PICRUSt分析表明,肝硬化进展的又一原因极有可能是细菌组成的改变导致的基因功能改变。而对于原发性胆汁性肝硬化(PBC)患者肠道菌群的研究,Han等[21]发现,在PBC患者粪便中拟杆菌门丰度较健康人群下降,但梭杆菌门和变形菌门丰度增加,并且他们还发现患者肠道克雷伯菌属丰度与血清总胆红素呈正相关,总胆红素可作为判别PBC预后的重要指标。Liu等[22]研究还发现含硝基还原酶的肠道菌群可通过与胆汁酸代谢交流增加小檗碱的吸收,提高其生物利用度;而肠道厌氧菌通过小檗碱显著增加了丁酸生成,从而增强了肝纤维化的缓解。Tang等[23]研究表明,经熊去氧胆酸(UDCA)治疗可缓解PBC患者部分肠道菌群失调。

五、肠道菌群与肝癌

肝癌是世界癌症死亡三大原因之一,其发生与众多因素相关,其中肠道菌群及其代谢物通过肠-肝轴作用,使得肝脏持续暴露于生态失调环境也是肝癌发病的一大因素。Sun等[24]研究表明,肝脏和肠道菌群介导的胆汁酸代谢可以通过影响FXR受体作用,从而诱导肝癌发生;Feng等[25]发现,胆汁酸代谢异常还参与了肝癌恶病质的发生和发展。近期还有研究发现,菌群代谢产生的次级胆汁酸可能诱导DNA损伤,促进肿瘤微环境重塑[26]。此外,Chen等[27]发现,菌群失调可影响色氨酸代谢并上调固醇调节元件结合蛋白2(SREBP2)表达,从而促进肝癌发生。最后,肠道菌群本身及其细菌成分可通过影响肝脏抗肿瘤免疫,实现促进肿瘤发生。Liu和Zhang等[28,29]发现,肠道菌群不仅可以调节肿瘤免疫监测及抑制抗肿瘤免疫,还可以募集肝脏内髓系衍生抑制细胞(PMN-MDSCs),从而促进肝癌的发生。Behary等[30]研究发现,肠道菌群产生的代谢物会诱发T细胞免疫抑制表型,主要表现为调节性T细胞的扩增和CD8+T细胞的衰减,从而调节肝细胞癌(HCC)的免疫应答。

早在2019年,Ren等[31]就发现HCC患者肠道菌群与健康人群存在差异。在HCC早期,患者粪便中放线菌门明显富集,同时产脂多糖的菌属数量增加,产丁酸酯的菌属数量减少。最后,他们还对这些微生物特征进行分析,建立了HCC微生物标志物诊断模型。最近,Ma等[32]通过病例对照研究发现,肝癌组患者肠道内瘤胃菌科、紫单胞菌科及拟杆菌门丰度较正常组明显下降,丰度的下降极有可能增加肝癌发生的风险。Yuan等[33]还发现,肠道内普通类杆菌数量减少及奇异变杆菌富集可能致使肝脏Kupffer细胞减少,从而促进肝转移癌的发生。Hu等[34]也发现,随着肝癌患者肠道内产生短链脂肪酸的菌群数量下降,产IL-17a的3型先天淋巴样细胞(ILC3)浸润明显增强,其增加了肝癌患者的不良预后。

综上所诉,肠道菌群在肝脏疾病的发生与发展过程中发挥着至关重要的作用,其多样性或丰度改变均可影响肝脏疾病的发生与发展,其通过肠-肝轴引发的生态失调、肠道渗漏和细菌代谢产物易位等均可促进肝病发展。不同的肝脏疾病有其不同的菌群分布特征,一组核心的肠道菌群特征可能提供通用的非侵入性诊断检测。提前针对肠道菌群进行调控可预先对疾病做出干预,而针对肠道菌群的靶向治疗可能成为一种新兴且有效的治疗方法。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。