上海中医药大学附属曙光医院, 上海中医药大学肝病研究所, 肝肾疾病病证教育部重点实验室
肠道微生物(gut microbiota, GM)是人体重要的 “器官”，与人体存在互惠共生、相互制约的关系。
◆ GM与肠肝轴学说
GM是一个高度多样化的生态系统，它们能够为宿主提供营养，参与机体代谢与免疫防御。GM种类达1000种以上，数量高达1014~1015个，其包含的基因数目约是人类基因组的150倍。当宿主处于健康状态时，肠道菌群结构表现为多样性，以厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主要优势菌群，肠道微生态保持平衡。
术语“肠-肝轴”的概念是由Marshal等于1998年提出，意指源于同一胚层的肠道与肝脏在结构及功能上存在的密切联系。来自肠系膜静脉的门静脉供血构成肝总血流量的约75％，门静脉在携带营养物质的同时，也可以转移微生物和细菌，为肝脏提供广谱抗原。肝脏独特的解剖位置和血管系统，使其容易暴露于GM的产物［如脂多糖（LPS）］中。虽然大量的微生物定植于肠道，肠屏障功能和肝脏解毒功能可以防止GM移位，但在肝硬化等病理状态下，此种防御机制被破坏，肠-肝轴功能失调，肠道通透性增加，LPS进入肝脏和全身血液循环诱导疾病。
◆ GM与肝硬化及相关并发症的关系
在肝硬化等病理状态下，GM可发生定量和定性变化，菌群多样性下降，条件致病菌如葡萄球菌科（Staphylococcaceae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和肠球菌科（Enterococcaceae）过度生长，而益生菌双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳杆菌 (Lactobacilus)等明显减少，拟杆菌属与厚壁菌门的比例随之增加，肠道微生态平衡被打破。在肝硬化疾病进展过程中，菌群结构亦随之变化。与代偿期肝硬化患者相比，肠杆菌科在失代偿期肝硬化患者中的丰度更高。此外研究还发现，肝硬化MELD评分与条件致病菌丰度呈正相关，与隶属于厚壁菌门的毛螺菌科（Lachnospiraceae）、瘤胃菌科(Ruminococcaceae)呈负相关。
门静脉高压(PH)
PH的主要发病机制为外周血管扩张、肝内血管收缩、门静脉血流增加引起的高动力循环状态和血液系统紊乱。一项动物实验比较了GM定植小鼠与无菌小鼠在门静脉结扎后门静脉压力（portal pressure, PP）水平的变化，发现与无菌小鼠相比，GM定植小鼠具有明显高水平的PP，更易发生PH，初步表明GM对PH的发生具有直接影响。来自Nature的一项临床研究发现肝硬化患者体内具有维持肠道完整性的粪球菌属（Coprococcus）丰度明显降低，进一步揭示出GM构成改变与PH之间的关系。近期研究证实普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）能够分泌具有抗炎特性的15 kD蛋白质，反映肝硬化患者的血清内毒素水平，并与PH程度明显相关。
肝性脑病（HE）
氨是肝硬化患者发生HE的关键因素。肠道尿素酶水解尿素产氨是HE发病的重要机制。Kang等发现与肝硬化无菌小鼠相比，肝硬化普通小鼠的血清氨水平更高，神经和系统炎症也更为明显。其中，共生菌与炎症、血氨水平呈负相关，而肠杆菌科与血清炎性细胞因子呈正相关，认为GM变化可以驱动肝硬化小鼠发生HE。在一项包括147例肝硬化患者和40例健康对照者的临床研究中，发现与健康对照者和肝硬化不伴HE患者相比，肝硬化伴HE患者的葡萄球菌科、肠球菌科、紫单胞菌科（Porphyromonadaceae）和乳杆菌科的丰度更高，且特异的微生物群(共生菌，肠杆菌)与磁共振波谱的改变（谷氨酸和谷氨酰胺增加，肌醇与胆碱减少）以及高血氨相关的星形细胞变化均呈现相关性。另一方面，紫单胞菌科仅与神经元变化相关，而与氨水平无关，首次证实了GM改变与HE患者大脑特定神经元和星形细胞改变具有相关性。此外，HE患者常发生细菌移位（bacterial translocation，BT），如口腔微生物唾液链球菌可在肠道下段过表达，并与HE疾病进程和严重程度相关。色氨酸经肠道和肝脏作用，代谢为吲哚及羟吲哚，Riggio等发现HE患者血清吲哚与羟吲哚水平升高，Montagnese等证实其与氨水平具有明显相关性，共同揭示出肠-肝-脑轴在HE发病机制中的作用。
自发性细菌性腹膜炎（SBP）
SBP是指在没有明确腹腔内直接细菌感染来源的情况下，原本无菌的腹水发生感染，常见于失代偿期肝硬化患者，病死率高。其发生机制与PH侧支循环建立、肠道BT以及肝脏Kupffer细胞吞噬能力下降有关。在GM进入腹水诱发SBP的过程中，BT是其核心环节。来自肠道革兰阴性菌，尤其是大肠杆菌和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）的移位，导致LPS释放增加，造成内毒素血症。加之失代偿期肝硬化患者免疫功能降低，大量LPS入血，机体分泌一系列炎性细胞因子，促进肠道BT，加剧感染及SBP，形成恶性循环。
肝细胞癌（HCC）
肝脏炎症纤维化微环境是导致HCC发生的重要机制之一。肠道中革兰阴性菌产生大量LPS，通过Toll样受体（TLR）4介导的胞内信号转导途径激活核因子NF-κB，增加促炎因子(TNFα、IL-6)释放，刺激肿瘤生长因子活化，表明GM-LPS-TLR4轴引起的肝细胞损伤和炎症反应能够促进HCC发生。此外，小鼠HCC模型中GM代谢产物脱氧胆酸增多，和肥胖诱导的革兰阳性菌成分磷脂壁酸协同增强肝星状细胞（HSC）的衰老相关分泌表型，并通过TLR2途径上调COX2表达，介导前列腺素E2抑制抗肿瘤免疫，诱导HCC发生。国内一项临床试验发现，与单纯肝硬化患者相比，肝硬化合并HCC患者的GM发生显著变化。其中双歧杆菌属(Bifidobacterium)和梭菌属(Clostridium)所占比例显著降低，理研菌科(Rikenellaceae)丰度明显增加。
◆ GM失调导致肝硬化及相关并发症的机制
肝硬化患者肠蠕动减弱，对细菌的机械排空作用下降，胆汁分泌减少，加之低蛋白血症等因素，在一定程度上影响肠道微环境，使得肠系膜缺血水肿、肠道通透性增加，引起BT以及各种并发症的产生，如内毒素血症、细菌感染等，加重肝损伤。在肝硬化小鼠模型中，BT引起肝脏中的IFN表达上调，导致髓样细胞产生IL-10增多，破坏小鼠抗菌免疫系统。在肝硬化患者中亦是如此。肝硬化患者常伴血清因子Ⅷ水平升高，门静脉和体循环血栓形成，近期研究表明正是来源于大肠杆菌的LPS有助于内皮细胞释放因子Ⅷ。
肠道屏障功能破坏
肠道屏障构筑人体的第一道防线，例如肠道紧密连接的上皮细胞形成肠道机械屏障，能够阻止细菌、毒素及一些大分子进入人体；肠道化学屏障的主要组成成分胆汁酸(bile acids, BA)可以抑制BT；肠道生物屏障中，GM通过分泌抗菌肽物质或通过营养竞争来抑制外源致病菌的生长。在正常情况下，只有少量细菌产物（如LPS）能够通过肠道屏障进入肝脏，且LPS迅速被免疫细胞清除，有效防止炎症损伤。而肝硬化患者由于肠道屏障已被破坏，大量LPS到达肝脏，并通过与模式识别受体，如TLR和NOD样受体(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors,NLR)结合，激活肝脏免疫细胞，尤其Kupffer细胞，诱导促炎细胞因子（如TNFα和IL-6）释放和内毒素血症。LPS也可与HSC表面TLR4结合促进细胞外基质合成，促进肝纤维化。动物实验证实腹腔内注射LPS能够显著增加PP，机制与LPS诱导KCs活化并产生缩血管物质半胱氨酰白三烯和血栓素有关。
肝脏免疫功能受损
肝脏固有免疫系统则为人体提供第二道防线。肝血窦中含有多种免疫活性细胞，通过表达LPS受体清除LPS，保护机体免受内毒素血症的影响。正常情况下，肝脏的TLR和NLR信号通路处于抑制状态，当病原微生物及其产物到达肝脏时，通路可被激活，若通路被持续强烈地激活可能造成肝脏炎症损伤。如革兰阴性杆菌的外毒素LPS通过借助受体CD14或髓样分化2因子与TLR4结合，激活TLR4下游骨髓分化因子88依赖和非依赖两信号轴，促进炎症因子释放。革兰阳性细菌壁成分如肽多糖、脂磷等主要通过TLR2介导机体炎性反应。TLR9可被细菌DNA激活，介导KCs产生IL-1，促进肝脏炎症和纤维化。NLR信号激活促使炎症因子（如IL-1β和IL-18）表达上调。发表于《Cell》的一项研究发现微生物群相关代谢物牛磺酸、组胺和精胺均能调节Nod样受体蛋白6炎症小体信号。因此，GM能够通过调节TLR/NLR信号通路，从而在必要时激活宿主防御，同时又避免过度的炎症损伤。
细菌移位(BT)
生理性BT见于正常人群，与宿主免疫相关；而肝硬化患者常发生病理性BT，诱发局部与全身感染。BT是炎症和全身血管功能障碍的主要原因。作为BT的替代指标，血清细菌DNA水平和促炎因子与肝硬化患者的全身循环异常及肝内皮功能障碍有关。有研究者观察到肝硬化患者的小肠中常常定植发生BT并造成感染的大肠菌群。据统计，病理性BT在终末期肝硬化患者中的发生率高达40%，其中Child C级患者的病理性BT发生率是Child A和Child B级患者的5~6倍。研究还发现由Paneth细胞防御素缺陷介导的肠道屏障破坏容易导致小肠细菌过度生长并促进BT发生。
3.4BA的作用由胆汁酸介导的肠肝轴对调节基础代谢、肠道激素释放及免疫反应是必不可少的，主要通过法尼烯X受体（farnesoid X receptor , FXR）和跨膜G蛋白偶联受体、发挥作用，其中FXR轴起关键调节作用。胆汁酸通过FXR轴诱导产生抗菌肽物质，抑制细菌增殖，保持上皮完整性。而肝硬化患者由于胆汁酸分泌减少，则容易诱发BT和慢性炎症。一些关于无菌和FXR缺陷小鼠的研究表明，胆汁酸的组成和生物转化很大程度上受GM调控，GM改变通过FXR轴对胆汁酸的合成产生直接或间接影响。
◆ 以调节GM为靶标的治疗方法
目前临床通过调节GM防治肝硬化及相关并发症的方法主要有抗生素、益生元、益生菌、粪菌移植以及FXR激动剂等。此外，非选择性β受体阻滞剂已被证明有益于肝硬化患者增加肠蠕动，减少肠道细菌过度生长，降低BT发生率。
抗生素
利福昔明是利福霉素的半合成衍生物，对肠源性毒素有效，有助于控制GM失调。事实上，利福昔明可以通过抑制脱氧胆酸产生和调节GM来降低血清内毒素的水平。动物实验揭示利福昔明减轻肝脏炎症和PH的机制与LPS-TLR4通路下调，革兰阴性菌群减少有关。一项回顾性研究显示，利福昔明通过控制小肠细菌过度生长降低HE发病风险，延长肝硬化患者的总体生存率。3代头孢菌素类抗生素（头孢噻肟）和喹诺酮类抗生素（诺氟沙星）用于控制SBP感染，纠正GM失衡，取得一定临床疗效，但长期应用可增加细菌耐药和二重感染风险。
益生菌
主要包括乳酸杆菌和双歧杆菌，可通过竞争营养素、竞争性抑制对上皮细胞的黏附、降低肠道pH、分泌抗菌化合物抑制有害病原微生物生长，同时提高肠道黏膜屏障功能。此外，含有细菌糖脂抗原的益生菌具有直接调节肝脏自然杀伤T淋巴细胞的功能。有研究报道益生菌制剂VSL＃3(含8种益生菌，3种双歧杆菌和5种乳杆菌)）能够减少BT，有效预防HE的发生，但有待更大样本的随机对照临床试验加以验证。
益生元
益生元能选择性地促进肠道有益菌的生长并提高其定植力，抑制潜在致病菌产生，从而减少肠源性内毒素。作为临床广泛使用的益生元，乳果糖通过增加粪便体积，酸化和修饰结肠菌群，促进肠蠕动，加快肠道细菌及其毒素排出等机制防治HE。然而，研究并未表明乳果糖能够引起GM组成和功能发生显著变化。
粪菌移植
粪菌移植是近年来较为热门的治疗胃肠道疾病以及部分肠道外疾病的新型方法，尤其适用于治疗艰难梭状芽胞杆菌感染，比万古霉素更有效，且对于老年人的治疗依然有效，已于2013年列入美国治疗艰难梭状芽胞杆菌感染的临床指南中。一项动物实验通过粪菌移植重建PH大鼠肠道正常菌群，发现PH程度因此得到改善。然而目前尚缺乏关于粪菌移植治疗肝硬化及PH的大样本前瞻性临床研究。
FXR激动剂
在正常肝脏和肠道中高度表达的FXR，在维持BA稳态，改善肝脏和肠道炎症，以及肝纤维化和心血管疾病的治疗中发挥作用。FXR激动剂可以阻止HSC活化并改善血管内皮舒张功能。奥贝胆酸已被证明可通过降低胆汁淤积性肝硬化动物模型的肝内血管阻力来纠正肝内血流动力学紊乱和PH。
引证本文：鲁冰洁, 赵亚红, 安泳潼, 等. 肠道微生物在肝硬化及相关并发症中的研究进展[J]. 临床肝胆病杂志, 2018, 34(11): 2433-2437.
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