腸道微生態與肝性腦病的關系

黃云義， 劉 堯， 張 群， 時 克， 王憲波

首都醫科大學附屬北京地壇醫院 中西醫結合中心， 北京 100015

人體的腸道微生態系統由腸道內環境和寄生于腸道的微生物共同構成，這些微生物包括固有菌、共生菌、過路菌。在人體內，腸道菌群數量相對固定，可達1012～1014個,是人體自身細胞數目的10倍。這些細菌大多數為類桿菌、優桿菌、消化球菌以及雙歧桿菌等專性厭氧菌，約占腸道總菌量的99%；腸桿菌、腸球菌、乳酸桿菌等兼性厭氧菌約占總菌量的1%，構成復雜的腸道微生態系統[1]。人體腸道微生態系統錯綜復雜，各微生物群之間相互依存、相互制約，彼此保持著一定比例，按照一定的順序定植于腸壁的特定部位，參與機體代謝，發揮免疫屏障作用。腸道微生態的失衡對慢性肝病的發生和發展具有重要影響，特別是全身炎癥反應、內毒素血癥和血管舒張導致的并發癥，如自發性細菌性腹膜炎、靜脈曲張破裂出血及肝性腦病(HE)。

HE是肝硬化失代償的并發癥之一，有研究[2]發現其1年病死率可達58%，3年病死率可達77%，成為肝硬化患者預后不佳的獨立影響因素。有研究[3-4]進一步發現肝功能受損后，機體可通過腸-肝軸調節膽汁的分泌，腸道供血減少和蠕動減慢，從而導致腸黏膜的破壞和腸道菌群失衡。改變的腸道菌群又進一步促進了肝損傷后并發癥的產生，最常見的是細菌移位和內毒素誘發的各種細菌感染，包括重癥肺炎、敗血癥、泌尿系感染及腹腔感染，反復發生的細菌感染是導致肝病患者死亡的重要誘因之一。另外，大多數肝硬化患者存在免疫功能紊亂，這可能會加劇全身炎癥反應，進而導致HE[5-6]。也有證據[6-9]表明HE的發病與腸道菌群失調及全身炎癥反應后機體代謝產物(如氨和內毒素)的積累有關。另外，當前HE的防治策略也仍然以調控腸道菌群為主，常用的藥物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等。

1 肝硬化HE患者腸道菌群分布的特點

里德伯格于2000年提出，人體是由細胞和共生微生物構成的“超級生物體”，是個非常復雜的生態系統，近年來國際科學界也開展了多項關于人體微生物組研究計劃。浙江大學傳染病診治國家重點實驗室在對肝硬化患者的糞便進行研究時發現，韋永氏球菌、鏈球菌、梭狀芽孢桿菌及普氏菌比較豐富，并且這些細菌載量越大，患者的CTP評分越高[10]。Bajaj等[11]在對肝硬化HE患者結腸黏膜微生物群的研究中發現腸球菌、巨球形菌、伯克氏菌、韋永氏球菌比較豐富。另一項研究[12]發現在隱匿性HE中，唾液鏈球菌數量增加與認知功能的改善呈負相關，與氨的積累呈正相關，然而在顯性HE中，影響認知功能的主要是大便藻科和卟啉單胞科微生物。國外的一篇關于輕微型HE的研究[13]提到肝硬化輕微型HE患者存在腸道微生態失衡，表現為腸道內雙歧桿菌數量顯著減少，革蘭陰性腸桿菌科細菌數量顯著增加。人體腸道具有相對比較穩固的免疫屏障系統，主要包括機械、化學、生物屏障，可防止有害物質和病原體入侵，從而維持機體內環境穩定。腸道微生態失衡時原來的優勢菌生長被抑制，而內源性或外源性致病菌大量增殖，致病菌及其代謝產物觸發的腸源性內毒血癥是肝病患者預后不良的重要原因之一。因此，探索肝硬化HE的發病機制與腸道微生態之間的關系具有重要意義。

2 肝硬化HE和腸道微生態有關的病因學

目前關于HE的發病機制尚不完全清楚，更多研究集中在氨和炎癥的協同作用使星形膠質細胞腫脹及腦水腫。腸道是氨產生的主要場所，氨的產生離不開腸道細菌的分解作用。有學者[14]認為肝硬化失代償期腸道細菌產生的氨通過受損腸壁細胞之間的細胞連接進入門靜脈系統，而生成短鏈脂肪酸的細菌減少導致結腸pH值增高，從而引起腸道氨的產生和吸收增加進而誘發HE。Riordan等[15]發現腸道產尿素酶(分解尿素產生氨氣)類細菌(如克雷白桿菌和變形桿菌等)與人體氨代謝有關。也有研究[16]發現血氨的濃度與病情的嚴重程度不完全一致，因血氨的檢測要求室溫下采靜脈血后立即低溫送檢，30 min 內完成測定，或離心后4 ℃冷藏，2 h 內完成檢測，一般檢測條件很難達到。Bajaj等[17]發現某些特殊細菌家族與HE患者的認知及炎癥反應相關，如產堿菌科、紫單胞菌科及腸桿菌科，與無HE的患者相比，肝硬化HE患者韋榮氏球菌、內毒素及炎癥因子(IL-6、TNFα、IL-2、IL-13)的水平相對更高。更有研究[18]發現韋永氏球菌和鏈球菌與肝硬化患者的認知功能呈負相關。目前關于腸道菌群與HE之間關系的研究主要集中在糞便微生物上，而針對黏膜菌群分布的研究相對較少。研究[19]證實腸黏膜與糞便中微生物組成是不完全相同的，但因黏膜菌群獲取相對比較困難，開發與腸道微生態變化相關的血清生物學標志物對HE的診斷和治療可能有一定的幫助。目前臨床中利用血清幽門螺桿菌(Hp)抗體檢測診斷Hp感染的非介入、低創傷方法提供了思路，但由于腸道微環境更為復雜，目前關于腸道微生態失衡與疾病相關性的血清生物學標志物尚在探索中。

3 調整腸道微生態對肝硬化HE防治的成效

HE的治療目前尚無特效藥物，治療的原則是及時清除誘因、盡快將急性神志異常恢復到相對穩定狀態[20]。常用的藥物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等，它們均參與了腸道微生態的調節。乳果糖是合成的口服不吸收雙糖，一直以來是臨床治療HE的“基石”，也是目前治療指南中推薦治療HE的一線藥物。乳果糖不僅可以通過清潔腸道減少腸道內細菌及其代謝產物，而且其在結腸內代謝產生的有機酸通過改變腸道內環境減少氨的產生、促進氨的排出。Lokesh等[21]進行的研究顯示乳果糖與益生菌單獨使用均能改善患者的認知功能以及降低癥狀性HE發病率，但是二者聯用并未表現出協同作用，具體原因尚不清楚。Bajaj等[17]研究發現口服乳果糖后，除糞桿菌減少外，其他菌群并無明顯變化。利福昔明因其不良反應相對較少，是目前美國FDA唯一批準的用于HE治療的抗生素。利福昔明通過與細菌DNA依賴的RNA聚合酶結合達到破壞細菌RNA合成的目的。臨床研究[22-23]證實乳果糖或者乳果糖聯合利福昔明可以預防HE復發，強調了調整腸道菌群對顯性HE二級預防的重要意義，但這些試驗均未對乳果糖或者乳果糖聯合利福昔明如何影響腸道菌群和氨產生進行分析，也沒有討論菌群及其產物的變化如何與臨床療效相關聯。Takumi等[24]關于利福昔明與HE患者肝/神經心理功能相關的研究發現利福昔明治療前后HE患者糞便中細菌載量變化不明顯，但治療后鏈球菌屬、韋永氏球菌屬和乳酸菌屬的數量下降。因此，推斷利福昔明可以通過調節HE患者的腸道微生物群分布來改善肝/神經心理功能。乳酸桿菌GG由美國北卡羅來納州立大學兩名教授從健康人體分離出來，發現可抑制肝硬化患者內毒素和炎癥水平[25]。然而也有報道[26-27]指出乳酸桿菌是與疾病進展相關的，原因推測可能是乳酸桿菌通過糖酵解作用產生酒精，加重了非酒精性脂肪性肝病患者肝臟的炎癥程度。Marlicz等[28]采用益生菌、合生元治療HE，發現腸道菌群比例發生改變，腸桿菌科豐度減少，乳酸桿菌比例增加，同時伴隨血氨水平的降低，輕微型HE發生逆轉、顯性HE的發生率均顯著降低。多個研究[29-33]比較了益生菌與目前HE治療的推薦用藥(如利福昔明、乳果糖)的療效，結果發現它們在降低血氨及炎癥因子水平、改善大腦認知功能上效果相仿，但在增加有益菌、減少致病性細菌和長期耐受性上更勝一籌，但本研究的另一個重要發現——益生菌使用并不能降低HE患者的病死率。

4 “變廢為寶”——糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)治療肝硬化HE的新探索

現代研究發現，肝臟與腸道具有相同的胚胎起源，所以在一定程度上保持著許多“天然”的解剖和功能聯系。馬歇爾1998年提出了“腸-肝軸”的概念進一步支持腸道微生物在HE發病機制中的作用。近年來FMT成為針對“腸-肝軸”開發的最新研究療法，是指將健康人糞便中的功能菌群，移植到患者胃腸道內，重建新的腸道菌群，實現腸道及腸道外疾病的治療[34]。Bajaj等[35]率先發表了一篇關于20例肝硬化HE患者糞菌移植的RCT，指出與標準化治療組(利福昔明+乳果糖)相比FMT組嚴重不良事件(病死率、住院率、感染發生率)均明顯降低。但由于目前支持FMT治療HE的有效性、持久性及長期治療安全性的數據有限，關于哪些HE患者適合FMT、FMT的最佳時機、單次治療還是重復治療尚存在爭議[36]，FMT治療HE的方式方法尚在探索之中。目前關于炎性腸病FMT的研究[37]發現供體糞便的特性也影響治療效果，如何選擇合適的供體糞便目前缺乏一致性意見。所以根據受體微生物和代謝組學特征選擇微生物群落仍然是目前FMT研究的熱點和難點，希望口服方式可以取代原始的給藥方式并取得更好的療效。

5 問題與展望

腸道菌群是一把雙刃劍，其作為一個細菌器官存在，參與機體代謝、維持機體正常的免疫功能，對于維系機體健康具有舉足輕重的生物學意義。然而腸道菌群也是加速許多疾病進展的原因，所以腸道微生態調節劑并非一把萬能鑰匙，故需更加嚴謹周密的試驗設計，發現具有特異性的致病菌或其代謝產物，為進一步診療提供思路。就肝硬化HE而言，破解HE患者腸道微生態的結構和功能，揭示與HE發生、發展及預后相關的腸道微生物的功能基因和編碼的代謝途徑，對于探討HE的發病機制具有重要意義，也對開發新的微生態制劑用于HE的二級預防具有重大價值。