肝衰竭與腸道屏障損害關系的研究進展

肖玲燕，邢阿雯，譚善忠

1 南京中醫藥大學附屬南京醫院 a.重癥醫學科，b.中西醫結合肝病，南京 210003；2 南京中醫藥大學 醫學院·整合醫學院，南京 210023

肝衰竭是由于肝細胞大量壞死導致肝臟的合成、解毒、排泄和生物轉化功能受損，死亡率極高，腸功能障礙往往貫穿始終，表現為早期的食欲不振到后期的中毒性鼓腸[1-2]，腸黏膜屏障的破壞尤其是微生態失衡是目前的研究熱點。腸黏膜屏障是維持共生生物和食源性抗原在體內平衡的關鍵，同時對病原生物和病原體相關分子模式產生宿主保護性炎癥反應，一旦破壞則會造成全身中毒癥狀和組織損傷，是多器官功能障礙發生發展的樞紐[3]。早在1998年Marshall[4]就提出了“腸-肝軸”的概念，肝、腸胚胎時期共同起源于前腸，成熟后的肝臟和腸道通過門靜脈和膽道相互關聯，二者共同建立人體的防御系統且相互影響。本文綜合分析了病理狀態下肝臟與腸道屏障的相互作用，尤其是肝衰竭時腸道微生態的變化，并由此提出了可能的治療前景。

1 肝衰竭引起腸道屏障損害

肝臟承擔著全身尤其是腸道產物的代謝，肝衰竭患者“腸-肝軸”遭到破壞，尤其合并門靜脈高壓時，腸道血管淤血和血管新生，這兩者都會損害腸道微循環、增加腸道屏障的通透性，出現腸道化學屏障、機械屏障、免疫屏障及微生物屏障不同程度的損害，進一步造成遠隔器官的損傷。

1.1 化學屏障受損 化學屏障由胃酸、抗菌肽、胰島再生源蛋白Ⅲ、溶菌酶和分泌型磷脂酶A2組成，可發揮殺菌和抑菌作用[5]。抗菌肽易與帶負電的微生物細胞膜結合形成孔狀結構，胰島再生源蛋白Ⅲ可與革蘭陽性球菌的細胞膜形成六聚體，破壞細菌細胞膜，達到殺菌作用。肝衰竭期間食物攝入減少導致胃酸、膽汁、溶菌酶、黏多糖等分泌減少，化學殺菌能力減弱，促使腸道致病菌大量繁殖。在急性肝衰竭大鼠模型中，分泌型磷脂酶A2和溶菌酶的表達減少[6]。

1.2 機械屏障受損 機械屏障包括覆蓋在腸黏膜上的黏液層，吸收性上皮細胞微絨毛上的糖被，以及與腸上皮細胞之間的緊密連接。緊密連接蛋白不同的家族成員在細胞旁路通透性的調控中功能不同，如Claudin-1在腸黏膜屏障中表現出封閉作用，可降低旁路通透性[7]。Xiang等[8]建立了急性肝損傷所致黏膜屏障損傷的大鼠模型，發現模型組大鼠回腸末端黏膜中Claudin-1表達水平明顯低于正常對照組，提示肝損傷時腸上皮細胞間緊密連接結構的通透性增加，腸黏膜表面和膜微區緊密連接蛋白的分布明顯改變。Wang等[9]發現急性肝衰竭時緊密連接蛋白ZO-1和Occludin的mRNA及蛋白質水平顯著下降，提示腸黏膜屏障破壞，而增強ZO-1和Occludin蛋白的表達可以改善腸道通透性[10]。

1.3 免疫屏障受損 腸道含有人體中最多的免疫細胞，對抗潛在的病原體。B淋巴細胞主要通過分泌免疫球蛋白IgA阻止共生菌越過腸道屏障[11]。Fu等[12]制造急性肝壞死小鼠模型并使用淋巴毒素β受體預處理，急性肝壞死組和預處理組小腸上皮細胞凋亡率均增加，且急性壞死組細胞黏附分子-1及免疫球蛋白表達明顯下降，預處理后細胞黏附分子和免疫蛋白的表達改善，IgA+淋巴細胞和分泌性免疫球蛋白IgA水平部分恢復。

此外，黏膜屏障功能受到來自腸道菌群和宿主免疫細胞各種信號的調節。腸上皮細胞表達多種宿主模式識別受體，包括Toll樣受體(TLR)和核苷酸結合寡聚化結構域，可直接探測細菌成分。TLR通過病原體相關分子模式和內源性損傷相關分子模式識別受體。其中TLR4能通過髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依賴途徑和β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-B，TRIF)依賴途徑向細胞內傳遞信號。一旦MyD88依賴途徑被激活，下游信號分子就會進一步被激活，從而導致許多炎癥介質的釋放，包括TNFα、IL-1β和IL-18[10]。同時，TRIF依賴途徑也可以通過調節干擾素調節因子從而導致細胞因子和干擾素的產生[13]。目前TLR4已成為預防和治療肝衰竭重要的治療靶點[13]。

1.4 微生物屏障受損 腸道中細菌群體的數量十分龐大，但大多都是固定菌屬構成，如擬桿菌門和厚壁菌門，放線菌和變形菌的數量也較多[11]，這些寄居菌參與腸道代謝及機體免疫[14]。肝衰竭時微生物屏障受損是目前的研究熱點，一方面表現在菌群易位，即微生物或細菌產物(細菌內毒素、肽聚糖和脂肽)從腸腔遷移到腸系膜淋巴結和其他腸外部位。活菌從腸腔通過腸壁向腸系膜淋巴結和其他部位易位是自發感染如菌血癥公認的致病機制[15]，從而造成嚴重的炎癥狀態和加重血流動力學紊亂。對乙酰氨基酚誘導的急性肝衰竭小鼠模型體內，會發生短暫的門靜脈內毒素血癥，其肝毒性與革蘭陰性腸道細菌感染的高發生率有關[16]。Yang等[17]用分子量為4 kDa的熒光示蹤劑FITC-右旋糖酐對急性肝衰竭小鼠灌胃，使用外翻腸囊法測定回腸黏膜通透性，結果顯示腸道通透性增加，并且證實了細菌易位進入腸系膜淋巴結。

另一方面表現在肝衰竭患者存在腸道菌群的失調，這種現象與胃腸道蠕動減慢、胃酸分泌低、腸道免疫因子等有關。通過高通量測序可在急性肝衰竭小鼠中觀察到腸道菌群失調，尤其是回腸中微生物的過度生長，結腸中的理研菌科、擬桿菌目S24-7組的豐度顯著增加[18]。另一項對129例患者的研究[19]可以確定，螺旋菌的減少是慢加急性肝衰竭(ACLF)的一個特征，而另一個特征表現為巴氏桿菌數量增多，這對預測肝病患者病死率有重要意義。

2 腸道屏障損害影響肝功能

腸道是人體重要的代謝器官之一，微生物群是代謝的樞紐，微生物屏障完整性的喪失與微生物群相關分子模式的易位有關[20]。肝臟對來自腸道微生物群的化合物進行解毒，大約75%的血液由來自腸道血流匯總的門靜脈供應，從而使肝臟不斷地暴露于腸道微生物的成分和代謝產物中，尤其是腸道屏障受損時，這種現象尤其明顯[21]，直接進入血液的菌群的成分或代謝產物通過各種機制與肝臟相互作用，加重肝細胞損傷。其中關鍵的因素包括腸道代謝能力下降導致的如膽汁酸代謝異常、氨清除障礙及代謝物堆積后產生的內毒素血癥和炎癥風暴，不僅直接導致感染、肝性腦病(HE)等并發癥增加，加重肝細胞壞死，還可能影響肝細胞再生。越來越多的研究[22-24]證明了腸道微生物組的改變與ACLF之間的相關性。不僅血漿代謝產物的特征與全身炎癥和ACLF密切相關，腸道微生物衍生的代謝產物也與ACLF有關。腸道微生態損害還導致其對營養物質尤其是蛋白及脂肪的消化吸收能力急劇下降，影響機體儲備能力和免疫狀態，不利于肝細胞的恢復。

2.1 膽汁酸代謝異常 腸道共生菌將初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸，并通過腸肝循環返回肝臟。腸道吸收膽汁酸對肝細胞代謝尤為重要，尤其是膽汁酸的濃度。腸道菌群失調、腸黏膜功能紊亂引起的腸源性內毒素血癥中促炎性細胞因子高表達，如TNFα、IL-6和 IL-1，可下調肝細胞膽汁酸轉運蛋白，從而導致膽汁淤積。膽汁酸具有潛在的肝臟毒性，膽汁酸過載會減少肝細胞再生[25]，肝切除術后膽汁酸于肝臟體積的比例急劇升高，使得剩余的肝臟中膽汁酸超載，這會導致破壞性的細胞毒性，導致氧化應激增加及細胞通透性增加[26]。

2.2 氨代謝異常 血漿代謝產物氨的清除在肝衰竭的發展過程中至關重要，腸道是體內氨的最大來源，HE可能是高血氨及炎癥反應對認知功能障礙的協同效應[27]。急性肝衰竭小鼠腸道菌群比例失衡[28]，由于腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等厭氧菌數量顯著減少，使得腸腔內乳酸產量減少，pH升高，氨的吸收增多而排出減少，同時革蘭陰性腸桿菌科細菌數量顯著增加，尿素分解增加，加之肝臟代謝功能降低和血腦屏障的破壞使得大量氨彌散入腦，血氨和腦氨水平升高，繼而引起腦部結構功能異常，導致HE，Bajaj等[29]研究表明這些細菌與大腦認知功能呈負相關。

2.3 脂多糖(LPS)堆積 來源于腸道革蘭陰性菌的LPS在肝臟和全身性疾病的發病機制中起重要作用，常用于誘導肝損傷模型以研究肝功能及肝細胞再生。肝衰竭時肝臟Kupffer細胞出現功能障礙、吞噬清除能力下降，或者大量的內毒素移位超過肝臟單核巨噬細胞系統的清除能力時，肝臟將會最先被攻擊，同時內毒素會溢出進入體循環。LPS對肝臟有直接毒性作用，同時激活固有免疫細胞，產生炎癥因子、趨化因子和活性氧，誘導炎癥反應，造成肝臟的損傷加重。

另一個觀點是，雖然一開始認為LPS影響肝功能，但也有證據表明它在肝細胞再生過程中不可或缺，它可作用于肝臟網狀內皮系統維持其激活狀態。當腸道衍生的內毒素無法到達肝臟時，小鼠的肝臟DNA合成受損[30]。無菌小鼠及LPS抵抗的小鼠可以通過給予LPS誘導肝細胞再生[31]，觀察到的LPS誘導肝細胞增殖可能是由于增強了肝細胞生長因子的活性，同時使用LPS和肝細胞生長因子的大鼠增加了JNK和AP-1 DNA的結合，可能上調了c-JUN和STAT3的表達。LPS能夠誘導大鼠肝細胞血紅素加氧酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)蛋白表達上調，該誘導作用呈一定的能量依賴性和時間依賴性。而HO-1可以抑制LPS誘導大鼠肝細胞內質網應激介導的細胞損傷[32]。急性肝衰竭大鼠模型中，巨噬細胞來源的HO-1的過表達可以緩解急性肝衰竭造成的肝損傷，其機制與抑制HMGB1、IL-1β、TNFα的表達[33]和CD163/HO-1通路的激活有關[34]。

2.4 炎癥反應 細菌易位時，大量細菌產物通過門靜脈系統到達肝臟后經模式識別受體激活免疫系統，TNFα、IL-6、IL-1等促炎因子增多，損傷血管內皮細胞，加重組織炎癥和水腫[35]。越來越多的研究[29,36]表明，腸道菌群參與炎癥反應發生是加重HE的重要因素。Agusti等[37]通過對HE小鼠進行抗炎治療，降低神經炎癥因子的水平可改善小鼠的認知障礙，恢復運動協調。

3 治療前景

3.1 非選擇性β-受體阻滯劑 使用非選擇性β-受體阻滯劑可以通過降低門靜脈壓力和加速腸道運輸，減少細菌過度生長和易位，從而改善腸屏障[24]。

3.2 抗生素和殺菌劑 靜脈曲張破裂出血期間應用抗生素可以改善預后[38]，也被用于失代償性肝硬化發生腹膜炎的預防性治療，其機制可能與細菌易位減少有關。目前非吸收性抗生素已經針對腸道微生物組-肝軸來治療肝硬化相關并發癥。長期服用利福昔明防止HE復發的患者腸道微生物組成發生了顯著變化[39]。但是，抗生素也可能導致耐藥菌株的生長、其他病原體如艱難梭菌的擴散以及與藥物相關的毒性[40]。特定的殺菌劑可以規避常規抗生素的副作用，比如噬菌體，目前已有噬菌體成功治療多重耐藥菌感染的臨床研究和病例報告，但其風險尚不清楚[41]。噬菌體與抗生素的聯合治療可能是一個更有效的策略。

3.3 益生菌和生物抑制劑 益生菌已被證明有利于短鏈脂肪酸的產生，維持腸屏障完整性，改變結腸的pH值和調節免疫系統[42]。益生菌對HE的治療具有臨床意義，一項隨機對照試驗[43]顯示益生菌可以減少肝臟疾病患者的住院次數，并且降低肝病的嚴重程度。另一種方法是通過給予生物抑制劑來支持有益微生物的定植、生長和功能[40]，如口服乳桿菌分泌的蛋白質可保護小鼠免受大腸桿菌感染[44]。

3.4 膽汁酸和法尼醇X受體(FXR)激動劑 由于膽汁成分和流動對腸道微生物群有影響，肝臟疾病與腸肝膽汁酸池的轉移有關，故人工合成的膽汁酸是肝臟疾病的重要治療藥物[45]。奧貝膽酸(OCA)是一種有效的FXR激動劑，除了影響炎癥、纖維化和代謝途徑外，還可以調節膽汁酸的代謝。在門靜脈高壓癥的實驗模型中，OCA能夠穩定腸黏膜上皮屏障和腸血管內皮屏障，從而減少細菌易位[46]。

3.5 糞菌移植 糞菌移植提供了很實用的方法來重建健康的腸道微生物群，早期臨床試驗[47]也顯示了它在肝硬化患者中的潛在作用，但是還需要更多的研究來確定它的長期安全性和有效性。最近已有研究[48]顯示通過糞便微生物群移植糾正腸道菌群失調可以預防HE的復發。

3.6 中藥治療 中藥治療對肝衰竭時腸道功能有明顯的改善作用。基于正虛病機的益氣健脾法治療改善了HBV-ACLF患者“正虛”的狀態和“耗竭”的T淋巴細胞功能，從而提高了患者的生存率，改善了患者的不良預后。既往研究[45]表明，盡早給予中藥高位保留灌腸聯合西藥治療慢性乙型肝炎肝衰竭濕熱發黃證患者可改善預后。中藥復方具有較好的調節代謝和肝功能的作用，在一定程度上對腸黏膜屏障也有調節作用[49]。中藥的經典給藥方式為口服，經過消化道轉化吸收后起作用，現代研究表明補益類中藥具有扶植腸道正常菌群生長、調節菌群失調、起到益生元的作用，通過影響腸道菌群的結構來預防和治療疾病。

3.7 其他 目前臨床上常用的乳果糖能夠選擇性地促進一種或者多種有益菌生長，使腸腔內產生脲酶的細菌發生酸化，加快腸道細菌和毒素排出，同時抑制氨從腸腔擴散進入血液。他汀類藥物療法與降低門靜脈壓力和降低病死率相關，它可以抑制膽固醇的合成，并具有明顯的抗炎和抗纖維化等肝保護作用[50]，同時可能會通過改善微生物組譜來預防ACLF[24]。后生元是腸道細菌的代謝產物，包括短鏈脂肪酸、次級膽汁酸、蛋白質多糖、維生素和有機酸等，具有免疫調節作用，與碳納米顆粒、microRNA-320a等都可作為保護腸道屏障功能的治療新策略[51]。

4 小結

總之，肝臟-腸道之間的相互作用，有助于更好地理解疾病肝衰竭發生發展的病理生理機制，并以改善腸道功能為突破口從中找到新的治療靶點，從而提高肝衰竭患者的救治。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：肖玲燕負責課題設計，撰寫論文；邢阿雯負責查閱文獻、修改論文；譚善忠負責指導撰寫文章并最后定稿。