慢性膽汁淤積性肝病患者腸-肝軸功能變化研究進展*

陳慧婷,周永健

肝臟是人體最大的代謝器官和解毒中心,能夠分解代謝營養(yǎng)物質(zhì)和毒性物質(zhì),阻止有害物質(zhì)進入循環(huán)系統(tǒng),而腸道是機體防御的最前線,是人體最大的免疫器官。腸道與肝臟之間的相互作用即腸-肝軸(gut-liver axis),腸道中的營養(yǎng)成分、細菌及其代謝產(chǎn)物等通過門靜脈進入肝臟,而肝臟中的物質(zhì)通過膽道系統(tǒng)排泄入腸道。腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物、腸粘膜屏障、細菌移位和膽汁酸代謝是腸-肝軸的關鍵特征[1]。腸道菌群紊亂可導致腸道中有害物質(zhì)增加,有益物質(zhì)減少,腸道屏障功能受損,腸道來源的細菌產(chǎn)物和代謝物可暴露于肝臟,通過肝-腸循環(huán)誘發(fā)肝細胞損傷和腸道炎癥的發(fā)生,并影響肝臟的正常功能,而肝病的進展又會進一步加重腸道菌群的失調(diào),最終導致肝病加重,形成惡性循環(huán)。因此,保持腸道的健康穩(wěn)態(tài),對于維持正常的肝臟功能具有重要的作用。膽汁淤積是指免疫、遺傳、環(huán)境等因素造成膽汁形成、分泌和排泄障礙,膽汁不能正常流入十二指腸而進入血液循環(huán)的病理學狀態(tài),患者可出現(xiàn)黃疸、尿色加深、乏力、瘙癢等。各種原因造成肝臟病變導致膽汁淤積性疾病統(tǒng)稱為膽汁淤積性肝病(cholestasis liver diseases),主要包括原發(fā)性硬化性膽管炎(primary sclerosing cholangitis,PSC)和原發(fā)性膽汁性膽管炎(primary biliary cholangitis,PBC)。膽汁淤積性肝病起病隱匿,早期常無明顯癥狀而僅表現(xiàn)為血清堿性磷酸酶(ALP)、γ谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)和免疫球蛋白IgG升高,疾病進展后可出現(xiàn)高膽紅素血癥,且具有進展為肝纖維化、肝硬化、肝衰竭,甚至死亡的風險。目前,膽汁淤積性肝病的病因仍不清楚,研究表明腸-肝軸的失衡是膽汁淤積性肝病發(fā)生和發(fā)展的重要因素。

1 腸-肝軸

腸道和肝臟通過門靜脈、膽道系統(tǒng)和體循環(huán)進行雙向交流(crosstalk),其中腸道菌群對于維持腸-肝軸的穩(wěn)態(tài)至關重要。腸道微生物群不僅影響著腸道局部功能,而且對全身免疫系統(tǒng)的成熟和維持、物質(zhì)代謝等均起著非常重要的作用。腸道微生物種類繁多,包括細菌、古生菌、真菌和病毒等。腸道細菌主要由厚壁菌、擬桿菌、放線菌和變形桿菌四個門類的細菌組成。腸道微生物群的組成受到宿主內(nèi)在遺傳(如基因型)和外在環(huán)境(如飲食、運動、寒冷暴露、感染和抗生素等)等諸多因素的影響。腸道微生物群紊亂是包括肝病在內(nèi)的許多疾病發(fā)生的基礎,腸道微生物紊亂導致腸道通透性升高和細菌移位,稱為病原體相關分子模式(PAMPs)。PAMPS在血液循環(huán)中識別肝細胞中的免疫受體,進而激活炎癥級聯(lián)反應,進入門靜脈循環(huán),導致肝細胞損傷、肝纖維化和肝硬化[1]。此外,腸道微生物代謝物如膽汁酸的變化會影響腸道和肝臟的生理功能。腸內(nèi)膽汁酸分布的改變可以改變腸法尼醇X受體(FXR)活性和成纖維細胞生長因子(FGF)15/19表達,對膽汁酸體內(nèi)平衡至關重要[2]。反之亦然,肝臟通過膽汁系統(tǒng)和體循環(huán)釋放膽汁酸和炎癥介質(zhì),如細胞因子等參與腸道溝通。

2 腸道屏障與細菌移位

腸道屏障由單層上皮細胞形成,上皮細胞由腸上皮細胞、杯狀細胞、潘氏細胞、Tuft細胞和腸嗜鉻細胞等組成。腸細胞由連接蛋白緊密連接在一起,并與腸腔中的粘液、抗菌肽、免疫球蛋白、產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs)的共生菌等協(xié)同作用,保護腸道免受病原微生物群的傷害[3]。腸道屏障對于維持腸道和宿主內(nèi)部微生物之間的物理和功能隔離是十分重要的。在正常情況下,物質(zhì)有選擇性地通過腸道上皮細胞,而當存在腸道屏障功能障礙時主要表現(xiàn)為腸漏(leaky gut),即腸道通透性增加和細菌移位等。受損的腸道屏障使得微生物/代謝產(chǎn)物和PAMPs通過門靜脈到達肝臟,并通過激活肝臟枯否細胞、肝竇內(nèi)皮細胞、肝星狀細胞等,導致炎癥級聯(lián)反應[4]。在肝臟疾病,特別是肝硬化患者,可以觀察到細菌移位增加是一種受細菌過度生長、淋巴組織缺陷、免疫系統(tǒng)對微生物和PAMPs的異常反應影響的病理生理發(fā)生機制。

3 膽汁酸和腸道微生物群之間的相互作用

腸-肝軸的一個重要部分是膽汁酸和腸道微生物群之間的相互作用。腸道細菌可以將初級膽汁酸代謝為次級膽汁酸改變膽汁酸的信號特性,維持粘液層和緊密連接的完整性,進而改善腸道屏障[5];反過來,膽汁酸也可以通過膽汁酸受體直接或間接地調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成[6]。膽汁酸通過肝臟和腸道中的FXR和膜結(jié)合G蛋白受體5(TGR5)傳遞信號[6]。膽固醇合成初級膽汁酸,后者在肝細胞中與牛磺酸或甘氨酸結(jié)合后釋放到腸道中,吸收脂質(zhì)和脂溶性維生素,大多數(shù)在末端回腸被主動重吸收,少部分(約5%)轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸,被被動重吸收或排出。初級和次級膽汁酸在小腸和大腸中被重新吸收,并通過門脈血返回肝臟,每天完成4～12次的腸肝循環(huán)[7]。腸道微生物包括擬桿菌、梭菌、真桿菌、乳酸桿菌和大腸桿菌等菌群產(chǎn)生的膽鹽水解酶(BSH)[4,8]和7α-脫羥基酶可促進初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉(zhuǎn)化。FXR通過調(diào)控膽汁酸轉(zhuǎn)運和代謝相關基因的表達,促進膽汁酸的肝腸清除,其活性受膽汁酸調(diào)節(jié),間接影響腸道菌群。膽汁酸依賴性FXR激活還可防止膽汁淤積大鼠腸道屏障功能障礙和細菌移位。FXR激動劑已被證明可以預防膽汁淤積癥、肝硬化、動脈粥樣硬化和炎癥性腸病(IBD)的炎癥反應[7]。奧貝膽酸(OCA)是FXR激動劑,可調(diào)節(jié)膽汁酸穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)代謝、糖異生和炎癥纖維化過程,抑制內(nèi)源性膽汁酸合成,使小腸中厚壁菌門的比例增加。

4 腸-肝軸與膽汁淤積性肝病

PSC患者常同時伴發(fā)IBD。在肝移植前進行結(jié)腸切除術可以降低供體肝臟PSC復發(fā)的風險[9,10]。從這些現(xiàn)象可以看出腸道和肝臟之間的聯(lián)系似乎在PSC中更加明顯[11],提示腸-肝軸是PSC發(fā)病的重要因素[2]。多個隊列研究顯示,與健康對照組比,PSC患者糞便菌群多樣性顯著降低,并伴有一些特殊物種的豐度改變[2],即共生細菌的相對豐度降低,潛在致病物種豐度增加,主要表現(xiàn)為韋榮球菌、梭狀芽孢桿菌、鏈球菌屬、乳桿菌屬和腸球菌屬等的豐度增加,而糞桿菌屬和糞球菌屬的豐度降低[1]。一項招募了10例PSC-IBD患者的臨床試驗表明,糞菌移植(FMT)后患者腸道菌群多樣性得到顯著改善,其中3例患者血清堿性磷酸酶降低了50%以上[11]。另一方面,微生態(tài)失衡會導致腸道通透性改變并損傷肝臟。肺炎克雷伯菌改變了PSC患者的上皮屏障,導致細菌移位,肝臟T輔助17細胞(Th17)誘導的免疫反應導致的肝損傷與腸道通透性相關[12]。此外,也有研究發(fā)現(xiàn)PSC和PBC患者肝組織膽管上皮細胞具有異常高濃度的內(nèi)毒素水平[13]。總而言之,以上研究提示腸道通透性增加和細菌移位是PSC病理生理學的關鍵特征。目前,還沒有完全闡明腸屏障功能障礙是在疾病發(fā)展之前還是之后,但可以推斷腸屏障功能障礙和炎癥可以作為“惡性循環(huán)”的一部分促使疾病進展。因此,改善腸屏障功能可能是一個有前途的治療策略。

在PBC,腸道菌群、腸通透性增加和細菌移位也是重要的發(fā)病機制[1]。與PSC相似,與健康對照人群比,PBC患者腸道微生物組的特點是細菌α多樣性降低,鏈球菌屬、乳桿菌屬和雙歧桿菌屬豐度增加,而健康人群則是產(chǎn)丁酸鹽的糞桿菌屬的豐度增加。此外,與熊去氧膽酸(UDCA)治療應答者相比,UDCA治療無應答者糞桿菌豐度有所降低[14]。上海交通大學馬雄團隊[15]也評估了UDCA治療初治PBC患者的腸道菌群,發(fā)現(xiàn)血清次級膽汁酸水平與PBC患者腸道中富集的菌屬呈正相關,而與健康對照組中富集的菌屬呈負相關,表明次級膽汁酸水平可能取決于微生物組的組成。此外,他們還發(fā)現(xiàn)UDCA顯示出可以通過減少嗜血桿菌屬(Haemophilusspp)、鏈球菌屬(Streptococcusspp)和假單胞菌屬(Pseudomonasspp)豐度,增加在健康對照中豐度比較高的擬桿菌屬(Bacteroidetesspp)、Sutterellaspp和Oscillospiraspp的豐度,部分恢復腸道微生物組的組成[16]。在長期暴露于細菌抗原的情況下,BALB/c小鼠肝組織學特征的發(fā)展與PBC相當[17]。臨床上,PBC患者胃和小腸通透性增加[18]。與丙型肝炎患者比,脂磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA)作為革蘭陽性菌的一種細胞壁成分,在PBC患者的肝組織膽管和血清有所增加[19]。PBC患者血清LPS水平高于健康對照[20]。總之,這些發(fā)現(xiàn)表明 PBC患者腸道屏障功能障礙。

5 靶向腸-肝軸治療膽汁淤積性肝病的可能策略與展望

靶向腸道菌群的治療措施包括益生菌、抗生素和FMT等。調(diào)節(jié)腸-肝軸的進一步治療策略還包括FXR激動劑,后者可以治療膽汁酸代謝障礙、抑制細菌過度生長、改善腸屏障功能和肝組織炎癥。在治療PSC方面,小樣本PSC-IBD患者使用含4種乳酸菌和2種雙歧桿菌屬的配方治療3個月未顯示明顯的療效[21]。抗生素治療,如萬古霉素和甲硝唑,可降低PSC患者血清堿性磷酸酶和膽紅素水平,Mayo PSC風險評分下降,但機制尚不清楚。利福昔明治療對PSC無明顯療效[22],但服用米諾環(huán)素超過一年可使堿性磷酸酶水平和Mayo PSC風險評分降低[23]。如前所述[11],小樣本臨床試驗提示FMT后PSC患者腸道菌群多樣性得到顯著改善。UDCA被廣泛用于治療PSC,但缺乏對包括死亡在內(nèi)的長期臨床療效的益處分析。治療PBC的基本方法是促進膽汁酸代謝,而UDCA的一線治療通過誘導膽汁酸流動,增加膽汁酸排泄。除了用于治療瘙癢癥的利福平外,目前暫無關于使用抗生素、益生菌或FMT治療PBC的明確報道[1]。

綜上所述,針對腸-肝軸在慢性膽汁淤積性肝病病理生理學方面的作用和轉(zhuǎn)化研究以及研發(fā)靶向腸-肝軸治療慢性膽汁淤積性肝病的策略,如功能菌群的分離培養(yǎng)、腸道菌群代謝產(chǎn)物的功能鑒定、腸屏障模型的體外構(gòu)建、菌群與疾病的因果關系驗證、臨床大樣本前瞻性隊列研究等,是當前臨床科研的前沿命題,值得廣大研究工作者進一步關注。