腸-肝軸：腸道微生物穩態與肝細胞癌

周 荃， 蔡春琳， 李金強

長沙市第一醫院 a.感染科； b.醫院感染管理科， 長沙 410000

肝細胞癌（HCC）由肝細胞異常轉化引起，是臨床最常見的肝惡性腫瘤，在原發性肝癌中占比達70%～90%［1］，是全球第六大最常見癌癥和第四大癌癥死亡原因，2018年有超過84萬例新發病例，超過78萬人死亡［2］。與原發性HCC相關的危險因素包括慢性HBV/HCV感染、黃曲霉毒素攝入、酒精濫用、吸煙、肥胖等。在我國，由于HBV和HCV的高感染率，肝癌患病率和病死率逐步上升。

腸道和肝臟在解剖學和生理學上相連，兩者之間的關系被稱為“腸-肝軸”。腸道微生物群及其產物、營養物質等通過門靜脈血液轉移至肝臟，反之，肝臟通過膽道系統將膽汁分泌至腸腔。近年來越來越多的證據［3-5］表明，腸-肝軸在維持肝臟穩態和HCC 發生發展中扮演重要角色。本文將針對腸-肝軸介導的HCC發病機制及治療研究進展作一綜述。

1 腸-肝軸概述

腸-肝軸是指腸道及其微生物群與肝臟之間的雙向關系。腸道內75%的血液經腸系膜上、下腔靜脈匯入門靜脈從而進入肝臟，輸送細菌及各種代謝產物，腸道內環境時刻影響著肝臟微環境［6］。與此同時，肝臟將膽汁的主要成分膽汁酸（bile acid，BA）運送至腸道，BA 可促進腸道對膳食脂肪、類固醇、藥物和親脂性維生素的消化和吸收［7］。BA 在腸道菌群的作用下，經水解、7α-脫羥基反應轉變為次級BA，最終在回腸末端被重新吸收，運送回肝臟［8］。BA 的生理變化及其所介導的信號通路影響著腸道屏障功能、菌群數量及組成。腸道屏障由黏液層和腸道上皮細胞組成［9］，正常生理狀況下，完整的腸道屏障能夠阻止細菌、毒素等有害物質通過，同時允許營養物質進入循環并到達肝臟（圖1）。

圖1 腸-肝軸示意圖Figure 1 Schematic Diagram of Gut-Liver Axis

2 腸-肝軸與HCC的關系

2.1 腸道微生物群與HCC

腸道微生物群的組分對于維持腸-肝軸的穩態至關重要，可影響BA 代謝、腸道通透性和短鏈脂肪酸可利用性等［10］，從而改變酒精、糖、脂質代謝。在不同個體之間可變性強，易被諸多因素影響，例如年齡、飲食、運動、使用抗生素頻次和種類等。

2.1.1 參與BA 代謝的腸道菌群失調 肝損傷與腸道生態失調的嚴重程度密切相關。參與BA 代謝的腸道微生物群主要包括擬桿菌、梭桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌和李斯特菌，上述菌群通過生成膽鹽水解酶（bile salt hydrolase，BSH）水解初級BA，HCC 患者中檢測到大腸桿菌、擬桿菌豐度升高，致使BSH 生成增多［11］，進一步增加循環中游離BA 的含量，最終導致肝細胞線粒體功能障礙、細胞凋亡。

梭狀芽孢桿菌屬、真桿菌屬、乳酸桿菌屬和大腸桿菌屬等通過7α-脫羥基化，將未結合的鵝去氧膽酸和膽酸轉化為石膽酸（lithocholic acid，LCA）和脫氧膽酸（deoxy-cholate，DCA）［12］。疏水膽汁酸LCA、DCA具有細胞毒性，直接損害肝細胞膜、誘導細胞凋亡，釋放炎癥因子［13］。高水平的DCA 誘導造血干細胞中的衰老相關分泌表型，進而在肝臟中分泌各種炎癥因子和促癌因子，促進HCC發展［14］。

2.1.2 腸黏膜屏障破壞 腸道屏障的破壞與鄰近腸道上皮細胞內的緊密連接受損相關，緊密連接的完整性對于防止病原體或外源性物質在腸道上皮細胞的易位至關重要［15］。當黏液相關防御被削弱，腸壁通透性增加，來自腸道微生物群的代謝物和成分將移位至肝臟，產生一系列毒副產物，又稱為病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），如脂多糖（LPS）、肽聚糖、鞭毛蛋白、細菌DNA 等［16］。Toll樣受體（TLR）能夠識別PAMP，在宿主防御中發揮重要作用［17］。TLR4 為LPS 受體，能夠激活核因子κB（NF-κB）釋放炎癥因子，當炎癥因子進入門靜脈循環后便會對肝臟造成損傷［18］。此外，PAMP 激活肝星狀細胞（HSC），進一步促進肝纖維化［19］，這種持續性損傷可導致嚴重肝纖維化最終發展為HCC。

酒精及高脂飲食已被證實可以改變腸道屏障的通透性，酒精使胃腸壁變薄，破壞其分層結構［20］，使酒精更易吸收，導致血液中酒精水平升高，進一步促進后續腸道屏障損傷，這種惡性循環最終導致“腸瘺綜合征”。高脂飲食直接下調緊密連接蛋白的表達，加劇腸道屏障損傷［21］，還可使小腸細菌過度生長，增強炎癥反應，并增加腸道微生物群中破壞黏膜屏障物種的數量［22］。此外，高脂飲食增強肝臟中膽固醇產生的BA 代謝，可導致次級BA 增多，過量的DCA 產生活性氧，誘導人肝細胞、大鼠原代肝細胞凋亡［23］。

細菌易位及LPS 的積累導致腸道微生物群組成發生改變，HCC 患者中表現為高水平的大腸桿菌與低水平的乳酸桿菌、雙歧桿菌和腸球菌［11］。研究［24］表明，腸道微生物群和TLR4 的激活通過促進細胞增殖和抑制細胞凋亡而促進HCC的發生發展。

2.2 BA受體與HCC

肝臟和腸道中BA 信號的改變與HCC 相關，腸-肝軸穩態依賴于嚴格控制BA水平，以避免BA超載，當代謝穩態被打破，異常的BA 水平將誘導細胞凋亡和炎癥［25］。游離BA可激活BA信號受體，如法尼醇X受體（farnesoid X receptor，FXR）、G 蛋白偶聯膽汁酸受體5（G protein coupled bile acid receptor 5，TGR5）、孕烷X 受體（pregnane X receptor，PXR）、鞘氨醇-1-磷酸受體2（sphingosine-1-phosphate receptor 2，S1PR2）、本構雄烷受體（constitutive androstane receptor，CAR）、維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）等［3］。

2.2.1 FXR FXR 是主要的BA 受體，通過調節肝臟和腸道中BA 的攝取、合成、結合和運輸，維持BA 的穩態［26］。BA過度積累引起的慢性肝損傷被認為是HCC發病的原因之一，在肝臟中，FXR 激活小異源二聚體伴侶受體（small heterodimer partner，SHP）表達，從而抑制限速酶膽固醇7α 單加氧酶（cholesterol 7-alphamonooxygenase，CYP7A1）的水平［27］，該酶能夠催化膽固醇合成BA；FXR 還能夠通過刺激成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）15 及其同源基因FGF19 的合成，抑制CYP7A1 的表達，負調控BA 合成［28］。此外，FXR 可通過增加膽鹽輸出泵的表達，促進膽汁分泌，抑制肝臟慢性炎癥、肝細胞損傷［29］。

FXR 不僅調節BA 代謝和腸肝循環，還能夠抑制炎癥信號、增強組織修復。FXR 的激活可降低肝臟促炎細胞因子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的表達［30］。在腸道中，FXR 的激活通過恢復腸道FXR-FGF15 軸，保持腸上皮黏膜完整性，限制肝臟炎癥和異常肝細胞的增殖［28］。

2.2.2 TGR5 TGR5 是一種G 蛋白偶聯膽汁酸細胞表面受體，廣泛分布于人體，在脾臟、胎盤、胃等多種組織中高表達，調節能量穩態、BA 穩態和葡萄糖代謝［31］，BA 通過激活TGR5 抑制LPS，從而降低促炎細胞因子水平，包括IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α等［23］。最近一項研究［32］也表明，TGR5 的激活極大地抑制了體外人肝癌細胞的增殖和遷移，而TGR5 的缺失增強了化學誘導的肝癌發生，表明TGR5 是一種新的抑癌基因。

據報道［33］，TGR5 可激活信號轉導及轉錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3），STAT3 是一種在肝臟炎癥和HCC 中起關鍵作用的轉錄因子，TGR5 的激活抑制了STAT3 的磷酸化，抑制其轉錄和DNA 結合活性。與野生型小鼠相比，TGR5 缺陷小鼠對酒精誘導的急性肝損傷和脂肪變性更為敏感，且增加促炎細胞因子的表達。研究［34］發現，基質金屬蛋白酶在TGR5 缺陷小鼠中的表達較高，而基質金屬蛋白酶能夠促進腫瘤細胞增殖、抑制凋亡、刺激侵襲轉移、促進血管生成，這可能促進了HCC的發育和轉移。

2.2.3 PXR PXR 是核受體蛋白家族成員，在肝臟和胃腸道組織中表達，通過下調NF-κB 減少炎性細胞因子、趨化因子和黏附分子的產生［35］。當BA 呈高水平時，PXR 與FXR 協同作用，調節和消除BA。腸上皮細胞內，PXR 激活FGF19/FGF15，通過抑制肝臟中CYP7A1 的轉錄，抑制BA 的合成［36］。研究［37］表明，PXR 激活劑可增加人肝細胞膜蛋白的表達，而人肝細胞膜蛋白能夠降低肝臟BA 水平、防止細胞壞死，在保護肝臟免受BA超載方面發揮突出作用。

2.2.4 S1PR2 S1PR2 是鞘氨醇-1-磷酸的G 蛋白偶聯受體，表達于肝細胞、膽管細胞、HSC、肝竇內皮細胞和巨噬細胞中。S1PR2 在膽汁淤積性肝小鼠中通過抑制巨噬細胞趨化因子誘導的細胞運動，促進巨噬細胞在炎癥部位的募集［38］，在肝細胞中，S1PR2 激活細胞外信號調節激酶和蛋白激酶B 磷酸化誘導環氧合酶2的表達，發揮促炎的作用［39］。

2.2.5 CAR CAR 被認為是BA 的間接傳感器，目前為止未發現主要的BA 直接與之相結合，主要在肝臟中表達。CAR 通過調節細胞色素酶CYP450 介導BA代謝，催化BA 的合成、氧化、葡萄糖醛酸化［40］。在人肝細胞中，CAR 的激活同樣抑制CYP7A1 的表達，與FXR、PXR共同降低BA肝毒性［41］。

2.2.6 VDR VDR 的配體是維生素D 的活性形式，即骨化三醇，在腎、腸、骨和肝細胞中高表達，參與細胞增殖、細胞分化和免疫，通過調節巨噬細胞、T 淋巴細胞發揮抗炎作用。在腸道中，VDR 通過細胞色素P450 3A4 削弱BA 毒性［42］；在Kupffer 細胞中，VDR 的激活降低了飲食誘導的肥胖小鼠的炎癥反應［43］。此外，LCA 可激活VDR，誘導磺酸基轉移酶2A1、基底側多藥耐藥相關蛋白3 和BA 轉運蛋白的表達，刺激BA排泄和轉運［44］。綜上研究所述，VDR 的激活可能參與BA 吸收，抑制BA 的合成，并促進參與LCA 解毒酶的表達。

3 基于腸-肝軸在治療HCC中的新探索

3.1 益生菌 益生菌是指活躍的、有益的微生物，定居在人類的腸道和生殖系統中，可改善宿主的微生態平衡，并發揮有益的作用。人和動物的益生菌主要包括丁酸梭菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、放線菌和酵母。可通過改變腸道微生物群的類型和數量減少腸道炎癥，維持腸道菌群平衡，改善腸道屏障功能，抑制HCC 的發展［45］。

鼠李糖乳桿菌GG（lactobacillus rhamnosus GG，LGG）是一種益生菌菌株，已被廣泛應用于肝臟疾病的預防和治療。最近的一項研究［46］表明，LGG通過激活腸道FXR-FGF15 信號通路，降低CYP7A1、SHP 表達和肝臟BA 的合成，顯著減輕了膽管結扎小鼠的肝臟炎癥、肝損傷和纖維化。此外，LGG 可增強具有BSH 活性的腸道微生物群，以增強BA 的排泄，還可激活腸道FXR 以抑制小鼠肝臟BA 的合成，促進尿BA 的排泄［47］。上述結果表明，LGG 可用于預防及治療與肝BA 水平升高相關的肝病。乳酸乳球菌和白藜蘆醇通過滅活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/NF-κB 信號，恢復緊密連接，小鼠肝功能得以改善，包括血清轉氨酶、膽紅素水平，血清內毒素、甘油三酯、總膽固醇指標顯著下降［48］。動物模型研究［49］表明，益生菌有助于抑制黃曲霉毒素B1 誘導的HCC 發生，恢復腸道生態平衡，降低LPS 水平，減輕氧化應激。一項動物研究［50］表明，從中國傳統發酵食品中分離的植物乳桿菌C88增加了小鼠糞便中黃曲霉毒素B1的排泄，可作為潛在的HCC治療策略。

3.2 糞菌移植（fecal microbiota transfer，FMT） FMT是一種將來自健康供體糞便中的功能菌群移植到患者的胃腸道，以重建新的腸道菌群治療腸道和腸外疾病的新技術［51］。動物研究［52］顯示，酒精敏感小鼠在FMT 后腸道微生物群成分發生改變，阻止了酒精誘導的肝損傷。與益生菌相比，FMT 對腸道黏膜屏障功能的改變更顯著［53］。對慢加急性肝衰竭小鼠行FMT，可顯著減輕肝臟炎癥，恢復腸道微生物群的多樣性［54］。一項納入33例嚴重酒精性肝炎患者的臨床試驗［55］表明，FMT 能夠改善28、90 天存活率以及出現肝性腦病患者的認知能力。FMT 可能通過逆轉腸道菌群失調、減少細胞毒性代謝物或炎癥介質的產生，抑制HCC的發展。需要注意的是，FMT 目前正被納入非酒精性脂肪性肝炎和肝硬化的臨床試驗評估，但關于FMT 在HCC 中的治療研究尚少，亟需開展更多動物試驗以評估FMT 的實用性和安全性。目前尚不清楚FMT 是否能夠永久恢復HCC患者腸道微生物群的改變，此類患者通常免疫受到抑制，由此造成的細菌易位是否有并發菌血癥的風險難以評估。

3.3 抗生素 在HCC 患者中，盡管使用利福昔明可降低自發性腹膜炎發生率，但與死亡風險無關［56］，提示腫瘤本身可能比HCC并發癥對生存率的影響更大。既往研究［57］報道，HCC 是導致肝性腦病預后不良的獨立危險因素，HCC 患者的芳香族氨基酸水平高于非HCC 患者，提示芳香族和支鏈氨基酸的失衡與HCC患者肝性腦病的發生有關，HCC 的存在會影響肝性腦病的不良預后，并降低利福昔明在預防肝性腦病復發方面的作用。

3.4 TLR4 阻滯劑 TLR4 阻滯劑Eritoran tetrasodium是一種合成脂類球形紅桿菌類似物，可通過減少HSC的激活以及降低α-平滑肌肌動蛋白、轉化生長因子-β1的豐度，減輕肝纖維化，顯著降低血清ALT 水平及肝臟炎癥細胞浸潤［58］。在體外研究［59］中，Eritoran tetrasodium 顯著抑制了LPS 誘導的原發性造血干細胞和Kupffer 細胞的核易位，阻斷NF-κB 的激活，抑制促炎細胞因子、促纖維化介質以及活性氧的釋放；在慢性肝損傷小鼠模型中，Eritoran tetrasodium 阻斷TLR4介導的炎癥反應，減少肝臟炎癥細胞浸潤，減輕肝纖維化［60］。

3.5 FXR激活劑、TGR5激動劑 現有的FXR激活劑包括GW4064、奧貝膽酸（obeticholic acid，OCA）、熊去氧膽酸。經GW4064 干預后，CYP7A1 的表達水平下調，肝組織學和血清轉氨酶活性均得到改善［61］，表明GW4064 可以糾正BA 的代謝異常，使結合BA 水平升高，從而減輕肝毒性。OCA 是一種半合成BA 類似物和有效的FXR 激動劑，長期給藥可改善肝纖維化、脂肪變性和小葉炎癥，防止病情進展，抑制BA 輸入轉運體，誘導BA 輸出泵［62］。在膽汁淤積小鼠模型中采用熊去氧膽酸治療，可觀察到血清和肝臟中BA 顯著降低，總BA 含量恢復至正常水平，組織學觀察到修復及肝細胞再生［63］。INT-767 作為FXR 與TGR5 雙激動劑，是一種新型的OCA 硫酸鹽衍生物，通過減少膽道BA 輸出，改善膽汁淤積表型［64］。研究［65］表明，INT-767 可阻止飲食誘導的肝脂肪變性、炎癥和纖維化進展，減少腸道微生物群失調，改善肝臟的組織學特征，并減少促炎細胞因子的產生及BA 合成，但需要長期臨床試驗確定INT-767 在HCC 高危患者中的預防及治療效果。

3.6 中草藥 在萘硫氰酸酯誘導的膽汁淤積小鼠中，使用茉莉花多糖（G.jasminoides Ellis polysaccharide，GPS）能夠使轉氨酶水平降低3～7 倍，改善肝組織損傷，上調FXR、PXR 及其下游外排轉運體的表達，從而降低BA 水平。此外，GPS 可改善腸道微生物群失調，改善腸道屏障功能，并使LPS 水平降低1.5 倍，GPS 可抑制TLR4/NF-κB 信號轉導，降低炎癥因子的表達，改善肝臟炎癥［66］，利用草藥多糖可能對膽汁淤積性肝病具有獨特的治療前景。

4 展望

HCC 通常由慢性肝病引起，腸道微生物群能夠介導HCC 的發生，BA 受體異常可能導致肝臟炎癥、損傷、代謝穩態破壞，最終促進HCC的發展，通過糾正腸道生態失調以恢復BA正常水平可能是阻止HCC進展的有效方法。在治療方面，TLR4、FXR、TGR5 可能成為治療HCC的新靶點，但在目前的研究中依然存在一些局限性：（1）小鼠產生的腫瘤不一定與人類相似，飼料是否對BA 代謝產生影響、試驗是否可代表人類HCC 發展進程，上述問題值得進一步探討；（2）來自不同種族或國家的不同個體，其腸道微生物組成可能存在差異，定植在人體的腸道固有菌群對植入菌種有一定抵抗性，補充同種、等量益生菌難以使所有人受益；（3）對于FMT 供體的選擇需慎重，如何控制病原體感染的風險需要進一步研究；（4）目前尚不清楚補充腸道益生菌對于早期或晚期HCC患者療效的差異，仍需臨床大樣本隊列研究觀察微生物群和BA 的動態變化是否與患者HCC 分期相關。期待未來研究能夠著眼于特定菌群在個體化治療上的應用，以及更多BA 受體的發掘，為HCC 的早期診斷、預防及精準治療提供新的依據。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：周荃負責擬定寫作思路，檢索文獻，撰寫及修改論文；李金強、蔡春琳負責指導，最終定稿。