JCH:肠道微生态与肝性脑病

2020
04/30

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临床肝胆病杂志
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人体的肠道微生态系统由肠道内环境和寄生于肠道的微生物共同构成,这些微生物包括固有菌、共生菌、过路菌。在人体内,肠道菌群数量相对固定,可达1012~1014个,是人体自身细胞数目的10倍。这些细菌大多数为类杆菌、优杆菌、消化球菌以及双歧杆菌等专性厌氧菌,约占肠道总菌量的99%;肠杆菌、肠球菌、乳酸杆菌等兼性厌氧菌约占总菌量的1%,构成复杂的肠道微生态系统[1]。人体肠道微生态系统错综复杂,各微生物群之间相互依存、相互制约,彼此保持着一定比例,按照一定的顺序定植于肠壁的特定部位,参与机体代谢,发挥免疫屏障作用。肠道微生态的失衡对慢性肝病的发生和发展具有重要影响,特别是全身炎症反应、内毒素血症和血管舒张导致的并发症,如自发性细菌性腹膜炎、静脉曲张破裂出血及肝性脑病(HE)。

HE是肝硬化失代偿的并发症之一,有研究[2]发现其1年病死率可达58%,3年病死率可达77%,成为肝硬化患者预后不佳的独立影响因素。有研究[3-4]进一步发现肝功能受损后,机体可通过肠-肝轴调节胆汁的分泌,肠道供血减少和蠕动减慢,从而导致肠黏膜的破坏和肠道菌群失衡。改变的肠道菌群又进一步促进了肝损伤后并发症的产生,最常见的是细菌移位和内毒素诱发的各种细菌感染,包括重症肺炎、败血症、泌尿系感染及腹腔感染,反复发生的细菌感染是导致肝病患者死亡的重要诱因之一。另外,大多数肝硬化患者存在免疫功能紊乱,这可能会加剧全身炎症反应,进而导致HE[5-6]。也有证据[6-9]表明HE的发病与肠道菌群失调及全身炎症反应后机体代谢产物(如氨和内毒素)的积累有关。另外,当前HE的防治策略也仍然以调控肠道菌群为主,常用的药物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等。 

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by. CD Genomics

1  肝硬化HE患者肠道菌群分布的特点

里德伯格于2000年提出,人体是由细胞和共生微生物构成的“超级生物体”,是个非常复杂的生态系统,近年来国际科学界也开展了多项关于人体微生物组研究计划。浙江大学传染病诊治国家重点实验室在对肝硬化患者的粪便进行研究时发现,韦永氏球菌、链球菌、梭状芽孢杆菌及普氏菌比较丰富,并且这些细菌载量越大,患者的CTP评分越高[10]。Bajaj等[11]在对肝硬化HE患者结肠黏膜微生物群的研究中发现肠球菌、巨球形菌、伯克氏菌、韦永氏球菌比较丰富。另一项研究[12]发现在隐匿性HE中,唾液链球菌数量增加与认知功能的改善呈负相关,与氨的积累呈正相关,然而在显性HE中,影响认知功能的主要是大便藻科和卟啉单胞科微生物。国外的一篇关于轻微型HE的研究[13]提到肝硬化轻微型HE患者存在肠道微生态失衡,表现为肠道内双歧杆菌数量显著减少,革兰阴性肠杆菌科细菌数量显著增加。人体肠道具有相对比较稳固的免疫屏障系统,主要包括机械、化学、生物屏障,可防止有害物质和病原体入侵,从而维持机体内环境稳定。肠道微生态失衡时原来的优势菌生长被抑制,而内源性或外源性致病菌大量增殖,致病菌及其代谢产物触发的肠源性内毒血症是肝病患者预后不良的重要原因之一。因此,探索肝硬化HE的发病机制与肠道微生态之间的关系具有重要意义。

2  肝硬化HE和肠道微生态有关的病因学

目前关于HE的发病机制尚不完全清楚,更多研究集中在氨和炎症的协同作用使星形胶质细胞肿胀及脑水肿。肠道是氨产生的主要场所,氨的产生离不开肠道细菌的分解作用。有学者[14]认为肝硬化失代偿期肠道细菌产生的氨通过受损肠壁细胞之间的细胞连接进入门静脉系统,而生成短链脂肪酸的细菌减少导致结肠pH值增高,从而引起肠道氨的产生和吸收增加进而诱发HE。Riordan等[15]发现肠道产尿素酶(分解尿素产生氨气)类细菌(如克雷白杆菌和变形杆菌等)与人体氨代谢有关。也有研究[16]发现血氨的浓度与病情的严重程度不完全一致,因血氨的检测要求室温下采静脉血后立即低温送检,30 min 内完成测定,或离心后4 ℃冷藏,2 h 内完成检测,一般检测条件很难达到。Bajaj等[17]发现某些特殊细菌家族与HE患者的认知及炎症反应相关,如产碱菌科、紫单胞菌科及肠杆菌科,与无HE的患者相比,肝硬化HE患者韦荣氏球菌、内毒素及炎症因子(IL-6、TNFα、IL-2、IL-13)的水平相对更高。更有研究[18]发现韦永氏球菌和链球菌与肝硬化患者的认知功能呈负相关。目前关于肠道菌群与HE之间关系的研究主要集中在粪便微生物上,而针对黏膜菌群分布的研究相对较少。研究[19]证实肠黏膜与粪便中微生物组成是不完全相同的,但因黏膜菌群获取相对比较困难,开发与肠道微生态变化相关的血清生物学标志物对HE的诊断和治疗可能有一定的帮助。目前临床中利用血清幽门螺杆菌(Hp)抗体检测诊断Hp感染的非介入、低创伤方法提供了思路,但由于肠道微环境更为复杂,目前关于肠道微生态失衡与疾病相关性的血清生物学标志物尚在探索中。

3  调整肠道微生态对肝硬化HE防治的成效

HE的治疗目前尚无特效药物,治疗的原则是及时清除诱因、尽快将急性神志异常恢复到相对稳定状态[20]。常用的药物有乳果糖、克拉丁醇、利福昔明及益生菌、益生元等,它们均参与了肠道微生态的调节。乳果糖是合成的口服不吸收双糖,一直以来是临床治疗HE的“基石”,也是目前治疗指南中推荐治疗HE的一线药物。乳果糖不仅可以通过清洁肠道减少肠道内细菌及其代谢产物,而且其在结肠内代谢产生的有机酸通过改变肠道内环境减少氨的产生、促进氨的排出。Lokesh等[21]进行的研究显示乳果糖与益生菌单独使用均能改善患者的认知功能以及降低症状性HE发病率,但是二者联用并未表现出协同作用,具体原因尚不清楚。Bajaj等[17]研究发现口服乳果糖后,除粪杆菌减少外,其他菌群并无明显变化。利福昔明因其不良反应相对较少,是目前美国FDA唯一批准的用于HE治疗的抗生素。利福昔明通过与细菌DNA依赖的RNA聚合酶结合达到破坏细菌RNA合成的目的。临床研究[22-23]证实乳果糖或者乳果糖联合利福昔明可以预防HE复发,强调了调整肠道菌群对显性HE二级预防的重要意义,但这些试验均未对乳果糖或者乳果糖联合利福昔明如何影响肠道菌群和氨产生进行分析,也没有讨论菌群及其产物的变化如何与临床疗效相关联。Takumi等[24]关于利福昔明与HE患者肝/神经心理功能相关的研究发现利福昔明治疗前后HE患者粪便中细菌载量变化不明显,但治疗后链球菌属、韦永氏球菌属和乳酸菌属的数量下降。因此,推断利福昔明可以通过调节HE患者的肠道微生物群分布来改善肝/神经心理功能。乳酸杆菌GG由美国北卡罗来纳州立大学两名教授从健康人体分离出来,发现可抑制肝硬化患者内毒素和炎症水平[25]。然而也有报道[26-27]指出乳酸杆菌是与疾病进展相关的,原因推测可能是乳酸杆菌通过糖酵解作用产生酒精,加重了非酒精性脂肪性肝病患者肝脏的炎症程度。Marlicz等[28]采用益生菌、合生元治疗HE,发现肠道菌群比例发生改变,肠杆菌科丰度减少,乳酸杆菌比例增加,同时伴随血氨水平的降低,轻微型HE发生逆转、显性HE的发生率均显著降低。多个研究[29-33]比较了益生菌与目前HE治疗的推荐用药(如利福昔明、乳果糖)的疗效,结果发现它们在降低血氨及炎症因子水平、改善大脑认知功能上效果相仿,但在增加有益菌、减少致病性细菌和长期耐受性上更胜一筹,但本研究的另一个重要发现——益生菌使用并不能降低HE患者的病死率。

4“变废为宝”——粪菌移植(FMT)治疗肝硬化HE的新探索

现代研究发现,肝脏与肠道具有相同的胚胎起源,所以在一定程度上保持着许多“天然”的解剖和功能联系。马歇尔1998年提出了“肠-肝轴”的概念进一步支持肠道微生物在HE发病机制中的作用。近年来FMT成为针对“肠-肝轴”开发的最新研究疗法,是指将健康人粪便中的功能菌群,移植到患者胃肠道内,重建新的肠道菌群,实现肠道及肠道外疾病的治疗[34]。Bajaj等[35]率先发表了一篇关于20例肝硬化HE患者粪菌移植的RCT,指出与标准化治疗组(利福昔明+乳果糖)相比FMT组严重不良事件(病死率、住院率、感染发生率)均明显降低。但由于目前支持FMT治疗HE的有效性、持久性及长期治疗安全性的数据有限,关于哪些HE患者适合FMT、FMT的最佳时机、单次治疗还是重复治疗尚存在争议[36],FMT治疗HE的方式方法尚在探索之中。目前关于炎性肠病FMT的研究[37]发现供体粪便的特性也影响治疗效果,如何选择合适的供体粪便目前缺乏一致性意见。所以根据受体微生物和代谢组学特征选择微生物群落仍然是目前FMT研究的热点和难点,希望口服方式可以取代原始的给药方式并取得更好的疗效。

5  问题与展望

肠道菌群是一把双刃剑,其作为一个细菌器官存在,参与机体代谢、维持机体正常的免疫功能,对于维系机体健康具有举足轻重的生物学意义。然而肠道菌群也是加速许多疾病进展的原因,所以肠道微生态调节剂并非一把万能钥匙,故需更加严谨周密的试验设计,发现具有特异性的致病菌或其代谢产物,为进一步诊疗提供思路。就肝硬化HE而言,破解HE患者肠道微生态的结构和功能,揭示与HE发生、发展及预后相关的肠道微生物的功能基因和编码的代谢途径,对于探讨HE的发病机制具有重要意义,也对开发新的微生态制剂用于HE的二级预防具有重大价值。

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引证本文:黄云义, 刘尧, 张群, 等. 肠道微生态与肝性脑病的关系[J]. 临床肝胆病杂志, 2020, 36(4): 912-914.

本文编辑:王莹 公众号编辑: 邢翔宇

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