曾勝瀾， 呂 超， 肖偉松， 覃小賓， 吳 聰， 毛德文

1 廣西中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院， 南寧 530001； 2 廣西中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院 肝病一區(qū)， 南寧 530023

肝性腦病(HE)是指由肝功能不全或門體分流引起的腦功能障礙，表現為從亞臨床改變到昏迷等不同程度的神經精神改變。在近年的研究中，腸道微生物組已被證明是HE病理生理學變化的基礎。HE患者和晚期肝硬化患者出現腸道功能障礙、小腸菌落過度生長，菌落的組成結構和代謝等產生變化，進而細菌及其產物跨過受損的腸黏膜屏障進行轉運。肝臟中的巨噬細胞感知到細菌降解產物之后，會引發(fā)肝臟的促炎反應，并將TNFα和IL-8等細胞因子釋放到體循環(huán)中。這樣產生的內毒素血癥和全身性炎癥反應一方面會促進感染，另一方面也容易誘發(fā)HE[1]。用于治療HE的藥物有許多，如乳果糖、利福昔明等[2]，另外口服富含支鏈氨基酸的制劑可以改善HE患者的癥狀[3]。

腸道菌群和HE關系的研究還在逐漸深入，雖然現在證明兩者相關性的研究成果不斷被提出，但存在臨床試驗樣本數量不多，不具有普遍性，且兩者之間作用的直接機理尚未完全明確等問題，還需進一步研究。

1 人體腸道菌群

腸道菌落是指定植于胃腸道的所有微生物包括細菌、病毒和真核生物。人類腸道中有100萬億個微生物，基因多達300萬到500萬個，超過人體基因組百倍以上[4-5]。腸道菌群可能以不同方式影響中樞神經系統(tǒng)和大腦健康：(1)刺激先天和適應性免疫系統(tǒng)(通過腸道通透性的變化)；(2)產生神經活性代謝物；(3)產生人體的相關激素和神經遞質；(4)刺激向大腦發(fā)送信號的腸神經系統(tǒng)的各種神經元[6]。盡管目前對腸道菌群的認識取得了巨大進步，但其與宿主復雜的相互作用還不是很清楚。

2 細菌豐度變化與HE

相關研究[7-9]表明，HE的發(fā)病與腸道菌群密切相關，大多數HE患者出現腸道菌群紊亂(表1)。腸道中菌群種類和數量的變化與氨和其他神經毒素的水平有著十分密切的關系。在Bajaj等[12]的研究中發(fā)現HE患者腸道中的一些特定細菌較正常人豐度高，如產堿桿菌科、卟啉單胞菌科、腸桿菌科，這些細菌的增多與HE患者的認知能力和炎癥反應密切相關。但對比分析MHE患者和HE患者的糞便細菌豐度時，發(fā)現兩組患者在上述特定細菌的豐度方面不存在統(tǒng)計學上的差別，但在認知能力和內毒素血癥的嚴重程度上存在很大差異。Ahluwalia等[13]對研究對象的糞便微生物群和腦MRI進行了分析，在腦MRI分析中，主要關注神經元和星形細胞的變化。星形細胞和血氨癥相關，神經元和患者的認知能力有關。在HE患者和正常人對比中，某些微生物群豐度改變，如腸桿菌群的豐度增加，而毛螺菌科和瘤胃菌科的豐度減小，這些微生物群與星形細胞變化有關。與神經元功能相關的細菌如卟啉單胞菌科的豐度增加。因此HE的高血氨癥和認知能力與腸道中細菌的變化有密切的關系。

表1 HE患者中腸道菌群的改變及與HE的關系

Dasani等[15]認為幽門螺桿菌感染與HE呈正相關，尤其在失代償性肝病的年輕患者中。而Huber等[16]認為HE與幽門螺桿菌感染沒有直接聯系。不同實驗可能存在著不確定性，后續(xù)的研究可增大實驗樣本，細致分類，考慮其他變量對結果的影響。

3 腸道菌群的作用機制

3.1 腸道細菌活性與產物 HE可能和腸道細菌的活性及產物有很大關系。在HE的發(fā)病過程中，不但腸道菌群的豐度發(fā)生變化，腸道菌群的活性和代謝產物也發(fā)生了改變，這些代謝產物直接或者間接地影響了幾種化學物質的分泌，包括神經遞質等。碳水化合物在腸內細菌的代謝下產生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)。人體腸道的酸性環(huán)境與SCFA相關，對人體內有益細菌的生長起積極作用，可改善腸道菌群失調、腸道黏膜屏障功能和免疫調節(jié)功能。在一項小鼠實驗[17]中，對小鼠升結腸的細菌種群采取16S rRNA測序技術分析，表明升結腸富集毛螺菌科和瘤胃球菌科，這兩種細菌能產生大量的SCFA。另外益生菌對相關激素，如胰高血糖素、肽YY、葛瑞林和瘦素的產生也有很大的影響。有些細菌能調節(jié)血漿中色氨酸的濃度，色氨酸是血清素的前體，而血清素是腸內和中樞神經系統(tǒng)的關鍵神經遞質。腸道菌群通過未知的機制對下丘腦-垂體-腎上腺軸進行調控，從而影響了患者的認知功能[18]。在另一項研究[19]中，某些腸道細菌產生去甲腎上腺素、多巴胺和5-羥色胺的神經遞質，乳酸桿菌生成γ-氨基丁酸，另外發(fā)現SCFA調節(jié)血清素和肽酪氨酸的分泌，這在腸-腦軸中起主要作用。

氨中毒學說是HE發(fā)生的作用機制之一。腸道中某些細菌可產生脲酶，經代謝轉化為含氮化合物，氮的代謝紊亂和氨中毒有著十分密切的關系。Zhang等[11]認為MHE患者的唾液鏈球菌增多和脲酶活性增強會促使氨的產生，這與血氨測試和認知能力有十分密切的關系。但是在另外一項研究中，研究人員發(fā)現幽門螺旋桿菌在胃中產氨，但氨水平和HE患病率與是否感染幽門螺旋桿菌無明顯關聯。在大多數肝硬化患者中，幽門螺旋桿菌和脲酶在胃中產生的氨似乎不足以在臨床上產生影響[20]。因此腸道細菌脲酶的代謝對血氨濃度的影響還需進一步的探討。

膽汁酸作為脂質和葡萄糖代謝的調節(jié)因子可調節(jié)肝臟和其他組織的炎癥。膽酸和鵝脫氧膽酸等初級膽汁酸在肝臟中產生，并被腸道菌群轉化為脫氧膽酸和石膽酸等次級膽汁酸[21]。腸道細菌對膽汁酸進行的代謝轉化可能調節(jié)了腸道菌群的結構和宿主生理狀況，次級膽汁酸水平升高與胃腸系統(tǒng)的特定疾病相關。膽汁酸可以使肝臟、膽囊和結腸相關疾病減少[22]。

3.2 腸道菌群移位 腸道細菌豐度變化后，腸道微生態(tài)平衡被逐漸打破，在多種因素作用下，腸黏膜屏障被破壞，細菌與其代謝產物可通過受損的腸道黏膜從腸道內部轉移到其他器官，這樣就發(fā)生了細菌的移位[23]。腸屏障是環(huán)境與生物體內部之間的物理和功能隔離，它是由腸上皮細胞分泌的黏液和其自身形成的，是允許物質選擇性通過的細胞間連接層[24]。在腸上皮固有層內，存在內皮細胞組成的腸血管屏障和腸淋巴屏障，這些內皮細胞緊密連接或黏附連接，可限制細菌向門靜脈循環(huán)轉運[25]。

不同細菌會有不同方法通過腸道屏障[26]。在腸道中，一些細菌不被免疫細胞發(fā)現，因而它們能順利通過腸道屏障。穩(wěn)態(tài)時，M細胞、CXCR3R1+巨噬細胞和CD103+樹突狀細胞延伸突起，對腸腔內容物進行取樣，使一些共生菌和病原體能獲得通路[27-29]。如陰溝腸桿菌被M細胞帶入派伊爾結，并被樹突狀細胞攜帶進入腸系膜淋巴結，引發(fā)IgA反應。共生菌需要與IgA結合獲取生長所需營養(yǎng)物質，淋巴組織內的其他共生菌分別通過樹突狀細胞和3型先天淋巴細胞誘導IL-10和IL-22促進耐受，共同抑制輔助性T淋巴細胞反應并促進細菌定植[30]。另一方面，病原體已經發(fā)展出利用這些采樣細胞并促進其侵襲的機制，包括介導黏附的菌毛和將效應蛋白注入宿主細胞的Ⅲ型和Ⅳ型分泌系統(tǒng)。如鼠傷寒沙門氏菌靶向M細胞，利用M細胞進入腸黏膜固有層[31]。

一些細菌還可以通過破壞腸血管屏障或腸淋巴屏障，然后轉移至腸系膜淋巴結。一項小鼠研究[32]發(fā)現黏質沙雷氏菌只在淋巴中存在，和噬菌體的移位一致。細菌及其代謝產物通過腸道屏障后，引起外周循環(huán)腸源性內毒素增加，系統(tǒng)炎癥加重，一方面加重肝損傷，另一方面破壞血腦屏障，導致HE患者病情加重。一項研究[33]發(fā)現MHE和HE患者的腸道黏膜和糞便上的細菌種群及豐度有顯著差異。隨著MHE患者病情加重，腸道中菌群的位置發(fā)生改變，一些細菌從腸道中轉移至腸道黏膜，HE患者幾個重要的病理學變化可能發(fā)生在腸道黏膜上，而不是腸道內部，并且和腸系膜淋巴結有相互作用。在另一項研究[34]中，對照了兩組患者的細菌DNA移位水平和認知能力，經藥物治療的一組，其細菌DNA移位水平較另一組低，并且認知能力好，所以細菌的移位和MHE密切相關，移位惡化了患者病情。

3.3 腸道細菌免疫介導反應 細菌移位使得腸道成為細胞因子釋放器官，腸道中儲存了大量的細菌及其產物如內毒素等，細菌移位發(fā)生時這些細菌及其產物穿透腸壁，誘導機體巨噬細胞合成并釋放大量細胞因子如TNFα、IL-2、IL-6、IL-12等，腸源性內毒素及隨之增加的細胞因子可增加NO合成[35]。在腸道黏膜上，腸黏膜上皮細胞Toll樣受體(TLR)與腸道炎癥反應密切相關。TLR4是脂多糖的受體，脂多糖是革蘭陰性菌細胞壁的重要組成成分，脂多糖通過刺激腸黏膜上皮細胞的TLR4，激活核轉錄因子NF-κB途徑，啟動一系列參與免疫炎癥反應的細胞因子的表達[36]。在另外一組研究[37]中，使用內毒素誘導一組小豬患全身性炎癥反應綜合征，在接受同等數量細菌注射液以后，患全身性炎癥反應綜合征小豬的細菌殺滅和內毒素消除能力大幅降低，對細菌輸入的炎癥不敏感，炎癥反應損害了肝臟清除細菌的能力。有假設認為，全身性炎癥反應綜合征可能通過促炎細胞因子跨血腦屏障的轉運、腦室周圍器官的相互作用、激活迷走神經傳入神經元等，啟動肝到大腦的促炎信號[38-39]。細胞因子破壞血管內皮細胞后，通過血腦屏障誘導各種促炎性介質釋放到大腦中，并誘導小膠質細胞活化，促使額葉皮質中的TNFα、IL-6、IL-1b的表達增加，促進大腦神經炎癥和腦水腫的發(fā)展[40-41]。

4 HE的治療

HE的治療方案包括益生菌和益生元、糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)、難吸收雙糖、利福昔明、質子泵抑制劑等[42]。以減少氨的產生、促進氨的轉化、調節(jié)神經遞質為主。Bajaj[43]認為對顯性肝性腦病(overt hepatic encephalopathy，OHE)的治療可以采用四管齊下的方法，即治療引起認知能力改變的其他病因、對意識障礙患者的護理、確定OHE患者的致病原因、經驗性治療。其中經驗性治療包括腸道微生態(tài)的治療和全身性的治療。在最近的研究[44]中，糞便或腸道菌群移植治療HE也越來越受到認可。另外，還可采用不同藥物聯合治療。有研究發(fā)現乳果糖預防OHE的長期復發(fā)有很好的效果。在乳果糖中添加利福昔明有助于降低OHE的復發(fā)和HE相關疾病的風險。而對于乳果糖治療無效，或者耐受性差、依從性低的患者，可嘗試利福昔明單藥治療[45]。

4.1 利福昔明 利福昔明屬于廣譜抗生素，是利福霉素的一種半合成衍生物，對革蘭陽性菌及陰性菌較敏感，可以抑制細菌RNA合成，從而抑制蛋白質合成，達到滅菌目的[46]。在HE患者體循環(huán)中發(fā)現高濃度的內毒素，這和肝病嚴重程度呈正相關，服用利福昔明可以有效減少細菌移位和體循環(huán)中的內毒素、TNFα、IL-6和NO的水平[47]。一項研究[48]中發(fā)現利福昔明可用于預防復發(fā)性HE，在復發(fā)性HE組中，使用利福昔明后HE發(fā)病率降低，在持續(xù)性HE組中，HE發(fā)病率無明顯降低。另外一項臨床研究[49]中，發(fā)現利福昔明可改善MHE認知能力并改變細菌和代謝產物之間的關系。

4.2 乳果糖 乳果糖是人工合成的雙糖，它的通便作用可以減少胃腸道腔中的含氮物質，還可經結腸細菌代謝產生SCFA，由此產生的酸性環(huán)境可以阻止產NH3細菌的生長，促進有益微生物的生長。酸性環(huán)境也導致NH3轉變?yōu)镹H4+，導致NH4+增加，而NH3彌散入血減少，氨負荷降低[50]。有臨床研究[51-54]表明，停用乳果糖后，OHE復發(fā)患者的認知能力降低，炎癥反應加重，并且腸道微生態(tài)發(fā)生變化，例如糞脂桿菌的豐度相對降低，膽堿代謝失調，進一步導致肝功能不全及微生物組豐度的變化。有試驗[34]結果顯示，接受乳果糖治療的患者細菌移位水平降低，神經認知評分相對增高。

4.3 糞菌移植(FMT) FMT是一種治療復發(fā)性艱難梭菌感染的療法[55]。HE可能是由腸道微生態(tài)失調導致的，因此近年有研究人員通過FMT改變腸道微生物組，從而逆轉腸道微生態(tài)失調。加拿大研究人員在對1例患者給予FMT治療后，發(fā)現患者的反應時間、血氨和生活質量等客觀指標都得到了改善[56]。另外一組研究人員對10例復發(fā)性OHE患者進行FMT治療，治療結果顯示，6例患者出現持續(xù)臨床應答，動脈血氨濃度顯著降低，Child-Turcotte-Pugh評分和終末期肝病模型評分在統(tǒng)計學上顯著降低[57]。Bajaj等[58]確定了FMT膠囊的安全性、耐受性以及對黏膜、糞便菌群和腦功能的影響。終末期肝病模型評分小于17且伴有復發(fā)性HE的患者在服用FMT膠囊后，十二指腸黏膜細菌多樣性隨瘤胃球菌和雙歧桿菌科的升高而增加，隨鏈球菌和韋榮球菌科的降低而多樣性增加，在乙狀結腸和糞便中觀察到韋榮球菌減少?？诜﨔MT膠囊在肝硬化和復發(fā)性HE患者中是安全的，耐受性良好。更多的療效有待進一步的研究。

在一項針對大鼠的實驗[59]中，使用四氯化碳對大鼠進行HE造模并采用FMT治療，大鼠的行為和空間學習能力得到改善，阻止了腸黏膜屏障損害和肝壞死，TLR4和TLR9在大鼠肝臟中的表達顯著下調，同時體循環(huán)中的促炎因子如IL-1β、IL-6和TNF水平顯著降低，表明FMT能夠通過降低TLR4和TLR9的表達來限制全身炎癥。

5 小結

腸道菌群的變化和HE的發(fā)展密切相關，近年的一些實驗資料發(fā)現，腸道中細菌群落數和豐度的變化與后續(xù)發(fā)生的細菌移位，會引發(fā)血氨的升高和內毒素血癥，進而影響腦功能，腸-肝-腦軸的理論不斷得到補充完善。針對這個機理治療HE，除了傳統(tǒng)的雙糖和利福昔明等抗生素，FMT越來越受到研究人員的重視，有望為HE的治療做出更大突破。但是目前在腸-肝-腦軸理論中還存在作用機制不明確，治療方法在臨床中存在不確定性等問題，所以還需更加深入的研究，為HE的治療提供更多的理論和實驗支撐。