朱宏偉，肖鵬翔，劉其雨

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)附屬甘美醫(yī)院普外科，昆明 650000； 2.昆明市第一人民醫(yī)院普外科，昆明 650000)

據(jù)世界衛(wèi)生組織第三輪全球健康評估統(tǒng)計顯示，全球每年約有200萬人死于肝病[1]。我國作為肝病大國，每年約有50萬人因終末期肝病而死亡[2]，肝病嚴(yán)重威脅人類生命健康。既往由于菌群培養(yǎng)和檢測技術(shù)落后，腸道微生物相關(guān)的研究進展緩慢，近年來隨著16SrRNA測序技術(shù)[3]、宏基因組學(xué)[4]、代謝組學(xué)等[5]微生物檢測技術(shù)的快速發(fā)展及其在肝病研究中的廣泛應(yīng)用，腸道微生物與肝病的關(guān)系逐漸明確。正常情況下，腸道微生物與肝臟間處于一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，肝臟與腸道微生物通過“腸肝軸”在機體免疫應(yīng)答、營養(yǎng)物質(zhì)代謝、有害物質(zhì)分解、膽紅素腸肝循環(huán)以及必需維生素和微量元素的合成中發(fā)揮重要作用[6]。腸道微生物及其代謝產(chǎn)物種類、數(shù)量或代謝活性發(fā)生改變可影響肝臟的正常生理功能，導(dǎo)致一系列肝病的發(fā)生[7]。腸道微生物主要通過其自身成分的作用以及其代謝產(chǎn)物對機體的調(diào)控，導(dǎo)致肝病的發(fā)生并影響肝病的進展[8]?，F(xiàn)就腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與肝病的研究進展予以綜述。

1 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物

人體腸道內(nèi)的微生物總數(shù)接近1013～1014菌落形成單位，重1～1.5 kg，其種類超過1 000種，人體腸道內(nèi)微生物的數(shù)量是人類生殖細(xì)胞和體細(xì)胞的10倍[9]。腸道微生物菌群編碼約330萬個基因，是人類基因總數(shù)的100～150倍[10]，因此也被稱為人類“第二指紋”或“第二基因組”[11]。數(shù)以萬億的腸道微生物構(gòu)成了機體腸道內(nèi)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，對機體的健康起重要作用。腸道內(nèi)的正常菌群定植在腸黏膜表面和腸腔內(nèi)，與宿主之間相互作用達(dá)到平衡，形成一道維護機體健康的生物屏障，該生物屏障一方面通過腸道內(nèi)優(yōu)勢菌種的定植抗力作用競爭營養(yǎng)物質(zhì)或阻止致病菌吸附、定植，進而抑制致病菌或機會致病菌的生長，防止或減少細(xì)菌移位，發(fā)揮占位性保護的作用[12]；另一方面，腸道內(nèi)的益生菌在生長代謝過程中產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，導(dǎo)致腸道內(nèi)局部pH值降低，從而抑制其他潛在致病菌的生長；同時，腸道內(nèi)的益生菌還可抑制并分解致病菌產(chǎn)生的毒素或刺激機體產(chǎn)生抗體和干擾素，增強局部和全身的免疫力[13]，維持腸道內(nèi)的微生態(tài)平衡。當(dāng)生物屏障被破壞時，腸道內(nèi)的益生菌數(shù)量減少，導(dǎo)致致病菌和機會致病菌不斷繁殖，并通過改變腸道的滲透性，造成腸道菌群異位至腸道外其他組織和器官，導(dǎo)致肝臟病變和全身感染[14]。腸道微生物還可參與機體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的消化以及物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)，同時產(chǎn)生短鏈脂肪酸、長鏈脂肪酸、乙醇、膽堿、色氨酸代謝產(chǎn)物、膽汁酸等代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物與機體作用形成腸道菌群——宿主共代謝產(chǎn)物，腸道微生物代謝產(chǎn)物在肝病的發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要作用；同時，伴隨發(fā)酵產(chǎn)生的酚類、胺類、氨類、內(nèi)毒素等有害物質(zhì)也被吸收入肝，加重肝臟解毒負(fù)荷，當(dāng)這些有害物質(zhì)達(dá)到一定水平時即可對肝臟功能造成損害[15]。

2 腸道微生物自身成分在肝病發(fā)生過程中的作用

微生物病原相關(guān)分子模式是細(xì)菌與其他微生物共有的組成部分，主要包括：①細(xì)菌的胞核成分；②脂多糖、肽聚糖、鞭毛素、脂蛋白等細(xì)菌胞壁成分；③單、雙鏈RNA等病毒產(chǎn)物。微生物病原相關(guān)分子模式的分子結(jié)構(gòu)恒定且進化保守，是微生物生存或致病性所必需，但不會由人體宿主產(chǎn)生。病原相關(guān)分子模式可與免疫細(xì)胞上的病原體識別受體結(jié)合，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)或直接引起肝細(xì)胞死亡。脂多糖是由腸道革蘭陰性菌產(chǎn)生的一種炎癥信號，脂多糖水平可隨著腸道滲透性的增加和細(xì)菌的過度生長而升高，脂多糖與CD14、Toll樣受體4及脂溶性糖結(jié)合蛋白結(jié)合，可激活庫普弗細(xì)胞和肝前體細(xì)胞、肝細(xì)胞、膽管細(xì)胞中的Toll樣受體4[16-17]，觸發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致大量炎癥細(xì)胞因子釋放，進而導(dǎo)致酒精性肝病中炎癥的產(chǎn)生[18]。研究發(fā)現(xiàn)，由酒精依賴受試者腸腔轉(zhuǎn)運至門靜脈、體循環(huán)的細(xì)菌衍生產(chǎn)物脂多糖和肽聚糖水平升高，同時血液中的腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8、白細(xì)胞介素-10和C反應(yīng)蛋白水平也均升高[19]。

3 腸道微生物代謝產(chǎn)物在肝病發(fā)生過程中的作用

3.1短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸是飲食中不易消化的碳水化合物、氨基酸或肽等物質(zhì)在腸道微生物的作用下發(fā)酵產(chǎn)生的細(xì)菌代謝產(chǎn)物。短鏈脂肪酸一方面作為宿主的重要能源營養(yǎng)腸壁細(xì)胞，另一方面通過結(jié)合機體組織內(nèi)的G蛋白偶聯(lián)受體調(diào)節(jié)機體能量消耗[20]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物所致的短鏈脂肪酸合成異常與脂肪肝代謝異常有關(guān)[21]。此外，短鏈脂肪酸還可保護腸黏膜屏障，維持腸道的正常功能，同時抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)控腸上皮細(xì)胞的生長[22-23]。乙酸、丙酸和丁酸是短鏈脂肪酸中最主要的3種類型[24]。乙酸鹽是乙醇代謝的產(chǎn)物，動物實驗發(fā)現(xiàn)，長期乙醇喂養(yǎng)的酒精性肝病大鼠腸腔內(nèi)乙酸鹽水平顯著升高[25]。丙酸作為一種重要的調(diào)節(jié)因子，可影響腸黏膜細(xì)胞的增殖和功能，在預(yù)防全身性自身免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用。丁酸不僅可誘導(dǎo)腸黏蛋白的合成增加、鞏固緊密連接、降低腸道屏障的通透性、減少穿過腸道上皮的細(xì)菌數(shù)量[26]，還可通過促進外周調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的胸腺外分化，抑制促炎細(xì)胞因子和核因子κB的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮抗炎作用[24]。研究發(fā)現(xiàn)，長期攝入酒精可導(dǎo)致酒精性肝病患者胃腸道中的丁酸鹽和丙酸鹽水平降低[27]，表明胃腸道內(nèi)丙酸鹽和丁酸鹽水平與酒精性肝病的形成有關(guān)。另有研究表明，甘油三丁酸酯可防止乙醇誘導(dǎo)破壞小鼠腸道的緊密連接，還可修復(fù)腸道絨毛，從而抑制腸道內(nèi)有害細(xì)菌的生長[28]。

3.2飽和長鏈脂肪酸 飽和長鏈脂肪酸中的十五烷酸和十七烷酸是在腸道微生物菌群的作用下產(chǎn)生的[29]。長期乙醇灌胃小鼠的腸道內(nèi)十五烷酸和十七烷酸水平顯著降低，表明乙醇可抑制產(chǎn)飽和長鏈脂肪酸細(xì)菌的生長，導(dǎo)致相應(yīng)飽和長鏈脂肪酸水平降低；通過代謝組學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌在體內(nèi)可代謝飽和長鏈脂肪酸，腸道飽和長鏈脂肪酸合成減少的同時也伴隨著乳酸桿菌數(shù)量的減少，而膳食補充飽和長鏈脂肪酸可預(yù)防乙醇喂養(yǎng)小鼠的生態(tài)失調(diào)[30]。益生菌鼠李糖乳桿菌GG補充劑可恢復(fù)受抑制小鼠腸道內(nèi)長鏈脂肪酸的水平，表明乳酸桿菌具有代謝飽和長鏈脂肪酸、促進腸腔中合成長鏈脂肪酸微生物恢復(fù)的雙重作用[31]。由此可見，飽和長鏈脂肪酸對酒精性肝損傷具有保護作用，其缺失可導(dǎo)致酒精性肝病的發(fā)生。因此，恢復(fù)飽和長鏈脂肪酸水平可作為酒精性肝病的靶向治療方法。

3.3乙醇與乙醛 目前，酒精致肝病發(fā)生的機制主要包括酒精代謝假說和免疫反應(yīng)假說[32]。部分需氧菌可產(chǎn)生乙醇脫氫酶，促進內(nèi)、外源性乙醇代謝，導(dǎo)致門靜脈血中和腸腔內(nèi)的乙醛水平升高，從而破壞腸黏膜屏障功能，加重肝臟損傷。有研究顯示，乙醇與乙醛等可通過一氧化氮介導(dǎo)的氧化應(yīng)激直接損傷腸黏膜上皮細(xì)胞，破壞腸道機械屏障中的腸上皮細(xì)胞層[33]。同時，細(xì)胞培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，乙醇和乙醛也可通過抑制腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，破壞上皮緊密連接分子的完整性，改變腸道超微結(jié)構(gòu)，破壞腸機械屏障中的緊密連接層[34]。此外，乙醇及其代謝產(chǎn)物還可破壞機械屏障的黏液層以及化學(xué)屏障和免疫屏障。研究表明，長期酗酒可導(dǎo)致人腸上皮再生胰島素衍生物-3凝集素水平降低，且乙醇攝入小鼠腸壁細(xì)胞的黏蛋白2表達(dá)減少[12]。此外，與普通飼料喂養(yǎng)的分泌性免疫球蛋白A基因敲除小鼠相比，長期乙醇喂養(yǎng)的小鼠血漿分泌性免疫球蛋白A水平升高，但腸道中的分泌性免疫球蛋白A水平降低，同時乙醇喂養(yǎng)小鼠腸道內(nèi)的細(xì)菌轉(zhuǎn)移較普通飼料喂養(yǎng)的小鼠增強[35]。腸道屏障受損后其通透性增加，導(dǎo)致細(xì)菌及有害物質(zhì)易位至肝臟，誘發(fā)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進一步加重酒精性肝損傷。

3.4膽堿 膽堿作為細(xì)胞膜的組成部分，主要通過膳食攝取[36]。膽堿在腸道內(nèi)被微生物加工成小分子代謝物三甲胺，三甲胺經(jīng)腸道吸收入肝后在酶的作用下轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺，氧化三甲胺主要通過下調(diào)肝臟膽汁酸合成關(guān)鍵酶膽固醇27α-羥化酶和膽固醇7α-羥化酶的表達(dá)，調(diào)節(jié)機體膽固醇和膽汁酸的代謝[37]。氧化三甲胺也可被宿主吸收并轉(zhuǎn)化為磷脂酰膽堿，而磷脂酰膽堿水平降低可導(dǎo)致極低密度脂蛋白的組裝和分泌減少，進而導(dǎo)致三酰甘油在肝細(xì)胞中積累；而大腸埃希菌和脫硫脫硫弧菌等細(xì)菌則可以將膽堿轉(zhuǎn)化為甲胺[38]。人類長期低膽堿飲食可導(dǎo)致脂肪肝的發(fā)生，動物實驗發(fā)現(xiàn)，飲食中膽堿-甲硫氨酸缺乏的嚙齒動物不僅會發(fā)展為脂肪肝，還會進一步發(fā)展為肝纖維化和肝癌[39]。低膽堿和甲硫氨酸飲食導(dǎo)致肝纖維化和肝癌發(fā)生的具體機制目前尚不明確。

3.5色氨酸代謝物 食物中1%～2%的色氨酸在色氨酸羥化酶的作用下轉(zhuǎn)化為5-羥色胺[40]，5-羥色胺可通過下調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)改變腸道通透性，同時還可作為一種強促炎介質(zhì)促進炎癥的發(fā)生。實驗表明，高熱量飲食可引起小鼠體內(nèi)5-羥色胺水平升高、小腸緊密連接蛋白水平降低，進而造成胃腸道黏膜屏障損傷，導(dǎo)致其通透性增加[41]。機體胃腸道黏膜屏障被腸道內(nèi)細(xì)菌破壞后，細(xì)胞免疫與炎癥反應(yīng)立即被激活，導(dǎo)致腸道微生物代謝產(chǎn)物進入肝臟，引起肝細(xì)胞損傷、變性和纖維化[40]。食物中其他大部分色氨酸在色氨酸酶的作用下由腸道內(nèi)共生菌分解為吲哚或其衍生物。吲哚衍生物具有預(yù)防肝病發(fā)生的作用，其潛在機制主要包括：①吲哚作為芳烴受體的配體，可特異性激活芳烴受體，導(dǎo)致杯狀細(xì)胞產(chǎn)生黏液；②吲哚通過激活孕烷X受體上調(diào)細(xì)胞連接相關(guān)分子的表達(dá)，加強腸上皮的緊密連接，強化腸道的屏障功能；③吲哚還可由腸腔轉(zhuǎn)運至肝臟，直接作用于肝臟中的肝細(xì)胞和免疫細(xì)胞，影響肝臟的脂質(zhì)代謝并產(chǎn)生抗炎、抗氧化作用，從而達(dá)到保護機體、預(yù)防肝病的目的[42]。

3.6膽汁酸 肝臟內(nèi)的膽鹽和膽紅素水平過高可持續(xù)刺激肝臟庫普弗細(xì)胞、激活炎癥通路，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子大量分泌，破壞腸黏膜屏障和肝功能。應(yīng)用外源性膽汁酸可促進大鼠體內(nèi)脫氧膽酸的生成，導(dǎo)致腸道內(nèi)的菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(如厚壁菌門/擬桿菌門比例顯著升高)[43]；同時，也可導(dǎo)致產(chǎn)芽孢菌和病原性梭狀芽孢桿菌的數(shù)量增加，從而引發(fā)結(jié)腸炎和肝硬化[44]。膽汁酸生成的途徑主要包括經(jīng)典(或中性)途徑和替代(或酸性)途徑。腸道微生物群通過調(diào)節(jié)膽汁酸生成途徑中限速酶甾醇-27-羥化酶、25-羥基膽固醇7α-羥化酶和膽固醇7α-羥化酶的表達(dá)，調(diào)控膽汁酸的生成[45]。親水性膽鹽具有細(xì)胞保護作用，初級膽汁酸結(jié)合甘氨酸(少部分?；撬?后形成結(jié)合型膽汁酸，其水溶性增加，不易透過腸道上皮，從而防止其從腸道中流失[46]。具有膽汁鹽水解酶效應(yīng)的細(xì)菌(雙歧桿菌、乳酸桿菌、擬桿菌和梭菌等)可主導(dǎo)膽汁酸去結(jié)合(去除甘氨酸、?；撬峋Y合物)過程，再次將結(jié)合膽汁酸水解為游離膽汁酸。約95%的膽汁酸在回腸末端經(jīng)腸細(xì)胞頂膜鈉依賴性膽鹽轉(zhuǎn)運體被重吸收，而剩余的約5%初級膽汁酸則進入結(jié)腸被代謝為次級膽汁酸[47]。此外，未被重吸收的膽汁酸還可被氧化生成氧-(或酮-)膽汁酸，此過程需要具有羥基類固醇脫氫酶活性的細(xì)菌參與，其屬于變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和擬桿菌門[48]。石膽酸、脫氧膽酸、熊去氧膽酸等次級膽汁酸屬于疏水性膽鹽，具有細(xì)胞毒性。實驗表明，無菌或經(jīng)抗生素處理的小鼠甘氨酸共軛膽汁酸和次級膽汁酸水平顯著降低，而牛磺酸共軛膽汁酸水平則顯著升高[45]。有研究表明，腸道內(nèi)產(chǎn)7α-脫羥基酶細(xì)菌的數(shù)量顯著減少[49]。此外，抗生素治療可通過抑制成纖維細(xì)胞生長因子15的表達(dá)，上調(diào)膽固醇7α-羥化酶的表達(dá)[50]。以上實驗均表明，腸道微生物對膽汁酸的合成具有調(diào)控作用。膽汁酸在多種肝病的發(fā)病機制中具有重要作用，因此未來通過靶向移植相關(guān)腸道微生物，對膽汁酸的合成進行調(diào)控，將有助于相關(guān)肝病的治療。

4 小 結(jié)

人體腸道微生物菌群是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，腸道內(nèi)的菌群種類與數(shù)量繁多，菌群本身的復(fù)雜性和多樣性導(dǎo)致該領(lǐng)域臨床精準(zhǔn)研究的難度較大。腸道內(nèi)微生物及其代謝產(chǎn)物與多種肝病均密切相關(guān)，但具體機制目前尚未明確，且研究成果也有待進一步研究驗證、完善，同時還應(yīng)在更高水平和層次上進行探索、創(chuàng)新，最終明確其相互作用的具體機制。未來，對腸道微生物菌群及其代謝產(chǎn)物進行檢測及動態(tài)監(jiān)測，有利于明確肝病的診斷、了解疾病的進程，同時還可通過靶向干預(yù)腸道微生物及其代謝產(chǎn)物水平，恢復(fù)腸道微生物穩(wěn)態(tài)，從而達(dá)到治療肝病的目的。