張 群， 王憲波

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京地壇醫(yī)院 中西醫(yī)結(jié)合中心， 北京 100015

肝硬化門靜脈高壓(portal hypertension，PHT)是指由各種原因的肝硬化導(dǎo)致門靜脈系統(tǒng)壓力升高而引起的一組臨床綜合征，其基本病理生理特征是門靜脈系統(tǒng)血流受阻和(或)血流量增加，從而導(dǎo)致門靜脈壓力升高，表現(xiàn)為腹水、食管胃靜脈曲張、食管胃靜脈曲張破裂出血、肝性腦病等，是目前肝硬化最嚴(yán)重的臨床問(wèn)題和死亡原因[1]。由于肝臟和腸道之間緊密的解剖和功能關(guān)系，使得肝臟易于受到腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物的影響。近年來(lái)的研究表明，腸道菌群在肝硬化PHT的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[2]。了解腸道菌群在PHT進(jìn)展過(guò)程中的作用機(jī)制，有助于從宿主-微生物途徑為PHT提供新的靶向治療策略。

1 腸道菌群

據(jù)估計(jì)，人體內(nèi)的微生物共聚合100萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，是人類細(xì)胞數(shù)量的10倍，其中95%以上的共生菌寄居在人體的腸道，含有1000多種不同的細(xì)菌菌種，并且人腸道菌群基因數(shù)目是人體基因數(shù)目的150倍[3]。通過(guò)不依賴培養(yǎng)的方法對(duì)糞便宏基因組學(xué)進(jìn)行綜合分析表明，棲居在人體腸道的微生物中99.9%以上為專性厭氧菌，大多數(shù)腸道細(xì)菌屬于6種門：厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門、疣微菌門和梭桿菌門，其中厚壁菌門和擬桿菌門約占序列總數(shù)的85%，是腸道菌群中的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌[2]。它們彼此之間以及與人體之間存在特定的共生關(guān)系，依賴于人體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)又對(duì)人體腸道微生態(tài)的穩(wěn)定發(fā)揮重要的作用，主要有：加工難以消化的物質(zhì)，產(chǎn)生必須的代謝產(chǎn)物；加強(qiáng)胃腸道黏膜的屏障功能，形成所謂的“腸道定植抗力”；塑造體內(nèi)的適應(yīng)性免疫，防止病原微生物的定植與入侵[4]。如果這種互利關(guān)系被打破進(jìn)而造成生態(tài)失調(diào)，則定義為微生物組成和功能喪失，并與疾病表型相關(guān)[5]。

2 腸-肝軸

肝臟和腸道在解剖學(xué)和生物學(xué)功能上既密切相關(guān)又緊密相連，構(gòu)成“腸-肝軸”。一方面腸道菌群可輔助消化吸收，提供維生素K等促進(jìn)肝臟凝血因子的合成，在促進(jìn)腸道免疫功能成熟的同時(shí)，提高了肝臟Kupffer細(xì)胞數(shù)量及功能；另一方面肝臟通過(guò)分泌型免疫球蛋白A、膽汁酸等維持腸道菌群的生態(tài)平衡[5-6]。腸道菌群和肝臟之間的通信發(fā)生通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)包括：腸道屏障、門靜脈和內(nèi)臟動(dòng)脈循環(huán)以及肝竇的細(xì)胞和血管成分[2]。

2.1 腸道屏障 腸道微生物和宿主之間通過(guò)腸屏障進(jìn)行物理分離，腸屏障由上皮(黏膜)和內(nèi)皮(血管)成分組成。腸上皮細(xì)胞及其細(xì)胞間緊密連接是腸上皮屏障最重要的組成部分，并有保護(hù)性黏膜層覆蓋，其主要成分是黏液素，可阻止大顆粒物質(zhì)以及細(xì)菌與上皮細(xì)胞接觸[7]。緊密連接蛋白，主要包括密封蛋白、閉合蛋白、閉鎖小帶蛋白，可調(diào)節(jié)細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)和封閉細(xì)胞間的空隙，由于這種復(fù)雜的“防火墻”的完整性可防止各種微生物代謝物、結(jié)構(gòu)成分如內(nèi)毒素和脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)以及各種活菌進(jìn)入門靜脈循環(huán)并到達(dá)肝臟，保護(hù)機(jī)體免受食物抗原、微生物及其產(chǎn)生的有害代謝產(chǎn)物的損害，保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。正常條件下，腸道屏障可阻止大多數(shù)細(xì)菌的移位，只有少量細(xì)菌產(chǎn)物通過(guò)門靜脈循環(huán)進(jìn)入肝臟，一旦到達(dá)肝臟，他們就會(huì)被免疫細(xì)胞清除，尤其是被稱為Kupffer細(xì)胞的肝巨噬細(xì)胞，這對(duì)于維系肝臟網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)處于激活狀態(tài)有一定的意義[8]。

2.2 門靜脈循環(huán)與肝竇 作為人體最大的器官，肝臟從門靜脈接受約2/3的血液供應(yīng)，其中約有75%來(lái)自于腸系膜靜脈，因此肝臟除了接收腸道吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還經(jīng)常受到細(xì)菌產(chǎn)物、食物抗原和環(huán)境毒素等的刺激[9]。它們大多數(shù)是無(wú)害的飲食以及共生產(chǎn)物，但是來(lái)自胃腸道的病原體或細(xì)菌源性因子也可以通過(guò)腸肝循環(huán)到達(dá)肝臟，宿主與微生物之間的雙向溝通主要通過(guò)門靜脈循環(huán)、內(nèi)臟動(dòng)脈和膽道系統(tǒng)進(jìn)行[10]。高通透性的肝竇是肝內(nèi)特殊的毛細(xì)血管，其正常的形態(tài)及功能對(duì)維持肝臟的生理功能具有重要作用，共生微生物的多樣性以及上皮和內(nèi)皮腸屏障的完整性是肝竇穩(wěn)態(tài)的重要保障，獨(dú)特的肝竇毛細(xì)管系統(tǒng)的低壓是通過(guò)血管調(diào)節(jié)氣體遞質(zhì)和其他生物活性物質(zhì)維持的，這些物質(zhì)來(lái)自于宿主-微生物代謝的相互作用[2]。

3 腸道菌群與PHT相互作用

隨著肝硬化進(jìn)展為臨床顯著的PHT，腸道菌群與肝臟之間發(fā)生一系列相互作用，一方面PHT與較低的微生物多樣性和弱腸屏障有關(guān)，使宿主暴露于細(xì)菌成分并激活免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致促炎反應(yīng)；此外，破壞的宿主-微生物代謝相互作用改變了膽汁酸信號(hào)傳導(dǎo)和血管調(diào)節(jié)性氣體遞質(zhì)的釋放，進(jìn)而又加速PHT進(jìn)展，導(dǎo)致“雞和蛋”的關(guān)系[8]。

3.1 細(xì)菌移位 隨著肝硬化的進(jìn)展，PHT時(shí)由于緊密連接的松解、較高的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)以及限制細(xì)菌與腸道微絨毛接觸的生物中介物質(zhì)的減少導(dǎo)致患者腸道通透性增加[11]。另外，肝硬化PHT導(dǎo)致患者胃腸道淤血、腸道運(yùn)動(dòng)減慢、胃酸分泌減少、初級(jí)膽汁酸向次級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)換減少等因素，使腸腔需氧菌增多，結(jié)腸的細(xì)菌移行至空腸和十二指腸，引起小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)[12]。小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)及腸道通透性的改變可促進(jìn)細(xì)菌移位的發(fā)生，使得大量細(xì)菌涌入肝臟[8]，一旦細(xì)菌產(chǎn)物到達(dá)肝臟，他們通過(guò)模式識(shí)別受體，如膜結(jié)合Toll樣受體(TLR)和細(xì)胞質(zhì)核苷酸結(jié)合寡聚域樣受體來(lái)激活免疫細(xì)胞并激活免疫反應(yīng)，以防止腸道細(xì)菌移位及感染播散。腸道屏障的這種“滲漏”導(dǎo)致肝臟免疫細(xì)胞的激活和促炎細(xì)胞因子的釋放進(jìn)而促進(jìn)組織損傷和肝纖維化的進(jìn)展，增加門靜脈壓力，形成惡性循環(huán)。另外肝硬化PHT患者肝臟合成能力下降、補(bǔ)體生成不足、補(bǔ)體介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用減弱，吞噬細(xì)胞吞噬和滅活功能降低，引起肝臟“過(guò)濾”細(xì)菌的功能減弱，以致細(xì)菌得以從腸道經(jīng)門靜脈進(jìn)入體循環(huán)[8]。

3.2 膽汁酸代謝 膽汁酸代表了微生物代謝和宿主生理學(xué)之間的重要聯(lián)系。一方面腸道菌群組成和功能的改變與膽汁酸代謝的顯著改變有關(guān)，并可能影響肝硬化PHT的進(jìn)展[13]。研究[14]表明，與年齡匹配的健康對(duì)照組相比，晚期肝硬化患者中糞便膽汁酸的總量顯著減少，初級(jí)膽汁酸與次級(jí)膽汁酸的比例增加，并且具有較高豐度的腸桿菌科(具有潛在致病性)和較低豐度的毛螺菌科、疣微菌科和布勞特氏菌。另一方面膽汁酸可以通過(guò)激活法尼醇X受體(farnesoyl-X-receptor，F(xiàn)XR)和G蛋白偶聯(lián)受體5(takeda G protein coupled receptor 5，TGR5)來(lái)調(diào)節(jié)肝臟代謝。腸道細(xì)菌對(duì)結(jié)合型膽汁酸的解離可激活FXR，可誘導(dǎo)產(chǎn)生抗菌肽直接發(fā)揮抗菌作用，并且在選擇腸道微生物群方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[15]。因此，膽汁酸通過(guò)調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞抗菌基因的表達(dá)直接或間接的抑制細(xì)菌增殖[16]，有效防止細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，維持上皮細(xì)胞的完整性[17]。對(duì)無(wú)菌和FXR缺陷的小鼠研究[18]表明，腸道微生物群能夠調(diào)節(jié)膽汁酸譜并影響FXR信號(hào)。另外，在炎癥性腸病和膽汁淤積性肝損傷大鼠模型中，有研究[19]表明，F(xiàn)XR活化可顯著抑制炎癥反應(yīng)并保留腸道屏障功能，減少細(xì)菌移位。TGR5是另一種主要的膽汁酸傳感器受體，由次級(jí)膽汁酸優(yōu)先激活并且在許多細(xì)胞的表面表達(dá)[20]。Keitel等[21]的研究數(shù)據(jù)表明，TGR5減少促炎巨噬細(xì)胞的反應(yīng)，抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3激活，并在肝竇內(nèi)皮細(xì)胞中調(diào)控內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)活性，TGR5對(duì)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞中eNOS的調(diào)節(jié)作用將膽鹽與肝臟血流動(dòng)力學(xué)聯(lián)系起來(lái)。

3.3 其他微生物代謝對(duì)PHT的影響

破壞的宿主-微生物代謝相互作用不僅改變了膽汁酸信號(hào)傳導(dǎo)，還影響血管調(diào)節(jié)性遞質(zhì)的釋放和腸上皮細(xì)胞功能。

3.3.1 影響氣體信號(hào)分子 PHT的產(chǎn)生與機(jī)體內(nèi)血管活性物質(zhì)的代謝紊亂密切相關(guān)，主要包括：一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、硫化氫(H2S)等[2]。細(xì)菌移位包括活菌及其產(chǎn)物，如內(nèi)毒素及細(xì)胞因子等，這些物質(zhì)均可誘導(dǎo)血管壁誘導(dǎo)型eNOS的表達(dá)，使NO持續(xù)性產(chǎn)生，導(dǎo)致血管擴(kuò)張及肝硬化高動(dòng)力循環(huán)狀態(tài)。碳水化合物和蛋白質(zhì)發(fā)酵也產(chǎn)生氣態(tài)分子，如NO和H2S，充當(dāng)氣體傳遞物并影響各種生物功能，如炎癥和血管調(diào)節(jié)[2]。

3.3.2 影響腸上皮功能 腸道上皮功能的維持主要依賴緊密連接，其主要功能是調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，抑制有害物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體。緊密連接主要由一系列穿膜蛋白構(gòu)成，如密封蛋白、閉合蛋白、閉鎖小帶蛋白，而腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)緊密連接有直接或間接的調(diào)控作用，如IL-17可誘導(dǎo)claudin的表達(dá)而降低腸道通透性，IL-10對(duì)腸道屏障也有保護(hù)作用，短鏈脂肪酸之一的丁酸可促進(jìn)緊密連接蛋白的表達(dá)進(jìn)而減少菌群移位[22-23]。LPS是革蘭陰性菌菌壁成分之一，其可與CD14、TLR4結(jié)合而激活MyD88-TNFα通路，促進(jìn)炎癥、氧化應(yīng)激等級(jí)聯(lián)反應(yīng)。脂磷壁酸是革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁成分之一，同樣也是TLR2配體，具有維持腸道屏障完整的作用，其功能缺陷與LPS入血循環(huán)增多、胰島素抵抗的出現(xiàn)密切相關(guān)[24]。PHT以及增加的內(nèi)毒素促使NOS被大量激活，NO合成增加，在擴(kuò)張血管和緩解PHT的同時(shí)也導(dǎo)致組織緊密連接松弛，細(xì)胞骨架損傷，從而引起腸黏膜完整性改變，其通透性增加[25]。另外，腸道菌群紊亂，非優(yōu)勢(shì)菌群如腸桿菌等大量繁殖并產(chǎn)生內(nèi)毒素，直接或通過(guò)炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子的介導(dǎo)，加重炎癥浸潤(rùn)及腸黏膜水腫，進(jìn)一步破壞腸壁完整性[26]。除此之外，腸-肝軸相互作用還涉及許多其他的微生物代謝物，如短鏈脂肪酸中丙酸和丁酸均是由細(xì)菌碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生，可以協(xié)助維持腸道屏障的完整性[27]。

4 腸道菌群作為PHT的治療靶點(diǎn)

目前批準(zhǔn)的治療臨床顯著PHT的藥物僅限于非選擇性β受體阻滯劑(non-selective beta-blockers，NSBBs)。近年來(lái)的研究結(jié)果顯示，恢復(fù)腸道菌群平衡及維持腸道屏障功能對(duì)于PHT的治療具有重要意義，可更好的了解宿主微生物相互作用；日后對(duì)PHT的預(yù)防和管理的潛在藥理戰(zhàn)略可能越來(lái)越多的集中于涉及腸道微生物的分子機(jī)制。

4.1 非選擇性β受體阻滯劑(NSBBs) NSBBs被公認(rèn)是降低PHT的有效藥物，Baveno Ⅵ會(huì)議指出，長(zhǎng)期應(yīng)用NSBBs治療后，肝靜脈壓力梯度(hepatic venous pressure gradient，HVPG)值較基線值下降≥10%或降至≤12 mm Hg[28]。研究[29]證實(shí)，其主要是通過(guò)阻斷β-1腎上腺素受體降低心排血量，通過(guò)阻斷β-2腎上腺素受體增加內(nèi)臟血管收縮，減少交感神經(jīng)張力，降低門靜脈壓力；但也有研究[30]表明，NSBBs可有效增加腸道轉(zhuǎn)運(yùn)，減少腸道細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，降低腸道通透性，減少細(xì)菌移位。Reiberger等[31]研究發(fā)現(xiàn)，NSBBs可顯著改善肝硬化PHT患者的腸道通透性，并且可減少腸道細(xì)菌移位。

4.2 抗生素和益生菌 由于肝硬化PHT與顯著的微生態(tài)失調(diào)有關(guān)，因此最初通過(guò)使用益生菌或抗生素來(lái)操控腸道菌群并監(jiān)測(cè)其對(duì)門靜脈壓力的影響來(lái)研究宿主-微生物相互作用在PHT治療中的作用。益生菌，特別是乳酸菌和雙歧桿菌，促進(jìn)黏膜屏障功能，調(diào)節(jié)腸道菌群，抑制病原菌生長(zhǎng)[32]。一些研究[33-34]探討了VSL-3的效果，VSL-3是一種口服8種益生菌菌株，聯(lián)合普萘洛爾時(shí)，VSL-3能夠顯著提高晚期肝硬化患者的HVPG應(yīng)答(降至低12 mm Hg以下或較基線水平下降≥20%)，并且降低了促炎細(xì)胞因子，如INFα的水平。黃曉宇等[35]通過(guò)給予肝硬化患者益生菌治療14 d后，發(fā)現(xiàn)益生菌可改善患者的生化指標(biāo)、降低血氨、提高腸道雙歧桿菌數(shù)量并可改善肝硬化患者肝功能。

利福昔明，一種具有廣譜抗微生物活性的不可吸收的抗生素。研究[36]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其作為單一療法治療PHT時(shí)是無(wú)效的，但有研究[37]表明，當(dāng)其聯(lián)合普萘洛爾時(shí)可以顯著提高HVPG的應(yīng)答率(56.2% vs 87.5%，P=0.034)，并且聯(lián)合治療后細(xì)菌移位相關(guān)標(biāo)志物顯著降低(P<0.05)。另有研究[38]表明，利福昔明治療可增加血清脂肪酸代謝產(chǎn)物，改變膽汁酸的組成并促進(jìn)抗炎狀態(tài)，改變細(xì)菌和代謝物之間的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。然而目前仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)探討利福昔明對(duì)微生物的組成和功能的影響。

4.3 益生元 目前，乳果糖被廣泛的應(yīng)用于臨床，但是沒(méi)有研究清楚地表明乳果糖會(huì)導(dǎo)致腸道微生物群的組成和功能發(fā)生顯著的變化[39]。有研究[40-41]提出，乳果糖的作用機(jī)制是作為一種瀉藥，增加糞便的體積，酸化和修改結(jié)腸菌群。這種對(duì)微生物群的潛在修飾可能導(dǎo)致產(chǎn)生脲酶的細(xì)菌被不產(chǎn)生脲酶的乳酸菌取代，從而減少潛在有毒短鏈脂肪酸(如丙酸、丁酸和戊酸)的形成。臨床研究[42]發(fā)現(xiàn)，植物乳酸桿菌活菌制劑合用益生元可顯著降低肝移植患者術(shù)后感染的發(fā)生率(13%)。

5 總結(jié)

腸道菌群在肝硬化和PHT的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，他們之間相互影響，互為因果。腸道細(xì)菌移位到肝臟會(huì)增加門靜脈壓力，另外PHT導(dǎo)致腸道水腫，破壞上皮的完整性進(jìn)而造成更多的細(xì)菌移位，從而激活炎癥反應(yīng)。此外，膽汁酸在腸道屏障和門靜脈壓力中也發(fā)揮著重要作用。臨床已證明腸道微生態(tài)制劑能夠降低內(nèi)毒素的產(chǎn)生，減少細(xì)菌移位，恢復(fù)腸黏膜通透性，成為治療PHT的一種治療手段，但目前其作用機(jī)制尚未完全明確，迫切需要大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)進(jìn)行更深入的研究。