肠道菌群失调的原因分析

肠道菌群失调的原因分析

肠道菌群是人体的自然屏障，可以保护身体免受各种伤害。肠道菌群失调与慢性肝脏疾病常常相互影响,互为因果,形成恶性循环,加重肝脏损害。现就肠道菌群失调在慢性肝病发病机制中的作用研究进展作一综述。1对细菌的作用正常人肠道内寄生着大量微生物,统称为肠道菌群。肠菌群是肠道屏障的重要组成部分,它既是人体内最大的贮菌库,也是体内最大的内毒素池。人类的肠道细菌至少有50个属,约l014个细菌定植,主要位于结肠,其中以肠道专性厌氧菌占绝对优势,肠道兼性厌氧或需氧的革兰阴性细菌只占细菌总数0.11%,主要包括粪杆菌、双歧杆菌、链球菌、大肠埃希菌、乳酸杆菌、产气荚膜杆菌等。双歧杆菌和乳酸杆菌促进糖蛋白的分泌而保持肠粘膜结构完整,阻止致病菌及毒素等大分子物质通过。同时双歧杆菌、乳酸杆菌促进肠道相关淋巴组织分泌的分泌型免疫球蛋白A(secretoryimmunoglobulinA,sIgA)既能降低致病菌毒力,亦可抑制细菌对肠粘膜上皮的黏附。给白介素10基因敲除小鼠喂食益生菌可以通过间接抑制肿瘤坏死因子-α及γ-干扰素分泌而恢复大肠的生理功能和屏障的完整性。双歧杆菌等通过与肠上皮细胞密切接触,占据其表面空间位置,构成一层菌膜屏障,抑制肠道内潜在致病菌对肠上皮细胞的粘附与繁殖。肠道内有益菌还可通过营养争夺、产生具有广谱抗菌作用的物质如防御素、细菌素及抗菌肽等,以抑制肠道潜在革兰阴性细菌生长。肠道菌群按一定的数量和比例分布在肠道的不同节段与部位,对宿主发挥着机械屏障、生物屏障、免疫屏障、抗衰老和抗肿瘤等重要的生理作用,同时机体又为菌群提供生命活动所必需的场所,两者相互依赖,相互影响,处于动态平衡,从而维持机体健康。2肠道菌群失调正常肠道菌群以双歧杆菌、大肠杆菌、粪肠球菌、类杆菌等专性厌氧菌为主。在生理状态下,肠道菌群是人体的一道天然屏障,与机体保持动态平衡,对维持健康起着不可或缺的作用,其对宿主的生理功能主要取决于各菌种间种类和数量的平衡。大量研究表明,慢性肝脏疾病患者存在不同程度的肠道菌群失调。双歧杆菌、乳酸杆菌等厌氧菌的正常繁殖受到抑制、数量减少,革兰阴性细菌过度生长繁殖,其死亡后释放大量内毒素。肠道和肝脏有共同的胚胎起源—前肠,肠道淋巴细胞起源于发育中的肝脏,这两个器官在解剖和生物学功能上存在内在联系。解剖学上,两个器官通过门静脉相互关联,肝脏80%的血液供应来自门静脉,门静脉中有来自肠道的细菌产物、食物抗原及环境毒素等。正常状态下,门静脉血中含有少量肠道来源的内毒素,其对于维系肝脏网状内皮系统处于激活状态有一定意义。肠道菌群失调会引发或加重慢性肝脏疾病,反之,慢性肝脏疾病也可以加重肠道菌群失调,两者相互影响、互为因果,形成恶性循环。2.1肠道菌群失调与肝衰竭肝衰竭是指由多种因素引起的以凝血机制障碍、黄疸、肝性脑病、腹水等为主要表现的一组症候群。肝衰竭时存在严重的肠道菌群失调,肠道菌群在数量、组成或定位方面发生变化,表现为专性厌氧菌如双歧杆菌、类杆菌显著减少,而革兰阴性杆菌如大肠埃希菌等显著增多,存在肠道革兰阴性杆菌过度生长情况,肠道定植抗力下降,肠壁屏障功能受损,导致肠道细菌(包括内毒素及肠源性细胞因子等)移位。细菌移位可引起内毒素血症及各种感染如自发性细菌性腹膜炎等。内毒素除对肝细胞有直接毒性外,其还能激活单核巨噬细胞,使后者释放多种细胞因子及炎性介质等并通过多种途径参与肝衰竭的发生发展。目前研究认为,细菌和内毒素易位是肝衰竭发生发展的重要因素,其与肠道条件致病菌过度增长、肠道局部免疫功能减弱和肠粘膜机械屏障受损密切相关[8，9]。肝衰竭时,双歧杆菌和乳酸杆菌显著下降,严重影响sIgA功能,破坏了肠道的免疫屏障。由于肝衰竭时肠道菌群失调,肠屏障功能不全造成了内毒素血症,循环内毒素又进一步加重了肝损伤,彼此相互协同,加重病情。此外,研究还证实肝脏分泌的结合型胆汁酸在小肠内对外籍菌有抑制作用,游离型胆汁酸在大肠内通过调节肠道pH来调节肠道菌群平衡。而肝功能障碍时,胆汁酸分泌减少,对外籍菌的抑制作用减弱即可引起菌群失调。肝衰竭患者肠道蠕动功能的减弱、肠壁水肿、中性粒细胞功能的下降、补体合成减少以及细胞免疫紊乱等因素亦可加重肠道菌群失调。研究证实微生态制剂可以补充肠道有益菌群,改善肠道和肝脏功能[12，13],已成为肝衰竭患者重要的辅助治疗手段之一。2.2肠道菌群失调与肝硬化肝硬化是一种以肝组织弥漫性纤维化、假小叶和再生结节形成为特征的慢性肝病。肝硬化患者存在肠道菌群失调,且菌群失调程度与肝功能分级有一定相关性,在ChildC级患者中,肠道菌群失调最为明显,并随肝功能好转而在一定程度恢复。肝硬化患者常有腹泻,且腹泻的发生率与肝功能恶化程度相关,这也是肝病患者肠道菌群失调的表现之一。肝硬化后补体合成严重不足;多形核白细胞移动、吞噬及细胞内杀菌功能下降;纤维连接蛋白缺乏、肝脏库普弗细胞吞噬功能及T淋巴细胞功能下降,以致机体抗感染的能力显著下降。肝硬化作为始动因素可并发内毒素血症,从而引起缺血/再灌注损伤,而缺血/再灌注损伤是肠粘膜屏障损伤的主要原因,导致肠壁通透性增加,最终引起肠道细菌易位。随后,循环内毒素又进一步损伤肠粘膜屏障,加重细菌及内毒素易位,彼此互为因果,形成恶性循环,造成肠源性感染、脓毒症,加重肝脏损伤。在动物研究中,给肝缺血/再灌注大鼠预先补充乳酸杆菌和双歧杆菌的混合制剂,22h后发现可部分恢复肝缺血/再灌注时所致的肠道菌群失衡,并改善肠黏膜屏障,减少肠道菌易位的发生率,从而降低血浆内毒素水平、减轻肝损伤。口服益生菌制剂可以降低失代偿期肝硬化患者脂多糖连接蛋白水平,并能够部分改善肝脏生化指标。2.3肠道菌群失调与非酒精性脂肪性肝病非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholicfattyliverdisease,NAFLD)是指除外酒精和其他明确的损肝因素所致的,以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要特征的临床病理综合征,包括单纯性脂肪肝以及由其演变的脂肪性肝炎和肝硬化。胰岛素抵抗(insulinresis-tance,IR)、肥胖和遗传易感性与其发病密切相关。而对于NAFLD发病的具体机制,最为广泛被认可的仍是“二次打击”学说,认为初次打击是IR,使肝细胞内脂肪酸蓄积,二次打击主要是氧化应激和炎症细胞因子生成,引起脂肪变性的肝细胞发生炎症、坏死。IR是NAFLD发病的中心环节。IR不仅参与脂肪变的发生,而且加速肝细胞损伤和炎症的发展。肠道菌群改变通过影响能量代谢增加内脏脂肪蓄积,促进肥胖和IR的发生,从而参与脂肪肝的发生。5型Toll样受体(Toll-likereceptor5,TLR5)是表达在肠粘膜细胞上防御感染的一种固有免疫成分,尽管通过饮食控制可预防TLR5缺失小鼠发生肥胖,但难以避免IR,将其肠道菌群植入普通小鼠体内,后者出现了IR表现。与普通小鼠相比,无菌小鼠糖耐量提高,餐后胰岛素水平降低,可抵抗高脂饮食导致的IR。肠道菌群结构与数量的改变在肥胖的发生发展中发挥一定的作用。肠道菌群可能通过促进脂肪酸吸收、抑制脂肪酸氧化影响宿主能量平衡而导致肥胖。NAFLD患者控制肠道菌群失调后可以大大改善NAFLD和IR的临床症状[19~22]。大量研究证实,给予先天瘦素缺乏小鼠益生菌治疗可以改变小鼠肠道菌群,从而缓解肝脏的IR、肝脂肪变性及炎症,同样,通过抗生素治疗可以调节肝脏及肠道炎症及代谢相关的基因表达,从而改善糖耐量异常、肝脏IR、肝脂肪变性[23，24]。予动物模型及NAFLD患者添加益生菌或抗生素,能有效改善糖脂代谢紊乱、减轻肝脏IR,同时能使肝脏脂肪变及炎症程度降低[25~29]。2.4肠道菌群失调与酒精性肝病酒精性肝病(alcoholicliv-erdisease,ALD)是指由于长期大量饮酒所致的肝脏疾病,初期通常表现为脂肪肝,进而可发展成酒精性肝炎、酒精性肝纤维化和酒精性肝硬化,甚至肝功能衰竭。ALD的发展是一个复杂的过程,不仅受到酒精及其代谢产物的直接影响,其他因素在其发病机制中也起到重要作用,如肠渗漏引起的内毒素血症等。ALD患者长期大量摄入酒精,乙醇及其在体内代谢为乙醛的过程,使得活性氧自由基和高价氮氧合酶的产生增加、肠道菌群的种类或比例发生改变、革兰氏阴性杆菌繁殖增加,引起肠黏膜屏障功能受损,肠道通透性增加,导致细菌移位,门静脉中内毒素水平升高,内毒素直接作用于库弗细胞、肝实质细胞、免疫细胞和星状细胞,使中性粒细胞聚集释放一系列细胞因子或其他炎性因子而损伤肝脏。饮酒后会出现肠道菌群失衡,酒精能够改变结肠微生态成分,菌群失调促进促炎因子产生、改变肝脏代谢途径致使肠粘膜通透性增加,成为ALD的潜在发病机制,肠道菌群失调可能是ALD患者内毒素血症的重要发病机制。取ALD患者十二指肠黏膜活检并做培养发现革兰阳性球菌和革兰阴性杆菌增多,其菌群数量和比例的变化都表明有菌群横向易位。益生菌主要通过调节肠道菌群来维持肠道微生态的平衡,实验证明,补充益生菌,不仅能够减轻ALD的损伤,亦可以改变肝脏代谢来减轻肝损伤。3肠道菌群