肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)的診療策略

鮑志野 劉浩

肝移植是拯救終末期肝病患者的首選策略，肝移植術(shù)后并發(fā)癥如感染和排斥反應(yīng)等一直是制約肝移植受者預(yù)后的重要因素，除此之外，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的腹瀉、腹脹、腹痛等腹部不適，也會影響術(shù)后恢復(fù)。研究證實，腸道菌群與肝移植術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥不無關(guān)系[1]。腸道微生物作為一個與人類健康息息相關(guān)的內(nèi)在生態(tài)系統(tǒng)，在疾病的各個領(lǐng)域受到越來越多研究者的關(guān)注。人體腸道微生物基因數(shù)量是人體基因數(shù)量的100倍，在人體的代謝以及免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，這些微生物在正常情況下對宿主無害或互利共生，構(gòu)成人體的一個獨立“器官”。腸道通過腸肝軸與肝臟進(jìn)行著解剖和功能上的雙重交互作用。隨著宏基因組測序技術(shù)以及生物信息學(xué)的不斷進(jìn)步，可以更加精確地揭示微生物種類和遺傳多樣性。本文對腸道菌群的概念、肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)的原因及對受者的影響進(jìn)行綜述，并探討以腸道菌群為靶點診斷和治療肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)的新思路。

1 腸道菌群的種類、作用與研究方法

1.1 腸道菌群種類

人類腸道寄居著1013～1014個微生物，其基因組是人類的100倍，腸道微生物又稱腸道菌群，對人體的代謝以及免疫穩(wěn)態(tài)發(fā)揮重要作用。這些微生物在正常情況下對宿主無害或互利共生，構(gòu)成人體的一個獨立“器官”，參與機體代謝，并與其他器官相互關(guān)聯(lián)，成為機體代謝網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分[2]。研究發(fā)現(xiàn)，人體腸道菌群是差異化的，在成人階段是相對穩(wěn)定的，但是從兒童到老年各個年齡階段組成有所不同，而且眾多因素也會影響微生物群的多樣性，包括性別、體質(zhì)量指數(shù)、飲食習(xí)慣、地域以及是否應(yīng)用抗生素或者益生菌[3]。其它影響腸道菌群構(gòu)成的因素包括腸道炎癥性疾病、代謝性疾?。ㄈ缣悄虿。?、自身免疫性疾病等。在正常人腸道菌譜中，常駐菌（擬桿菌門和厚壁菌門）占90%以上，過路菌（如變形桿菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、產(chǎn)氣腸桿菌）不超過10%。各菌群間互相依存和制約，按一定比例組合，最終在量和質(zhì)的水平上達(dá)到一定的生態(tài)平衡。

1.2 腸道菌群的生理作用和腸肝軸

結(jié)腸中的細(xì)菌大多數(shù)為厭氧菌，主要對膳食纖維等底物進(jìn)行酵解。腸道菌群相關(guān)的兩個重要的代謝形式包括膽汁酸的代謝和短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）的形成。首先，腸道和肝臟之間有解剖上的交互關(guān)系，因此腸道菌群與肝臟分泌的膽汁酸之間存在著相互作用。初級膽汁酸由肝臟分泌后經(jīng)膽總管進(jìn)入腸道，如鵝去氧膽酸通過7α-脫氫酶轉(zhuǎn)化為石膽酸，以及膽汁酸轉(zhuǎn)化為脫氧膽酸，進(jìn)而次級膽汁酸在結(jié)腸中被重吸收經(jīng)門靜脈運回肝臟，完成腸肝循環(huán)。腸肝軸是指通過膽道和門靜脈所建立起來的一個聯(lián)系肝臟和腸道菌群的解剖和功能上的雙向關(guān)系[4]。肝臟作為第二道防火墻，針對腸道轉(zhuǎn)位來的有害物質(zhì)予以清除[5]。因此一方面腸道菌群在初級膽汁酸向次級膽汁酸的轉(zhuǎn)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，另一方面，次級膽汁酸也可以影響腸道菌群的構(gòu)成和數(shù)量。

其次，碳水化合物在結(jié)腸內(nèi)被腸道菌群酵解成SCFA，包括醋酸、丙酸、丁酸等。SCFA是酵解的主要代謝產(chǎn)物，在結(jié)腸中濃度為50～200 mmol/L，可以結(jié)合特定的免疫受體，最終作為能量的來源，調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞完整性以及免疫交互的基因表達(dá)。由于SCFA都是水溶性的，很容易被轉(zhuǎn)運進(jìn)結(jié)腸上皮細(xì)胞，進(jìn)而調(diào)節(jié)基因表達(dá)，細(xì)胞增殖、分化和凋亡[6]。

1.3 腸道菌群和腸道免疫系統(tǒng)的相互作用

腸道菌群和免疫系統(tǒng)之間存在廣泛的交互作用[7]。腸道內(nèi)的上皮、黏膜以及免疫細(xì)胞，可以通過分泌黏液、抗微生物肽或者腸腔內(nèi)的免疫球蛋白來保持腸道微生物的穩(wěn)態(tài)，避免腸道菌群失調(diào)。腸道菌群及其產(chǎn)物從腸腔轉(zhuǎn)位進(jìn)入肝臟，從而引起免疫反應(yīng)[8]。腸道菌群能夠調(diào)節(jié)腸上皮的功能，同時腸上皮或者腸道菌群能夠激發(fā)固有免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞的促炎和抗炎效應(yīng)[9]。腸道菌群不僅能促進(jìn)淋巴細(xì)胞的成熟，還能促進(jìn)淋巴細(xì)胞的分化以及記憶性T細(xì)胞的產(chǎn)生[10]。

1.4 腸道菌群的研究方法

腸道菌群的研究一般包括組成以及功能的研究。多樣性研究一般是用于比較菌群的復(fù)雜性。Alpha多樣性指數(shù)中，Shannon多樣性指數(shù)（Shannon diversity index，SDI）用于研究肝移植受者體內(nèi)腸道菌群的數(shù)目以及相對豐度[11]。高SDI值代表菌群種類豐富，分布相對平衡，低SDI值代表菌群種類相對少，限定性的某幾種菌群比較突出。Beta多樣性指數(shù)用于研究獨立樣本之間的差別，比如UniFrac分析就是用于比較健康對照人群與肝硬化人群之間的菌群差異，或者肝移植受者術(shù)前與術(shù)后的縱向比較[12]。宏基因組學(xué)和宏代謝組學(xué)可分別用來研究腸道菌群以及菌群產(chǎn)物的功能構(gòu)成，對于腸道菌群失調(diào)的功能性結(jié)局是更好的研究方法[13]。還有研究應(yīng)用生物信息學(xué)工具StrainSifter來定位感染患者血液中的微生物來源。

2 肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)的危險因素

從解剖位置來看，肝臟70%的血供來自于腸道回輸?shù)介T靜脈的血液，它是防御腸源性抗原的第一道防線，也最容易暴露在腸源性刺激環(huán)境中。在一項針對40例肝移植受者的研究中發(fā)現(xiàn)，肝移植術(shù)后SDI明顯增高，術(shù)后早期腸球菌減少，有益菌群增加[14]。

2.1 肝移植術(shù)前終末期肝病模型評分

研究顯示終末期肝病模型（model for end-stage liver disease，MELD）評分高以及巴氏桿菌增多與肝移植術(shù)后死亡風(fēng)險呈正相關(guān)，在多因素回歸分析中都是預(yù)測病死率的一個獨立因素[15]。MELD評分與葡萄球菌屬、腸球菌屬、腸桿菌數(shù)量呈正相關(guān)，與梭狀芽孢桿菌、毛螺菌屬、瘤胃球菌屬以及擬桿菌屬數(shù)量呈負(fù)相關(guān)[16]。雙歧桿菌/腸球菌的比例降低與MELD評分增加也具有相關(guān)性[17]。

2.2 肝移植圍手術(shù)期的營養(yǎng)狀態(tài)

研究表明多種營養(yǎng)素可以影響肝臟缺血-再灌注損傷的程度[18]。術(shù)前門靜脈高壓引起腸道淤血，進(jìn)而導(dǎo)致黏膜萎縮[19]。研究顯示肝移植術(shù)前存在中-重度營養(yǎng)不良的患者，需要長時間使用全腸外營養(yǎng)（total parenteral nutrition，TPN）行營養(yǎng)支持，術(shù)中輸血量更多，重癥監(jiān)護(hù)室入住時間和住院時間延長，術(shù)后感染率及圍術(shù)期病死率均明顯升高，而TPN可引起腸道黏膜廢用性萎縮，導(dǎo)致腸道細(xì)菌移位以及腸源性感染的發(fā)生，攝入富含發(fā)酵奶、蔬菜、燕麥、咖啡和茶的飲食，可以使微生物的多樣性增加，術(shù)后90 d住院的風(fēng)險降低[20]。

2.3 肝移植術(shù)中無肝期

肝移植手術(shù)存在無肝期，移植術(shù)后早期肝功能恢復(fù)也需要時間，門靜脈血流阻斷、重建會導(dǎo)致腸道血液回流淤滯，因此肝移植術(shù)后早期極易發(fā)生腸道菌群失調(diào)。Filos等[21]阻斷大鼠全肝血流后發(fā)現(xiàn)腸系膜淋巴結(jié)及肝臟均可培養(yǎng)出腸道細(xì)菌，門靜脈血內(nèi)毒素水平亦明顯升高。肝移植術(shù)后早期感染可能與無肝期所致的腸黏膜缺血-再灌注損傷引起的腸道細(xì)菌或內(nèi)毒素移位相關(guān)，且無肝期越長，腸黏膜損傷越嚴(yán)重。

2.4 圍手術(shù)期抗生素的使用

研究表明長期大量使用廣譜抗生素，在殺滅敏感致病菌的同時也殺滅了腸道常駐菌，而潛在的耐藥性條件致病菌大量繁殖，導(dǎo)致機體腸道菌群失調(diào)的發(fā)生[22]。抗生素的使用與腸道菌群失調(diào)的發(fā)生具有顯著的相關(guān)性，是目前導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)的主要原因，經(jīng)過半個世紀(jì)抗生素的應(yīng)用，目前抗生素所帶來的對于耐藥以及腸道菌群的負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來。

2.5 肝移植術(shù)后免疫抑制劑的長期大量使用

肝移植術(shù)后受者免疫功能一直處于抑制狀態(tài)，腸道菌群失調(diào)發(fā)生率高。他克莫司能降低腸道微生物的豐度，尤其是產(chǎn)丁酸鹽的微生物。通過比較依維莫司和他克莫司分別聯(lián)合嗎替麥考酚酯治療對腎移植受者糞便微生物群的影響發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用不同免疫抑制方案會導(dǎo)致產(chǎn)生不同的腸道菌群譜[23]。霉酚酸酯類藥物能引起腸道菌群的改變，從而可能導(dǎo)致該類藥物相關(guān)的腸道并發(fā)癥的發(fā)生[24]。

3 肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)對受者的影響

3.1 免疫系統(tǒng)

目前針對肝移植術(shù)后腸道菌群的研究大多數(shù)來自于動物實驗。首先，在肝移植術(shù)后出現(xiàn)急性排斥反應(yīng)（acute rejection，AR）時，腸道菌群會發(fā)生改變，肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)可以作為診斷AR的敏感指標(biāo)[25]。在一項大鼠肝移植術(shù)后AR模型中，術(shù)后2周擬桿菌明顯增多，而雙歧桿菌則在術(shù)后先減少再恢復(fù)[26]，這可能與內(nèi)毒素增加以及細(xì)菌轉(zhuǎn)位有關(guān)。其次，慢性排斥反應(yīng)的標(biāo)志性病理表現(xiàn)為小膽管的消失和再形成，肝移植術(shù)后大鼠慢性膽管增生會導(dǎo)致移植肝失功，與正常組大鼠比較，同基因異體肝移植組大鼠的腸道雙歧桿菌和乳酸菌數(shù)量明顯減少，而腸球菌和腸桿菌的數(shù)量則相應(yīng)增加[27]。

3.2 術(shù)后并發(fā)癥

一項納入177例肝移植受者的研究通過分析腸道菌群對肝移植術(shù)后1年內(nèi)的影響，發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變（擬桿菌屬和毛螺菌屬減少、腸球菌增加）與多重耐藥菌的定植有關(guān)（尤其是耐萬古霉素的腸球菌），并與術(shù)后出血、膽瘺和膽道狹窄相關(guān)[28]，多重耐藥菌的定植是腸道菌群失調(diào)持續(xù)存在的一個重要標(biāo)志。

3.3 免疫抑制劑使用

微生物制劑能影響免疫抑制劑的吸收和代謝，研究發(fā)現(xiàn)腸道普拉梭菌能把他克莫司轉(zhuǎn)變?yōu)槊庖咭种茝姸雀醯膹?fù)合物[29]。同時，鈣調(diào)磷酸酶抑制劑也能影響腸道菌群和腸道屏障，在小鼠的皮膚移植模型中，低劑量的他克莫司聯(lián)合糞便菌群移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）可以控制排斥反應(yīng)[30]。與過低或者過高的他克莫司濃度相比，適當(dāng)?shù)乃四緷舛饶軌蚓S持大鼠正常的移植肝功能以及穩(wěn)定的腸道菌群。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)孢素可以減輕大鼠移植肝損傷，部分恢復(fù)腸道菌群，減輕排斥反應(yīng)[31]。

4 肝移植術(shù)后腸道菌群失調(diào)的治療

目前，針對腸道菌群失調(diào)的治療手段主要包括口服抗生素和選擇性消化道去污（selective decontamination of the digestive tract，SDD）、益生菌輸入以及FMT。

4.1 口服抗生素和選擇性消化道去污

有研究表明肝移植術(shù)前應(yīng)用抗生素能減輕肝臟損傷[32]。肝移植術(shù)后SDD的應(yīng)用一直存在爭議。但是Katchman等[33]則認(rèn)為SDD（應(yīng)用黏菌素、慶大霉素和制霉菌素）并不能降低肝移植術(shù)后感染的發(fā)生率，只能改變感染類型的分布，即革蘭陽性球菌感染代替革蘭陰性球菌感染。并且，SDD還可能增加多重耐藥的風(fēng)險，因此建議肝移植術(shù)后慎用SDD，需要進(jìn)一步的隨機對照試驗研究來支持。

4.2 益生菌輸入

與腸道中復(fù)雜且數(shù)量龐大的菌群相比，口服益生菌經(jīng)過消化道抵抗到達(dá)腸道中的數(shù)量已經(jīng)很少，但仍舊可以對腸道菌群產(chǎn)生較大的影響。腸道菌群的代謝物SCFA通過致病菌的細(xì)胞內(nèi)酸化來控制多重耐藥腸桿菌的生長[34]。研究發(fā)現(xiàn)，包含雙歧桿菌和乳酸菌的益生菌通過重建肝移植術(shù)后腸道菌群，不僅明顯減輕肝臟缺血-再灌注損傷，還能有效改善腸道屏障功能。一項單中心研究發(fā)現(xiàn)對于膽道非吻合口狹窄的患者，益生菌對于預(yù)防膽道并發(fā)癥也有幫助[35]。另一項單中心研究發(fā)現(xiàn)益生菌可以有效地降低肝移植術(shù)后感染并發(fā)癥發(fā)生率[36]。有益菌群還可以抵抗耐萬古霉素的腸球菌感染[37]。

4.3 糞便菌群移植

FMT 是一種將健康志愿者的糞便菌群移植給患者，以重建正常腸道菌群的治療方法。研究發(fā)現(xiàn)FMT對于多重耐藥菌有較好的療效[38]，同時也減少了耐藥基因的傳播[39]。對于多次復(fù)發(fā)的艱難梭菌感染，如果抗生素治療無效，美國傳染病協(xié)會（Infectious Disease Society of America，IDSA）和美國健康管理流行病協(xié)會（Society for Healthcare Epidemiology of America，SHEA）都推薦采用FMT[40]。艱難梭菌感染一般在實體器官移植術(shù)后56 d高發(fā)，肝移植受者發(fā)生率約為11%[41]。一項納入94例實體器官移植受者的多中心回顧性研究發(fā)現(xiàn)，單次FMT后1個月時艱難梭菌感染治愈率為63.8%，3個月時為58.7%[42]。

FMT 可以通過上、下消化道介入，一項系統(tǒng)性回顧分析顯示，通過下消化道移植的方法成功率高于上消化道，其中通過上消化道移植成功率為76% ，通過保留灌腸移植成功率為 95% ，經(jīng)結(jié)腸鏡移植成功率為89%[43]。商品化的口服腸溶性糞便膠囊治療腸道微生態(tài)紊亂性疾病在未來可能成為現(xiàn)實[44]。

FMT的臨床應(yīng)用主要面臨兩個并發(fā)癥：感染和誤吸。DeFilipp等[45]的研究表明，通過篩查糞便捐獻(xiàn)者，對于減少FMT過程可能導(dǎo)致不良感染事件的微生物傳播很重要。FMT操作的過程需保持警惕，尤其是對于有誤吸風(fēng)險的器官移植受者。目前FMT仍然是改善腸道菌群失調(diào)的首選方案。

5 小 結(jié)

腸道菌群在調(diào)節(jié)肝臟代謝以及免疫應(yīng)答方面發(fā)揮重要的作用，肝移植術(shù)后腸道菌群的穩(wěn)態(tài)與機體的免疫微環(huán)境相互影響、互為因果，共同影響著肝移植受者的預(yù)后。目前我們對腸道微生物與肝移植術(shù)后的生理經(jīng)過的認(rèn)識在不斷加深。今后隨著對肝移植術(shù)后受者的研究以及動物實驗研究的深入，腸道微生物以及相關(guān)制劑將不斷改善移植肝功能，減少肝移植術(shù)后并發(fā)癥，給肝移植受者帶來更大獲益。