肝移植后免疫抑制劑與腸道菌群相互作用的研究進展

關鍵詞免疫抑制劑；腸道菌群；肝移植；他克莫司；環(huán)孢素；麥考酚酯；糖皮質激素

肝移植后，排斥反應是不可避免的病理生理過程，也是導致移植失敗的主要原因之一，其機制復雜，涉及眾多的分子和信號通路。免疫抑制劑是對機體的免疫反應具有抑制作用的藥物，能抑制免疫細胞（T細胞、B細胞和巨噬細胞等）的增殖和功能，從而抑制免疫反應。免疫抑制劑雖然會引起高血壓、感染、高脂血癥等多種不良反應，但卻是預防排斥反應的首選藥物，能提高受者和移植物的存活率[1]。目前臨床使用的免疫抑制劑主要有糖皮質激素、類固醇、鈣調神經磷酸酶抑制劑（環(huán)孢素、他克莫司）、抗代謝藥（嗎替麥考酚酯、硫唑嘌呤）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammaliantargetofrapamycin，mTOR）抑制劑（西羅莫司、依維莫司）等。肝移植后的免疫抑制治療方案尚無統一標準，免疫抑制個體化治療是目前研究的難點和方向[1]。

腸道菌群可以促進免疫系統的發(fā)育，激活免疫系統，其失調與一些疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關。腸道菌群的失衡會通過能量吸收、膽堿、短鏈脂肪酸、腦-腸軸、膽汁酸等多種途徑影響宿主的健康[2]。研究結果表明，腸道菌群可影響精神分裂癥、多發(fā)性硬化癥、肝臟疾病等多種疾病的發(fā)生發(fā)展[3]，但具體機制尚不清楚。本文主要綜述了肝移植后免疫抑制劑與腸道菌群之間的相互作用，以期為臨床用藥提供一定的依據，幫助優(yōu)化免疫抑制治療方案，同時減少藥物不良反應。

1 肝移植對腸道菌群的影響

研究表明，肝移植與腸道生態(tài)失調有關，其特征是總細菌量和有益細菌（如雙歧桿菌、普氏棲糞桿菌和乳酸菌屬）減少，腸桿菌科和腸球菌屬細菌增加[4]。肝移植患者術后感染的發(fā)生率為47%～80%，病死率高達13%～36%，以腸道感染最為常見[5]。肝移植可破壞腸道屏障，使內毒素和細菌進入血液或腹腔，從而導致腸道感染[5]；同時，肝移植術中存在無肝期，肝移植術后早期肝功能恢復也需要時間，門靜脈血流阻斷、重建會導致腸道血液回流淤滯，因此肝移植后早期腸道菌群失調的風險較高[6]；而且，血液循環(huán)受阻會導致腸道屏障受損，在肝移植術前、術中和術后是否接受過抗菌藥物的預防和治療，以及術后是否有終末期肝病相關并發(fā)癥，這些因素均可能破壞腸道菌群的平衡[7]。此外，肝移植后抗菌藥物的使用也會破壞腸道中的有益菌群，導致腸道菌群失衡，這種失衡可能會導致腸道功能紊亂、免疫系統受損以及其他健康問題的發(fā)生[8]。長期、過度或不適當使用抗菌藥物可能會對腸道菌群造成持久的破壞，進而影響人體的整體健康[8]。

2 免疫抑制劑對腸道菌群的影響

應用不同的免疫抑制劑方案會產生不同的腸道菌群譜[9]。肝移植后常用的免疫抑制劑方案包括環(huán)孢素、他克莫司、麥考酚酯類藥物、糖皮質激素等藥物的單藥使用和聯合應用。不同免疫抑制劑對腸道菌群的影響不同，但都會影響腸道菌群的豐度，如圖1所示。

2.1 環(huán)孢素

環(huán)孢素屬于免疫抑制劑中的鈣調神經磷酸酶抑制劑，可以有效抑制免疫系統的活性，但也會影響腸道菌群的組成和功能。研究發(fā)現，在肝移植大鼠模型中，環(huán)孢素改變了腸道菌群的豐度——增加了普氏棲糞桿菌的豐度，降低了腸桿菌科細菌和梭菌簇Ⅰ、ⅪⅤ的占比，從而可減輕肝移植后的肝損傷，部分恢復腸道菌群豐度，這可能有利于治療肝移植后的排斥反應[10]。由于不同個體的腸道菌群組成和環(huán)孢素對腸道菌群影響的程度存在差異，故在實際臨床中，需要結合患者的具體情況綜合考慮，并進行個體化的肝移植后免疫抑制治療決策。

2.2 他克莫司

他克莫司的治療窗較窄，且血藥濃度具有一定的個體差異，其改變了腸道菌群的組成和代謝物，可能影響機體免疫功能和移植肝的存活率[11]。因此，臨床在使用他克莫司時，需關注患者的腸道健康，并考慮采用適當的措施（如進行益生菌補充、避免過度使用抗生素等）來維持腸道菌群的平衡。有研究者觀察到經他克莫司處理過的小鼠模型的盲腸中，丁酸鹽產生菌的豐度在降低，丁酸濃度在下降，而丁酸在維持胰島素敏感性和葡萄糖代謝方面發(fā)揮著重要作用，有助于維持血糖平衡[12]，這表明他克莫司介導的腸道菌群變化可能導致葡萄糖代謝紊亂。另有研究發(fā)現，他克莫司對C57BL/6正常小鼠的腸道菌群具有調節(jié)作用，通過糞群移植和給予低劑量他克莫司可調節(jié)小鼠的結腸腸道菌群失衡和全身免疫反應，并提高同種移植肝的存活率；與未給藥組相比，高劑量他克莫司組小鼠的腸道菌群組成和豐度發(fā)生了明顯變化，短鏈脂肪酸產生菌屬、擬桿菌屬和乳酸菌屬的豐度均顯著增加[11]。短鏈脂肪酸產生菌屬的增加使得短鏈脂肪酸水平也隨之升高，而短鏈脂肪酸不但是能量來源，而且對造血系統、T細胞功能以及黏膜免疫均有調控作用[13]，同時具有抗氧化、抗纖維化和調節(jié)血壓的作用[14]，能夠增加機體對外界病原體的防御能力。

2.3 麥考酚酯類藥物

麥考酚酯類藥物是一種新型的免疫抑制劑，能夠特異性干擾免疫細胞的信號傳導，從而降低免疫系統的活性。目前，國內常用的麥考酚酯類藥物包括嗎替麥考酚酯（mycophenolatemofetil，MMF）和麥考酚鈉（mycophenolatesodium，MPS）2類。MMF和MPS都是前體藥物，口服或靜脈注射后在體內迅速代謝為活性代謝產物麥考酚酸（mycophenolicacid，MPA）。這一代謝轉化過程主要涉及腸道和肝臟。具體來說，在腸道中，MMF和MPS會被酯酶迅速水解為MPA，而MPA進入腸道細胞后，通過乳酸轉運體進入血液循環(huán)；在肝臟中，MPA主要經過葡萄糖醛酸轉移酶的作用，與葡萄糖醛酸結合形成一種無活性的代謝產物——麥考酚酸葡萄糖苷酸（mycophenolicacidglucuronide，MPAG），最終排出體外。含有MPA類藥物的免疫抑制方案可用于預防和治療器官移植術后的排斥反應，改善肝移植受者和移植肝的長期存活情況[15]。

MPA具有抗菌作用，會導致腸道菌群發(fā)生變化，會使厚壁菌門和擬桿菌門的菌群密集度和多樣性降低[16]，也會降低毛螺菌科細菌的相對豐度[17]。研究表明，在傳統飼養(yǎng)的小鼠中，MMF會導致其盲腸萎縮、結腸發(fā)炎和體重減輕；但將MMF給予無菌小鼠或先前用廣譜抗生素治療過的小鼠時，它們均沒有發(fā)生上述問題，這表明MMF可能是通過菌群失衡導致上述癥狀[4]。另外，MMF暴露也會導致腸道菌群多樣性和菌群組成發(fā)生變化，增加腸道菌群的致病潛力[18]。

2.4 糖皮質激素

糖皮質激素亦是一類常用的免疫抑制劑，被廣泛應用于治療各種免疫介導性疾病。該類藥物可通過調節(jié)免疫系統的功能，減輕炎癥反應和自身免疫反應，從而發(fā)揮治療作用。另外，糖皮質激素增加了乳酸菌屬、雙歧桿菌屬等菌群的相對豐度，減少了顫螺旋菌屬、嗜膽菌屬等菌群的豐度[4]，可能導致腸道菌群的不平衡。16SrRNA測序結果表明，經地塞米松處理過的正常雄性Wistar大鼠的盲腸內容物中，腸道菌群的總量和多樣性在降低，變形菌門的豐度在增加，說明外源性糖皮質激素改變了腸道菌群的結構[19]。另一項研究顯示，長期接受潑尼松治療的正常SD大鼠的腸道菌群會發(fā)生改變，其糞便代謝產物的分布也會發(fā)生改變[20]。此外，潑尼松對腸道菌群的影響具有劑量依賴性，腸道菌群的改變程度與潑尼松的劑量相關；潑尼松在治療MRL/Lpr小鼠時可增加變形桿菌和志賀桿菌等菌群的豐度，降低瘤胃球菌屬、另枝菌屬等菌群的豐度[19]。糖皮質激素的長期治療可能通過調節(jié)腸道菌群對宿主產生有益影響，該治療過程能夠產生人體必需氨基酸L-苯丙氨酸、抗真菌物質苯乳酸和羥基苯乳酸[20]。

2.5 聯合用藥

肝移植后，單一的免疫抑制劑治療有時可能無法有效地控制排斥反應，這時就需要進行聯合用藥。但研究表明，他克莫司與MMF聯用可能會顯著改變腸肝循環(huán)，增加藥物與腸道細胞的接觸，造成腸道菌群失衡，最終引起結腸炎；環(huán)孢素與MMF聯用可減少后者的活性代謝產物MPA的排泄，從而降低胃腸道損傷的發(fā)生率[21]，進而可能降低腸道菌群失衡的發(fā)生率。與他克莫司和MMF聯用相比，環(huán)孢素和MMF聯用會抑制MPA的腸肝循環(huán)，導致與環(huán)孢素聯用的MPA的藥-時曲線下面積顯著減?。s40%）[22]。腸溶麥考酚鈉（enteric-coatedmycophenolatesodium，EC-MPS）與MMF會產生相同的活性代謝產物MPA。當環(huán)孢素和MMF/EC-MPS聯用時，如需達到與他克莫司和MMF/EC-MPS聯用時類似的暴露量，MMF/EC-MPS的劑量需要更高；即使MMF/EC-MPS的劑量不變，但停用環(huán)孢素或將環(huán)孢素換成另一種鈣調神經磷酸酶抑制劑也有可能會引起MPA相關的不良反應（如腹瀉、白細胞減少等）[22]，而腸道菌群的失衡可能是引發(fā)腹瀉的一個重要因素。

除以上免疫抑制劑外，還有類固醇、硫唑嘌呤、mTOR抑制劑（西羅莫司、依維莫司）、抗體制劑等藥物與腸道菌群之間也存在相互作用，但相關研究較少；之后可通過研究這些藥物與腸道菌群之間的影響，來探究其個體化用藥情況，從而實現精準醫(yī)療。

3 腸道菌群對免疫抑制劑的影響

許多藥物的體內過程都會受到腸道菌群的影響，腸道菌群可以將藥物還原或水解成疏水性產物，從而影響藥物的藥理作用[23]。有研究指出，腸道菌群對免疫抑制劑的影響主要體現在以下幾個方面：一是腸道菌群能夠影響免疫抑制劑不良反應的發(fā)生情況，通過調節(jié)腸道菌群的平衡，可以減少免疫抑制劑的不良反應，并提高患者的耐受性。二是腸道菌群會影響免疫抑制劑的腸道代謝與吸收[24]。三是腸道菌群會產生一系列酶和代謝產物，這些酶和代謝產物可能會通過化學方式來改變藥物的臨床效果[25]。此外，除了直接影響藥物的代謝外，腸道菌群還可通過調節(jié)宿主的基因表達等間接影響藥物的代謝。

普氏棲糞桿菌是一種益生菌，與免疫系統調節(jié)相關，并可對肝移植后患者的抗排斥反應產生積極影響。具體而言，普氏棲糞桿菌的豐度與他克莫司的劑量之間存在關聯，這可能意味著該菌在調節(jié)他克莫司療效方面發(fā)揮了一定的作用[26]。腸道菌群可以消除很大一部分他克莫司，他克莫司可被多種腸道菌群代謝。以普氏棲糞桿菌為代表的細菌可直接將他克莫司代謝為M1（他克莫司的一種新型代謝產物），后者作為免疫抑制劑和抗真菌劑的效力低于母體藥物他克莫司[27]。M1存在于血液中，支持腸道菌群對他克莫司進行主動代謝；他克莫司在腸道中轉化為M1可能是該藥在腸道中消除的新途徑，可能導致該藥在腸道中的損失[26―27]。

麥考酚酯類藥物的活性代謝產物MPA可通過腸道菌群介導的β-葡糖醛酸糖苷酶進行廣泛的腸肝再循環(huán)，在胃腸道內將MPA從MPAG中重新激活[28]，而激活后的MPA能夠通過血液循環(huán)到達目標組織或器官，從而發(fā)揮藥物療效；通過菌群介導的腸肝再循環(huán)，麥考酚酯類藥物在體內的循環(huán)時間會延長，從而療效也會增強。β-葡糖醛酸糖苷酶活性可能是進入體循環(huán)的MPA含量的關鍵決定因素，也是MMF精確給藥的重要考慮因素[18]。一些抗菌藥物可通過減少β-葡糖醛酸糖苷酶的表達、活性及其產生的菌株，從而減少MMF代謝產物MPAG分解代謝為游離MPA，預防和逆轉MMF誘導的腸道毒性，因而通過抑制含β-葡糖醛酸糖苷酶的細菌可改善MMF腸道相關副作用并提高臨床療效[29―30]。MMF具有腸道毒性，腸道菌群的存在似乎是MMF毒性所必需的關鍵因素，因此，可通過改善腸道菌群失調來減輕MPA誘導的腸道相關不良反應，其中梭狀芽孢桿菌可能是發(fā)揮該作用的主要腸道菌群[18]。

4 免疫抑制劑與腸道菌群之間的相互影響

免疫抑制劑對腸道菌群的豐度產生影響，腸道菌群對免疫抑制劑的代謝也會產生影響；腸道菌群的特定組成可以影響免疫系統的活性，從而影響免疫抑制藥物的療效。腸道菌群衍生的代謝產物可通過免疫細胞中的受體影響免疫細胞的代謝，這些來自不同菌群的代謝產物不僅可以促進免疫細胞的分化和功能發(fā)揮，還可以抑制炎癥細胞，對巨噬細胞、調節(jié)性T細胞、調節(jié)性B細胞等產生影響，從而在維持腸道和全身穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮關鍵作用[31]。

腸道菌群能影響炎癥因子，其與腸道中的白細胞介素17（interleukin-17，IL-17）受體信號轉導之間存在相互關系，能控制生態(tài)失調，限制IL-17的發(fā)育，并能調節(jié)對自身免疫性炎癥的易感性[32]，是腸道中IL-22產生的核心原因，對保護宿主免受腸內炎性損傷至關重要[33]。免疫抑制劑也能影響炎癥因子，如他克莫司能降低IL-4、IL-5、IL-13等的水平，減少過敏原誘導的促炎細胞因子[34]，使T細胞的活化、轉錄和細胞因子（如IL-2）的釋放被抑制[35]。另外，炎癥因子也能影響免疫抑制劑的代謝[36]。

綜上，在一定程度上可認為，免疫抑制劑通過腸道菌群發(fā)揮作用。

5 總結與展望

當前的研究發(fā)現，免疫抑制劑與腸道菌群之間存在著復雜的相互作用關系，腸道菌群的代謝產物對免疫抑制劑的活性也會產生影響。藥物進入消化道后，會接觸到大量的細菌及其分泌的活性酶（包括氧化還原酶、轉移酶和其他代謝酶），腸道菌群在藥物的藥動學和藥效學中起著重要的作用[37]。免疫抑制劑的使用會改變肝移植后腸道內部的免疫環(huán)境，影響腸道菌群的多樣性和豐度，并促進某些病原微生物的生長。上述結論對改進肝移植后的治療方案以及促進健康腸道菌群的維護具有重要意義。

對于未來的醫(yī)學實踐和藥物研發(fā)來說，理解免疫抑制劑和腸道菌群之間的關系將有助于最大程度地減少肝移植后免疫抑制劑的劑量和副作用，同時保持健康的腸道菌群。肝移植后使用不同的免疫抑制劑對腸道菌群有著不同的影響，腸道菌群也通過不同的方式影響著免疫抑制劑的藥效。目前，還有一些免疫抑制劑與腸道菌群的相互關系尚未闡明，并且免疫抑制劑對腸道菌群的影響程度和機制也尚不清楚，腸道菌群對免疫系統調節(jié)作用的分子機制和調節(jié)途徑仍需深入研究；同時，相關研究仍需要大規(guī)模的臨床研究證據加以支持。隨著科學技術的進步，可以借助宏基因組學等先進的研究方法來更加深入了解腸道菌群和免疫抑制劑之間的關系，從而為肝移植后的免疫治療提供更精細化的證據。