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尹有宽 三甲
尹有宽 主任医师
复旦大学附属华山医院 感染病科

肠道菌群与慢性乙型肝炎

原创:国际肝病 1周前
以下文章来源于临床肝胆病杂志 ,作者临床肝胆病杂志

HBV感染如果得不到及时、规范有效的治疗,可导致疾病进展,出现一些严重并发症,如肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌。据报道[1],全球约有2.57亿人患有慢性乙型肝炎(CHB),其中大约每年有65万人死于CHB相关的并发症。虽然乙型肝炎疫苗的接种能够有效降低大多数流行区的乙型肝炎发病率,抗病毒药物的应用也减少乙型肝炎相关并发症的发生,然而,HBV感染相关的肝硬化和肝细胞癌的治疗仍面临巨大挑战。

近年来,肠道菌群的研究为慢性HBV感染的治疗提供了新的思路。有研究[2]证明,肠道菌群的改变在诱导和促进肝脏疾病的发展中扮演重要角色,肠道菌群的多样性与CHB、酒精性肝病、自身免疫性肝病、肝硬化和肝细胞癌等密切相关。此外,来自中国台湾的学者[3]指出,肠道菌群可能影响HBV的急性或慢性进程。具体来说,肠道菌群可影响HBV的宿主免疫反应,而肠道菌群的异常可导致此感染转变成慢性感染。因此,肠道菌群变化引起的免疫损伤在CHB发展中的作用是不容忽视的。

1 宿主免疫与HBV感染

成年人一般经历急性感染HBV后发病,然而,大多数人都能通过一个健康的免疫系统清除病毒。而人体感染HBV易转为慢性,尤其在婴幼儿期,可能与其免疫系统不成熟和肠道菌群不稳定有关[4]。慢性HBV感染的存在和发展不仅取决于病毒载量、毒性、HBV的入侵路径,也与宿主的免疫功能和肠道菌群密切相关。HBV急性感染过程中,HBV特异性 T淋巴细胞呈现多克隆扩增,分泌多种抗病毒的细胞因子,从而使病毒被有效清除;但在HBV慢性感染过程中,HBV特异性T淋巴细胞易凋亡、寡克隆存在,分泌细胞因子功能和增殖能力显著降低,因此病毒持续复制[5]。急性HBV感染的病毒清除依赖CD4和CD8阳性的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)。T淋巴细胞不仅可以杀死感染的细胞,还可以通过分泌抗病毒细胞因子抑制HBV基因表达和复制。同时,T淋巴细胞分泌TNFα可以杀死病毒感染细胞[6-8]。HBV感染者免疫功能低下,产生弱或无效的CTL应答;T淋巴细胞在抗原活化后,除发挥免疫作用外,还可诱导自身FaS及其配体、TNFα及其受体等凋亡效应因子表达,导致T淋巴细胞自身凋亡,并且CTL可攻击表达相应抗原的CD4+T淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞、B淋巴细胞及其他抗原递呈细胞,致使免疫活性细胞耗竭;同时由于HBV基因突变而逃避免疫识别、Th1/Th2细胞因子分泌失衡、免疫盲区病毒再释放等原因,最终导致病毒感染慢性化[9-10]。而免疫系统对HBV感染的清除可通过病毒特异性的CTL杀死感染的细胞。有研究[11]表明,T淋巴细胞可分泌细胞因子的IFNγ及TNFα,导致HBV感染的肝细胞中HBV cccDNA损伤。因此,T淋巴细胞介导的细胞因子还可抑制HBV复制及转录,从而影响HBV感染的肝细胞中病毒持续感染。

2 肠道菌群在CHB发展过程中的免疫调节作用

有关肠肝轴的研究[12]表明,肠道和肝脏有相同的胚胎起源,通过门静脉系统相联系。肠道可调控CHB的发展,而肠道菌群则是连接肠道、肝脏、门静脉之间的桥梁。肠道微生物存在于人类肠道中,与人体共生。由于宿主遗传、饮食和环境因素及使用抗生素等不同,个体之间存在某些微生物的差异,但在这些因素的影响下,人体将逐步建立稳定的肠道菌群结构维护身体的健康。成年人的肠道中大约有4万种微生物,包括细菌、原生动物、古细菌、真菌和病毒;其中,细菌主要分为拟杆菌和厚壁菌两大类。最常见的细菌是双歧杆菌、乳杆菌、梭状芽孢杆菌和链球菌[13]。这些肠道细菌被认为是有益的,他们在新陈代谢、提高机体免疫力预防致病病原体入侵等有重要作用[14]。研究[2,15-17]表明,肠道菌群的失衡容易导致肠道免疫系统的紊乱,促进各种疾病的发生与发展,如CHB、肠易激综合征、炎症性肠病、自身免疫性肝病、非酒精性脂肪性肝病及其相关的非酒精性脂肪性肝炎、肝硬化或肝细胞癌,以及肝移植术后并发症等。

近年来,基于全世界HBV感染的庞大人群数量及肠道菌群在慢性肝病中免疫作用的研究,许多学者开展了肠道菌群与慢性HBV感染之间关系的研究。小肠细菌过度生长被定义为肠道菌群组成在小肠密度增加和(或)异常。在肝硬化患者中,由于肠道屏障受损和蠕动减慢,小肠细菌过度生长可导致更严重的肝脏疾病[18]。2006年,有研究发现肝脏缺血和再灌注可以使肠道双歧杆菌和乳酸菌的数量减少,肠杆菌和肠球菌的数量增加,这些变化与肠道微绒毛的损失、肠道黏膜通透性增加和肠道细菌易位有关[19]。

随后,在慢性HBV携带者、CHB患者和HBV相关肝硬化患者中发现类似的肠道菌群的结构和丰度明显不同。具体来说,与健康人相比,CHB、肝硬化患者表现出双歧杆菌和乳酸菌水平显著降低,而链球菌和肠杆菌科水平显著增加[20]。黄晓宇等[21]研究发现,肝硬化患者均存在程度不同的肠道菌群失调,主要表现为肠球菌、肠杆菌显著增多,双歧杆菌减少;菌群失调的严重程度与患者肝损伤程度有关,肝功能Child-Pugh C级患者菌群失调较A级严重。益生菌可改善肝硬化患者生化指标、降低血氨、提高肠道双歧杆菌数量,亦可改善肝硬化患者Child-Pugh分级,其中肝硬化合并腹水患者改善明显。通过研究不同进程的CHB及健康人群的真菌菌群多样性发现,与健康人群和HBV携带者相比,乙型肝炎肝硬化患者真菌丰富度明显增加,以念珠菌为主,而健康人群和HBV携带者之间差异较小。因此,肠道菌群的结构变化和肝脏疾病的严重程度是互为因果的,以及在某种程度上,肠道的真菌微生物群的多样性,与疾病进展是相关的,真菌多样性将会增强HBV的感染水平[22]。这表明肠道菌群结构改变可能是导致肝硬化的原因之一。此外,对肠肝轴的相关研究[23-26]发现,肠道菌群在肝硬化发展中的重要性可能是由细菌易位和随后的促炎效应引起的。这些数据表明,肠道菌群对CHB宿主的免疫力发挥关键作用。同样,肠道有害细菌过度繁殖会引起黏膜通透性增加,导致有害细菌通过门静脉进入肝脏,从而激活肝脏的先天免疫系统。因此,笔者认为,慢性HBV感染的肝细胞损伤不仅源于病毒入侵引起的细胞免疫反应,也与肠道菌群结构变化引起由病原体相关分子模式触发的固有免疫有关,其相关免疫机制可能与肠道菌群成分或产物触发的免疫相关。

脂多糖(LPS)是革兰阴性菌外膜的主要成分,是一种主要由肠杆菌科产生的内毒素。研究[27]表明CHB肝衰竭患者的血液中存在高水平的LPS,这说明LPS可能与疾病的严重程度有关。另一项研究[28]发现,肠道中的LPS可以下调紧密连接蛋白的表达,增加肠道黏膜的渗透性,通过门静脉进入血液循环系统。因此,LPS诱导的免疫反应可能导致慢性HBV感染的进展。LPS可以被Toll样受体(TLR)4识别,而TLR4位于单核巨噬细胞的表面。Chou等[3]发现,普通12周龄成年鼠(C3H/HeN)接种HBV后可在6周内清除,幼鼠(6周龄)接种HBV后在26周时仍然呈HBV阳性;而TLR4突变(C3H/HeJ)的幼鼠能够快速清除HBV,且在8周产生抗体,结果表明HBV的清除与TLR4依赖的通路有关。研究[29]表明,LPS可与LPS结合蛋白结合,这种组合可以被单核巨噬细胞表面的TLR4识别,这种识别作用可以刺激CD14+的Kupffer细胞,引发炎症级联效应,激活核因子-κB相关通路,产生炎性细胞因子,如TNFα、IL-1、IL-6等,从而导致急性肝损伤。同时,这个途径也诱发Kupffer细胞释放免疫抑制介质,如IL-10,可以抑制单核巨噬细胞释放炎症介质及HBV特异性免疫反应,使HBV得不到有效清除[30]。此外,肝星状细胞也表达TLR4,释放大量的细胞外基质蛋白,这些蛋白参与了纤维化的过程,也可能是导致慢性HBV感染发展成肝纤维化的机制之一。

去甲基化的CpG DNA是一种重要的免疫佐剂,可以激活TLR9识别。TLR9识别主要是在单核细胞、B淋巴细胞、CD4+T淋巴细胞和调节性T淋巴细胞中表达。CpG-TLR9信号通路激活可以调节先天免疫反应及特异性免疫反应。CpG-TLR9信号通路在传染病预防和治疗中起着重要的作用。研究[31]表明,慢性HBV感染加重患者的肠道菌群失调,含去甲基化的CpG DNA较多的乳酸菌和双歧杆菌水平大大降低,导致CpG DNA-TLR9通路作用削弱,保护因子产生减少,尤其是干扰素,从而降低了对HBV的免疫效果。

肠道细菌的其他成分也可以被肝脏免疫细胞识别,如细胞壁成分:磷壁酸、肽聚糖和特殊的蛋白质(如鞭毛蛋白)。磷壁酸和肽聚糖主要由TLR2识别,鞭毛蛋白主要激活TLR5。一系列保护性免疫反应取决于MyD88-TRIF通路,然后触发下游信号、激活免疫细胞释放炎性因子[32]。然而,如果免疫反应持续很长一段时间或达到一个过度的强度,体内产生大量的细胞因子,这个过程也会加重肝损伤。

3 肠道菌群在CHB中的治疗作用

越来越多的证据表明,肠道菌群的改变可能与肝硬化及其并发症有关,如肝性脑病、自发性细菌性腹膜炎和其他感染,这可能与肠道屏障的破坏有关。人类的肠道菌群可通过肠脑轴实现对肠道和大脑的双向调节,在维持肠道内稳态及认知功能等方面扮演着重要角色。肠道菌群的失调改变结肠内腔的微环境,尤其是pH值,导致生产氨的肠道菌群增加,从而使结肠内腔吸收到血液中的氨增多而致病。研究[33]证实,益生菌是有效和安全的,其毒性和副作用小,且具有更好的耐受性。也有研究[34]表明,益生菌本身携带的耐药基因可通过基因水平传递给人体肠道中的致病菌,产生细菌耐药。因此,如何发挥具有耐药性的益生菌的作用及搭配抗生素应用避免致病菌获得耐药性至关重要。

随着对肠道微生物群的深入研究,有人认为粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)将会是有前途的治疗CHB的新方式。FMT是指将健康人粪便中的功能菌群移植到患者肠道内从而治疗相关疾病。FMT已被证明在许多疾病中有作用,如肝性脑病、肠易激综合征、炎症性肠病、代谢疾病、神经性厌食、自身免疫性疾病、多发性硬化、癌症、神经精神障碍和心血管疾病。FMT的可能机制是通过改善患者的肠道菌群来保护肠道屏障、抑制病原体和增强免疫力[35-38]。越来越多的证据表明肠道菌群的生态失调可能导致HBV相关慢性肝病的进展。有研究[39]表明,在即使长期抗病毒治疗HBeAg持续阳性的情况下,FMT仍可以使很大一部分HBeAg阴转,这个结果为HBeAg阳性的不能停止口服抗病毒药物治疗的CHB患者提供了新的希望。HBV可以通过免疫机制,参与急性或慢性感染,甚至肝硬化和肝细胞癌的形成。肠道菌群可调节免疫内稳态,因此可提高机体对肝炎病毒感染的免疫功能从而抑制疾病进展。总之,这些研究可能为HBV感染的发病机理提供一个新颖的见解,以及HBV有关疾病的潜在治疗目标。

4 展望

虽然抗病毒药物和干扰素在慢性HBV感染的治疗中有显著疗效,但由于种种原因,部分慢性HBV感染发展成肝硬化、肝衰竭或肝癌似乎是不可避免的。研究已经证实,肠道菌群失衡在慢性HBV感染的发展中发挥重要作用,通过影响肝脏的免疫反应,释放各种细胞因子,进一步加重肝细胞损伤,而肠道菌群及其产物为CHB的治疗提供了一个新的靶点。FMT与长期抗病毒治疗相比,时间短,成本低,但目前有关FMT与HBV相关疾病治疗的研究有限, 需要更多的设计良好的随机对照试验来验证FMT对这些疾病的疗效和安全性及 FMT前后肠道菌群的构成变化和治疗机制。

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