一、正常肠道菌群的组成与作用

人类肠道微生物群(gut microbiota,GM)是一个复杂、动态的生态系统,包括细菌、真菌和病毒等[3]。GM按照组成分类,主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形杆菌门四大类[4]。按照肠道菌群与宿主的关系,肠道菌群可分为有益的双歧杆菌、乳酸杆菌,有害的产气荚膜杆菌、葡萄球菌,以及中间菌(包括肠球大肠埃希菌等)。正常情况下,肠道菌群维持一定的平衡,但当肠道屏障功能及内环境发生变化时,大肠埃希菌等中间菌及有害菌在肠道内大量繁殖,导致肠道菌群失调,引发机体疾病[5]。

肠道菌群与机体相互作用,肠道菌群受肝脏分泌的胆汁酸、IgA、抗菌肽等调节,而其代谢物(乙醇、胆汁酸、短链脂肪酸、脂多糖、氧化三甲胺等)可以调节机体的免疫和代谢,从而介导肝病的发生和发展[6]。

二、肠-肝轴

肠-肝轴是指肠道及其微生物群与肝脏之间的双向关系,主要通过门静脉循环连接[17]。肠源性产物可以通过门静脉直接运输到肝脏,肝脏分泌的胆汁和抗体可以通过门静脉反馈到肠道。黏膜和血管屏障是肠道和肝脏之间相互作用的功能和解剖结构,限制了微生物和毒素的系统性传播,同时允许营养物质进入循环并到达肝脏[8]。在某些疾病中,肠道微生物失衡,黏膜和血管屏障受损,从而使病原体及毒性代谢产物进入机体,引起肝脏和其他肝外器官大规模免疫改变[9]。肠-肝轴在肝硬化、酒精性肝病、非酒精性脂肪肝、肝癌等肝脏疾病中发挥着重要作用。

三、常见肝病菌群变化特点及其FMT治疗肝病的疗效研究

(一)肝硬化及肝性脑病 在肝硬化的发展中,肠道微生物的多样性逐渐减少,失代偿时更为明显[10]。肠道微生物的改变在粪便和肠黏膜中最显著,主要表现为毛螺菌科、瘤胃球菌科等有益菌减少,以及肠球菌科、葡萄球菌科和肠杆菌科等致病菌增多[11],并且此种改变与肝硬化的并发症相关,特别是HE[12]。

HE为肝硬化常见并发症之一,是一种与急性或慢性肝病相关的神经精神疾病[13],以不同程度的认知和精细运动功能障碍为特征,表现为注意力不集中、扑翼样震颤和深部腱反射亢进等[14]。氨和炎症是参与HE病理生理发展的关键因素,研究表明,肝硬化患者存在肠道菌群失调,进而可导致氨的过量产生,引起高氨血症[15]。Wang等[16]通过对健康志愿者、肝硬化患者和HE患者的新鲜粪便和血清进行分析,发现HE和肝硬化患者的菌群多样性低于健康志愿者;其中HE和肝硬化组的变形菌门更丰富,拟杆菌门比例更低;与肝硬化组相比,HE组的肠球菌属、大肠埃希菌-志贺菌属、链球菌属比例更高。

FMT治疗肝性脑病的临床研究相对较少,Bajaj等[17]开展的三项研究的早期证据均表明FMT具有潜在的临床获益,经过FMT治疗的患者认知测试、心理量学评分、HE发作次数较对照组均有明显改善[18]。Bajaj等[19]还发现FMT可以降低血清学中白介素-6、脂多糖结合蛋白水平,从而改善认知能力。另一项随机临床试验将反复发作HE的肝硬化患者随机分为FMT组和标准治疗组,对其随访5个月后发现,FMT组患者的认知能力改善,复发率及再入院率均降低[20]。Sydor等[21]研究表明,与非肝硬化患者相比,肝硬化患者血清中初级胆汁酸及次级胆汁酸水平降低。肝硬化患者产生次级胆汁酸能力减弱的原因可能是梭状芽孢杆菌种类的相对减少,经过FMT治疗后次级胆汁酸会有所增加[19]。因此,FMT可能通过影响胆汁酸代谢,进而发挥其部分治疗作用。

一项关于通过空肠进行FMT的试验表明,FMT可使血氨水平降低,从而改善肝性脑病,但具体机制仍不清楚[18]。目前,大多数研究评估FMT治疗HE的研究样本量较小,同时主要集中在评估安全性,而非疗效。因此,需要更大规模的试验来评估FMT的疗效,以及明确使用不同的FMT给药策略在HE临床改善方面有无差别。

(二)酒精性肝病 大多数酒精性肝病患者在出现临床症状时已处于晚期,典型表现为突发的黄疸、周身不适、腹水和凝血功能障碍等[22]。肠道菌群失调、通透性增加是酒精性肝炎最常见的诱因,会促进先天性和适应性免疫系统激活,进而导致肝损伤[23]。Cyriac等[24]在对接受FMT治疗的重度酒精性肝炎患者随访时发现,患者3个月时肠道内双歧杆菌属、拟杆菌属和枸橼酸杆菌属的相对丰度显著升高,6个月时甘油磷脂代谢显著上调,此与维持细胞膜稳定性以缓解细胞损伤为目的的缺氧应激有关,并且接受FMT的患者腹水、肝性脑病发病率均低于对照组,生存率高于对照组。另有研究表明,酒精性肝硬化患者肠道菌群中变形菌门和梭杆菌门增加,乳酸杆菌和拟杆菌门减少;产生内毒素的肠杆菌科丰度增加,以及产生短链脂肪酸的毛螺菌科和瘤胃球菌科丰度减少,也被证明与乙醇的大量摄入相关[25,26]。

一项回顾性研究分析了接受FMT或己酮可可碱治疗的重度酒精性肝炎患者,结果显示FMT组患者6个月生存率高于己酮可可碱组,腹水、肝性脑病和严重感染的发生率显著低于己酮可可碱组[27]。Philips等[26]对重度酒精性肝炎患者连续7天给予FMT治疗,结果发现患者变形菌门相对丰度较前降低,放线菌门丰度较前升高,还观察到宏基因水平的胆汁分泌改善,在1年的随访时间中,FMT组患者的并发症发生率显著降低,1年生存率显著提高。但是,本试验只对重度酒精性肝炎患者进行FMT治疗的安全性进行了研究,仍需进一步加大样本量明确FMT疗效性,并延长随访时间从而观察FMT的长期获益性。

(三)肝癌 肝癌是最常见的致命恶性肿瘤之一[28]。免疫治疗已成为治疗肝癌的主要方法,近期的研究强调了肠道菌群与肝癌患者对免疫治疗反应性之间密切相关[29]。在机体免疫系统异常、肠道菌群紊乱等因素影响下,肠道菌群与人体间的共生关系发生改变,并可能诱发包括癌症在内的多种疾病[30]。相关研究已证明,肠道微生物群紊乱和肠屏障被破坏的肝硬化患者会进一步进展为肝癌[31]。

相关研究发现,与健康对照组相比,肝癌患者厚壁菌门、放线菌门和互养菌属的丰度相对较低,变形菌门、梭杆菌门和软壁菌门的丰度相对较高[28]。Huang等[30]研究发现,与肝癌雄性小鼠相比,雌性小鼠出现肠道微生物紊乱的时间更早;肝癌患者粪便中大肠埃希菌的丰度远高于健康人,提示大肠埃希菌的过度生长可能参与了肝癌的发生过程。

肠道和肿瘤内微生物可直接下调免疫细胞的免疫检查点表达水平,也可通过产生吲哚、肌苷和短链脂肪酸等代谢物动员抗肿瘤免疫细胞[32],但其背后具体的机制尚不清楚,所以菌群相关疗法的临床转化仍需进一步研究[2]。Routy等[33,34]研究发现,经过FMT处理的小鼠与无菌和抗生素处理相比,抗PD-1/PD-L1肿瘤免疫治疗被增强。免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors,ICI)在诱导肿瘤细胞死亡的同时,会破坏机体免疫系统平衡,进一步引起免疫相关性结肠炎、免疫相关性肺炎等并发症[35]。Fasanello等[36]报道了一例使用ICI治疗黑色素瘤后引起免疫相关性结肠炎的患者,在分别使用皮质类固醇类激素、英夫利西单抗、维得利珠单抗反复治疗无效后,患者接受了FMT治疗,临床症状明显好转,并且术后1个月未出现 FMT相关副作用,同时结肠炎症状未复发。肠道菌群会通过降低树突细胞的PD-L2和CD8+ T细胞的RGMb(PD-L2的一个结合受体)的表达,来促进抗肿瘤免疫[2]。肠道微生物的代谢产物(肌苷、氧化三甲胺、环二腺苷酸、吲哚3-乙酸等)也可增强抗肿瘤免疫[37]。相关研究证实,菌群多样性高的癌症患者对于ICI疗法应答更佳[32]。因此,理论上可通过补充益生元、益生菌、肠菌移植、噬菌体等来改善肠道菌群组成和增加ICI疗效。对于FMT在肝癌免疫治疗中的应用仍需更多的探索,进一步明确抗肿瘤免疫细胞被动员起来的具体机制,进而将其转化为更佳的治疗方法,同时也需要样本量更大、更加完善的临床试验验证。

四、小结

肠道菌群在肝硬化肝性脑病、酒精性肝病、肝癌的发生和发展中扮演着十分重要的角色,小样本或个例应用FMT能够改善以上疾病的临床症状及预后,是一种安全且有良好应用前景的治疗方法。但FMT仍面临着持续的挑战,如FMT具体作用机制、长期临床获益及监管等。因此,值得我们从以下角度进一步研究和探索:纳入更多的患者,采用新的和标准化的方法,以及更精确和个性化的设计,以期促进FMT在临床应用及转化方面发挥更大的作用[1]。