肝硬化和微生態失調：下一代測序的新見解

馬振增　陸倫根

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肝硬化和微生態失調：下一代測序的新見解

馬振增陸倫根

200080上海交通大學附屬第一人民醫院消化科

在中國漢族的肝硬化患者中，Qin等[1]進行了廣泛的微生物群研究，大約100位肝硬化患者的結腸微生物菌群結構同健康漢族對照組進行比較，主要發現肝硬化患者大便微生物含量不同于健康對照組。雖然這一研究應用了非常復雜的分析技術，但它并不是第一個顯示肝硬化與腸道菌群失調相關的研究。事實上，這一觀點可以追溯到20世紀50年代，當時Sherlock及其同事[2]發現肝硬化患者回腸含有過量的大腸菌群。在隨后的幾十年間，隨著生物鑒定技術日益精準，大量研究證明了肝硬化患者小腸和結腸細菌含量的改變[3]。最近，鼠類試驗顯示微生物群的構成可能是慢性炎癥引起的肝纖維化發展的致病因素[4]。

隨著對腸道微生物菌群功能相關性的質疑，在當前的研究中，新一代測序技術和生物信息學不僅可以被用于確定細菌種類呈現的分子水平，而且也用于全面確定通過微生物基因組到宏基因組種系編碼的簇代謝功能(表1)。該文發現了幾個有趣的結果。例如，特殊細菌種類，尤其是在口腔菌叢中發現的特殊細菌種類，在肝硬化患者中呈現高含量，而在健康對照組卻沒有發現這種現象，提示口腔共生生物侵入肝硬化患者的腸道。這一發現提出了這些移位的口腔有機物，包括韋榮氏球菌屬和鏈球菌屬加重肝硬化相關病理的可能，如腸內菌群過度生長、高動力循環狀態和肝性腦病。作為直接引起肝臟疾病相關病理的感染性病原體，雖然這些口腔微生物僅僅偶然地被發現(如膿腫或細菌過度生長)，但它們可能通過減弱腸黏膜屏障，以利于腸內共生菌包括腸桿菌(如埃希氏均屬)逃逸，通過菌群移位從腸內進入宿主組織，從而間接加重肝臟疾病相關的病理。

對富含微生物群的肝硬化患者模塊化微生物功能分析支持微生物群有助于對肝性腦病(HE)發病的認識。HE與血氨水平逐漸升高、錳在基底核的沉積及神經遞質GABA的參與有關；事實上，在Qin等的研究中，肝硬化的微生物組富含硝酸鹽向氨的同化、錳轉運及GABA生物合成的基因型。當腸內細菌受到抑制或排出時改善了肝性腦病患者的認知，雖然研究小組沒有證明因果關系，但是這些發現進一步支持了用于解釋抑制HE的抗生素或導瀉藥療效的病理生理[5]。

表1　在肝硬化腸道微生物組中發生變化的突出的細菌種類和鑒定的代謝通路

注：此表基于Qin等研究的數據

然而Qin等研究的主要缺點是：它沒有將肝硬化和HE的患者同只患有肝硬化而沒有患HE的患者進行剖析；也就是說，該研究沒有告訴我們是否患肝硬化和HE患者的微生物組不同于只患有肝硬化而沒有患HE患者的微生物組，甚至于也沒有告訴我們：在數據更加支持因果關系的前一組患者中，是否氨，錳離子轉運和GABA生物合成基因通路過度表現。在這一點上，值得注意的是一份最近發表的研究顯示，患有肝硬化和HE的患者同患有肝硬化而沒有HE的患者比較確實含有不同的微生物組，前者過度呈現腸球菌屬、巨球型菌屬、伯克氏菌屬[6]。重要的是在乙狀結腸黏膜樣本而不是在糞便樣本中，兩組患者不同的微生物結構可以鑒別，強調糞便樣本對疾病病理生理解釋的局限性。在Qin等的研究中，所有的樣本都來源于糞便，沒有黏膜樣本，所以是否糞便微生物群不同于乙狀結腸粘膜微生物群以及他們與HE發展的關聯性，尚不能在漢族人群中得到評估。

盡管如此，糞便的明顯優勢在于它是臨床試驗測試容易獲取的樣本，并且Qin等的研究繼續評估是否可以用這些將有診斷用途的數據進行實驗室檢查設計。研究者確定了一組15個非重復微生物基因，它能夠區分肝硬化患者組和健康對照組。雖然作為整體組之間確實是可以區分的，但是在患者和對照組之間有著大量的重疊，從而提出了重要疑問：是否基于微生物群的糞便檢查在肝硬化的診斷中特別有用，尤其是結合體格檢查、血清實驗室、影像學檢查及必要時的病理活檢而做出的診斷。來源于糞便的分子檢查是否或怎樣才能適應于肝硬化的診斷原則，在這一點上并不明確。如果微生物群的分析能夠有助于HE發病的預測與評估將更加有臨床影響力，但是正如前面討論的那樣，Qin等的研究沒有直接的闡述肝硬化的特征。值得一提的是最近發表的一項研究顯示，唾液微生物群和糞便微生物群一樣，在肝硬化患者中也是改變的，作為合理的診斷或預后的實驗室檢查具有取樣優勢[7]。

Qin等的研究加入了大量的關于微生物群和肝硬化的工作，總體來講，這些最近的研究[8]提出了新的問題，并且將注意力轉移到探索腸道菌群生態調控機制的研究思路上來。免疫力和腸動力是如何一致的作用于腸內共存的動態生態學，從而調節腸內微生態？在肝臟疾病中紊亂的膽汁酸產生是如何有助于遠端腸道口腔微生物繁殖過程的？以及在肝硬化患者中，這種變化是怎樣增強菌群移位及它們的代謝產物穿過覆膜最終引起自發性腹膜炎和肝性腦病的？

Qin等的研究及相關文章進一步詳細地闡述了微生物群在肝硬化中多層面臨床結果中的明顯作用。肝硬化患者微生物群的變化提供了一個模式，該模式可能帶來有助于理解那些患者具有患進展期肝纖維化、血管并發癥、自發性腹膜炎及腎衰竭高度危險性的工具。在微生物宏基因組中所描述的變化為藥物治療提供了大量的目標靶點，并且提供了在肝臟疾病中研究腸道微生態的機會。

參考文獻

[1]Qin N, Yang F, Li A, et al. Alterations of the human gut microbiome in liver cirrhosis. Nature, 2014，513:59-64.

[2]Martini GA, Phear EA, Ruebner B, et al. The bacterial content of the small intestine in normal and cirrhotic subjects: relation to methionine toxicity. Clin Sci, 1957，16:35-51.

[3]Giannelli V, Di Gregorio V, Iebba V, et al. Microbiota and the gut-liver axis: bacterial translocation, inflammation and infection in cirrhosis. World J Gastroenterol, 2014，20:16795-16810.

[4]De Minicis S, Rychlicki C, Agostinelli L, et al. Dysbiosis contributes to fibrogenesis in the course of chronic liver injury in mice. Hepatology, 2014,59:1738-1749.

[5]Tapper EB, Jiang ZG, Patwardhan VR. Refining the ammonia hypothesis: a physiology-driven approach to the treatment of hepatic encephalopathy. Mayo Clin Proc, 2015,90:646-658.

[6]Bajaj JS, Hylemon PB, Ridlon JM, et al. Colonic mucosal microbiome differs from stool microbiome in cirrhosis and hepatic encephalopathy and is linked to cognition and inflammation. Am J Physiol Gastr, 2012, 303:G675-G685.

[7]Bajaj JS, Betrapally NS, Hylemon PB, et al. Salivary microbiota reflects changes in gut microbiota in cirrhosis with hepatic encephalopathy. Hepatology, 2015, 62：1260-1271.

[8]Lee SM, Donaldson GP, Mikulski Z, et al. Bacterial colonization factors control specificity and stability of the gut microbiota. Nature, 2013, 501:426-429.

(本文編輯：張苗)

(收稿日期：2016-02-03)