終末期肝病患者腸屏障功能的變化及營養干預研究進展

畢研貞 陳 煜

(首都醫科大學附屬北京佑安醫院疑難肝病及人工肝中心 肝衰竭及人工肝治療研究北京市重點實驗室，北京 100069)

終末期肝病是指各種原因引起肝損害導致肝功能嚴重障礙甚至衰竭的一種病理狀態，主要包括失代償期肝硬化、晚期肝癌及各種原因引起的肝衰竭等。終末期肝病患者往往伴有腸屏障功能障礙，繼而引起腸道細菌移位和內毒素血癥，形成嚴重肝病-腸屏障功能障礙-病情進展的惡性循環[1-2]，因此，保護腸屏障功能意義重大。肝臟是糖、脂肪、蛋白質三大供能物質在體內代謝的中心器官，終末期肝病患者因肝臟嚴重損傷和功能下降會出現不同程度的營養和代謝障礙，導致營養不良，影響患者的生活質量和生存期[3]。合理的營養干預不僅可以改善機體的營養狀態，同時還能起到維護腸屏障功能的作用[4-5]，更好的改善肝功能，降低患者病死率。本文就營養干預維護終末期肝病患者腸屏障功能的最新研究做一綜述。

1 腸屏障功能的組成

腸道的屏障作用按照其功能可以分為機械屏障、化學屏障、生物屏障和免疫屏障四個方面。機械屏障：又稱為物理屏障，主要由黏液層、腸上皮層、緊密連接層和黏膜下固有層構成。化學屏障：由胃腸道分泌的唾液、胃液、胰液、小腸液、膽汁等多種消化液及黏多糖、糖蛋白、糖脂、溶菌酶等化學物質構成。生物屏障：寄居在腸腔內或定植于腸黏膜表面的正常寄生菌群，其與宿主形成了一個相互依賴又相互作用的微生態系統，這種微生態平衡構成了腸道的生物屏障。免疫屏障：由分泌性免疫球蛋白(secretory immunoglobulin A， sIgA)、腸相關淋巴組織、派爾淋巴集合小結及相關免疫活性物質等構成。各組成部分具有特有的結構基礎、分子調控機制和生物學功能，但同時又以復雜的方式有機地結合在一起，相互影響，共同抵御外來抗原物質的侵襲，抑制腸道內細菌移位和內毒素血癥[6]。

2 終末期肝病患者腸屏障功能的變化

2.1 肝硬化患者腸屏障功能的變化

肝硬化患者常存在腸屏障完整性的破壞，尤其是存在合并癥的患者。研究[7-8]顯示，肝硬化患者尤其合并門靜脈高壓時，腸黏膜發生充血、水腫，腸道通透性增加，血液瘀滯，細菌動力學發生改變，加速了細菌移位。Assimakopoulos等[9]研究表明，肝硬化患者的腸黏膜上皮細胞增生減弱，氧化應激增加，使腸上皮增生/凋亡比例降低。近來有研究[10-11]證實，肝硬化患者腸系膜淋巴結中的單核細胞產生腫瘤壞死因子(tumornecrosis factor-α， TNF-α)增加，導致腸上皮細胞緊密連接蛋白 occludin 和 claudin-1 的表達下降是腸道通透性增加的主要原因。肝硬化患者尤其是失代償期患者，門脈高壓、腸上皮細胞間緊密連接蛋白的表達與細菌移位三者之間相互聯系，動態變化，使病情逐漸惡化[12]。近來有研究者[8，13]發現肝硬化患者的血液中菌群和總細菌DNA含量均顯著高于健康對照者，并且在體外成功培養出了來自患者血液的葡萄球菌屬和不動桿菌屬，這表明肝硬化患者血液中的菌群有活性。有研究[14]顯示，乙醇及其代謝產物乙醛等可以通過一氧化氮(nitric oxide， NO)介導的氧化應激直接損傷腸上皮細胞，改變細胞骨架，破壞腸屏障。此外，失代償期肝硬化患者的腸道免疫屏障也出現異常，有研究[15]顯示，十二指腸黏膜固有層的巨噬細胞增生活化與失代償期患者腸道通透性增加、緊密連接蛋白表達下降密切相關。一項四氯化碳誘導的大鼠肝硬化腹水的研究[16]顯示，細菌移位與腸黏膜固有層CD103+的DC細胞數目相關。目前，許多研究[7， 17]已經證實肝硬化患者存在菌群失調，最近的一項關于非酒精性脂肪性肝病相關的肝硬化患者腸道菌群的研究[18]顯示，相比于健康人，肝硬化患者的糞便菌群中艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila， AKK菌)減少，而腸桿菌科、鏈球菌屬豐度增加。

2.2 肝衰竭患者腸屏障功能的變化

肝衰竭是由多種病因導致的嚴重的肝臟損害，肝功能障礙和腸屏障功能障礙常互為因果，形成惡性循環，影響疾病的病理進程。Limin等[19]研究發現肝衰竭患者腸黏膜表面的杯狀細胞數量減少，黏液素分泌減少，抑制黏膜表面的黏液凝膠層的形成，導致致病菌容易定植。急性肝衰竭患者常伴有明顯的胃腸激素分泌紊亂，導致胃腸動力減弱，腸壁水腫，消化吸收能力下降，出現腸道微生態失衡和腸屏障功能受損。而且肝衰竭患者的腸道上皮細胞間緊密連接功能受損，機械屏障出現障礙，大量的細菌、毒素和炎性反應介質便可突破腸道屏障進入血液和周圍組織。此外，肝衰竭患者常伴有營養不良，導致sIgA的分泌減少，同時由于潘氏細胞的數量減少，腸道的局部吞噬功能也減弱，破壞了腸道的免疫屏障[20-21]。近來研究[22]顯示，肝衰竭患者存在明顯的菌群失調，腸道內革蘭陰性菌過度生長，出現細菌移位，而且患者腸道內菌群的數量、比例及定位也發生了顯著變化。肝衰竭時肝細胞大量壞死，肝臟合成能力減弱，補體生成下降，細胞免疫紊亂，由補體介導的免疫調理作用減弱，網狀內皮系統活性下降，不能有效清除進入血液的細菌及內毒素等代謝產物，導致肝硬化患者腸道屏障功能障礙，誘發腸源性內毒素血癥[23]。

2.3 肝癌患者腸屏障功能的變化

越來越多的研究[24-29]表明腸屏障與肝癌的發生有關，不過具體機制還在廣泛研究中。研究[24]表明肝癌和肝硬化患者的血清中的脂多糖(lipopolysaccharides， LPS)含量增加，提示腸道屏障與肝臟疾病有很強的相關性。研究[25]顯示，在化學致癌物誘導的肝細胞癌(hepatic celluler cancer， HCC)模型中，小鼠表現出腸道菌群紊亂，腸道通透性增加，腸黏膜結構破壞。進一步研究[26-27]表明腸道菌群失調加速HCC的機制主要是后期持續的慢性炎性反應啟動了鞭毛蛋白肽聚糖和LPS，并激活TLR4信號通路，從而保護癌細胞免于凋亡，而上述癥狀通過益生菌干預可以得到緩解。近來有研究者[28]分析了健康對照者、肝硬化患者和HCC患者的糞便菌群，發現從健康對照者到肝硬化患者，腸道菌群的多樣性下降，從肝硬化患者到早期HCC患者，腸道菌群的多樣性上升。相比于肝硬化患者，早期HCC患者的糞便菌群中放線菌門增加，芽殖菌和副擬桿菌等13個菌屬富集；而相比于健康對照者，早期HCC患者糞便菌群中產丁酸的菌屬減少，生成LPS的菌屬增加。Ponziani等[18]進行的一項研究中，納入了41名非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)相關肝硬化患者(21名患有HCC，20名無HCC)，健康對照者20名，他發現HCC患者糞便中的鈣網蛋白含量增加，其腸道通透性與無HCC的肝硬化患者相似，相比于健康對照者，HCC患者的擬桿菌屬及疣微菌科增加，而雙歧桿菌屬減少。這些證據表明肝硬化患者的肝癌發病風險存在較大差異，而造成此差異的主要原因可能是腸道菌群的不同[18，29]。

3 終末期肝病患者腸屏障功能變化的機制

3.1 缺血-再灌注損傷

機體在各種應激發生時，腸系膜小血管收縮，腸道最先出現缺血缺氧，最遲得到恢復，腸黏膜屏障最易受損。肝硬化患者失代償期出現腸道血流緩慢，黏膜下血管淤血、水腫，微循環障礙，黏膜出現缺血性損傷。終末期肝病患者腸道機械屏障受損，導致細菌移位和內毒素血癥的發生，后者也可以導致腸微血管收縮，并損傷黏膜上皮細胞，加重缺血-再灌注損傷。

3.2 細菌移位及內毒素血癥

終末期肝病患者腸道菌群紊亂，革蘭陰性菌大量增生，內毒素的生成增加。同時由于腸道屏障功能障礙，細菌及其代謝產物便可穿過腸道擴散入血，導致細菌移位和內毒素血癥。此外，終末期肝病患者肝臟庫普弗細胞數量明顯下降、功能出現紊亂，外周血轉鐵蛋白、高密度脂蛋白膽固醇等濃度降低，導致肝臟和外周血對內毒素的滅活能力減弱[23]，最終引發內毒素血癥，而內毒素血癥反過來會對肝臟、腸道及其他臟器造成進一步損害，最終導致多器官功能障礙的發生。

3.3 一氧化氮機制

腸道內許多細胞可以產生NO，生理狀況下NO可以通過維持血流、抑制血小板和白細胞粘附、清除氧自由基等維護腸屏障功能。但終末期肝病患者尤其是門脈高壓患者，腸道NO生成增加，過量的NO會引起亞硝基過氧化物的堆積，抑制ATP生成，導致線粒體功能受損，引發DNA斷裂及誘導腸上皮細胞凋亡，使腸屏障功能受損[30]。

3.4 細胞因子和炎性反應介質的作用

終末期肝病患者常伴有免疫過度激活，免疫細胞釋放大量的細胞因子和炎性反應介質如TNF-α、白細胞介素(interleukin-1，IL-1)、IL-6、白三烯等。炎性反應介質可以抑制攝食中樞，反射性引起胃腸功能紊亂，使腸蠕動減弱，導致細菌過度生長。大量炎性反應因子的釋放也會導致腸道出現缺血缺氧和低灌流等情況，同時促進多種血管活性物質的釋放，引起腸道微循環障礙。此外，炎性反應介質還可以激活中性粒細胞，誘發級聯反應，使炎性反應介質進一步釋放，加重腸屏障的損傷[31]。

3.5 腸上皮細胞的凋亡

終末期肝病患者由于缺血-再灌注損傷和炎性介質的影響，腸道上皮細胞常出現過度凋亡，從而使腸道通透性增加。而且腸道上皮細胞過度凋亡，導致腸黏膜的修復和再生受到抑制，引起腸屏障功能出現障礙。反過來，凋亡信號又會促進多種趨化因子的釋放，激活免疫細胞，使炎性反應進一步發展。

3.6 腸內營養物質的影響

腸腔內的營養物質是腸上皮細胞的能量來源，營養不良是終末期肝病患者的常見合并癥，常因為禁食或長期腸外營養等原因，使腸道處于饑餓狀態。腸上皮細胞因營養缺乏出現萎縮，細胞間隙增寬，腸道通透性增加，導致細菌及其代謝產物可以通過細胞旁通路穿過腸道，進入門靜脈和腸系膜淋巴結，引發腸屏障功能紊亂。

4 營養干預對終末期肝病患者腸黏膜屏障功能的保護作用

4.1 氨基酸

谷氨酰胺、精氨酸和色氨酸均具有保護腸屏障功能的作用。1)谷氨酰胺：谷氨酰胺氧化時生產大量ATP，是腸道細胞的主要能量來源，其作為腸道細胞增生和分化的必需氨基酸，對維持腸黏膜結構和功能有重要意義。有研究[5]證實，腸外途徑補充谷氨酰胺可以有效抑制腸黏膜萎縮，增加小腸黏膜厚度、DNA含量及絨毛高度，保護腸黏膜屏障。2)精氨酸：精氨酸也能促進腸道上皮的更新和分化，調節腸道免疫，維護腸屏障功能。同時精氨酸代謝后產生NO，NO可以擴張微血管，改善腸黏膜微循環，進而減輕腸道脂質過氧化損傷。3)色氨酸：最近有研究[32]顯示，野生型小鼠體內存在產胞梭菌，能夠分解色氨酸，生成代謝產物吲哚丙酸(IPA)，而IPA進入血液可以調節免疫系統，維護腸道壁的完整性，阻止其他有害分子的滲入。

4.2 酚類活性物質

多數蔬菜、水果和全谷物等功能食品都含有多種酚類和多酚類物質，酚類是一種植物性化學物質，具有抗微生物、抗炎和抗氧化作用[33]。最近研究[34]顯示，多酚可以影響腸道微生物的構成，可增加AKK菌、乳桿菌屬、雙歧桿菌、擬桿菌門、普氏菌屬等的豐富度，抑制厚壁菌門，降低厚壁菌門/擬桿菌門的比例，在多種慢性病中起保護作用。

4.3 膳食纖維

膳食纖維是一類不能被小腸消化吸收但可以被腸道細菌發酵利用的食物營養素，主要包括多糖、木質素、纖維素等，分為可溶性和不可溶性兩類。膳食纖維中細菌可利用的碳水化合物是腸道共生菌的重要營養來源，缺乏纖維，降解腸道黏膜的細菌數量就會增多，分泌的降解黏膜的酶相應增加，導致黏膜層變薄。生理狀態下，腸道黏膜的生成和降解處于動態平衡狀態，缺乏膳食纖維時，黏膜的降解速率比生成要快，導致腸屏障功能受損[35]。膳食纖維發酵產生的短鏈脂肪酸，可促進腸道上皮細胞生長，降低腸道通透性，維護腸屏障結構的完整。Sonnenburg等[36]研究發現，飲食改變對人類化小鼠模型的腸道微生物組的影響深遠，低纖維飲食導致每一代微生物多樣性逐漸下降，低纖維飲食造成小鼠腸道菌群多樣性降低可以通過高纖維飲食恢復，但低纖維飲食造成小鼠后代腸道菌群多樣性降低不能通過高纖維飲食來恢復，糞菌移植與高纖維飲食結合才能恢復后代腸道菌群多樣性。現代生活方式導致人們攝入的膳食纖維明顯不足，應鼓勵終末期肝病患者多補充高纖維化食物。

4.4 微生態制劑

腸道微生態系統是人體最龐大和最重要的微生態系統，是維持腸屏障功能的關鍵因素，對宿主的健康與營養起著重要作用。肝臟與腸道通過門靜脈相連，相互影響，在大多數終末期肝病中，常伴有腸道菌群失調。隨著對肝病患者腸道微生態失衡的深入研究，目前的治療觀念已由“單純殺菌”變為“殺菌與促菌”相結合，調整腸道菌群失衡。某些終末期肝病的合并癥(例如肝性腦病等)可通過應用微生態制劑得到有效治療[37]。微生態制劑包括益生菌、益生元和合生元。益生菌是指能夠調節腸道菌群平衡，對機體起有益作用的活菌制劑，目前常用種類有乳桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、地衣芽胞桿菌和酪酸梭菌等。益生元是指對腸道優勢菌種有促進作用的物質，狹義的概念是指低聚糖類物質，廣義的要領則定義為低聚糖、多糖、類脂、肽類、蛋白質、氨基酸、維生素等都可被看作益生元；乳果糖和拉克替醇是終末期肝病的臨床常用制劑，目前認為菊粉和ω-3脂肪酸也亦有較好的益生元作用。合生元是指益生菌和促活菌物質的聯合制劑，既可選擇性地快速增加益生菌數量， 同時為益生菌提供了充足的營養物質。通過微生態制劑來維護腸屏障功能，在終末期肝病治療中逐漸受到人們重視[37-39]。

4.5 腸內食物營養

腸道是營養物質消化吸收、微生物定植和免疫細胞聚集的場所，腸內食物營養刺激胃腸道分泌消化液、維持腸道細胞結構完整、調節腸道菌群和黏膜免疫，是維持腸屏障功能最重要的因素。食物與疾病的聯系可能存在腸道中，幾乎所有的慢性疾病患者都會出現腸道菌群的多樣性下降。最近兩項大型研究[40-41]證實，對多數人而言，水果、蔬菜、酸奶、咖啡、綠茶、紅酒等有利于保持腸道微生物多樣性，而高脂、高糖食物則破壞腸道微生物的平衡發展。Leit?o-Gon?alves等[42]發現，機體選擇食物的過程可能是雙向的，腸道菌群的代謝產物可以通過腸-腦軸，暗示機體去選擇有益于它們自身生長的食物類型，影響人們的飲食習慣，并引發焦慮、抑郁等不良情緒。最新研究[43]表明，攝取特定類型的食物24 h內腸道菌群便可發生可預測的改變，飲食改變可調節機體腸道菌群，腸道菌群與疾病密切相關，探索其中的內在關聯可以為營養干預與疾病治療提供更多的可能。研究某種可影響肝病患者特定菌群和腸屏障的營養物質，有望開發成基于營養干預-腸道菌群-終末期肝病的新的營養調節劑。

5 小結和展望

終末期肝病患者出現腸屏障功能障礙已被臨床普遍認同，合理的營養干預對腸屏障功能的保護和修復十分重要。目前肝病患者的營養干預模式已由單純營養師負責過渡到營養師-主管醫師-責任護士組成的營養干預小組負責的個體化營養干預模式，小組成員首先對患者進行個體化營養評估，然后再根據其代謝能力和能量需求制定個體化營養干預方案，定期隨訪評估患者的營養狀態并及時調整營養方案。上述個體化營養干預方案目前還處于嘗試階段，并取得了良好的效果，但筆者認為這只是邁出了個體化營養的第一步，個體化營養未來仍有較長的路要走。

當前的個體化營養干預模式忽略了遺傳和菌群等因素對機體生理和病理所起的作用，遺傳差異影響個體對營養物質的代謝能力和生物利用度，菌群結構影響菌群功能和代謝調控，因此目前的營養干預方案仍需要我們不斷去完善。隨著基因組和微生物研究的不斷深入，計算機技術的快速發展，未來人們也許可以通過計算機技術，對量化的與個體健康相關的大數據(遺傳、菌群、食物營養成分、生理指標、生活方式等)進行分析并建模，預測個體對特定食物的生理反應，并制定出基于基因組+微生物組的個體化營養干預方案，提高終末期肝病患者的生存率和生活質量。