编译：西西，编辑：小菌菌、江舜尧。
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肠-肝轴指肠道（包括其中的微生物）与肝脏两者的相互作用，受饮食、遗传、环境因子产生的信号共同影响。这种相互作用通过血行途径，将肠道中的物质通过门静脉带到肝中，而肝的反馈途径则是将胆汁和抗体分泌进入肠道中。肠上皮粘膜和血管屏障作为肠-肝相互作用的解剖和功能场地，在允许营养物质通过循环到达肝脏的同时，限制了微生物和毒素的广泛传播散布。控制微生物群体对于维系肠-肝轴的稳态十分重要，而作为反馈，肝脏塑造了肠道微生物群体。酒精在多个相互作用的层面上通过影响肠道微生物、粘膜、上皮屏障以及抗菌肽的产生等，增加微生物暴露，促进肝脏炎症环境的形成，从而打乱肠-肝轴的平衡。越来越多的证据表明三甲胺、次级胆汁酸、短链脂肪酸和乙醇等微生物的代谢产物促进非酒精性脂肪肝病的发病。硬化本身和肠道微生物的改变相关，并且会在不同水平上削弱肠道屏障（包括上皮、血管和免疫屏障）的防御能力。肝硬化导致的肠道屏障严重破坏与细菌移位、细菌感染和疾病进展有关。在每一个慢性肝病病人中发现肝-肠轴被破坏的这个现象为证明“肝脏影响肠道微生物的平衡”提供证据。除了抗生素，以肠道为中心的新疗法包括新一代的益生菌、细菌代谢物（益生元）、粪菌移植和碳纳米颗粒。FXR拮抗剂靶向肠和肝，近期在不同的肝病中被检测到。最后，靶向特定的细菌的合成生物制剂或者噬菌体，以及重塑肠、肝之间的物理屏障为治疗提供新途径。
论文ID
原名：The gut-liver axis in liver disease: pathophysiological basis for therapy
译名：肠-肝轴对肝病中的影响：治疗的病理生理基础
期刊：Journal of Hepatology
IF：13.237
发表时间：2019.10
通讯作者：Agustín Albillos
通讯作者单位：西班牙拉蒙-卡哈尔大学附属医院胃肠病和肝病中心
内容
1.肠-肝轴与健康
微生物和肝脏的相互作用通过血行途径，将肠道中的物质通过门静脉带到肝中建立，而肝的反馈途径则是将胆汁和抗体分泌进入肠道中。实际上，胆汁除了作用于核受体调节代谢外，重要的是还会控制肠道微生物。微生物-肝轴发生的场地就在由肠上皮细胞组成的肠粘膜屏障构成。而肠上皮细胞通过将微生物和宿主免疫细胞分隔开，来维持肠道稳态。
1.1 微生物被粘液层分隔开
粘液在物理层面讲微生物和上皮层分隔开，避免机体对病原体产生强烈的炎症反应（图1）。只有在少数情况下，只在生命早期的人类肠道中出现的分离的丝状杆菌才能穿过粘液，在特异的宿主中作用于上皮细胞。其他的微生物与宿主之间的作用则是非直接的，由微生物发酵食物过程中产生的代谢产物（也称作益生元）介导。
不同部分的肠道粘液的厚度各异，微生物定居的部位会更厚一些，例如回肠和结肠。结肠的粘液分2层，内层更坚固，与上皮相似，外层由细菌定植。外层粘液层保护微生物使其黏附在肠道中，并防止其被肠道蠕动运动冲走。不能连接在粘液层的细菌可以通过干扰粘蛋白和IgA的相互作用以实现定植。内层的粘液层由于其网格规格小，加之有抗菌肽和排除微生物的蛋白：lypd8、凝集素样蛋白ZG16（zymogen颗粒蛋白）的存在，几乎是无菌的。这些蛋白作用于多和细菌种群，并阻止其向内层粘液层扩散。
实验表明粘液的组成取决于微生物。在无菌鼠体内移植其他某只老鼠肠道中的微生物，无菌鼠的肠道粘液就会和这只提供微生物的粘液变得相似。这很可能是球状细胞能感受细菌产物的存在并激活NLRP6炎症通路合成Muc2。另一方面，粘液是很多种细菌的营养来源，比如嗜粘蛋白-阿克曼菌可降解粘蛋白以用于生长。如果饮食中缺乏纤维素，降解粘蛋白的细菌会大量繁殖，粘液层厚度随之降低。而拟杆菌和厚壁门菌之间的平衡可以改变粘蛋白的糖基化状态。因此，粘蛋白和饮食均可影响微生物的组成，这会对健康产生重大影响。又研究表明，炎症性肠病患者，尤其是溃疡性结肠炎患者中粘液组成的改变会使微生物直接作用于上皮，从而导致炎症反应的发生和维持。因此粘液层不仅使防御微生物的第一道防线，也是微生物的营养来源，以及定植的场所以防被肠道蠕动冲走。
1.2 肠道屏障的物理组分：上皮和肠道血管屏障
粘液层下的肠道屏障由单层上皮细胞构成，包括肠细胞、球状细胞、拔状细胞以及肠色素细胞。这些细胞共同协作抵御微生物和感染性物质的侵犯。这道屏障由上皮细胞由细胞之间的紧密连接组成，结构相对封闭，是物理屏障；上皮细胞分泌多种抗菌肽，导致刷状缘带负电荷，从而排斥带负电荷的微生物，故而也是电屏障。此外，有一些粘膜免疫细胞在上皮巡逻。富集于粘膜下层的浆细胞分泌A型免疫球蛋白（IgA）进一步保护屏障。当上皮被细菌破坏时，不管时在病原体侵犯的活跃期，还是在粘膜损伤后，都可以在黏膜下层发现细菌。
然而，只有小部分细菌才会全身散布。有些会到达肠道淋巴结，受到肠道淋巴结防火墙般的抵御，以免病原体进入血液循环中。这是由于另一个屏障—肠道血管屏障的存在，才能阻挡细菌进入门脉到达肝脏。然而，一些病原菌活是一些寄生虫进化出逃避这一屏障的策略。诚然，在沙门氏菌感染过程中，屏障被破坏，在全身都能找到细菌。有趣的是，这个屏障在一些病原体感染的腹部疾病中是紊乱的，如锚定性脊柱炎和非酒精性脂肪性肝炎。
1.3 免疫系统对微生物的控制
肠道粘膜屏障进一步通过一系列的免疫细胞巩固，共同参与构成屏障。这些细胞可分为上皮内细胞和粘膜下层细胞。上皮内细胞由上皮内淋巴细胞包括经典和非经典αβ、χδT细胞和上皮内单核吞噬细胞组成。上皮内淋巴细胞有共同的特点：它们都表达1型细胞因子，具有细胞溶解性，当受到肠上皮细胞分泌的细胞因子的激活或者NK细胞受体的激活从而释放抗菌肽。上皮内单核吞噬细胞在将食物抗原肽呈递给粘膜下层树突细胞后，伸展触手感知肠壁和口腔容量的增长。这些细胞在感染时就像一线的战士，参与诱导对食物和微生物的耐受。在黏膜下层，免疫细胞作为第二道防线，在损伤时推动组织再生。除了淋巴细胞，大多数CD4+ T细胞能区分内腔状细胞，如iNKT细胞和粘膜相关固有T细胞。这些细胞对它们识别的微生物抗原或者代谢物高度特异。NKT细胞识别CD1分子是的脂质，粘膜相关固有T细胞识别MR1分子呈递的拉伯素代谢物。CD4+ T细胞由Th17细胞和T调节细胞组成。Th17细胞释放IL17-A，IL17-F和IL-22，参与加固上皮细胞分子的紧密连接，促进上皮细胞的再生。Th17细胞在分离的丝状细菌粘附在小肠上皮后被诱导。它们也会驱动IgA的产生和plgR的表达，以促进它们转移到肠壁中。T调节细胞可被分为胸腺来源的和外周来源的T regs。前者识别自身抗原，在二次识别食物抗原（小肠）或者微生物抗原（大肠）时控制自身免疫T细胞的功能，以控制对无辜的非自身抗原的耐受。在肠中也有固有淋巴细胞，在感染时早于适应性T细胞快速做出应答，分泌1、2、3型细胞因子。自此，整个肠道屏障由其结构成分（粘液、上皮细胞），免疫细胞（上皮内和粘膜下层免疫细胞）和可溶性媒介（IgA、抗菌肽）组成，以对微生物作出反应。对这一整体做出的任何变动可改变肠道屏障。微生物在另一方面也可以通过作用于免疫系统影响疗效。比如，肿瘤免疫疗法中免疫检查点封闭（抗-PD1），处理组患者的肠道微生物组成影响到治疗效果。
1.4益生元对肠道屏障的控制
如前所述，肠上皮由粘液覆盖，粘液厚度与紧密程度取决于研究的肠道节段。尤其在结肠，大多数细菌都居住于此，粘液层分为微生物定植与为其提供生长代谢活动所需的营养物质的外层结构，和几乎无菌保护宿主的坚固的内层结构。这个区域也被称作非武装区域。
因此，宿主与微生物的大多数相互作用不是直接的，而是由可溶性因子介导，包括细菌产物和代谢物，也称作益生元。益生元由很多，例如短链脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸），由膳食纤维、免疫调节活性肽、生物表面活性剂、维生素等物质降解过程中产生。这些物质可以对肠上皮屏障、免疫系统和微生物产生多种影响。比如短链脂肪酸，有研究表明它能控制多种免疫细胞尤其是T调节细胞的分化，巨噬细胞的灭菌活性，和多种免疫细胞的功能。纤维和益生元也能调节褐色脂肪和白色脂肪组织的比例。
1.5 胆汁酸控制微生物：法尼斯X受体通路的作用
胆汁酸在肝脏中由胆固醇合成而成，而后被释放入肠内被微生物进一步代谢。胆汁酸产生的量取决于肠道到肝脏的反馈循环，这就是作为的肠肝循环。在被外排前，初级胆汁酸与甘氨酸结合，在较小的程度上结合牛磺酸，随后被释放入胆汁中。胆汁接下来在进食后被转入回肠中，结合胆汁酸重新通过肠道上皮吸收，进入门脉循环中，回收入肝。胆汁酸除了能下、乳糜微粒的形成，促进脂肪和脂溶性维生素的吸收，还对塑造肠道微生物由重要作用。胆汁酸和肠道微生物之间的互作可发生在多处，微生物影响胆汁酸代谢，胆汁酸影响微生物的组成。胆汁酸最开始被认为只是简单的从肠道重新循环进入肝脏，而现在已经明确，在胆汁酸转化为次级胆汁酸后，在肠上皮中首先通过法尼斯X受体（FXR）传递信号。
FXR的参与可提高上皮的屏障特性，修复肠道血管屏障，控制代谢综合征。全基因敲除或只敲除上皮细胞的FXR的老鼠的对照试验阐述了FXR在非酒精性脂肪性肝炎发展过程中扮演的不同角色。FXR缺乏的老鼠能抵抗饮食诱导的肥胖，而这由肠道中的FXR和微生物介导。
2. 肠-肝轴对疾病的影响
越来越多的证据表明肠道菌群和它的代谢物、免疫系统和肝脏在酒精性脂肪性肝炎和非酒精性脂肪性肝炎疾病进展中起到关键作用。在这两种疾病中，肠道屏障的通透性增加促进门脉血流中病原体相关的分子模式（PAMP）例如，LPS（内毒素）和微生物的代谢产物等因子进入肝脏，激活炎症瀑布反应，恶化肝脏炎症。在肠道屏障被破坏时，肠腔内的细菌负荷决定了转移至门静脉和系统循环中PAMP的数量，进一步决定了炎症反应的严重程度（图1）。慢性肝病从代偿期到失代偿期与肠道防御机制的损害水平有关，而肠道防御的破坏进一步损伤肠道屏障的功能。
2.1 酒精性肝病
目前的研究表明，酒精对酒精性肝病的病理发展过程包括对肝实质细胞的直接毒害作用、菌群失调、使肠道屏障丧失功能和激活肝免疫细胞的Toll样受体（TLRs）。除此之外，还应该考虑到在酒精性肝病发病之前，肠道菌群已经发生了变化。
肠道微生物。酒精摄入对肠道微生物由直接的影响早在肝硬化出现之前就存在了。肠道的需氧和厌氧微生物大多数在长期酗酒的个体的空肠吸入物中发现过度繁殖。最近对长期过量饲养酒精的小鼠肠道微生物的宏基因组分析发现，大多苏变形菌门的多样性增加，而拟杆菌门、厚壁菌门和乳杆菌的多样性则降低。有趣的是，一个特定的微生物模式，包括众多数量的双歧杆菌和链球菌在严重的酒精性肝炎病人的肠道中被发现。
除了细菌，酒精性肝炎病人的肠道中的真菌（如酵母菌和霉菌）也发生了改变，整个个体对真菌的暴露程度与肝脏损伤程度相关。人的长期酗酒和老鼠的长期过度饲喂酒精导致肠道霉菌的种类下降，而念珠菌过度繁殖，随着念珠菌的β-葡聚糖转位至整个循环中，免疫系统随之对其作出反应。对老鼠使用抗真菌药，肠道真菌的繁殖被抑制，β-葡聚糖的转位减少，酒精性脂肪肝病得到缓解。
肠道屏障破坏。肠道屏障被破坏，即肠道通透性的增加，是公认的酒精相关的长期酗酒、酒精小鼠模型和酒精性肝病病人在硬化前期和硬化期的特征。除了酒精和其代谢产物对肠上皮的毒性作用，越来越多的证据表明菌群紊乱相关的肠道炎症导致肠道屏障破坏，以及酒精性肝病中微生物的代谢产物转位。人类长期酗酒/老鼠长期过度饲喂酒精导致无明显临床症状的肠炎，肠黏膜下层的单核细胞和巨噬细胞产生TNF-α数量增多。在这种情况下，TNF受体1介导的肌球蛋白轻链激酶激活导致上皮紧密连接蛋白的丢失，进一步使肠道通透性增加，细菌产物的转位和肝脏炎症。有趣的是，短期和长期酗酒后，人与小鼠血清中的内毒素和细菌DNA浓度上升，然而长期酗酒导致的肠炎比短期酗酒严重。
酒精也会破坏肠道屏障的特定组分，如蛋白质参与的固有抗菌防御。人类长期酗酒/老鼠长期过度饲喂酒精抑制肠道中Reg3b和Reg3g蛋白的表达，导致细菌对粘膜表面黏附增加、肠道细菌过度增殖、移位的活菌增加、肝炎恶化。肠上皮细胞中Reg3凝集素的抑制作用可被Reg3g的过表达逆转或者被益生元部分回复，尽管增加的肠道通透性并没有被改变。Reg3g和Reg3b在酒精性肝病中的保护作用的进一步例证：这些凝集素的代偿性增加保护缺乏粘蛋白-2（肠道粘膜层中发现的主要的粘蛋白）的小鼠免于肝炎。
细菌产物和代谢物。一个学术研究表明LPS诱导的TGF-β释放是MYD-88-NF-κB介导的，LPS与肝脏促炎和促纤维化信号相关。除了屏障破坏导致的的免疫反应，酒精性肝病的治疗也以全身很多有变化的生物活性化合物为标志。酒精诱导的小鼠肠道菌群异常降低了微生物合成饱和长链脂肪酸的能力，从而减少了依赖于长链脂肪酸生存的微生物的比例，如乳杆菌属。在最近的研究中发现，膳食补充饱和长链脂肪酸可保留渐变球菌科，稳定肠道屏障，改善酒精诱导的肝损伤。
胆汁酸。酒精诱导的肠道菌群改变导致胆汁酸稳态打乱，增加肠道中非结合胆汁酸，使肝细胞暴露于更多有毒的胆汁酸。酒精诱导的肠道菌群异常导致细菌过度编码胆甘氨酸水解酶，干扰FXR通路的激活。从而肠细胞中FXR活性降低，胞浆中FGF15水平降低，肝Cyp7a1表达升高。用不可吸收的抗生素敲除共生菌或者通过调节肝酶Cyp7a1促进胆汁酸-FXR-FGF15通路可以改善小鼠的酒精性肝病。
2.2 非酒精性脂肪肝病
非酒精性脂肪性肝（NAFLD）病包含一系列肝病，大致分为非侵犯性和侵犯性表型分别被称为非酒精性脂肪肝（NAFL）和非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。NAFLD与肥胖强烈相关，与胰岛素抵抗、2型糖尿病和心血管危险因素享有共同机制。目前的数据表明高脂肪饮食改变菌群，，进一步削弱肠道物理屏障和肠道血管屏障，促进细菌产物进入门静脉血流，恶化非肝内的炎症和代谢异常（图1 和图2B）。肝脏作为暴露于脉管系统中高浓度物质如PAMP的第一道关卡的器官，对这些物质最敏感，尤其是出现亚临床病理改变的出现，如肝细胞中的脂质沉积。虽然酒精性肝病和非酒精性脂肪肝病在肠道屏障破坏这个方面有共同的基础机制，但是在肠道微生物的组成、肠道通透性、胆汁酸水平、酒精和胆汁酸代谢物仍存在细微的差别（表1）。
图2 酒精性肝病、非酒精性脂肪肝病和肝硬化中肠-肝轴的失调。肠道微生物的改变的是慢性肝病中肠-肝轴失调的里程碑。酒精和高脂饮食分别在ALD和NAFLD中直接影响肠道微生物的组成（a，b）。在肝硬化中（c），肠道微生物的异常最初是由于胆汁酸水平降低与肠道功能减退。次级胆汁酸的水平随着7-α-去羟基化细菌的种类增多而增多。这些升高的次级胆汁酸导致肠FXR通路抑制，粘蛋白和抗菌肽合成与肠道血管凭证的完整性菌下降。酒精也会直接削弱抗菌肽的合成。肠菌的异常会波及上皮细胞利用供能底物的能力，如短链和长链脂肪酸。结果致使上皮细胞连接变松散，粘液层变薄，抗菌肽的和合成降低，所有的这些结果促进细菌透过肠上皮，促进病原体与粘膜免疫细胞相互作用。最后，结果是肠道炎症，Th1调节模式下的免疫细胞随IFN-γ和TNF-α的合成而激活，这两种因子的合成进一步促进肠道通透性增加。菌群组分的改变和细菌过度生长使肠道屏障透过增加，PAMP或者在NAFLD中三甲胺等代谢产物过载诱发肝脏炎症。在失代偿期肝硬化等终末期肝病中肠道屏障可被严重破坏。在这个阶段，同时出现菌群异常和肠杆菌种类过度增长，在肠道物理、免疫、血管屏障显著破坏的情况下，大量PAMP、活细菌会导致全身和肝脏炎症，同时还会导致细菌感染。
表1 酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病和肝硬化中不同的肠道屏障的组分
肠道微生物。多种临床前和临床研究强调了肠道菌群在NAFLD病理发展中的作用，虽然我们尚未找到其中的因果联系。与临床前模型一致，肠道菌群的过度繁殖和菌群的组成改变在NAFLD病人中出现更多，这2个因素与肠道通透性增加和代谢综合征有联系，但是与肝纤维化和肝炎的严重程度无关。
最近的研究致力于用不同技术寻找NAFLD类型和菌群特征的关联。非特异的宏基因组测序发现在NAFLD患者体内大肠杆菌和普通拟杆菌的种类增加，纤维化程度更高。类似的，患有NASH的肥胖小孩的埃希氏菌属的丰度更高。尽管有这些发现，单一的微生物特征不太可能解释NAFLD有不同的类型，这可能是由于基因和环境决定的不同微生物特征对宿主的影响不同。
肠道屏障破坏。最近，肠道微生物异常、屏障破坏、肝脏炎症与高脂饮食下的代谢异常的联系被建立。NAFLD病人与高脂或者低胆碱饮食的小鼠体内均发现肠道通透性升高。高脂饮食或者无纤维饮食的小鼠的结肠菌群组成异常，这导致细菌穿透增多，粘膜层厚度降低，上皮屏障的紧密连接蛋白重新分布和低级别的肠道炎症。菌群的改变直接导致肠道上皮和血管屏障的破坏，从高脂肪饮食饲喂的小鼠的大便中移植细菌到正常标准饮食的小鼠中足以破坏正常小鼠的肠道屏障，这说明不适营养物质，而是微生物组成驱动上皮和肠道血管屏障损伤。改变的微生物获得了能穿透上皮的能力，在高脂饮食后的48h后能检测到紧密连接蛋白表达下降。穿过受损的上皮的能力的机制是致病菌的种类增加，还是因为下调的紧密连接蛋白导致的上皮漏出增加，仍然需要验证。这些情况下的亚临床炎症的特点是粘膜下层的Treg细胞减少，增加的产生IFN-γ的Th1和CD8+ T细胞，以及增加的产IL-17的γδ T细胞。相似的，NAFLD病人中发现结肠炎症，肠道上皮的紧密连接分子Jam1减少。缺乏Jam1基因的高脂肪高果糖饮食的小鼠肠道通透性更高，内毒素血症和肝脏炎症的可能性更大，这强调了健康的肠道屏障在菌群失调时阻止细菌产物进入门脉的重要性。和酒精性肝病不同，Reg3凝集素的缺损不足以加重饮食诱导的肥胖和NASH。
细菌产物和代谢物。肠道微生物功能上的改变与其组成的关联可能更大。肠道微生物在外源性物质（饮食和环境暴露）和内源性物质（胆汁酸和氨基酸）的刺激下产生的细菌的元件（PAMP）和代谢物可通过门脉到达肝脏，促进炎症。临床前研究支持了PAMPs在NAFLD中导致的肝脏损伤，实验表明在缺乏TLR-4或者TLR-9的小鼠在高脂饮食或低胆碱饮食的情况下，肝的脂肪变性、炎症、纤维化得到减轻。进一步，肝脂肪样变和肝炎小鼠中炎症小体的缺乏对肠道菌群的影响通过拮抗门静脉中TLR-4和TLR-9实现，提高肝脏中的炎症和TNF-α表达，在肝脂肪样变小鼠模型中尤为严重。
在人肝脂肪样变和实验模型中，肠道菌群组成的改变使胆碱的生物利用度下降，门静脉中的三甲胺增加，导致肠道失衡。高纤维饮食增加能代谢胆碱的菌群，降低胆碱的生物利用度，产生不同的代谢产物，如三甲胺。此外，患有NASH的儿童的肠道微生物被发现能更高效产生乙醇。NAFLD与肠道菌群的产物相关，包括支链和芳香族氨基酸的代谢产物，如苯乙酸和3-（4-羟基乙基）乳酸盐，两者均和胰岛素抵抗相关。在肥胖、没有糖尿病的人群中，那些有肝脂肪样变和肝炎的人菌群的基因多样性更低，有更强的产生膳食脂肪和由变形杆菌生物合成内毒素的能力，以及紊乱的芳香族和支链氨基酸的代谢。微生物的代谢产物的致病作用进一步被实验证实，即将有肝脂肪样变或者慢性乙酸盐刺激导致的肝脂肪样变人的粪菌移植到受体小鼠中，使小鼠出现相同的症状。
细菌发酵不可消化的碳水化合物（如膳食纤维）产生的短链脂肪酸使肠菌和宿主之间保持宿主健康的相互作用的典型例证。膳食中不能消化的碳水提供细菌生长，反过来，细菌产生短链脂肪酸（如丁酸盐）为肠细胞提供能量底物，减轻肠道炎症。在肥胖和NAFLD中出现了不一致的现象，临床表型和短链脂肪酸的关联可能出现个体的短链脂肪酸种类各异的现象，每种对宿主的代谢都有不同的影响。2型糖尿病患者的菌群产顶酸盐的细菌种类减少。膳食补充短链脂肪酸可改善小鼠中饮食诱导的肝脂肪样变性。与这些发现一致，一项重要的随机研究表明，高纤维素饮食的2型糖尿病患者改变了碳水的代谢途径，出现了更高丰度的产丁酸细菌，部分通过增加葡聚糖类肽-1的产生，改善了糖化血红蛋白水平。
胆汁酸。减弱的胆汁酸信号通路是另一个高脂饮食的小鼠和患NAFLD的人的肠道菌群出现异常的后果。在这些情况下，产生次级胆汁酸菌的种类增加，如去氧胆酸，一个拮抗FXR的胆汁酸，抑制FXR和FGFR-4介导的通路。从而，胆汁酸的合成增加，血清中初级胆汁酸和次级胆汁酸的浓度增加。因此，肠道菌群的组成决定了次级胆汁酸的产生，影响肝脏和肠中FXR介导的信号通路。关于这方面，高纤维饮食的小鼠肠道中FXR表达更低，奥贝胆酸保留了肠道血管屏障的完整性，降低门脉中的PAMP入肝。
2.3 肝硬化
肝硬化的程度与肠道屏障的破坏程度平行。在肝硬化代偿期，肠道屏障紊乱的特点与每一种慢性肝病的病原学没有显著不同。对比之下，肝硬化失代偿期的肠道屏障被破坏存在于肠道防御机制中的每一级，这与病原学无关，与肝功能不全、胆汁减少和削弱的免疫相关（图2C）。肠道菌群和屏障的紊乱直接参与代偿期肝硬化的病理进程，两者都与失代偿期并发症的严重程度和快慢相关，即细菌感染和脑病。
图3肝硬化中靶向肠-肝轴。在肝硬化中，肠道菌群组成异常和细菌过度生长是肠-肝轴紊乱的表现，是肠道功能下降、胆汁分泌和组分的改变、肠道免疫削弱的结果。质子泵抑制剂的使用或者环境因素如西方饮食导致的胃酸度下降也会导致肠-肝轴紊乱。肠道菌群紊乱、上皮和血管屏障同时破坏使的PAMP和活菌通过血还或者淋巴途径进入循环。一个正在进行的研究正在寻找抗生素的替代物，以净化肠道，在肝硬化的病人体内阻止PAMPs和细菌转位。肠道蠕动可受β受体阻滞剂或者质子激动剂如西撒普莱德加速，减少细菌过度生长和转位。外源性结合胆汁酸增加胆汁酸分泌，降低细菌过度繁殖，减少内毒素血症和转位的发生。奥贝胆酸和其他的FXR拮抗剂重构菌群组成，保护上皮和血管屏障的功能，改善肠道固有免疫机制，降低肠道炎症，在肝硬化实验中减少细菌转位和内毒素血症的发生。发酵牛奶、谷物、咖啡和茶含量丰富的饮食可增加菌群的种类，减少肝硬化病人的住院率。吸附纳米碳吸收肠道产生的毒素和细菌产物，减少肝脏损害和实验性肝硬化的发生，是证明肠-肝轴这一概念的研究的靶点。在给肝性脑病病人粪菌移植后可纠正肠道菌群的紊乱，增加抗菌肽的表达，改善肝性脑病的症状。
肠道微生物。二十年来，人们普遍认为肝硬化的人或实验动物中肠道菌群改变，细菌过度繁殖。近期，宏基因组技术发现肝硬化的粪菌多样性降低，相关机会致病菌种类增加（如肠球菌、葡萄球菌，尤其是肠杆菌），降低了相关的益生菌的种类（如毛螺旋菌和瘤胃菌）。这样的菌谱会恶化肝硬化，更有可能出现严重的失代偿并发症，并与不良预后相关。
肠道微生物的变化决定了肠-肝轴损伤的肝硬化的病程阶段。肝硬化中肠道微生物组分的改变来源于参与控制微生物的因素的变化：i）小肠蠕动减慢，通过时间减少，主要是在腹水时期，这是导致菌群失调的主要因素之一；ii）胆汁酸异常，包括肠道中初级胆汁酸的减少和次级胆汁酸的增加；iii）肠道免疫削弱。伴腹水的实验性肝硬化与潘氏细胞α防御素的缺乏、树突细胞功能减弱有关，这两种因素在有腹水和存在致病菌转位的鼠中尤其严重。肝硬化时即使没有使用质子泵抑制剂，胃酸也会分泌过少，这也会改变菌群。值得注意的是，肝硬化肠道菌群的异常与病原学无关。
肝硬化一个显著的特点是，肠道被侵犯来源于口腔中的细菌。病人粪便中种类繁多的口腔来源的细菌和乳酸杆菌似乎与唾液中菌群的改变、质子泵抑制剂、低胃酸水平有关。在既往的研究中，肝硬化乳酸杆菌的增加与乳果糖的使用有关。
肠道屏障破坏。肝硬化与肠道屏障中的物理和免疫屏障的破坏有关。胃十二指肠、小肠、结肠和整个肠道的通透性增加，作为肠道屏障破坏的表现，是肝硬化病人和实验模型的公认的特征，尤其是腹水已经形成时。肝硬化中肠道屏障的破坏不仅仅导致转运入循环中大分子增加，包括细菌成分如LPS或者细菌DNA，还会直接将活细菌转入全身循环，即细菌转位。肠道屏障破坏程度和肝硬化的病程进展程度呈正比，当腹水形成，细菌转位时会变得尤为严重。
肝硬化中肠道菌群进入内环境的途径存在分歧。活菌从肠壁转移至肠系膜淋巴结，而后进入血液循环这一条致病途径已被世人熟知。近期的证据指出，肝硬化中细菌和细菌产物通过淋巴结途径转位和通过血液循环到达肝脏是由于肠道血管屏障被破坏。血管通透性增加与淋巴途径和门脉高压毫无关联，因其只出现在合并肝功能不全的模型中。有趣的是，奥贝胆酸可保持降低的回肠中的FXR信号通路，在老鼠肝硬化模型中改善粘液层，稳定肠道血管屏障，证实了核受体FXR部分调节肝硬化中粘液层和肠道血管屏障。此外，奥贝胆酸和其他的FXR拮抗剂重构了菌群组成，改善了肠道固有免疫机制，在肝硬化模型中减轻了肠道炎症，减少了细菌移位和内毒素血症。而实际上，回肠中FXR信号通路的降低在肝硬化模型中可导致肠道中初级胆汁酸减少和次级胆汁酸的增加，肠道炎症也是增加的。
前述的肝硬化中肠道屏障功能紊乱与肠道结构的改变有关，包括肝硬化病人和肝硬化实验模型的粘膜下水肿，最小的免疫细胞浸润，上皮内紧密连接蛋白崩解。根据最近的研究，在进展期肝硬化中，由调整肠道菌群导致的亚临床肠道炎症促进了肠道屏障的恶化。随着肝硬化进展至腹水期，老鼠肠道免疫系统切换到Th1管理模式，伴随粘膜固有层淋巴细胞表达TNF-α和IFN-γ增加，同时Th17缺失。肠道净化使肠道菌群组分重新分布，减少了促炎黏膜免疫细胞的激活，降低了肠道通透性和细菌转位，证实了肝硬化中肠道菌群的改变在肠道炎症中的关键作用。
细菌产物、代谢物和胆汁酸。胆汁减少，粪胆汁酸减少，血清胆汁酸升高是肝硬化的特点，这些随着肝硬化的严重程度呈正相关变化。肝功能不全减少了胆汁酸的合成和分泌，进一步使肠腔中总胆汁酸减少，血清中总胆汁酸升高。粪胆汁酸的减少影响次级胆汁酸而不是初级胆汁酸，因为7α胆汁酸脱羟基的细菌数量骤减，如梭菌XIVa株在胆汁减少的时候会降低。在酒精性肝病中，这种极端的表达异常也能被观察到。
因为胆汁酸和肠道菌群相互影响，很容易就猜想到，分泌入肠道的胆汁酸减少会导致菌群失衡，大量的病原体出现。随这肝硬化的进展，菌群的改变促进肠道炎症，肠道屏障的破坏和肝脏炎症，这反过来会进一步抑制肝脏分泌胆汁酸。胆汁的减少通过降低粘液层厚度，抗菌蛋白合成和破坏肠道血管屏障引起的肠道屏障的功能紊乱导致FXR信号通路的降低。
肠-肝轴与肝硬化并发症。大量数据支持肠道菌群和PAMPs促进激活免疫细胞和肝硬化炎症期的病理发展。全身的炎症与肠菌的联系近期更加确定，行TIPS术的肝硬化病人的循环中细菌的分布具有部位特异性，即在每一个病人中，中心、肝脏、门脉、外周静脉血、炎性细胞因子簇的细菌种类各异，血中的微生物的多种多样。相似地，菌群的区域化和免疫反应在失代偿期肝硬化病人的腹水和血液中能观察到。
除了能促进全身炎症，越来越多的证据表明异常的肠道菌群与肝硬化并发症的出现存在联系。在失代偿期肝硬化中，机会致病菌的种类增加，主要是肠杆菌，还有葡萄球菌和肠球菌，有益的共生菌减少，如部分毛螺旋菌、瘤胃球菌和梭菌XIV。这些变化可在大便、乙状结肠粘膜、肝硬化病人的唾液和血清中发现，反映出疾病的严重程度。肠道微生物在稳定的门诊病人中不发生变化，但是在失代偿期肝硬化中定植的病原菌的比例会增加，尤其是合并了细菌感染和肝性脑病的病人。有趣的是，门诊病人和住院病人，感染和非感染病人与不良并发症的病人（器官衰竭或者死亡）的肠道微生物谱各异。这些研究表示，病原菌的种类越多，内毒素血症的水平越高，肠道屏障表现出越紊乱的迹象。
这些数据分别指出肠道菌群异常对肝硬化并发症和预后的影响，这些可作为治疗的靶点（图3）。一个研究事实报导，肠道菌群的多样性是降低西方饮食的90天住院病人的风险的独立因素，巩固了我们的理论。值得注意的是，富含发酵牛奶、蔬菜、谷物、咖啡和茶的膳食可增加肠道微生物的种类，降低住院率。
3. 靶向肠-肝轴的新工具
在鲁汶的EASL会议作为一个平台促进学术和工业的交流和研究。在这方面，我们将描述在此次会议上的工业伙伴和学术研究者们展示的靶向肠-肝轴的新工具。其中的介质可被系统归纳，其中提到了肠内容物，粘液，菌群，肠黏膜，以及肠外的作用（表2）。
3.1 对肠内容物和粘液的干预
水凝胶技术。纤维和高粘度多糖被用作给有代谢风险的病人控制血糖，抑制食欲，促进减重。水凝胶由2种天然的组分构成，改良纤维（羧甲基纤维素）与柠檬酸交联，产生一个三维结构基质，以模拟蔬菜种的天然膳食纤维。在饭前随水口服胶囊，水凝胶分子在胃中迅速吸水，与不可消化的食物混在一起，但是没有产生卡路里的价值。一旦水化，摄取的水凝胶会占据平均四分之一的胃容量，模拟食物占据胃容量，增强饱腹感。在通过小肠和大肠时，水凝胶的三维结构仍然存在，在这个过程中它部分会被酶消化分解，失去三维结构以及吸收能力。释放的水分会被吸收，剩下的纤维素材料随粪便排出。水凝胶被看作是医疗设备，因为它是以自身的结构模式实现最初的目的。
在一个胃肠消化的体内模型中，水凝胶展现出高粘度特性，相比常规处理的补充的纤维（亚麻籽、瓜尔豆胶和葡甘聚糖）更胜一筹。GLOW的研究展示：水凝胶是有效的减重疗法，安全，耐受性好。在观察到的基线空腹血糖水平和治疗的有效性之间的重要联系对高危人群来说有利，他们对治疗的反应很小。水凝胶现在正在临床前模型上测试，正在进行的对肥胖病人和2型糖尿病人的临床试验（NCT03622424和NCT03058029）（表3）。目前，尚无这项技术对肝的作用的数据，虽然它可以通过减重、缓解胰岛素抵抗以缓解NAFLD。
限制肠道的聚合体。聚合体因其自身特性在治疗代理中广泛应用，例如其亲和力和多结合位点，去结合残留的靶向的实物。不可溶的交联多聚体经口服，在消化道中起作用，其结合的底物和多聚体一起随粪便排出。多聚体螯合剂结合非有机离子，包括钾盐、磷酸盐或者胆汁酸，在临床上已经使用了好几年。例如，考来维伦被证实对血脂异常和2型糖尿病是有效的。
下一代聚合体螯合剂发展预计会扩大聚合体药物的应用，发挥其更好的物理特性，提高一半的结合效率和选择性。可溶性聚合体由于它重复的多聚单元和细菌或病毒的多价表面相互作用存在高亲和性，被视为抗微生物的物质。拖莱伐母，一个可溶的聚苯乙烯磺酸阴离子，被用作处理艰难梭菌相关性腹泻，因为它能结合细菌产生的毒素A和B。聚合体结合到螯合蛋白的一个例子，如麦胶蛋白，目前已在临床1/2期试验测试，用于对腹部疾病研究。
碳纳米颗粒。Yaq-001，一种新合成的不可吸收的碳，对细菌毒素由高度吸附能力，因此是一个抵抗晚期肝病病人肠道菌群的改变和细菌产物转位的新策略。一个次级胆汁酸肝硬化啮齿动物模型实验证据表明，Yaq-001与粪便样本中厚壁菌的显著上升和拟杆菌的下降有关。这种处理显著减少了胆管结扎大鼠中单核细胞在LPS诱导下的氧化活性物质的产生。这个结果表明肠道菌群的产物是治疗的一个重要靶点。
Yaq-001的第一个临床实验是一个正在进行的多中心、随机、双盲、安慰剂对照的试验，以评估口服药Yaq-001治疗难治性腹水的肝硬化病人的安全性和可耐受性，病人的Child-Pugh评分7-11（CARBALIVE，NCT 03202498）。
3.2 对微生物的干预
噬菌体。噬菌体是特异性感染和杀死细菌的病毒，可以持续进化以克服细菌不断发展的防御机制。噬菌体的工作模式和抗生素完全不一样，抗生素的耐药不会将其抗性变成抗噬菌体，对抗生素高度耐药的细菌仍然可被噬菌体有效抑制住。公认的操作步骤下进行的噬菌体的疗法在铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌耐药的病入膏肓的病人身上取得成功。进一步，越来越多的管制的和EMA/FDA管理的临床试验正在被众多生物公司研究，将研究的治疗模式带到主流医疗中。
目前大多数临床研究将噬菌体用于感染性疾病，一个新的将噬菌体疗法用于原发性硬化性胆管炎的项目正在进行。目前的成果表明，特异的病原菌感染渗透胃肠道上皮，使细菌转位，肝脏免疫应答。正在进行的项目致力于发现特定的细菌靶点，创造鸡尾酒疗法，抑制这些特定的菌株生长，同时将正常的微生物留在消化道。
合成活菌疗法。转基因益生菌可能只适合消耗肠道中有毒的代谢产物，并将它们转化为无毒的形式。SYNB1020，一个大肠杆菌株Nissle1917，敲除了一个L-精氨酸生物合成的负性调节子，插入了一个反馈的耐受L-精氨酸生物合成的酶，这个菌株被证实能改善高氨血症，在高血氨症的1期临床试验中老鼠的生存结果可被接受。SYNB1020最近在一个1b/2a期随机，安慰剂对照的临床试验中被测试评估它的安全性和耐受性，以及在肝硬化病人中测试药效学（NCT03447730）。然而为了支持其他合成活菌疗法项目，这项研究并没有继续，因为临时的数据分析结果是阴性的 (https://investor.synlogictx.com/news-releases/news-releasedetails/synlogic-discontinues-development-synb1020-treat-hyperammonemia)。用相同的技术，表达编码特定酶的基因的菌用来尝试治疗苯丙酮尿症。应用同样的原则，培养出转基因的乳酸乳球菌株以产生白介素-10，用来治疗炎症性肠病。
粪菌移植。粪菌移植作为补充健康肠道微生态的方法，通过不同的方法恢复物理定植，目前已经被接受用于伪膜性大肠炎的治疗，越来越多的数据正在对其处理炎症性肠病、代谢综合征和肝性脑病的有效性进行研究。证实之前报导的发现，一个1期试验表明，在用抗生素提前处理，口服胶囊以移植菌群到肝硬化和复发的肝性脑病病人，在长期看来是安全，耐受性强的。在这项研究中，菌群移植恢复了抗生素相关的微生物多样性和功能的紊乱，改善了功能参数，降低了肝性脑病的复发和肝相关的住院率。对肝性脑病复发的有利影响可能部分源于神经验证的减轻和微胶细胞活化。而将正常人的粪菌移植到被移植了肝硬化病人的粪菌的无菌鼠中，老鼠的肝病和并发症可得到减轻。越来越多的证据提示，粪菌移植可逆转高脂饮食和高果糖饮食老鼠的早期的门脉高压、肝内内皮功能障碍和胰岛素抵抗。尽管有这些潜在的好处，目前为止只有少数的对照试验的改变微生物的干预措施被实行，有一些重要的稳态需要得到回答，包括安全性和在干预过程中的有效性。
不可吸收的抗生素。利福昔明是一种不可吸收的抗生素，其最受青睐的特点在于它的安全性，近期其被用来在临床研究中靶向微生物治疗慢性肝病。利福昔明是一个应用广泛化合物，用于降低内毒素，抗炎作用大部分与细菌的行为无关。联用利福昔明和辛伐他汀，靶向肝硬化发展过程中的重要机制，即肠-肝轴和全身炎症反应，目前正在被3期多中心、双盲、安慰剂对照、的随机临床试验（LIVERHOPE EFFICACY，NCT03780637）测试，以阻止失代偿期肝硬化病人ACLF的发展。这项研究被LIVERHOPE_SAFETY试验领先，该项目研究得出结论：每天摄入20mg辛伐他汀联用利福昔明与肝硬化失代偿期的病人肝脏或肌肉毒性的高风险性无关（NCT03150459）。
3.3 对肠黏膜的干预
十二指肠逐渐被认为是代谢信号的中心，在调节胰岛素的行为和胰岛素抵抗方面有重要作用。特定的肠内分泌细胞有感知和给整个肠道发送信号的功能，其产生的多肽种类有细微的不同，因为消化道行使很多方面的功能，包括摄入、消化和吸收营养物质。最近，随着成纤维生长因子19的（FGF19）出现，肠细胞被认为也参与这一些列复杂的过程中。药剂调整肠-肽轴为将治疗集中于肥胖、糖尿病和NAFLD的代谢平衡上提供可能。
药剂调整肠多肽。在肠道中，胰高血糖素样肽-1（GLP-1R）由L细胞产生储存，受到糖、脂肪、氨基酸的刺激后释放入门静脉系统。GLP-1与其同源的G蛋白偶联受体（GLP-1R）结合增加胰岛释放胰岛素，减少分泌胰高血糖素，延缓胃排空以及减少食物摄入等很多其它有利的效应。LEAN（利拉鲁肽对NASH的效果和作用）是第一个随机对照试验，报导了GLP-RA在活检确诊NASH的病人处理48周后的效果。在肥胖研究的病人每日注射马鲁肽后的生物标志物受到影响已被报导，长期的有效性试验对已活检确诊NASH的病人每日注射马鲁肽多于72周（NCT02970942）正在进行，以及计划每周使用增敏剂超过52周的试验（NCT03648554）（表3）。
FGF19由肠细胞产生并释放到回肠终段，对由胆汁酸激活的FXR通路作出反应。FGF19通过门脉流入肝，在肝中结合到细胞表面受体，包括FGFR4和β-kloyho，引发多种效应，包括减少胆汁酸产生。已被批准上市的FXR拮抗剂如胆汁酸奥贝胆酸和研究用药tropifexor或者cilofexor能适度增加循环中FGF19的水平。FXR拮抗剂介导的多种效应直接作用于肝细胞，间接通过FGF19。3期试验结果显示OCA对NASH病人的纤维化有益。阐明这种效应多大是由肝中的FXR拮抗剂引起的，多大是由肠道中FGF19引起是临床中的一大挑战。胰高FGF19模拟化合物，NGM282，也是在临床试验中通过了生物标志物影响的检测，能最大使标志物变化。需要注意FGF19轴的一个方面是FGFR4突变相关的肝癌和过表达FGF19 诱导肝癌的老鼠模型。封闭FGFR4确实可以用治疗于人特定形式的肝癌。然而，如果公开的实验室研究证实组织学上的效果，FGF19的模拟物就可以作为NASH引人注目的疗法。
十二指肠粘膜表面重建。十二指肠粘膜表面重建是靶向十二指肠表面的技术。基于限制营养暴露或者与十二指肠粘膜接触会产生强烈的代谢效果的理论，十二指肠表面介导异常信号至内源性胰岛素敏感的组织中。患糖尿病的人和鼠的小肠形态学改变包括肠内分泌细胞的增生和增殖，并向K细胞分化，以及过度分泌胃抑肽。
十二指肠粘膜重建可以用不同技术开展，包括将热水送至粘膜表面交换的导管系统。表面的粘膜被磨蚀后，处理过的十二指肠腔在接下来几天重新出现上皮。在第一个人体实验中用热水磨蚀粘膜被证实不会引起穿孔、胰腺炎和出血。保持3-6个月的处理的十二指肠活检后，发现全粘膜生长，没有炎症和纤维疤痕的出现，这个方法是对血糖和肝的处理的改进。
后生元。如上所述，最近的数据揭示了基于微生物控制肠道稳态的机制在于微生物的代谢产物，也被称作后生元。后生元是前沿微生物科学中保持长期健康的关键因素。它们的成分多种多样，取决于菌株和它们的代谢状态。例如短链脂肪酸，次级胆汁酸，蛋白质（如p40分子，HM0539），酶，肽，细菌素，内源或者外源性的多糖，维生素和有机酸。总体上，后生元的组分有用于免疫调节和保护肠道屏障的作用。特别的是，后生元可作用于免疫细胞，保护肠道组织免于细胞分泌的抗炎细胞因子如IL-10等的免疫病理损伤。此外，后生元通过增加紧密连接蛋白（封闭小带，ZO-1）和肠粘蛋白的水平，维持上皮紧密连接的结构，以此恢复肠道屏障的功能。后生元也可作为微生物的弹性诱导因子。它们作为病原菌的抑制剂，可能感知特定的信号分子，调节细菌的密度和生物膜的形成，维持菌群的组成。后生元的作用机制仍然没有完整被认识，需要强有力的临床试验支持它们在健康中的重要作用，以及它们应用于治疗肠道屏障紊乱导致的疾病的可能。
3.4 对肠外的干预
氨摄入颗粒。VS-01是一个新的脂质液体，由大的跨膜pH梯度脂质体悬液组成，包括柠檬酸，用来快速捕捉到氨分子。VS-01可通过失代偿期肝硬化出现腹水的病人的常规穿刺引流管短暂送入腹腔，因此它也可以应用于穿刺的时候。在VS-01进入腹腔后，不带电荷的氨从通过脂质双分子层从血液中扩散到腹膜间隙中，在这里由于它带上了正电荷而被困住（图4）。VS-01通过促进氨和毒素自由扩散到脂质体组成的液体中，同时清除尿素和累积在病人体内的毒素。在处理的最后，包含了氨的脂质体从腹腔中被抽出，同样的，腹水在穿刺的过程中也流出了。
在肝硬化和肝性脑病的实验模型中，VS-01能快速有效地清除血氨，比传统的腹膜透析液好20倍，显著降低了血氨水平，减轻了相关的脑水肿。此外，非靶向的代谢组学研究表明VS-01能移除肝功能不全的病人体内堆积的大部分毒素和氨。自此，VS-01可起到即时解毒，支持脑、肝、肾，以防止其在终末期肝硬化中衰竭。VS-01目前已在第一个1b期在轻度肝性脑病合并需要穿刺的腹水的病人的临床实验中评估。
结论和展望
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