肠道环境紊乱对脓毒症相关肝损伤发生发展的机制
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肠道环境紊乱对脓毒症相关肝损伤发生发展的机制
脓毒症是由于宿主对感染的反应失调所导致的危及生命的器官功能障碍，是重症监护病房（ICU）最常见的死亡原因 [ 1 ]。肝脏是脓毒症经常受累的器官之一。研究表明，肝损伤是脓毒症患者发生多器官功能障碍和高病死率的独立风险因素 [ 2 ]。因此，研究脓毒症相关肝损伤（sepsis-associated liver injury，SALI）的发病机制是脓毒症研究的重要组成部分，具有重要的临床意义。
1 脓毒症所致的肝损伤
脓毒症是全球性的公共卫生事件，据报道，与脓毒症相关的死亡约占全球死亡总数的19.7% [ 3 ]，我国每年约有70万例患者因脓毒症死亡 [ 4 ]。脓毒症常会导致多器官功能障碍，而肝脏在其中发挥着核心作用。一方面，肝脏通过清除病原菌、产生细胞因子等帮助机体调节脓毒症时的炎症代谢和免疫防御；另一方面，由于失调的免疫反应，肝脏也成为脓毒症损伤的重要靶器官。
1.1 SALI的特点：
在脓毒症患者中，若合并肝损伤其病死率通常为54%～68% [ 2 ]，临床主要表现为缺氧性肝炎和胆汁淤积。脓毒症导致的低灌注、线粒体活性氧的产生、细胞凋亡等共同导致了缺氧性肝炎的发生 [ 5 ]。在脓毒症患者中，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）大量暴露后诱发肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、血管内皮素-1（endothelin-1，ET-1）及一氧化氮等炎症因子的"瀑布样"释放，共同促进了胆汁淤积 [ 6 ]。
1.2 SALI可能的机制：
已有研究证实，炎症反应是发生SALI的主要机制之一。脓毒症刺激库普弗细胞释放IL-1β、TNF-α等炎症因子 [ 7 ]，从而导致SALI [ 8 ]。TNF-α作为重要的炎症因子之一，往往发挥着促进脓毒症发生的作用 [ 9 ]。TNF-α受体在肝内大量存在，能够直接诱导细胞毒作用，最终导致肝细胞凋亡、坏死等，而这正是SALI最基本的病理改变 [ 10 ]。上述变化所导致的炎症因子"瀑布样"释放及线粒体损伤产生的大量活性氧都会不同程度地进一步加重组织损伤 [ 11 ]。
除了上述因素外，还包括肝脏微循环障碍、能量代谢障碍、环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）表达上调、多形核中性粒细胞（polymorphonuclear neutrophils，PMN）的介导作用等。近年来，随着对SALI的深入研究，肠道环境紊乱在SALI中的作用逐渐受到人们重视。
2 脓毒症后肠道与肝脏相互影响的特点
肠道微环境紊乱是SALI发生发展的重要诱因。大量证据显示，脓毒症后肠道菌群紊乱合并肠血屏障破坏，会导致毒性因子生成和释放入血 [ 12 ]。上述毒性因子进入肝脏后，会导致肝脏发生一系列病理变化，最终引发肝脏损伤和衰竭。
2.1 脓毒症时肠道环境紊乱对肝脏的影响：
脓毒症时，炎症显著促进了脓毒症肠道环境紊乱的发生，导致细菌及其产物从胃肠道经门静脉和淋巴系统进入肝脏 [ 13 ]。病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）是病原体上的分子结构，可被模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）识别并引起免疫应答 [ 14 ]。当肠源性PAMP被肝巨噬细胞识别时，肝巨噬细胞会大量分化为M1型，主要产生IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎细胞因子介导免疫反应，进而加重肝损伤 [ 15 ]。
当肝脏中出现高水平的损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）时，会强烈促进促炎因子释放，进而导致免疫反应失调，诱发巨噬细胞自噬和肝脏细胞凋亡，最终导致显著的肝组织损伤 [ 16 ]。
2.2 脓毒症时肝功能不全对肠道环境的影响：
肝脏是调节机体防御的主要部位 [ 17 ]。在脓毒症的急性期，活化的自然杀伤性T细胞（natural killer T cell，NKT）产生干扰素（interferon，IFN）、IL-1β、IL-8和TNF等炎症介质，上述介质在肝脏中积累，介导免疫反应从而加重肝细胞损伤 [ 18 ]。在脓毒症期间，肝损伤可从单纯的肝细胞功能障碍迅速发展为暴发性肝衰竭 [ 19 ]。肝功能障碍伴随着炎症细胞因子的增加及细菌清除和胆汁酸（bile acid，BA）排泄的受损，这会引起肠道微生物群移位并导致肠道环境紊乱，进而影响其他器官，最终引起严重的全身性炎症反应 [ 20 ]。
脓毒症时肠上皮细胞（intestinal epithelial cell，IEC）凋亡增加，肠道屏障受到破坏，导致肠道环境紊乱，从而导致肠道细菌及其代谢产物更容易迁移至肝脏，激活并加剧肝脏免疫损伤 [ 21 ]。而在肝功能障碍时，炎症细胞因子水平升高，细菌清除能力受损，紧密连接和相关蛋白的变化共同导致肠道功能障碍及肠壁屏障破坏，形成恶性循环，不断加剧肠道环境紊乱和肝功能障碍 [ 22 ]。因此，更好地了解脓毒症诱发的肠道环境紊乱可能有助于阐明SALI的相关病理生理机制，并为新疗法奠定理论基础。
3 肠道环境紊乱诱导SALI的机制研究进展
由于肝脏与肠道的解剖关系特殊，肠道环境紊乱被认为是SALI的关键机制之一 [ 23 , 24 , 25 ]。
3.1 肠道环境紊乱促进肝损伤的分子及细胞基础：
单层上皮细胞在肠道中作为一种选择性屏障，能防止有害的潜在病原体、毒素和抗原从肠腔转移至血液循环及肠系膜淋巴结 [ 26 , 27 , 28 ]。紧密连接维持肠屏障功能 [ 29 ]，并通过多个膜内蛋白家族〔紧密连接蛋白（claudin）、闭锁蛋白（occludin）、紧密连接相关蛋白（tricellulin）、结缔黏附分子（junctional adhesion molecule，JAM）、细胞间连接蛋白（zonula occludens，ZO）、肌球蛋白轻链〕与细胞内细胞骨架相连，有助于弥合细胞间空隙 [ 30 ]。在脓毒症期间，升高的炎症因子通过调节claudin-2、claudin-5、JAM、occludin和ZO-1的蛋白表达进而改变肠道通透性 [ 22 ]。肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）的激活可以增加IL-6、TNF-α和IL-1β水平，此外，MLCK不仅可调节肌球蛋白调节性轻链的磷酸化从而改变细胞旁通透性，最终关闭或打开紧密连接 [ 31 ]，还可通过部分改变ZO-1和occludin导致MLCK在前馈机制中被激活 [ 32 ]。
脓毒症时IEC凋亡会导致绒毛长度减少 [ 33 ]。绒毛长度减少又与肠道通透性增加、IEC凋亡增加相关 [ 34 ]。炎症细胞因子会引起黏液层的改变，如厚度减小、管腔覆盖范围缩小、黏附性差，进一步导致肠屏障功能受损 [ 35 ]。炎症细胞因子水平的升高还会导致肠道细胞凋亡和高通透性，肠道环境紊乱及炎症反应的扩展 [ 36 ]，最终导致肝损伤和全身性炎症。
3.2 BA在肠道环境紊乱中的作用：
BA由肝脏合成后分泌至肠道并调节肠道菌群的组成 [ 37 ]，肝功能不全时，BA水平的升高会介导免疫反应的发生，从而促进肝细胞发生凋亡、坏死等一系列反应，导致肝纤维化和肝硬化 [ 38 ]。BA是其中关键的信号转导分子，BA的调节作用由法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）和G蛋白偶联受体共同调节 [ 39 ]。BA也能活化FXR，并使成纤维细胞生长因子15（fibroblast growth factor 15，FGF15）表达增加，而FGF15能够减少肝脏中胆固醇7α-羟化酶（肝脏中BA合成的限速酶）的表达，降低BA水平。正常情况下BA不仅可以使肠道对内毒素的通透性降低，还能够在一定程度上发挥抗菌效应。然而脓毒症时，肠道内细菌会促进BA解偶联，增加的BA解偶联会降低胆汁的杀菌性能，导致细菌生长，从而进一步促进BA解偶联，并最终导致细菌移位和肠道环境紊乱 [ 40 ]。
综上所述，肠道菌群能够影响BA代谢从而促进SALI。脓毒症时，肠道环境紊乱也会因BA代谢的变化而进一步加剧，最终加重肝脏炎症损害 [ 40 , 41 ]。不过，BA代谢异常在SALI中的病理作用仍然不清楚，尚有待进一步研究。
3.3 肠道菌群改变在肠道环境紊乱中起重要作用：
脓毒症时，肠道微生态稳态受到破坏从而显著改变了肠道菌群的多样性和丰度，致病菌属丰度显著升高而共生菌属丰度显著下降是最直观的表现 [ 42 ]。肠道生态失调，可能会破坏肠屏障并增加通透性 [ 43 ]。Schnabl和Brenner [ 44 ]研究表明，肠道菌群的失调不但能够加速肠上皮紧密连接的破坏，而且还会导致IEC增殖与凋亡之间的平衡被打破。脓毒症时肠道菌群失调，肠道产物得不到有效处理被直接运输至肝脏，这无疑加剧了肝脏的炎症反应。肠道功能异常的另一临床相关后果是血流动力学紊乱和炎症风暴，这是由肠道细菌转移至腹膜腔和全身循环引起的 [ 45 ]。
因此，肠道微生物群失调导致的肠道环境紊乱加剧了免疫炎症反应，并导致机体发生多器官功能衰竭和死亡。
4 SALI的治疗研究进展
4.1 靶向肠道微生物治疗：
益生菌能保持肠道环境稳定 [ 46 ]。Morowitz等 [ 47 ]研究显示，在脓毒症小鼠模型中，益生菌可以减少全身炎症。Kvakova等 [ 48 ]也同样认为，益生菌能够维持肠道菌群的稳态进而修复肠道微生态。然而，Yelin等 [ 49 ]曾报道益生菌转移至患者血液中并导致菌血症的案例。总之，微生物制剂在临床应用的利弊尚存争议，未来仍需开展大规模、多中心的临床试验来进一步明确其安全性和有效性。
粪便微生物移植（fecal microbial transplantation，FMT）可以降低脓毒症小鼠的死亡率 [ 50 ]，这与产丁酸拟杆菌的传播、病原体清除的改善及通过IFN-3恢复宿主免疫力有关 [ 25 ]。李素彦等 [ 51 ]的研究证实，FMT可明显逆转由LPS诱导的大鼠门、科、属水平的肠道菌群结构失衡。因此，FMT可能是治疗脓毒症的一种选择，但是必须进行供体筛查以防止其他致病菌传播。
靶向吸附材料是脓毒症一种可能的治疗策略。吸收性材料可以维持肠道环境稳定，从而减少肠道菌群移位及细菌产物进入血液循环和肝脏，减轻了内毒素诱导的肝脏的免疫反应，也在一定程度上减弱了SALI和全身性免疫损伤。
4.2 高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）治疗：
一项研究表明，HDL能够中和LPS并通过HDL受体介导的小鼠LPS摄取来加速LPS清除 [ 52 ]。HDL颗粒上的许多载脂蛋白（apolipoproteins，Apo）在清除内毒素以预防感染方面起着至关重要的作用。例如，当LPS与ApoAⅠ或Apo E结合时，机体对LPS的炎症反应受到抑制 [ 52 ]，但ApoAⅡ和ApoCⅠ与LPS结合时炎症反应显著增强。在一项针对63例严重脓毒症患者的研究中，第1天HDL<200 mg/L且Apo AⅠ<1 000 mg/L的患者由脓毒症引起的30 d病死率增加，ICU停留时间延长，医院获得性感染发生率增加 [ 53 ]。有研究表明，输注充足的HDL可减轻大鼠肺、肝和肠中内毒素诱导的组织损伤 [ 54 ]。因此，HDL可能成为未来脓毒症预防和治疗的重要靶点。
4.3 抗炎治疗：
除了传统的运用抗菌药物治疗外，针对信号通路的抗炎治疗逐渐进入人们视野。据Yu等 [ 55 ]报道，右美托咪定通过激活腺苷酸活化蛋白激酶/沉默信息调节因子1（adenosine monophosphate-activated protein kinase/silence information regulator 1，AMPK/SIRT1）信号通路增强自噬进而减轻SALI。Fan等 [ 56 ]研究证明，锦葵素通过调节核因子E2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）和NOD样受体蛋白3（NOD like receptor protein 3，NLRP3）通路，抑制细胞凋亡和自噬，从而减轻LPS诱导的小鼠急性肝损伤。Senousy等 [ 57 ]的研究证实，α-胰凝乳蛋白酶通过抑制Toll样受体4/核转录因子-κB（Toll-like receptor 4/nuclear transcription factor-κB，TLR4/NF-κB）通路保护大鼠盲肠穿刺结扎诱导的SALI，并增加存活率。
5 总结
综上，SALI的机制复杂，可导致患者不良预后。肝损伤与炎症、氧化应激等多种因素相关，其中肠道环境紊乱在此病理过程中扮演着重要角色。然而，"脓毒症-肠道环境紊乱-肝损伤"这一过程中所涉及的分子机制复杂，仍有待进一步研究。本课题组针对SALI，从现象到病理机制进行了系列研究，以期为SALI的治疗提供新的理论基础和潜在的治疗靶点。
引用：王添未,于海龙,於江泉,等. 肠道环境紊乱对脓毒症相关肝损伤发生发展的机制研究进展[J]. 中华危重病急救医学,2024,36:(06)：660-663.
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