张静冯哲刘鹏张晓刚刘学民王博吕毅
摘要
肝移植术后并发症是影响手术成败和患者预后的重要因素，肠道菌群参与人体免疫活化及能量代谢，并与宿主健康疾病状态密切相关。作为肠-肝循环的重要媒介，肠道菌群的稳态将直接影响肝脏系统的结构和功能，并在肝移植患者疾病状态中发挥一定作用。此外，移植手术本身伴随的肠屏障功能减退、免疫功能抑制等又进一步加重致病菌与优势菌比例的失调和菌群移位的发生。基于此，本文系统综述了肝移植患者术前及术后肠道菌群的变化特点，分析菌群变化与肝移植术后并发症的关系，强调恢复菌群结构治疗对于改善移植术前状态、增强受者手术耐受程度以及预防术后并发症发生的重要性。旨在为未来临床肝移植的进一步发展、并发症预防提供参考。
肝移植；肠道菌群；肠屏障功能；细菌移位；菌群失调；内毒素；炎症因子；炎症损伤；术后并发症；感染；急性排斥反应；缺血-再灌注损伤
自上世纪60年代问世以来，肝移植术已成为终末期肝病患者唯一有效的治疗手段，给肝硬化失代偿期、肝衰竭等既往保守治疗无效的患者带来福音[1]。然而与此同时，术后感染、排斥反应、胆道狭窄等并发症的发生率仍然很高，各中心报道在40%~80%不等[2]，严重影响了患者的长期预后，导致存活时间缩短。其中由于缺血造成的胆道狭窄即胆管非吻合口狭窄，被认为是肝移植术后最严重的并发症，常表现为进行性移植物功能丧失，临床处理十分棘手。现有研究认为供器官的质量、冷或热缺血时间、外科手术操作、抗排斥治疗等与移植术后患者的预后密切相关。但截至目前，相关的具体机制尚不清楚。
肠道菌群作为人体最大的“器官”，其细菌总数超过/g，携带基因数量达人类基因总数的倍，不仅在宿主物质代谢、能量转化、免疫应答等活动中发挥作用，更与人类的健康和疾病状态息息相关[3]。既往研究表明，肠道菌群参与人类肥胖、糖尿病、炎症性肠病等疾病发生，还作为“肠-肝轴”的重要组成部分，直接或间接影响肝脏的结构和功能，参与非酒精性脂肪性肝病、肝缺血-再灌注损伤(IRI)、肝硬化肝功能失代偿等病理生理过程[4]。由于术前终末期肝病状态、术中无肝期血流阻断、术后免疫抑制剂应用等多重因素的存在，肝移植受者的肠屏障功能较一般患者损伤更重，细菌移位或过度生长的概率更高，而这种错综复杂的菌群改变反过来又能加重免疫功能紊乱和炎症反应扩散，诱发或加重肝移植术后的各种并发症。
本文拟从肠道菌群出发，分析并总结其在肝移植受者术前及术后的一系列变化，并简要阐述其与肝移植术后并发症的关系，旨在为未来肝移植术后并发症的研究及预防提供参考。
1肝移植术前肠道菌群状态就当前而言，终末期肝病肝硬化患者仍然是我国乃至世界范围内等待移植的主要人群，因此研究移植术前患者肠道微生态特点实际上主要针对肝硬化患者。正常情况下，在分泌性黏液、肠上皮细胞、皮下免疫微环境的共同屏障作用下，肠道菌群与宿主互利共生，共同维持人体微生态稳态。肝硬化时，门静脉高压导致肠道血流阻滞，肠黏膜淤血、缺氧，上皮细胞水肿脱落，肠道机械屏障功能受损[5]。据统计，50%的肝硬化患者可伴有肠黏膜炎症样改变，并且随着肝硬化病情的加重，门静脉高压性肠病的发生率也随之增加[6]。此外，肝硬化肝功能不全时，肠黏膜分泌性免疫球蛋白(secretoryimmunoglobulinA，sIgA)、防御素、溶菌酶等抑菌物质分泌减少，肠上皮淋巴细胞的增生能力减退，免疫屏障功能受损。综合因素作用下，肠内过度生长的致病菌易穿透肠壁，发生菌群移位。大量的内毒素释放导致炎症因子级联释放，诱发或加重全身炎症反应[6-10]。事实上，现有研究已证实肝硬化肝功能失代偿的患者肠道致病菌的比例明显增高，菌群移位率达到25%~30%，而细菌过度生长的情况更是达到61%[11-12]。此外，有研究利用高通量测序对肝硬化患者粪菌群结构进行全面分析时，发现肝硬化患者肠道潜在致病菌如链球菌、韦荣球菌和肠杆菌比例明显增加，而毛螺菌显著减少，并且毛螺菌科比例与患者肝功能Child-Pugh评分呈显著负相关[13]。进一步研究还发现肠道菌群结构改变与肝硬化患者自发性细菌性腹膜炎、肝性脑病等并发症的发生密切相关[13-14]。由此说明，肝移植术前患者肠道微生态状态与宿主的肝功能和一般状况密切相关，而术前机体状态又直接关系到患者对手术的耐受程度。动物实验发现，与正常大鼠相比，合并肝硬化的大鼠肝移植术后肠道菌群移位发生率更高，而术后菌群比例的恢复速度更慢[15]。临床实验也发现，移植术前伴有菌群失调的肝硬化患者，术后发生早期感染的风险较对照组明显增加。提示肝移植术前的菌群状态对患者预后影响较大[16]。因此，纠正术前菌群失调问题或在一定程度上帮助患者更好地耐受手术、提高手术成功率。
2肝移植术中肠道菌群变化肝移植术中门静脉、下腔静脉的阻断，势必导致肠系膜血管回流受阻、肠道血流淤滞。无肝期肠黏膜血流减少，肠上皮细胞有氧代谢异常，氧自由基堆积，最终导致上皮细胞损伤、黏蛋白和sIgA分泌减少，肠黏膜屏障功能减退。当血流开放后，缺血状态下的免疫紊乱和炎症反应进一步扩大，钙离子大量内流，引起前列腺素、血栓烷素、白三烯等物质产生，导致血管通透性增加、白细胞趋化，大量炎症因子的释放，引起上皮细胞离子通道失活、三磷腺苷(ATP)合成异常等，也可加重上皮细胞间紧密连接的松解[17]，进一步增加菌群移位的风险。此外，术中大量出血、肾上腺皮质激素应用等因素的存在，无疑也削弱了机体的免疫力，降低了宿主对致病菌侵袭的抵抗力，但关于术中肠道菌群失调及移位情况尚缺乏临床数据总结。
3肝移植术后肠道菌群变化研究发现，与术前相比肝移植术后患者肠道菌群结构也发生明显改变，不同的是柔嫰梭菌的比例更低，而肠杆菌、肠球菌等潜在致病菌的增加更明显。这种肠道菌群的失调随术后时间延长逐渐恢复，大部分细菌接近正常比例，然而长期随访发现，部分患者肠球菌的比例至术后两年仍明显高于正常人，提示肠球菌的变化可能与肝移植预后相关[18]。关于免疫抑制剂的应用，动物实验显示免疫抑制剂(包括他克莫司和环孢素)的使用可降低线粒体的活性，损伤肠上皮细胞，增加肠道通透性，使细菌移位的发生率增加。但是对肝移植患者长期预后随访研究发现，后期免疫抑制剂的应用并没有明显增加细菌移位的发生率，也没有发现循环血内毒素水平明显升高[19]。
4肠道菌群与肝移植术后并发症4.1肝移植术后急性排斥反应
急性排斥反应是肝移植术后最常见的并发症之一，同时也是引起早期移植物失功的主要原因，目前临床发生率仍可达到30%~70%[20]。现有研究认为，术后肠道细菌移位可能参与免疫排斥发生。与此同时，排斥反应本身伴随的潘氏细胞、抗菌肽的减少，以及肠黏膜细胞连接的损伤也会导致肠道微环境的紊乱、继发性菌群失调。Xie等[21]曾通过异基因大鼠肝移植构建急性排斥反应模型，发现与对照组移植大鼠相比，急性排斥反应大鼠伴有明显肠道菌群比例失衡，表现为瘤胃球菌和毛螺菌的减少，而潜在致病菌如肠杆菌、拟杆菌比例增加。此外通过围手术期益生菌干预异基因肝移植大鼠，发现干预组大鼠肝组织损伤、炎症因子水平较未干预组明显降低。此外，Ren等[22]发现肝移植术后发生急性排斥反应的大鼠存在菌群多样性降低，伴随厚壁菌门的减少和拟杆菌门的增加，可表现为柔嫩梭菌、乳杆菌明显下降，而鲍氏梭菌(clostridiumbolteae)细菌显著增加，且菌群失调的同时，伴有肠道上皮细胞的损伤。这些研究均提示肠道菌群与肝移植术后急性排斥反应密切相关，虽然两者具体因果关系尚不明确，但是通过纠正菌群失调确能改善宿主肝脏炎症损伤，说明菌群的改变可能是移植术后发生急性排斥反应的潜在标识，针对性菌群干预可预防肝移植术后排斥反应损伤。
4.2术后早期感染
关于肝移植术后早期感染与肠道菌群的关系很早受到重视，术中门静脉阻断、术后免疫抑制剂应用，均可导致细菌移位，严重时发生脓毒血症，降低术后患者存活率。事实上，术前伴有肠道菌群紊乱的肝硬化患者，移植术后早期感染发生率更高。术前积极肠道准备、预防性使用抗生素确实能一定程度上降低术后感染的发生。然而值得注意的是，过量使用抗生素，不仅会诱发或加重肠道菌群紊乱，更有可能加剧耐药菌株的生长，造成难以控制的耐药菌感染，同样能危及患者生命。有研究发现，与对照组相比，围手术期连续使用抗生素以控制肠道厌氧菌生长的患者，移植术后感染发生率并无明显差异。目前，关于肠道去污处理能否切实预防术后感染发生尚存争议。Rayes等[23]证明，通过早期益生菌的补充治疗可以有效地预防肝移植术后感染的发生，并且安全性较为可靠。
4.3缺血-再灌注损伤
在肝移植手术过程中，供肝的获取保存、无肝期血流阻断及再开放，不可避免会发生IRI，而缺血相关炎症反应与肝移植术后受者肝功能异常、胆道并发症等密切相关，是影响肝移植术后存活率的重要因素。现有研究发现，在恢复血供早期，粪标本分析确实表现出一定程度的菌群失调和移位增加，肠道的双歧杆菌和乳酸菌明显减少伴随大肠杆菌和肠球菌显著增多，同时血清转氨酶和血浆内毒素水平明显增高，因而推测肝IRI可导致肠道微生态紊乱和肠道屏障功能损伤。随后，使用含有双歧杆菌和乳酸菌的益生菌来干预大鼠IRI模型，发现使用益生菌可明显降低血浆内毒素和转氨酶水平，减轻肝脏和肠黏膜结构损伤，促进肠道微生态的恢复，减轻机体炎症损伤。此外，对受体大鼠行缺血预处理操作，能减轻肠道屏障功能的损伤，还能促进肝移植术后肠道微生态的恢复，进而通过肠道微生态-肝脏轴的正反馈作用，进一步促进受体肝功能的改善[24]。因此，肠道菌群参与肝移植术中IRI，菌群的紊乱和失调会进一步诱发或放大机体的炎症损伤，造成以大量肝实质细胞凋亡坏死为特点的严重缺血性并发症。干预失调的肠道菌群和恢复正常肠道稳态，在修复肠屏障功能的同时，能抑制促炎因子的表达，增加机体对炎症损伤的耐受和抵抗，从而达到预防或减轻移植术后IRI的目的。
5小结随着对肠道菌群与人类疾病关系的认识逐渐深入和高通量测序技术的快速发展，肝移植术后不同状态下患者肠道菌群变化也被总结和发现，围手术期肠道菌群状态与肝移植术后并发症的关系也逐渐受到重视。分析现有文献，宿主的菌群结构尤其是术前菌群比例与移植患者预后、术后并发症的发生密切联系，具体体现在致病菌的过量生长、肠屏障功能减退、菌群移位在相关病理过程中作用显著。针对肝移植患者，围手术期合理使用抗生素、适当应用益生菌制剂以维持肠道正常细菌稳态，不仅能改善患者术前一般状态，还能预防肝移植术后并发症的发生，改善患者预后。
作者单位： 西安医院肝胆外科西安交通大学先进外科技术与工程研究陕西省再生医学与外科工程技术研究中心
通讯作者：吕毅，Email：luyi
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