181期肠外营养相关性肝脏疾病肠道微

?综述?

肠外营养相关性肝脏疾病：肠道微生物的作用

宁琪琪译；朱跃科审校

（MonikaCahovaetal；ParenteralNutrition-AssociatedLiverDisease:TheRoleoftheGutMicrobiota.Nutrients.，9;：1-19）

：肠外营养（PN）在通过肠内途径提供的热量不能满足生物体需要的情况下提供了挽救生命的营养支持。然而，PN存在严重的不良反应，包括肠外营养相关性肝病（PNALD）。与PN相关的肝损伤的发生是多因素的，包括非特异性肠道炎症、肠道通透性受损、及与肠道细菌移位增加相关的屏障功能、原发性和继发性胆管炎、胆石症、短肠综合征、肝胆循环障碍、肠内营养缺乏（蛋白质、必需脂肪酸、胆碱、甘氨酸、牛磺酸、肉毒碱等）和营养混合物本身（葡萄糖、植物甾醇、锰、铝等）的毒性。最近，越来越多的研究表明，这些因素中的一些与肠道微生物生态失调直接或间接相关。在这篇综述中，我们了PN引起的微生物组的分类和功能组成的变化。此外，我们还讨论了肠外营养期间的免疫细胞和微生物串扰，以及其对PNALD发生和进展的影响。最后，我们提供了关于利用益生元治疗或缓解PN相关的肝脏并发症的最新进展的概述。

引言

肠外营养（PN）为那些通过肠内营养无法或者不能提供生物体如肠道不成熟的早产新生儿、需要大规模肠手术处于围手术期的患者或短肠综合征（SBS）患者提供了挽救生命所必须的热量。PN为那些无法喂养的患者保持瘦体重、提供免疫功能支持、并减少患者代谢并发症的发生。尽管如此，PN的确有严重的副作用，其中之一是肝功能恶化。PN诱发的胆汁淤积一般是指在临时性或永久性肠衰竭患者中通过静脉营养给药的情况下发生的肝病。通常用于描述病症的其他术语是肠外营养相关性胆汁郁积（PNAC）和肠衰竭相关性肝病（IFALD），但最常用的是肠外营养相关性肝病（PNALD）。PNALD的临床表现（包括脂肪变性、胆汁淤积、胆囊淤积/结石、肝纤维化和肝硬化）可以单独发生或合并发生。脂肪变性（定义为肝细胞中的脂肪堆积）在肝功能测试中可表现为轻度至中度升高，而这通常是良性的。胆汁淤积是胆汁分泌受阻或梗阻的结果，与碱性磷酸酶、γ-谷氨酰转移酶和结合胆红素升高有关。

关于完全依赖于肠外营养的儿童和成人患者（TPN）发生PNALD的发病机制有一些差异。40%-60%的婴儿发生胆汁淤积，40%-55%的成年人发生脂肪变性，而成人和儿童则都出现了胆汁淤积和胆石症。儿童TPN患者（早产儿）通常表现为早产（转化不良，缺乏胱硫醚酶等）和肠道长度25cm，而坏死性小肠结肠炎通常是肠道衰竭的原因。儿童TPN患者（早产儿）通常表现为早产（转化不良、缺乏胱硫醚酶等）和肠道长度25cm，而导致肠衰竭的原因通常是坏死性小肠结肠炎。此外，生长所需的高能量（80-千卡/千克/天）与几个月内迅速发生PNALD相关。所有这些因素都使得儿童患者更容易受到PNALD/IFALD的影响。对于成年人来说，PNALD的历史以肝酶升高和伴随的脂肪变性为特征，而这可持续数年。并发症包括脂肪性肝炎、胆汁淤积性肝炎以及纤维化和肝硬化。相反，儿童型的PNALD的被认为是组织中发现胆汁淤积、门静脉纤维化、细胞周围纤维化、胆管增生、色素性枯否细胞和非进行性肝硬化。儿童的危险因素包括缺乏牛磺酸、摄入的热量及脂类过多（3.5g/kg/day，主要是ω-6脂肪酸）、植物固醇、肠道炎症、导管感染和缺乏回盲瓣。在成年人中，危险因素包括胆碱缺乏、热量过多、脂类过量1g/kg/天、植物固醇、肠道炎症、小肠细菌过度生长以及缺乏回盲瓣。在两组中，败血症是一个重要的并发症。儿童和成人患者这两种PN依赖性肝脏损害的病理机制的详细差异超出了本文的范围。更多的信息可以在一些优秀的近期评论中获取。

无疑，尽管PNALD的发病机制是多因素的，但其特殊作用可能是由于肠功能受损所致。这包含了人体中大多数的免疫细胞并且代表了与环境中抗原接触的最大区域。肠道微生物在肠道发育和维持人体内环境平衡中维持起着重要作用。在人体内，肠道微生物约由0种组成，估计其基因组超过人类基因组的倍。这是对免疫系统的主要刺激，促进了许多生理功能的发挥。肠道微生物群是抗原呈递细胞中最丰富的群体。基于上述事实，可以认为肠道微生物组成和功能的根本改变是由于改用全胃肠外营养而导致对肠道的不利影响，并且这对PNALD的发展有着重大贡献。

PN和肠微生物菌群

关于PN的包含物中肠道微生物菌群的组成的数据是从以下三种不同设置中获得的：动物模型（小鼠、大鼠和小猪）、新生儿（大部分早产儿）以及丧失大部分功能性肠道并且不能通过肠内途径进食的成年患者。尽管PN在所有情况下都存在，但是这些组中的每一个都具有强烈影响微生物组成的特征（参见图1略）。

成年动物模型

在大鼠中，Hodin等人认为在进行PN14天后，PN喂养组和对照组的大鼠每克肠腔内容物中的总细菌数量没有差异；然而，细菌种群的组成显著改变。厚壁菌的丰富度下降，而类杆菌的丰富度在组间没有差异。因此，PN组大鼠这两门细菌显著转向拟杆菌。在小鼠模型（进行5天的PN喂养）中，Miyasaka证明，在门的水平上，对照小鼠的小肠中绝大多数与粘膜相关的细菌是厚壁菌。然而，在PN组中，优势门是变形杆菌和拟杆菌。在属类水平上，PN组小鼠的细菌中具有更多的沙门氏菌属、埃希氏菌属、变形杆菌属和类杆菌属。这些属常与临床感染相关，可能表明肠道微生物群落内发生病理状态的改变。此外，肠内营养的剥夺导致大肠和小肠的多样性丧失。类似表明从厚壁菌类转移到拟杆菌转变的结果也被一个独立的小组报道。所有这些模型的一个共同特点是在整个实验期间全面剥夺了肠内营养。

新生儿：人类

在早产新生儿中，未成熟的肠道更易受到肠蠕动减弱、免疫反应不良、胃肠道保护性分泌物减少、消化吸收功能减弱、肠上皮通透性增加的影响。在一项前瞻性的双中心研究中，Parm等人比较了肠内和肠外营养喂养对早产新生儿肠道定植菌模式的影响，这些患儿有发生迟发性败血症和坏死性小肠结肠炎的风险。PN与革兰阳性和革兰微生物易位的减少相关。在接受PN的新生儿中，白色念珠菌定植更频繁。尽管潜在致病微（例如肠杆菌和肠球菌）生物对粘膜有更大的定植作用，但是与PN方案相比，肠内喂养方案与早发新生儿中迟发性败血症和死亡率较低相关。粪肠球菌是人肠道乳酸菌中主要的免疫调节剂，能够抑制宿主参与炎症反应的免疫基因的表达。因此，在未成熟肠道的情况下，由于抑制了特定的Toll样受体（TLR）信号途径，一些肠球菌定植可能是有益的。然而，Parm等人得出的结论是有限的，因为他们的研究仅包括三级新生儿重症监护下的个体，所有参与者至少接受一种但通常更多的抗生素，所有这些都可能显著影响肠道微生物组成。

新生儿：动物模型

在对照动物模型实验中，研究PN对新生儿肠道定居的影响。与PN猪相比，经肠喂食的仔猪表现出更高的细菌多样性、更高的细菌浓度（CFU/g），并增加了肠道所有节段的定植。肠道细菌向组织或血液的转移在两组中相似。经PN喂养的仔猪有表达毒素的艰难梭菌菌株的定殖中具有较高的风险。使用相同的模型，但使用了不同的细菌分类群鉴定方法（16SrRNANGS测序与DGGE分析），Deplancke发现肠内和肠外喂养的小猪的回肠的细菌群落结构同样复杂；然而，根据营养的模式聚集成簇。机会性病原体产气荚膜梭菌以及粘液相关细菌特异性地富集在依赖PN的动物的肠内。PN组样品中能够使用硫酸化单糖的细菌也更丰富。

最新由Lavallee等人发表的研究表明不仅PN本身，而且脂质成分的类型也会影响新生儿的微生物组成。正如预期的那样，PN依赖型仔猪的肠道微生物组成与用母猪乳喂养的不同，但是根据在营养混合剂中的ω-3或ω-6PUFA的含量，微生物群进一步聚集。同喂养富含ω-6多不饱和脂肪酸组的仔猪相比，喂养富含ω-3多不饱和脂肪酸的PN组与母猪乳喂养的仔猪更相似。富含ω-6多不饱和脂肪酸组在变形杆菌的增加方面显示出更高的特殊性和显著性，尽管富含ω-3组的肠杆菌增加更加显著。这项研究的局限性在于抗生素治疗仅施用于表现出脓毒症迹象的小猪，但是并非全部施用于整个队列。然而，这一创新研究指出了PN的一个意想不到的现象，即肠道菌群与营养混合物中脂类成分的相互作用。

小肠切除术患者：肠内营养对肠道缺乏

所有上述治疗或实验环境的共同点是没有肠内营养，这使得肠道微生物群处于急剧营养退缩状态。没有动物研究比较单独应用PN或PN与肠内营养联合应用的效果。Ralls等人发表了一项有趣的研究，比较了手术切除后获得部分剥夺肠内营养和肠内剥夺的小肠微生物多样性和微生物特征差异。这项研究的限制是所用样本的数量少和患者人群的高度异质性。但是，一些有价值的信息仍可获得。尽管只发现了喂食组和肠内营养组之间微生物群落的部分分层，但与其他肠内剥夺组（肠杆菌、志贺氏（杆）菌、克雷白氏杆菌、梭菌属）相比，一些组在某些肠道菌群方面更加丰富（葡萄球菌、假单胞菌、弯曲杆菌、丙酸杆菌，华丽单胞菌）。肠道微生物多样性的低水平与术后发生肠源性感染密切相关，这一发现在肠道微生物多样性水平低的患者中被证实。

成人SBS患者：特殊的的肠道环境

诊断为短肠综合征（SBS）的患者是一个完全依赖胃肠外营养的特定人群。SBS发生在广泛切除短肠的患者身上，留下的肠不足cm。这些患者对水、电解质和营养素的吸收能力严重下降，而需要静脉补充维持生命机能。肠切除术后的一般适应症包括代偿性食欲过剩，肠道其余部分的粘膜重塑以及微生物群的大量改变。与先前描述的患者组和动物模型相反，这些受试者口服摄取食物，由此向消化道的残余腔提供大量但是消化不良的基质。除了过量的营养输送之外，SBS患者的肠道生态系统也以其他方式被改变。已经显示患者的粪便pH值低于对照组，与正常实验室的pH范围（pH=6-pH=7）相比，在II型SBS患者中粪便的平均pH约为5.6。酸性pH创造了一个特定的环境，有利于耐受低pH的微生物。在SBS患者中，可能由于残留的小肠和结肠的长度较短，氧气水平变得太高，因此不利于厌氧细菌生存，而利于耐受性更强的兼性厌氧菌。肝肠循环的破坏可能导致胆汁酸代谢紊乱，并且利于对胆汁酸耐受的微生物群生存。

成人SBS患者：微生物群组成

在原始研究发现中描述SBS患者微生物组是非常一致的。与健康对照组相比，SBS患者的共同特征是微生物群多样性显著减少，这与剩余的小肠长度和PN依赖时间呈正相关。SBS患者拥有特定的粪便微生物群，富含乳酸杆菌/明串珠菌菌群而缺乏厌氧微生物，尤其是梭菌科的微生物群。这种微生物群的一个特征是其高丰度的变形杆菌，特别是肠杆菌科。变形杆菌的扩增可能与营养供应的改变有关，因为变形杆菌可以代谢的底物种类更广泛（包括氨基酸），因此比其它门属更灵活。已经有报道表明了黏膜和肠道内容物中类杆菌（Bacteroidetes）的减少。SBS患者微生物群的重要特征是厚壁菌群的改变。厚壁菌是健康肠道微生物群的主要门。在SBS患者中，这个门仍然是非常丰富的，但一些可以产生丁酸的菌，如毛螺旋菌科，疣微菌科等，几乎没有。

SBS患者的严重生态失调对粪便代谢组产生了显著的影响，严重影响了宿主代谢。大分子向代谢物的生物转化由各种功能团的细菌进行，产生代谢性营养链。在SBS患者中，营养链和发酵终产物由乳生菌生产，而这与健康菌群所产生的不同。对碳水化合物发酵乳酸杆菌/明串珠菌属占有优势，利用乳酸的厌氧菌的消耗导致D-乳酸和L-乳酸的过度形成。Mayeur等人的研究表明单独的乳酸菌组合物预测特定的SBS患者的粪便中是否会有D-乳酸积累。在健康人体中，肠道菌群产生的乳酸不在粪便中积累，但易被肠细胞吸收或转化为其他代谢产物，尤其是短链脂肪酸（SCFA）。此外，在健康人体中，D-乳酸可以在肝脏中有效代谢，因此从循环中被消除。频繁经历肝功能损害的SBS患者乳酸酸中毒和D-乳酸脑病的风险增加。微生物组成发生重大变化尤其是丁酸产生菌的消除的另一个后果是SCFA产量的显著下降。这种SCFA短缺可能会对肠道免疫系统、肠壁完整性和内分泌信号传导产生多重的影响。

PN与免疫系统

肠道菌群严重地影响着宿主的免疫系统。许多微生物产物（包括蛋白质、多糖和激活模式识别受体的分子）激活Toll样受体（TLRs）和NOD样受体（NODs）并刺激粘膜免疫系统。肠道微生物群在粘膜和全身免疫成熟中具有不可替代的作用。它还能促进肠粘膜中的耐受性状态（刺激Treg淋巴细胞、减弱NF-κB信号传导等），并启动阻止细菌过度生长（诱导IgA分泌）的机制。一些共生体甚至自己产生靶向性的抗微生物肽。健康的肠道微生物菌群为寄主提供了病原体进入的物理屏障，并刺激其产生各种抗菌化合物。

微生物和TLR信号

由于长期进行PN所导致的多样性丧失对免疫功能有一些不利影响。通常强大的共生物的灭绝促进了由于竞争性排斥的消除而引起的致病性菌株的扩大。例如，在PN患者肠内发现的变形杆菌包括大肠杆菌、沙门氏菌、耶尔森氏菌、螺杆菌和弧菌等机会性病原体，所有这些都与感染有关。同时，在PN相关的微生物群中，通常那些可以刺激免疫耐受的一些有益共生菌表达不足。肠道中微生物群的变化（特别是许多表达TLR配体的变形菌的富集）和MyD88依赖性TLR信号传导的激活被怀疑是导致PN相关肠粘膜促炎状态的原因。然而，由肠上皮细胞TLR信号缺陷的小鼠模型获得的结果是矛盾的。几位研究者已经证明了MyD88-靶向缺失在肠上皮细胞中的保护作用。MyD88删失抑制了自发性结肠炎模型（SHP-2IEC-KO小鼠）中结肠炎的发展，挽救了杯状细胞/中间细胞的比例并阻止NFκB超活化和炎症反应。在饮食诱导的肥胖模型中，MyD88基因敲除小鼠表现出抗炎的内源性大麻素、抗菌肽的产生和肠调节性T细胞的增加，对饮食引起的肥胖、糖尿病和炎症有部分保护作用。因此，增强的MyD88信号传导（在肠上皮中表达组成型活化形式的TLR4的C57Bl/6小鼠）导致细菌异位增加、上皮屏障功能受损、抗微生物肽基因表达不同以及上皮细胞分化改变。相反，Frantz等人报道，上皮MyD88信号传导的丧失引起以下作用：粘液相关细菌的数量增加；细菌易位至肠系膜淋巴结；减少透粘膜电阻；粘液相关抗菌活性受损和下调的聚合免疫球蛋白受体（上皮型IgA转运体、黏液素-2和抗菌肽RegIII和Defa-rs1的表达。这些小鼠也更容易受到实验性结肠炎的影响。MyD88信号也被证明能够刺激胃肠运动并促进肠上皮细胞的分化。这些相互矛盾的结果表明（i）过低和过高的TLR4信号传导可以促进肠道炎症和（ii）肠道微生物群与免疫系统之间的相互作用是复杂的。需要进一步的研究为了更好地理解这些因果关系。

菌群与肠道巨噬细胞

固有免疫细胞中一个重要群体是肠道内巨噬细胞，它在维持胃肠道动态平衡中发挥着核心作用。肠巨噬细胞组成性产生IL-10，其是促进Treg细胞分化和维持的主要抗炎细胞因子之一。它们对TLR刺激也低反应性，LPS刺激后不易分泌促炎细胞因子。肠道固有巨噬细胞有助于减弱对各种细菌和食物抗原的免疫反应，同时在肠道中保持抗炎。最近的研究表明，循环和组织固有巨噬细胞（肺、脑、皮肤、肝脏）由不同胚胎来源的种群组成，在成年期也能独立维持稳定状态。肠巨噬细胞似乎是这个规则唯一的例外。在新生儿期，肠巨噬细胞来源于胚胎前体（卵黄囊和胎肝），但在成年期逐渐被常规造血后代（即Ly6Chi血液单核细胞）替代。这个过程发生在小肠和结肠，但受到不同机制的调节。在结肠中，肠道菌群的建立和共生源信号驱动了固有巨噬细胞的补给。因此，菌群可以通过TLR信号传导刺激巨噬细胞产生致耐受性IL-10或通菌群代谢物（丁酸、烟酸）激活肠巨噬细胞受体GPRa。这种设置有助于建立“免疫致敏”反馈回路，由此肠道菌群有助于促进循环巨噬细胞进入肠粘膜。这些巨噬细胞反过来创造一个可耐受的环境，促进这些细菌的生长。与结肠相反，小肠巨噬细胞的补充和IL-10产生不受肠道微生物群的调节，而是直接由膳食氨基酸调节。进行PN导致小肠中产生IL-10的巨噬细胞的数量显著下降。产生IL-10的巨噬细胞以及菌群组成向更具免疫原性的表型（富含TLR配体的变形杆菌）的转变可以对PN依赖性小肠中产生促炎症状态产生协同作用。据我们所知，没有关于PN对结肠巨噬细胞直接作用的数据。然而，我们所掌握的事实，即微生物组成的改变和促炎细胞因子产生的增加，至少表明了类似的情况。

菌群和潘氏细胞

潘氏细胞是粘膜免疫的重要组分。它们出现在小肠隐窝底部，是分泌型磷脂酶A2（sPLA2）、溶菌酶、α和β-防御素等具有抗微生物活性的小分子肽（AMPs）的主要来源。Paneth细胞通过MyD88依赖的Toll样受体（TLR）活化感受细菌，这触发了抗菌作用。在PN小鼠模型中，潘氏细胞的抗菌蛋白的表达与减毒微生物组成的变化（减少的厚壁菌；增加的拟杆菌和变形杆菌）、肠黏膜分泌物杀菌活性减弱、对大肠杆菌的肠内侵袭更敏感相关。Omata等人证明PN喂养导致sPLA2的分泌受到抑制并且细菌存活增加。综合这些数据，PN通过抑制Paneth细胞功能著地减弱先天性免疫反应。

菌群和B淋巴细胞

目前的范例假设抗体反应直接或间接通过TLR信号介导，并且依赖于细菌DNA、蛋白质和细胞壁成分与TLR受体的相互作用。不久前，Kim等人报道了肠道微生物群通过其发酵产物（SCFA）影响宿主抗体应答的新机制。膳食纤维摄入量与肠内IgA水平呈正相关。Kim等人测试了膳食纤维的主要发酵产物SCFA影响抗体产生的假设。他们发现在体外分离的小鼠脾脏B细胞中，SCFA通过增加乙酰辅酶A和调节代谢传感器增加了氧化磷酸化、糖酵解和脂肪酸合成。这反过来产生能量和构建模块来支持抗体的产生。同时，SCFA控制基因表达并表达了血浆B细胞分化所必需的表达分子。所有主要的SCFA（C2、C3和C4）的效果是可比的。在体内，喂食低膳食纤维（DF）饮食的小鼠与喂食高DF饮食的小鼠相比，对柠檬酸杆菌感染更敏感。在易感动物中，补充DF或丙酸（C3）增加宿主抗性和IgA枸橼酸杆菌的反应。

PNALD和胆汁酸代谢

胆汁酸代谢和功能

胆汁酸（BAs）由肝脏中的胆固醇合成为初级BAs，其中鹅去氧胆酸（CDCA）酸和胆酸（CA）为代表。初级BAs与肝脏中的牛磺酸或甘氨酸结合，并作为胆盐输出蛋白（BSEP，ABCB11）作为胆汁酸盐分泌到胆汁中。大约95%的BAs通过肠肝循环在小肠中被再吸收，而一小部分在被肠道菌群群进一步代谢之前转变为次级BAs，如脱氧胆酸（DCA）、尿脱氧胆酸（UDCA）和石胆酸（LCA）。在啮齿动物中，还合成了鼠李糖酸（MCA）酸。初级BAs和次级BAs有多种功能。首先，它们作为生理乳化剂促进膳食脂肪和脂溶性维生素的肠内吸收。其次，他们有直接的抗菌作用。第三，BA是调节宿主葡萄糖和脂质代谢以及能量平衡的有效信号分子。这种调节功能取决于BAs与特定受体（主要是类法尼醇X受体（FXR）和G-蛋白偶联受体（TGR5））之间的相互作用。然而，FXR和TGR5对各个BAs具有不同的亲和力，因为FXCA被CDCADCALCACA激活，并且TGR5被LCADCACDCACA激活。

胆汁酸与肠道菌群的相互作用

由于BAs的转化完全依赖于肠道菌群，因此BA受体激活的程度在很大程度上取决于菌群的组成。FXR是BA代谢的关键调节剂。活化的FXR通过两种机制抑制肝细胞中BA合成的限速酶CYP7A1。在肝细胞中，FXR与SHP（小的异源二聚体伙伴）形成异源二聚体以抑制CYP7A1的转录。在肠上皮细胞中，活化的FXR刺激FGF15/19的产生。这种细胞因子与肝细胞表面的FGFR4受体结合，从而抑制CYP7A1和BA的合成。Myiata等人的研究表明抗生素治疗通过抑制回肠中的FGF15表达来提高小鼠的肝脏BA合成，这证实了肠道菌群对BA代谢的潜在作用。FXR还通过调节BA转运蛋白的表达来调节肠肝脏BA循环。BAs的细菌修饰始于初级BA通过具有胆汁酸盐水解酶（BSH）活性的细菌降解，然后通过具有7-脱羟基酶和7-脱氢酶活性的菌群形成次级BAs。大量的细菌表现出BSH活性，使它们能够解离BAs。然而，有一些细菌属于梭菌XI和XVIa（表现出7-脱羟基酶活性），它可以催化去聚醚的脱氢。如上所述，BAs本身对细菌是有毒的。首先，他们有直接的抗菌作用。由于BAs的去污性能，促进细菌蛋白的解折叠和聚集，并触发氧化/亚硝化应激,可能会导致细菌膜破坏。其次，它们可能通过FXR活化间接影响细菌生长。在其他基因中，FXR控制Ang1、iNos和IL18的表达，其抵抗菌群过度生长或保护肠粘膜。活化的FXR刺激一种在胆管中具有活性的抗菌肽的表达。尽管如此，细菌对BAs的敏感性差异很大。BAs可以促进另枝杆菌、沃氏嗜胆菌、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特氏菌和拟杆菌等细菌的生长，从而阻碍其他共生菌群的生长。一些细菌具有BA耐受的能力，如一些乳酸菌、双歧杆菌和梭状芽孢杆菌。

胆汁酸和PNALD

在20世纪90年代，Ohkohchi等人报道，患有难治性腹泻的SBS儿童患者表现出粪便BA排泄显著增加和胆汁酸组成改变。他们还观察到初级胆汁酸占BAs总数的95%以上，而牛磺酸和甘氨酸结合的BAs仅占10%。在这些儿童中，胆汁酸的流失与剩余小肠实际吸收面积的减少密切相关，而正常菌群在残余肠道中的生长受到干扰。最近，使用动物模型研究了肠外营养、PNALD和BA代谢障碍之间的关系。在一个SBS-PNALD模型中，新生仔猪接受75%近端小肠切除，并仅通过胃肠外途径喂食。两周和六周后，观察到微生物群组成的显著变化，特别是梭状芽孢杆菌的丧失。这伴随着结肠中总体细菌多样性的降低以及胆汁、门静脉血浆和结肠内容物中初级BA-主导型态的转变。动物还表现出肝纤维化、脂肪变性和炎症。这些变化与肠中FXR活性的降低、肝脏中FXR信号改变和肝脏合成BA的增加有关。总之，这些数据表明，由于BAs毒性和FXR信号改变传导的直接生理效应，菌群生态失调后BA组合物的改变可能导致PNALD。

PN与肠屏障通透性

上皮屏障功能对于肠道保持对管腔内毒素、外来抗原和细菌的有效防御以及使上皮有效吸收营养物质是必不可少的。这样的防御机制需要一个完整的上皮层。脓毒症的发生率增加是依赖于长期肠外营养的患者常见的并发症，并且人们认识到由肠道内生存的菌群产生的生物体占这些感染的很大比例。年，Alverdy发现大鼠进行PN喂养可以增加盲肠内细菌计数，减少肠道的防御，从而显著增加了肠系膜淋巴结的细菌移位。在随后的几年中，上皮屏障功能的丧失被确定为是长期PN依赖相关的感染性并发症发生的关键因素之一。PN相关的上皮屏障功能丧失可能是由几个潜在机制导致的结果。首先，肠壁的形态改变和上皮细胞的功能受损。使用PN小鼠模型进行的研究揭示了其结构改变，包括小肠绒毛的萎缩、上皮细胞凋亡的增加和上皮细胞增殖的减少。其次，PN给药与促炎性细胞因子的产生增加有关，而体外研究表明，免疫细胞产生的细胞因子可导致肠粘膜通透性增加。尤其是，上皮内淋巴细胞中IFN和TNF表达的上调以及IL-10产生的减少已被证实为导致这种病理学的主要因素。最后，紧密连接蛋白在维持上皮屏障功能中具有重要作用。其中，ZO（1和2），紧密连接蛋白和闭锁蛋白是紧密连接的结构和功能组织中最重要和关键的组成部分。这些蛋白质调节离子和小蛋白质穿过肠壁的转运，而在进行PN时其表达下调。由于PN相关的促炎症状态导致的TNF信号传导的增加会导致结构蛋白ZO-1从紧密连接处解离并使屏障功能恶化。上皮屏障功能恶化的确切机制尚未完全阐明，但有强有力的证据表明，TLR信号的改变可能代表了PN诱导的肠渗透性改变与菌群组成变化之间的联系。

需要强调的是，所有上述结果都是从PN与完全的肠内营养剥夺相结合的模型获得的。肠内细菌可用的肠内营养的剥夺改变了确定菌群中优势菌种选择的压力。在相对饥饿的环境中，变形菌往往处于支配地位，而厚壁肠壁菌通常是主要的组群。Wildhaber等人的研究表明，有限的肠内营养（仅占总需求热量的25%）完全逆转了与肠外营养有关的不利表型（细菌移位的增加、促炎细胞因子的产生、肠上皮中T-亚群表现）。不幸的是，作者并没有确定菌群的组成，所以不可能辨别出这种有益的效果仅仅是由于向肠上皮细胞提供营养物质，还是与菌群组成的变化共同相关。

PN和Pro/Prebiotic治疗

我们最近的研究表明，依赖于全胃肠外营养的成人SBS患者的菌群体已经被厌氧丁酸盐生产者消耗掉了，而且在肠内容物中SCFA（尤其是丙酸盐和丁酸盐）的含量非常低。肠道菌群失调通常通过益生菌治疗，这种益生菌被定义为有活性的微生物，当给予剂量充足时，有益于宿主健康。有关用益生菌治疗术后炎症性肠病、抗生素相关性腹泻和坏死性小肠结肠炎并获益的结果已被报道。益生菌制剂中最常用的组分是乳杆菌属和双歧杆菌属的成员，并且它们的使用通常是安全的。尽管如此，在SBS儿童使用益生菌的情况下，有益结果和不良反应都被报道。唯一可用的关于益生菌（鼠李糖乳杆菌LCG）对SBS儿童肠道通透性影响的随机双盲，安慰剂对照的交叉临床试验无法证明任何有益或负面影响。一个由Uchida等人进行的病例对照研究评价了短双歧杆菌、干酪乳杆菌和低聚半乳糖对治疗的影响。他们证实了4例患者中有3例患者的SCFA升高，并且身高和体重速度也有增加的趋势。9个案例研究中的5个提供了补充益生菌的积极作用的证据，而其余4个报告了不良反应，如乳酸杆菌败血症和D-乳酸酸中毒。考虑到SBS患者菌群中乳酸杆菌的普遍存在，益生菌干预的可变结果并不令人惊讶。SBS患者不是因为缺乏乳酸生产者，而是因为在健康肠道中使用乳酸盐的丁酸盐生产者缺乏。在这种情况下，进一步补充产乳酸细菌或其底物（难消化的低聚糖）将不会提供任何益处，并且就某些情况而言，在菌群组成方面甚至可能是有害的。严格厌氧丁酸生产者，如螺旋藻科、疣微菌科等的补充在理论上可能更有效，但由于短肠环境明显改变（更高的氧含量、更酸的pH值、更短的运送时间），这种治疗的有效性是值得怀疑的。绕过所有这些障碍的一个有趣的选择是将SCFA直接补充到营养混合物中。应用80%例近端空肠切除的新生仔猪，Bartholome等人的研究证明补充SCFA混合物（乙酸、丙酸、丁酸）或单独使用丁酸能增强发育中肠结构的适应性。在小鼠模型中，富含丁酸的PN部分地逆转肠外营养相关的肠淋巴组织的萎缩，并且改善肠和肠外粘膜中的IgA分泌。此外，它适度恢复粘膜萎缩。其他研究报道，静脉注射丁酸盐可改善肠道吻合的机械强度、适度增加粘膜蛋白质的合成并改善了小肠黏膜萎缩（PN大鼠模型）。总之，这些数据倡导使用静脉注射SCFA（特别是丁酸盐）作为治疗PN相关肠道并发症的新选择。

菌群在PNALD发展中的作用

在前面的章节中，我们讨论了肠道微生物在维持肠道环境中稳态平衡和稳态失调的不利影响方面的重要作用（图1）。最近的结果表明微生物多样性的总体降低和结肠微生物群中特定细菌群的过度生长与PNALD相关。王等人的研究表明，SBS婴幼儿患者的肠道菌群的组成反应了PNALD或中心线相关血流感染（CLABSI）等并发症的发生。尽管无症状组样本中细菌种类的总体多样性和数量与健康对照组相似，但在患有PNALD和CLABSI的儿童中却有明显的差异。除了多样性和细菌种类减少之外，还有革兰氏阳性菌]硬壁菌门转变为革兰氏阴性菌变形菌（主要是肠杆菌科）。许多变形杆菌产生一种具有潜在的肝毒性的化合物细菌脂多糖（LPS），并且长时间暴露于较高的LPS浓度可能导致肝损伤。此外，微生物菌群在变形菌中富集后，可加速肝纤维化，从而促进PNALD的发展。ElKasmi等人证明了PNALD发展过程中肠道损伤与肠道菌群之间的相互作用。在小鼠中，通过短期（4天）口服低剂量的葡聚糖硫酸钠（DSS）治疗肠损伤和肠道通透性的增加，随后连续输注大豆脂基PN溶液7或28天。在进行7天PN后，小鼠表现出肠通透性增加、门静脉LPS水平升高、肝细胞损伤（血清天冬氨酸转氨酶、丙氨酸转氨酶升高）、胆汁淤积（血清胆汁酸浓度升高、总胆红素升高）和白细胞介素-6、肿瘤坏死因子α和转化生长因子β在枯否细胞中的表达。在PN后28天，肝损伤标记物仍然升高，并伴有小叶炎症、肝细胞凋亡、紫癜和枯否细胞肥大和增生。有趣的是，没有DSS预处理或DSS预处理的PN输注不会导致肝损伤Kupffer细胞活化。Tlr4突变小鼠中用广谱抗生素抑制肠道菌群和消除TLR4信号传导阻止了PNALD的进展，这强烈地暗示了菌群在其发病机理中的作用。在随后的研究中，Harris等人在这个模型中确定了与PNALD发展相关的特定微生物类群。其中，Erysipelotrichaceae家族成员和拟杆菌的革兰氏阴性S24-7谱系的代表被确定为可能在PNALD的发病机制中起到因果作用。有趣的是，只用PN治疗的没有肠损伤的小鼠不发展PNALD，尽管其肠道微生物群的组成相似。总之，这些实验表明，至少两个独立的条件必须同时满足：（i）由于PN施用导致的特定细菌过度生长和（ii）由于肠通透性增加，使得源自这些分类群的MAMP（微生物相关分子模式）到达肝脏，并随后激活Kupffer细胞。

Figure1.肠道菌群相关因素有助于PNALD的进展。肠外营养（PN）的施用与sIgA的产生减少、杯状细胞中的粘蛋白合成减少以及潘氏细胞的抗菌功能受损相关。所有这些因素都有利于致病菌（主要来自变形杆菌）的生长，而牺牲了有利的共生体。此外，sIgA的减少使更多的微生物进入宿主上皮细胞并引发固有层的炎症反应。增强的Toll样受体（TLR）由于潜在病原体的存在增加而引起的信号刺激免疫细胞中的促炎细胞因子的合成。总而言之，这些因素导致上皮屏障功能（EBF）受损，内毒素甚至整个细菌移位至门静脉循环和肝脏，从而诱导炎症反应。SCFA生产者丰富度的降低导致短链脂肪酸（SCFA）可用性降低，这减少了B细胞成熟、特异性抗体产生并增加对病原体的易感性。次级胆汁酸（BA）的生产者（梭状芽胞杆菌）的特定受损导致粪便中初级BAs的显著改变以及肝和肠法尼醇-X受体（FXR）信号受损。因此，肝脏中的胆汁酸合成上调、胆汁酸转运蛋白的表达下调，导致BA向胆汁运输的减少和胆汁淤积的进展。

结论

越来越多的证据表明，肝功能恶化伴随着长期的PN依赖，并不是PN本身造成的后果，而是因为肠功能衰竭和相关的并发症。主要的因素似乎是肠道屏障通透性增加，这有利于细菌毒素甚至菌群进入门静脉循环、肠系膜淋巴结和肝脏，同时受损肠道的整体炎症状态也是其中一个重要的因素。肠道菌群在维持肠屏障功能和建立肠免疫的免疫耐受性或炎性环境方面有着深远的意义。治疗策略侧重于菌群成分本身，通过靶向递送有益的菌群产品或补充免疫调节剂。然而，了解PN患者肠道菌群与肠道环境之间的复杂相互作用是高效治疗的关键条件。（本文表略）

（本文编辑：赵春燕）

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