陈研焰， 蓝艳梅， 王明刚， 毛德文

1 湖南中医药高等专科学校 基础医学部， 湖南 株洲 412000；

2 广西中医药大学第一附属医院 a.科研部， b.肝病科， 南宁 530023

肝衰竭是由多种因素引起的严重肝脏损害，导致肝脏合成、解毒、代谢和生物转化功能严重障碍或失代偿，出现以黄疸、凝血功能障碍、肝肾综合征、肝性脑病、腹水等为主要临床表现的一组临床症候群[1]。引起肝衰竭的病因有病毒、酒精、肝损性药物、自身免疫性疾病及胆汁淤积性肝病等。在西方发达国家，酒精、药物是导致肝衰竭的主要原因[2]，而我国以肝炎病毒(特别是HBV)为最主要原因。目前肝衰竭分为四型：急性肝衰竭、亚急性肝衰竭、慢加急性(亚急性)肝衰竭及慢性肝衰竭。

肝衰竭起病急、发展迅速，病死率高[3]，属内科危重症。其发生机制十分复杂，短时间内肝细胞大量坏死、炎性细胞浸润及肝脏缺血性损伤是其发生过程中的核心环节[2,4]。肝细胞大量坏死超出肝细胞再生能力，是导致该病病死率较高的关键因素，其治疗仍是困扰全球学者的难题之一。近年研究发现胆汁酸、法尼醇核受体R(farnesoid X receptor, FXR)、肠道微生态之间存在密切联系，且三者相互作用参与了肝衰竭发生机制。

1 胆汁酸、FXR、肠道微生态相互作用

1.1 胆汁酸合成 胆汁酸以胆固醇为原料通过经典途径和替代途径合成，是调节胆固醇代谢、促进食物消化吸收的重要物质，同时还作为信号分子发挥广泛的生物学作用[5]。约90%的胆汁酸由经典途径产生，胆固醇7α羟化酶(cholesterol 7-hydroxylase,CYP7A1)是该途径的限速酶，胆固醇经CYP7A1依次转化为7α羟基胆固醇、初级胆汁酸，包括鹅去氧胆酸(chenodeoxycholic acid,CDCA)、胆酸(cholic acid,CA)及其与甘氨酸和牛磺酸的结合物。替代途径中，胆固醇先后经甾醇27羟化酶、氧化甾醇7α羟化酶的作用，依次转化为27羟基胆固醇、CDCA[6-7]。肠道内的7α脱羟基菌和产胆盐水解酶(bile salt hydrolase,BSH)的细菌将初级胆汁酸CDCA、CA分别转化为次级胆汁酸脱氧胆酸和石胆酸[7]。胆汁酸代谢过程中，约有95%的胆汁酸在回肠末端被重吸收，经门静脉再次进入肝脏重新结合并分泌至胆汁中，再随胆汁排入肠腔，即胆汁酸的肠肝循环。

1.2 FXR是调控胆汁酸池稳态的关键因子 FXR属激素核受体超家族，是维持胆汁酸池稳态的重要因素[8]。其在肝脏及肠道中高度表达，生理浓度的胆汁酸是其内源性配体[9]，故又被称为胆汁酸受体。FXR通过调节胆汁酸合成过程中相关基因的表达以维持胆汁酸池稳态，主要经两条途径负反馈调控胆汁酸合成[10-12]：(1)肝内FXR激活，诱导其靶向基因短异源二聚体表达，使短异源二聚体与肝受体同系物1相互作用，继而抑制肝受体同系物1对CYP7A1的激活作用。(2)肠道FXR激活，诱导成纤维细胞生长因子15(fibroblast growth factor 15, FGF15，人类为FGF19)产生并经门静脉入肝脏，与肝内FGF受体4(intrahepatic FGF receptor 4,FGFR4)结合，继而激活c-Jun氨基端激酶/β-Klotho路径抑制CYP7A1转录。总之，两条途径均以下调CYP7A1为关键环节，最终负反馈调节胆汁酸的合成。而胆汁酸持续丢失时，FXR及FGF15表达下降、CYP7A1上升促进胆汁酸合成增加[13]。

1.3 胆汁酸与肠道微生态以FXR为中介相互影响 肠道微生态是指肠道正常微生物群与其宿主的统一体[14]。肠道菌群主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门四大类，菌群维持数量与结构动态平衡、肠黏膜屏障功能正常是肠道微生态稳定的基本条件。

胆汁酸通过直接和间接方式影响肠道菌群。胆汁酸具有较强的抗菌活性，能直接造成细菌细胞膜或DNA损伤、改变细胞膜内结构，间接方式依赖于FXR的参与，两种的方式最终共同改变肠道菌群的分布和结构[15-17]。Zheng等[18]发现高脂饮食小鼠胆汁酸明显升高，随后出现了肠道菌群的结构改变，因此提出“肝脏-胆汁酸-肠道微生态代谢轴”概念。FXR激动剂奥贝胆酸可升高小肠厚壁杆菌比例，抑制革兰阳性菌生长[19]。胆汁淤积性肝损伤模型大鼠肠通透性增高、细菌移位增多现象与FXR功能减弱有关，FXR激动剂能减轻肠道炎症反应、提高claudin-1和occludin蛋白表达，从而恢复肠黏膜屏障功能、减少细菌移位[16]。

肠道菌群调节胆汁酸的合成转化及转运排泄，从而影响胆汁酸的成分及胆汁酸池稳态。肠道BSH活性菌是实现初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的必要条件，肠道菌群紊乱导致菌群BSH活性减弱而阻碍初级胆汁酸向次级胆汁酸转化。小鼠经Tempol(一种能降低乳酸菌BSH活性的抗氧化剂)喂养后，其肠道中厚壁菌与拟杆菌的比率降低，次级胆汁酸减少[20]。益生菌可通过FXR/FGF15/FGFR4途径抑制CYP7A1表达，最终控制胆汁酸的合成[15]。抗生素可降低厚壁菌群/拟杆菌群比率，并明显提高胆汁酸肠肝循环中的转运蛋白含量，有效促进胆汁酸的肠肝循环[21]。无菌小鼠[22]相比于常规小鼠的粪便胆汁酸明显减少，且基本无次级胆汁酸生成。益生菌[23]能加强胆汁酸降解、促进粪胆汁酸的排泄，从而增加小鼠胆汁酸合成，在FXR-/-和FGF-/-小鼠中，这种调节作用明显被抑制。

2 胆汁酸-FXR-肠道微生态关联轴与肝衰竭形成

2.1 胆汁酸代谢紊乱与肝衰竭 胆汁酸具有细胞毒性，疏水性较亲水性胆汁酸对细胞膜完整性损害更大。一方面，胆汁酸肠肝循环障碍时，胆汁淤积于肝胆系统中，高浓度胆汁酸毒性会引起胆汁淤积性肝损伤，严重时可发展为肝衰竭甚至死亡[24]。因此，有学者[25]建议将胆汁酸含量作为判断肝衰竭预后的重要因素之一。另一方面，肝衰竭时大量肝细胞损伤和坏死，肝脏对胆汁酸的代谢能力严重衰退，引起胆汁酸肠肝循环障碍，最终导致胆汁淤积而加速肝衰竭进程[24]。研究[26]发现，血清胆汁酸可透过血脑屏障进入大脑从而参与了急性肝衰竭时肝性脑病的发生机制，降低血清胆汁酸浓度有利于减轻肝衰竭时肝性脑病的严重性。

2.2 FXR与肝衰竭 FXR负反馈调节胆汁酸合成、控制胆汁酸池总量，又介导胆汁酸对肠道微生态的影响，故FXR可从降低胆汁酸毒性、肠道微生态紊乱造成的肝损伤两方面参与肝衰竭进程。肠道FXR持续被激活的小鼠的总胆汁酸比普通小鼠下降30%，亲水性胆汁酸的比例升高[27]。而FXR缺陷小鼠因胆汁酸总量增加、成分变化，其肝损伤程度明显高于野生型[28]。胆管外胆汁引流术的大鼠，FXR降低、CYP7A1上升，胆汁酸合成增加并淤积，肠通透性增高，而FXR激动剂能减少胆汁分泌、降低肠通透性，从而缓解肝组织损伤[13]。另外，亦有研究发现FXR还可通过抑制炎症反应以拮抗肝衰竭发生。FXR激活能减轻自身免疫性肝病模型小鼠的肝细胞凋亡，抑制炎性因子表达，改善肝损伤[29]。FXR激动剂可通过调控炎性因子改善急性肝损伤[30]，防止肝细胞凋亡和坏死，机制与FXR信号通路的激活、同时抑制核因子-κB(NF-κB)通路介导的炎性因子释放有关。

2.3 肠道微生态与肝衰竭 “肠-肝轴”理论揭示肠道与肝脏之间密切联系，肠道微生态是“肠-肝轴”生理、病理发生机制关联的重要环节，肝损伤发生时均伴有肠黏膜屏障功能下降及不同程度的内毒素血症[31-33]，肠道微生态的紊乱与多种肝脏疾病密切相关[34-35]。当FXR介导的胆汁酸代谢紊乱出现胆汁酸池失衡，可导致肠通透性增高，肠道菌群移位[13,18]，大量内毒素经门静脉进入肝脏产生肠源性内毒素血症(intestinal endotoxemia,IETM)是肝衰竭各并发症共同的物质基础，IETM是肠道微生态与肝衰竭发生机制相互关联的重要靶点。

一方面，内毒素的肝细胞毒性直接引起肝损伤。早前研究[32]发现，内毒素诱导肝细胞线粒体内源性氧自由基生成增加，导致脂质过氧化反应增强，相关氧化产物直接攻击膜脂、膜蛋白、核苷酸等大分子，破坏膜的完整性及酶的功能，最终导致肝细胞线粒体损伤。另一方面，内毒素通过细胞信号通路诱导或释放大量内源性介质而发挥其肝损性作用。内毒素可引起Kupffer细胞(KC)过度活化，继而通过直接和间接方式引起肝细胞坏死[36]。KC可诱导TNFα、Fas配体表达增加，二者分别与肝细胞中TNF受体、Fas结合直接诱导肝细胞凋亡。间接作用是通过TNFα诱导肝窦内皮细胞激活，纤维蛋白酶原抑制剂减少，继而肝内微循环障碍最终导致肝细胞坏死。同时，TNFα还可以通过诱导趋化因子活化、激活中性粒细胞，产生氧化应激最终导致肝细胞死亡。

3 胆汁酸-FXR-肠道微生态与肝再生机制

肝细胞不同程度的坏死与肝细胞再生是贯穿于肝衰竭的临床病理过程的共性特征[37]，肝细胞的坏死与再生之间的博弈对肝衰竭预后有决定性意义。肝实质细胞凋亡或肝脏切除术能触发肝细胞再生，肝细胞再生潜力十分强大，运用肝细胞再生能力在有效治疗肝衰竭中极具潜力。

3.1 FXR介导胆汁酸通路影响肝再生 胆汁酸通路是肝再生过程中的关键代谢性通路，其对肝再生的调节作用具有双向性，适量水平的胆汁酸能促进肝再生，而高浓度的胆汁酸阻碍正常肝再生，FXR作为胆汁酸合成的重要调节因子参与了以上双向调节机制[38-40]。0.2%胆汁酸能明显提高大鼠肝切除术后的肝再生率、增殖细胞核抗原及FXR含量[41]。而1% CA使部分肝切除术后小鼠的死亡率达100%，表明高浓度的胆汁酸不利于肝再生[42]。胆道外引流术相对胆道内引流术导致的肝再生差异可能是由于胆汁酸肠肝循环破坏，FXR表达下调引起的[43]。更有实践进一步发现，FXR通过肝内FXR/Fox生长型转录因子m1b[44]、肠内FXR/FGF[45-47]再经血入肝脏后最终促进肝再生。因此，越来越多的研究选择FXR激动剂运用于各种慢性肝病的治疗相关的研究，并进一步证实FXR激动剂除调节胆汁酸合成而影响肝细胞生长及再生，还具备有效的抗炎和抗纤维化作用[48]。

3.2 肠道微生态与肝再生机制 肠道微生态已被证实能够参与调节宿主细胞增殖分化和组织修复，肠道菌群在肝再生的代谢反应中发挥核心作用[49]，而滥用抗生素可通过破坏肠道共生菌维持的肝脏先天免疫耐受以抑制肝脏再生[50]。肝切除术触发肝再生并引起肠道菌群改变，肝再生过程中与各类菌群密切相关的信号通路包括NF-κB、树突状细胞/自然杀伤细胞，相关基因有Toll样受体4、NK-κB、FGF受体1和4、CD44、CD86，提示肠道菌群可能通过以上通路调节肝再生[51]。迅速出现的KC对内毒素清除能力减弱及肠道微生态紊乱是肝衰竭或肝切除术后出现IETM的原因，而内毒素又反过来影响肝再生，其机制与内毒素引起TNFα、NF-κB、转化生长因子β1、IL-1β等炎性介质和细胞因子释放有关[52-53]。慢加急性(亚急性)肝衰竭模型大鼠存在肠道菌群失调及肠屏障功能紊乱，益生菌可调节模型鼠肠道菌群，恢复肠道生物、机械及免疫屏障功能，促进肝组织修复[33]。另外，肠道微生态影响干细胞增殖分化。乳杆菌可通过Nox介导活性氧调节肠干细胞刺激肠上皮细胞的增殖和分化[54]。当前，已有研究[55-56]利用干细胞移植技术来促进肝再生治疗肝衰竭。人骨髓间充质干细胞能够转化为肝细胞，经门静脉注射骨髓间充质干细胞可有效挽救肝衰竭模型猪[55]。但肠道微生态是否能有针对性促进肝干细胞增殖分化有待进一步证实。

4 小结

综上所述，胆汁酸、FXR及肠道微生态三者之间以FXR为中介相互影响，该轴在肝衰竭发生及肝再生机制中发挥重要作用。肝衰竭治疗仍面临巨大挑战，促进肝细胞再生是拮抗肝衰竭的有效手段，人工肝在此方面已取得一定进展，但内科治疗方法仍无重大突破，多年以来中医药研究取得了一定成果[57-59]，然而基于此关联轴对肝再生的研究相对较少。基于该轴的现有研究提示胆汁酸抑制剂、FXR激动剂、益生菌及抗生素的合理应用在缓解肝损伤及促进肝细胞再生中具有较大潜力，进一步明确此关联轴在肝衰竭发生及肝再生机制中的作用对肝衰竭的临床诊疗具有重大意义。

作者贡献声明：陈研焰负责资料分析，撰写论文；蓝艳梅、王明刚负责课题设计，收集数据，修改论文；毛德文负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。