慢加急性肝衰竭（acute-on-chronic liver failure，ACLF）是在慢性肝病基础上，多种急性打击导致的肝功能急性严重受损，短期内可出现多器官功能衰竭^［1］。ACLF患者病情凶险，预后较差，短期病死率高达30%～70%^［2］。研究表明，肠道菌群在ACLF的发生和发展中发挥重要作用^［3］。ACLF的发展影响肠道微生物，反之，肠道菌群失调加速ACLF进展。虽然肠道来源的内毒素在肝损伤中发挥关键作用，但肠道微生物代谢物的变化也是ACLF发病的潜在机制^［4］。了解肠道菌群及其代谢物在ACLF发展过程中的作用，有助于寻找新的生物标志物和治疗靶点，为治疗ACLF提供新的线索。

1.   肠道菌群与ACLF的相互作用

1.1   肠道菌群

人类胃肠道中含有超过100万亿种微生物，这些微生物构成了人体内的“肠道菌群”。肠道微生物群是由细菌、古细菌、真菌和病毒组成的生态系统，与宿主有着复杂的相互关系，在代谢、免疫以及疾病调节方面发挥着重要作用^［5］。在正常生理状态下，肠道微生物群在成年期保持稳定的组成和功能，可调节宿主免疫、营养吸收和毒素代谢，并受肝脏分泌的胆汁酸、免疫球蛋白A、抗菌分子等调节，维持肠道屏障的完整性^［6］。当发生疾病时，改变的肠道微生物可能会影响宿主与肠道微生物群之间的稳态^［7］。肠道菌群失调的特征因疾病类型而异。拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门和变形菌门是最主要的4个微生物门，约占肠道微生物组总种群的98%^［8］。

1.2   肠道菌群与肠-肝轴

肠-肝轴是指肠道及其微生物群与肝脏之间的双向关系^［9］，胃肠道和肝脏通过门静脉循环在解剖和功能上相互作用。肝脏作为肠道微生物穿过肠上皮屏障进入门静脉循环的第一个器官，可受到肠道菌群及其变化的影响^［10］。肠道微生态失调导致肠屏障完整性受损，紧密连接功能失调，病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），如脂多糖（lipopolysaccharide， LPS）、肽聚糖和鞭毛蛋白，穿过肠道屏障转运，大量肠道细菌和内毒素通过门静脉系统进入肝脏，激活Kupffer细胞，释放一系列炎症细胞因子，如白细胞介素-1β （IL-1β）、IL-6、IL-22、干扰素-γ （IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α （TNF-α）、调节性T淋巴细胞 （Treg）功能失调^［11］。当肝衰竭时，免疫蛋白合成减少，免疫细胞吞噬能力下降，造成肠道功能受损。易位的PAMP在到达肝脏的途中进一步加重了全身性炎症，炎症因子水平上调，通过Toll样受体（TLR）和Nod样受体（nod-like receptor，NLR）激活核因子κB（NF-κB），导致炎症细胞因子和趋化因子的产生，增强肝免疫细胞的活化，进一步激活先天免疫系统。在门静脉高压和肠上皮通透性增加情况下，肠道微生物群易位，是诱导肝脏炎症风暴和ACLF重要驱动因素^［12］。肠道菌群失调会随着ACLF严重程度而加剧，加重循环功能障碍和肝细胞死亡，导致多器官衰竭，这也是肠道菌群与肝脏相互作用的结果。

1.3   ACLF患者肠道菌群变化

ACLF患者肠道菌群的丰富度和多样性比健康人群显著下降，在疾病过程中，肠道微生物特征不断变化，主要为链球菌、克雷伯菌、变形杆菌等产脂多糖菌的相对丰度升高，而瘤胃球菌、毛螺菌和罗氏菌等产丁酸菌的丰度显著减少^［13］。一项前瞻性研究发现，变形菌门在预后不良的患者中丰度增加，并且肠道微生物失调与ACLF、肝外器官衰竭和死亡率具有显著独立的相关性。肠杆菌科、巴斯德菌科和链球菌科是导致ACLF患者病情恶化和预后不良重要原因，而毛螺菌科和梭状芽孢杆菌科与不良结局减少有关^［14］。细菌易位和肠道菌群失调与ACLF发展密切相关，随着疾病进展，LPS和细菌DNA水平升高，导致树突状细胞活性受损、IFN-γ和TNF-α表达增加，产生IL-17的辅助性T淋巴细胞耗竭^［15］。另外，肠道微生物群组成的改变导致代谢变化，改变宿主的生理机能。肠道微生物相关代谢物，如色氨酸衍生物、次级胆汁酸、短链脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）等可以推动和拮抗其同源受体以减少或加剧炎症^［16］。这些研究结果为了解和干预ACLF的发展提供了潜在的生物标志物和治疗靶点。

2.   肠道微生物相关代谢物对ACLF的影响

肠道微生物相关代谢物与宿主细胞上的受体的相互作用，这些受体可以激活或抑制信号通路，对宿主的健康产生影响。参与这些相互作用的细菌代谢产物种类繁多，目前最受关注的4类参与宿主-微生物组相互作用的代谢物包括SCFA、色氨酸、多胺及胆汁酸，以下进行重点介绍。

2.1   SCFA

肠道菌群对膳食纤维的降解可以产生大量的SCFA，主要集中在人类结肠，其中乙酸、丙酸和丁酸是SCFA的主要组成部分，异戊酸、戊酸、正己酸和异丁酸则以较低的浓度存在^［17］。SCFA具有多种生理作用，如调节能量稳态、糖/脂代谢、炎症及免疫^［18］。SCFA可以调控多种免疫细胞的分化，如丁酸盐诱导肠道内Tregs的分化，丙酸盐可促进外周Treg的形成^［19］。在健康情况下，结肠细胞通过线粒体的β-氧化，将丁酸盐作为能量底物，从而消耗氧气，有助于维持管腔内的厌氧状态。丁酸盐还与过氧化物酶体增殖物激活受体γ （PPARγ）结合，从而抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS），减少一氧化氮（NO）的产生并最终减少硝酸盐的产生。丁酸盐还可以刺激Treg等免疫细胞以减少炎症^［20］，调节occludin和claudin水平，降低肠道通透性，促进上皮屏障功能^［21］。通过调节转录活性，丁酸降低暴露于炎性微生物分子的巨噬细胞的炎症反应，并通过M2抗炎表型诱导其极化^［22］。ACLF患者中丁酸盐含量降低，低丁酸含量与PPARγ活性降低、糖酵解增加和耗氧量降低有关。同时iNOS高表达产生更多的NO，并最终增加特定病原体的硝酸盐可用性，这些机制的失调共同发挥着促炎作用^［23］。

2.2   色氨酸

色氨酸是一种由β碳连接到吲哚基3位的必需芳香族氨基酸，作为犬尿氨酸的前体，肠道菌群代谢物色氨酸在肝衰竭的免疫调节中发挥重要作用。色氨酸的降解代谢有3种主要途径：犬尿氨酸途径、血清素途径和吲哚类化合物生成^［24］。犬尿氨酸途径不仅产生犬尿氨酸，还产生多种额外的代谢物，这些代谢物具有促炎和抗炎作用。色氨酸降解增加是炎症性疾病中常见的代谢现象，可能会直接影响全身免疫力。犬尿氨酸参与炎症性疾病的发病机制，如脓毒症、急性胰腺炎、代谢综合征等^［25］。全身性炎症参与了ACLF的发病机制，由于白蛋白分子的结构改变以及结合位点的竞争，在ACLF患者中，血浆中的游离色氨酸增加。通过犬尿氨酸途径激活色氨酸降解，产生代谢物，导致多器官损伤和免疫抑制^［26］。多组学研究表明，抗生素介导的肠道菌群通过调节宿主代谢免疫反应，增强了肠道菌群色氨酸代谢的犬尿氨酸产生，可以通过内源性芳香烃受体信号通路改善DGal/LPS诱导的急性肝衰竭小鼠^［27］。Clària等^［28］研究也发现犬尿氨酸途径激活参与ACLF的发病机制。因此，色氨酸通过犬尿氨酸途径降解为色氨酸-犬尿氨酸衍生物在肝硬化和ACLF中具有重要意义。

2.3   多胺

多胺是含有2个或更多氨基的有机小分子化合物，几乎存在于所有细胞生物中，并在基因调控、细胞增殖和分化等多种生理过程中发挥重要作用。除了在细胞分布浓度较高外，多胺还分布在胃肠道中，主要来源于微生物群、饮食和胃肠道分泌物^［29］。研究表明，在ACLF患者中，免疫系统被激活，葡萄糖和氨基酸参与炎症反应所需蛋白质的合成。腐胺前体鸟氨酸和多胺合成副产物5'-脱氧-5'-（甲硫基）腺苷的含量增加，表明多胺合成增加。多胺亚精胺是一种具有抗炎作用的强效的自噬诱导剂，其在ACLF中水平降低，这与亚精胺向N⁸-乙酰基亚精胺的转化增加有关，N⁸-乙酰基亚精胺和腐胺可产生4-乙酰氨基丁酸。4-乙酰氨基丁酸是4-氨基丁酸（也称为GABA）的直接前体，也是GABA能神经元的主要介质。GABA能系统激活与肝性脑病有关^［30］。多胺亚精胺的水平导致自噬缺陷进而促进炎症的产生，推动了全身炎症反应及器官衰竭。通过增加微生物群中多胺的产生，在饮食中补充益生菌可以延长小鼠的寿命，从而减少炎症因子的表达，改善肠道屏障功能^［31］。在另一项研究中，发现与正常小鼠相比，生态失调小鼠的结肠中精胺积累增加，与多胺生物合成和转运蛋白的微生物群的丰度增加有关^［32］。同样，在野生型小鼠的饮用水中提供精胺显著地改变了肠道微生物群以及附着于结肠上皮的微生物群的分布。这些研究都表明了精胺在维持宿主微生物群组成中的作用。

2.4   胆汁酸

胆汁酸是在肝脏中由胆固醇合成的分子，释放到肠道后被微生物群进一步代谢。胆汁酸具有维持肠道完整性、塑造肠道微生物群和调节肝脏代谢的重要信号功能，是与肠道微生物群相互作用的重要代谢物^［33］。肝脏来源的主要胆汁酸经过微生物代谢（解缀合然后脱氧基化）形成次级胆汁酸，如石胆酸和去氧胆酸。胆汁酸信号是维持黏液层和肠道屏障功能完整性的关键。胆汁酸信号可以通过G蛋白偶联胆汁酸受体5和法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）调节上皮细胞增殖、基因表达、葡萄糖、脂质和能量代谢^［34］。由于胆汁酸和微生物群相互影响，推测肝衰竭时分泌到肠道中减少的胆汁酸会导致严重的菌群失调和病原体产生。随着病情进展，微生物群的改变促进肠道炎症、肠屏障损伤和肝脏炎症，进一步抑制胆汁酸分泌。胆汁流量减少导致的肠FXR信号传导下降通过减少黏膜厚度和抗菌蛋白质合成而破坏肠屏障功能^［35］。在动物实验中，FXR激动剂奥比胆酸抑制内源性胆汁酸合成，增加厚壁菌门的相对丰度^［36］。在肝硬化大鼠中，使用FXR激动剂或口服胆汁酸补充剂可减轻、减少肠内细菌过度生长，改善大鼠的肠道屏障功能障碍^［37］。因此，肠道微生物与胆汁酸代谢之间存在相互作用的关系，肠道通透性和细菌易位的增加可以使微生物相关代谢物运输到肝脏。损害胆汁酸代谢，导致肠道功能障碍和全身性炎症，反过来又进一步导致肠道生态失调，进而加剧肝损伤。

3.   相关治疗现状

维持肠道菌群稳态和肠道屏障功能对ACLF及其并发症具有重要意义。益生菌、益生元、合生元、后生元以及粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）涉及肠道微生物的调节及机制调控，说明肠道菌群及其代谢产物在ACLF患者治疗和预后中的潜在作用。但目前主要是作为生物标志物进行研究，具体的临床治疗应用尚未明确，仍在持续探索中。

3.1   益生菌、益生元、合生元及后生元

益生菌是对人体健康有益的微生物，对肠道菌群和肠道屏障功能的免疫调节和抗炎发挥作用。一项纳入9项评估益生菌效果的随机对照试验的荟萃分析表明，益生菌可以改善肝性脑病，降低住院频率、感染率和疾病进展，尚需大规模研究来判断益生菌治疗对患者症状的有效性和安全性^［38］。动物研究发现，益生菌干酪乳杆菌通过调节TLR-MAPK-PPAR-γ信号通路和肠道微生物群减少LPS/GalN诱导的促炎细胞因子和肝脏炎症^［39］。另一项研究表明，L. helveticus R0052通过降低肝脏和肠道中TLR，调节TNF-α、NF-κB、clodin2和黏蛋白3基因的转录发挥抗炎和保护肠道完整性^［40］。目前研究认为口服益生菌有一定的缺点，如胃肠道中存在一定量的酸性液体可能影响益生菌的作用。因此，研究者使用微胶囊来封装益生菌。微胶囊由多糖、蛋白质和脂肪组成，可以保护益生菌。最近研究发现，海藻酸-果胶封装的LI01可以通过减少炎症和恢复肠道屏障功能，改善肝损伤，进而显著提高存活率^［41］。

益生元是不能被消化的食物成分，可帮助益生菌生长和繁殖，不能直接调节肠道菌群。部分益生元食品，如果胶，已被证实可以通过恢复Bacteroides的水平来预防大鼠的肝损伤，可能是一种有前景的治疗剂^［42］。一项肝衰竭神经炎症作用机制的研究显示，乳果糖可通过调节肠道菌群，抑制全身炎症反应及小胶质细胞的活化，降低脑内氨水平，达到抑制肝衰竭肝性脑病患者神经炎症反应^［43］。

合生元属于益生菌和益生元的组合。对肠道菌群和肠道屏障功能具有免疫调节和抗炎的作用。既往研究评估了合生元对肝性脑病患者的影响，20例患者服用合生元（4种不产脲酶的细菌与果胶、菊糖、β-葡聚糖和抗性淀粉的混合物），20例患者服用可发酵纤维，15例患者服用安慰剂，疗程1个月。结果显示，合生元组在停止治疗后2周内，乳酸杆菌种类增加，血氨浓度降低，内毒素血症减轻。单独使用可发酵纤维的患者也有症状的改善，血氨水平降低，粪便中双歧杆菌增加，病原菌减少^［44］。

后生元是一种新兴的生物活性物质，为益生菌经加工处理后的益菌成分统称，包括菌体与代谢产物，如SCFA、胞外多糖、酚类、酶类和维生素等。后生元通过增加抗炎细胞因子的分泌，增加紧密连接蛋白和肠黏蛋白水平，发挥免疫调节和肠屏障功能的保护作用^［45］。近期研究表明，以燕麦为基础的后生元制剂可以激活AMPK/SREBP-1c通路，减轻高蔗糖诱导的肝损伤、脂肪酸代谢和炎症，重塑肠道微生物组成^［46］。植物乳杆菌来源的后生元可通过保护肝细胞免受氧化损伤来改善肝损伤，从而调节肠道微生物群，改善脂质代谢^［47］。

3.2   FMT

FMT是将健康人粪便中的肠道菌群移植到患者肠道内，改善肠道微生物群，实现肠道及肠外疾病的治疗。与益生菌相比，FMT对肠黏膜屏障功能的改变影响更强。研究表明，在接受来自健康供者的粪便微生态移植后，患者的代谢和肝病变有所改善。另有研究显示，经口粪便移植可富集肠道Lachinospiraceae和丁酸盐（Lachinospiraceae的发酵代谢产物）。丁酸盐诱导的线粒体自噬和Nrf2抗氧化反应通过激活AMPK-ULK1-P62信号转导，抑制肝细胞铁死亡^［48］。范琳达等^［49］研究显示，FMT联合益生菌可增强FMT治疗肝损伤效果，改善肝脏炎症，增加肠道内产丁酸盐细菌数量。一项开放标签的随机对照研究表明，FMT联合替诺福韦在改善HBV-ACLF的临床结果方面优于单独使用替诺福韦^［50］。Sharma等^［51］研究发现，经FMT治疗的ACLF患者28、90天生存率显著高于对照组（100% vs 60%，P=0.01；53.84% vs 25%，P=0.02），肝性脑病痊愈率为100%，且安全性良好。然而，也有关于FMT相关的细菌易位发生菌血症引起死亡的报道。因此，需要进一步明确微生物组特征，以制订更加安全有效的干预治疗方案。

4.   总结与展望

肠道菌群与肝脏疾病存在密切联系，肠道菌群及其代谢物在ACLF发病机制中发挥重要作用。进一步验证已发现对预后有影响的菌群及其代谢物，将有助于深入理解ACLF患者肠道微生态的动态变化及其对疾病进展和预后的影响。从治疗的角度而言，肠道微生物相关代谢物是一个可操作的因素，可以使用靶向特定途径的分子，或者利用调控代谢物的微生物作为益生菌。然而，微生物群与宿主相互作用的复杂性需要进一步研究，以确定治疗靶点和干预措施。虽然临床和实验研究证实了益生菌治疗潜力，但缺乏大样本临床试验和安全性评估。因此，未来需要积极开展前瞻性对照研究，对肠道菌群靶向治疗的剂量和持续时间进行评估。更好地了解肠道微生物及其代谢物和ACLF的相互作用，可以为将来靶向治疗开辟新的途径。