编者按：肝性脑病（HE）是与肝硬化相关的精神神经性疾病，表现为从亚临床改变到昏迷等一系列神经精神异常。经颈内静脉肝内门腔分流术（TIPS）是国际公认的降低门静脉压力最有效的治疗方式之一，可显著控制再出血率，减轻腹水程度，改善生存1。TIPS创建了新的门体分流道，显著降低门脉压力，改善肠道微循环，可能对肠道菌群产生潜在的影响，进而影响术后脑病的发生。但是国际上缺乏这方面的研究。在本届EASL年会上，我国空军军医大学第一附属医院（现在西安国际医学中心医院）韩国宏教授团队口头报告了一项前瞻性观察性研究，观察TIPS术后患者肠道菌群的改变以及其与术后肝性脑病的关系，以寻求从菌群角度预防和治疗术后脑病的新方法（研究的共同第一作者为李萌浩博士、李凯副主任医师和汤世豪硕士，通讯作者为韩国宏教授，大会摘要号：AS111）。
 

 

 

研究背景

 

肝性脑病（hepatic encephalopathy, HE）是与肝硬化相关的精神神经性疾病，表现为从亚临床改变到昏迷等一系列神经精神异常，经颈内静脉肝内门腔分流术（Transjugular intrahepatic portosystemic shunt, TIPS）是国际公认的降低门静脉压力最有效的治疗方式之一，可显著控制再出血率，减轻腹水程度，改善生存1。肝性脑病作为TIPS术后主要并发症，发病率高达10-50%，严重影响术后患者的生活质量和生存质量。虽然利福昔明等不可吸收类抗生素以及乳果糖，降氨治疗等用于术后脑病的预防，但是效果并不显著。

 

证据显示肝硬化患者普遍存在肠道菌群失调，随着肝硬化病情进展，肠道菌群失调逐渐加重2。多项研究证实肝硬化患者肠道菌群与肝性脑病的发生密切相关，肝性脑病病人肠道菌群具有特征性改变，原生菌群如Lachnospiraceae和Ruminococcaceae丰度降低而潜在致病菌如Enterococcaceae和Streptococcaceae丰度增高。而且Shen等人的研究表明，改善小鼠模型的肠道菌群可以保护小鼠免于患上轻微肝性脑病3，使用来自于健康人的粪便进行粪菌移植可以预防肝性脑病的复发4。显然，肠道微生物群通过肠-肝-脑轴对肝硬化肝性脑病患者的脑功能进行重要调控5。

 

TIPS创建了新的门体分流道，显著降低门脉压力，改善肠道微循环，可能对肠道菌群产生潜在的影响，进而影响术后脑病的发生。但是国际上缺乏该方面的研究。因此我们设计了一项前瞻性研究观察TIPS术后病人肠道菌群的改变以及其与术后肝性脑病的关系以寻求从菌群角度预防和治疗术后脑病的新方法。

 

研究方法

 

该研究共筛选从2017年5月至2019年9月因标准治疗预防静脉曲张再出血失败而进行TIPS术的肝硬化病人394人，最终106人符合标准（流程见图1），根据术后6个月内是否发生脑病分为HE阴性（HE-）组和HE阳性组（HE+）组。我们在术前1-3天和术后1个月收取病人的粪便样本，菌群测序基于16S rRNA高通量测序。
 

 

 

图1、研究流程图

 

研究结果

 

106名病人中共有33人在术后发生显性肝性脑病（其中21人发生II级脑病，10人发生III级脑病，2人发生IV级脑病），而其他73人未发生显性肝性脑病。术前2组病人临床指标和统计学信息均无明显差异。

 

肠道菌群方面，TIPS术后，HE-组病人菌群alpha多样性明显改善（Chao1指数和香农多样性指数，P值分别为0.06和0.006，图2），而HE+组病人的alpha多样性则有降低的趋势（Chao1指数和香农多样性指数，P值分别为0.09和0.08）。
 

 

图2、TIPS术后总体病人以及HE-组和HE+组病人alpha多样性变化情况

·p<0.1；**p<0.01。

 

且从图3可以看出，HE-组的beta多样性发生明显变化（P=0.001），说明了菌群整体构成发生了改变，而HE+组病人beta多样性没有发生改变。
 

 

 

图3、HE-组（左）和HE+组（右）TIPS术后肠道菌群beta多样性变化情况

 

通过术前术后菌群差异分析，我们观察到HE-组病人在科水平上共11个差异菌群，在属水平上有16个差异菌群（图4），其中原生菌群Ruminococcaceae及其下级菌属Faecalibacterium，Flavonifractor, Ruminococcaceae_uncultured和Ruminococcus丰度明显升高，Lachnospiraceae丰度虽然没有明显上升，但是Anaerostipes和Pseudobutyrivibrio这些属于Lachnospiraceae的菌属明显增高。同时潜在致病菌Carnobacteriaceae，Enterococcaceae，Actinomycetaceae和Streptococcaceae及其下级菌属丰度明显降低。HE+组病人虽然也有潜在致病菌丰度的降低，但是原生菌群Lachnospiraceae有所减少，提示我们原生菌群丰度的变化对术后肝性脑病发生的影响可能更大。
 

 

 

图4、HE-组TIPS术后肠道菌群在科水平（左）和属水平（右）变化情况

 

*pfdr<0.05；**pfdr<0.01；***pfdr<0.001；****pfdr<0.0001

 

鉴于两组病人术前alpha多样性和菌群组成具有可比性，我们使用术后菌群丰度/术前菌群丰度的比值来反应菌群变化量大小。对比发现，在科水平HE-组的Lachnospiraceae和Ruminococcaceae变化量明显高于HE+组，而在属水平HE-组有7个属变化量高于HE+组，（图5），其中有4个属于Lachnospiraceae，2个属于Ruminococcaceae。
 

 

 

图5、HE-组和HE+组在科水平（上）和属水平（下）菌群变化量对比

 

*pfdr<0.05  **pfdr<0.01

 

在属水平我们纳入了单因素分析中P<0.1的10个菌群变量，使用多元逻辑逐步回归分析得到AIC最优的组合模型后对模型进行多元回归分析，发现Coprococcus（OR：0.90(0.85-0.95)，P=0.045）和Ruminococcus（OR：0.91(0.87-0.95)，P=0.024）术后丰度升高是术后肝性脑病的保护性因素。我们根据这两个菌群术后是否升高，将整个队列分为3组（图6），菌群状态改善组（两个菌属均升高，Improve），菌群状态恶化组（两个菌属均降低，Deteriorate）和菌群状态稳定组（其他，Stable），其术后肝性脑病发生率分别为13.3% (4/30), 68.2% (15/22) 和25.9% (14/54)，可以明显看出改善组的脑病发生率仅为恶化组的1/5。
 

 

 

图6  不同菌群状态变化组术后肝性脑病发生率

 

**p<0.01；***p<0.001

 

同时我们对比了无脑病组和发生各级脑病的病人菌群变化情况，发现术后肝性脑病的严重程度与原生菌群Coprococcus, Blautia, Ruminococcus, Ruminococcaceae_uncultured 和 Roseburia的变化量呈负相关(图7)。
 

 

 

图7、不同肝性脑病严重程度的病人肠道菌群变化情况

 

*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001

 

我们根据既往文献中所发现的有益菌和有害菌进行了相关性分析，发现有害菌之间呈现明显的整体正相关性说明了有害菌之间的协同作用（图8红色框），值得注意的是，对于总体病人和HE-组病人，这种协同作用在术后明显降低而对于HE+组病人却明显升高；另外，HE+组病人术后有益菌和有害菌呈现明显的负相关性即拮抗作用（图8蓝色框），这种关系在HE+组术前以及HE-组和总体病人中并不显著。
 

 

 

图8、整体队列、HE-组和HE+组肠道菌群相关性分析情况

 

菌群相关性矩阵：整体队列术前（A）和术后（B）；HE-组术前（D）和术后（E）；HE+组术前（G）和术后（H）；相关性系数对比：整体队列（C）；HE-组（F）；HE+组（I）。**p<0.01；***p<0.001

 

研究结论

 

总而言之，TIPS术后肠道菌群失调的改善与肝性脑病的发生和严重程度呈负相关，其中原生菌群的变化可能起到了更为重要的作用。我们的研究为肠道菌群作为一种新型的生物标志物来预防和治疗TIPS术后肝性脑病提供了理论基础。

 

参考文献：

 

1.European Association for the Study of the Liver. Electronic address eee, European Association for the Study of the L. EASL Clinical Practice Guidelines for the management of patients with decompensated cirrhosis. J Hepatol 2018;69:406-460.

 

2.Bajaj JS, Heuman DM, Hylemon PB, et al. Altered profile of human gut microbiome is associated with cirrhosis and its complications. J Hepatol 2014;60:940-7.

 

3.Shen TC, Albenberg L, Bittinger K, et al. Engineering the gut microbiota to treat hyperammonemia. J Clin Invest 2015;125:2841-50.

 

4.Bajaj JS, Salzman NH, Acharya C, et al. Fecal Microbial Transplant Capsules Are Safe in Hepatic Encephalopathy: A Phase 1, Randomized, Placebo-Controlled Trial. Hepatology 2019;70:1690-1703.

 

5.Ahluwalia V, Betrapally NS, Hylemon PB, et al. Impaired Gut-Liver-Brain Axis in Patients with Cirrhosis. Scientific Reports 2016;6

 

致谢

 

衷心感谢参与本研究的所有患者及其家属、医生 （李凯、袁旭龙、余天垒、郭文刚、白苇、殷占新等）、临床研究协调员（王钲鈺、朱颖、雒博晗、李小梅、牛静等）、与研究生（汤世豪、王秋和、吕勇等）为本研究所作出的贡献。

 

专家简介

 

韩国宏

 

医学博士、博导、主任医师、教授

 

亚太原发性肝癌理事会理事（APPLE Council Member）中国研究型医院学会介入专委会副主任委员

 

卫健委原发性肝癌诊疗规范专家委员会委员（2011版、2017版和2019版）

 

2017年以第一完成人获军队科技进步一等奖

 

2016年作为主要成员获国家科学进步奖创新团队奖

 

2011年以来，围绕门脉高压和肝癌的多项研究成果，以第一或通讯作者在 Nat Rev Gastro Hepatol、J Hepatol、Gut、Lancet Gastro Hepatol、Hepatology、Ann Oncol、Clin Cancer Res等国际权威杂志发表SCI论文140余篇，单篇论著最高29.84，其中大于20分和10-20分的论著分别为4篇和9篇。