《Acta Pharmaceutica Sinica B》：The gut–liver axis in drug-induced liver injury (DILI): Interplay between gut microbiota, intestinal barrier, and immune system
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这篇综述系统地探讨了肠道菌群失调、肠道屏障功能障碍及免疫反应激活如何在药物性肝损伤（DILI）的发病机制中相互作用，构成一个“肠-肝轴”的恶性循环。文章总结了DILI动物模型和患者中肠道菌群组成改变的证据，指出其可能导致病原相关分子模式（PAMPs）易位、胆汁酸（BAs）和短链脂肪酸（SCFAs）代谢紊乱，进而加剧肝脏炎症和损伤。文中讨论了基于调节肠道菌群的潜在治疗策略（如益生菌、粪便菌群移植），为深入理解DILI病理机制、开发生物标志物和新型疗法提供了重要视角。
引言：不容忽视的药物性肝损伤
药物性肝损伤是由药物、草药或膳食补充剂引起的一种不良反应，可导致肝功能障碍。它是急性肝衰竭和肝移植的主要原因之一，也是药物撤市的重要缘由，在全球范围内具有显著的临床和经济影响。DILI的发病机制复杂，涉及药物直接的细胞损伤、免疫介导的机制以及宿主和环境因素。近年来，肠道菌群作为人类生理病理学的关键参与者受到广泛关注，其在DILI中的作用也逐渐显现。
肠-肝轴的组成：一个精密的双向通讯系统
肠-肝轴指的是肠道（及其菌群）与肝脏之间的解剖和功能上的双向联系。肝脏通过门静脉不断接收来自肠道菌群和饮食的产物、病原体及有毒化合物并进行代谢或解毒。同时，肠道通过胆管接收肝脏产生的多种生物活性化合物（如初级胆汁酸），这些物质可调节肠道菌群的组成和分布。
健康的肠道菌群是一个包含超过100万亿微生物的庞大生态系统，在维持肠道屏障完整性、代谢营养物质、防止病原体定植和支持免疫稳态方面发挥着至关重要的作用。肠道屏障由化学抗菌黏液层、肠上皮细胞单层及肠道免疫系统等多层物理化学结构组成，能够选择性吸收营养并抵御外源性抗原。肝脏则富含肝细胞和非实质细胞（如库普弗细胞），作为肠-肝轴中的“第二道免疫防火墙”，在正常状态下对逃逸肠道免疫监视的抗原维持着免疫应答与免疫耐受的平衡。
药物性肝损伤的一般病理机制
大多数药物在肝脏经历生物转化，此过程有时会产生化学活性代谢物。这些代谢物连同原形药可通过产生活性氧、导致线粒体和内质网应激、破坏胆汁酸稳态等多种并发机制引发肝细胞死亡，包括凋亡和坏死。
+ T细胞和辅助性CD4+T细胞介导的适应性免疫应答，加剧炎症和肝损伤。">
免疫反应在DILI发病机制中的作用日益明确。损伤的肝细胞释放损伤相关分子模式，激活肝脏驻留免疫细胞。在易感个体中，适应性免疫系统随后被激活，T细胞介导的肝损伤为特发性DILI的发展提供了基础。目前最被接受的假说是药物或其代谢物作为半抗原，与内源性蛋白质共价结合形成药物-蛋白质加合物。这些加合物可被抗原呈递细胞加工，并作为新抗原由MHC-I和MHC-II分子分别呈递给初始CD8+细胞毒性T细胞和CD4+辅助性T细胞。效应T细胞迁移至肝脏，识别受损肝细胞表面的药物修饰抗原肽，引发特异性T细胞免疫应答。免疫耐受机制（如调节性T细胞反应、免疫检查点受体）对于维持肝脏稳态可能至关重要，其破坏或损伤被认为参与了特发性DILI的发生。
肠道菌群在药物性肝损伤中的贡献
近期证据表明，肠道菌群参与了DILI的病理生理过程。核心假说认为，肠道菌群与DILI存在双向联系：它既可能是病因，也可能是最终表型的结果。药物可改变肠道菌群的组成和功能，这种菌群失调可能导致药物代谢改变、肠道屏障失调，进而加重肝脏炎症和氧化应激。反过来，肝损伤可能使肠道菌群失调持续存在并促进胆汁酸失衡。
肠道菌群的改变
在由不同药物诱导的DILI动物模型和患者中进行的多项研究观察到了肠道菌群的改变。一个在动物模型和DILI患者中重复检测到的菌群失调代表性参数是厚壁菌门/拟杆菌门（原Firmicutes/Bacteroidetes）比值的改变。DILI中的普遍情况是肠道菌群的丰富度和多样性发生改变，同时具有致病潜能的细菌类群相对过度生长，而被认为有益的共生细菌相对减少。
例如，在对乙酰氨基酚诱导的肝损伤小鼠模型中，观察到乳杆菌属、候选糖单胞菌属和短链脂肪酸水平与肝损伤参数和促炎因子呈负相关。在甲氨蝶呤诱导肝毒性小鼠中，甲氨蝶呤给药导致肝毒性并引起显著的菌群失调，表现为厚壁菌门/拟杆菌门比值显著增加，观察到促炎细菌水平升高，抗炎细菌水平降低。在抗甲状腺药物诱导的DILI患者和动物模型中，也观察到肠道菌群多样性降低和组成改变。
肠道菌群对药物药代动力学和毒效动力学的影响
肠道菌群可以直接调节参与药物吸收、代谢、活化和失活的酶的表达、分泌或作用，这种现象被称为药物微生物组学。这可能会影响药物的生存力、疗效和毒性，从而增加其毒性潜力，进而提高肝毒性风险。
在动物模型中，肠道菌群的改变被证明可通过增加肠道β-葡萄糖醛酸酶的活性来加重他克林的肝损伤。肠道菌群还能够将栀子苷转化为京尼平，从而在HepG2细胞中诱导细胞毒性。另一方面，菌群可以调节代谢酶的表达，竞争某些药物的代谢，并通过其产生的代谢物增加肝脏对化学损伤的敏感性。例如，肠道菌群产生的苯丙酸可通过降低肝脏Cyp2e1（将对乙酰氨基酚转化为其毒性代谢物的主要酶）的水平来减轻小鼠对乙酰氨基酚诱导的肝损伤。相反，菌群衍生代谢物1-苯基-1,2-丙二醇（PPD）在大鼠模型中显示可降低谷胱甘肽水平，从而可能降低肝脏自我保护能力。
细菌代谢物产生的改变
在DILI中观察到的肠道菌群失调可能改变细菌代谢物的产生，这对肝损伤的发生和进展具有重要影响。在DILI中，有两个主要细菌代谢物被确定在维持肠上皮完整性、免疫稳态以及调节氧化应激和炎症方面发挥着重要作用：短链脂肪酸和次级胆汁酸。
短链脂肪酸的作用：在DILI动物模型中，普遍观察到粪便中短链脂肪酸（尤其是丁酸）水平的降低。这意味着其对肠道屏障的有益作用以及其对肝脏的抗炎和抗氧化作用减弱。丁酸缺乏可能会降低核因子E2相关因子2（Nrf2）介导的抗氧化作用。丁酸还能通过与其在肠上皮细胞上的GPR109A受体相互作用，下调核因子κB和炎症，从而抵御肠道炎症。此外，丁酸还有助于维持肠道和黏液屏障的完整性和功能，影响紧密连接蛋白的组装，增加跨膜蛋白的表达，促进杯状细胞产生黏蛋白。
胆汁酸的作用：多项研究表明，DILI与胆汁酸代谢和转运功能障碍有关。具体而言，与健康对照相比，在DILI患者血清中观察到初级/次级胆汁酸比值增加，初级胆汁酸及其结合物积累，次级胆汁酸减少。这导致了胆汁酸池向更具疏水性和潜在肝毒性的形式失衡。特定的胆汁酸谱已被提议作为某些类型DILI的潜在生物标志物，某些初级和结合胆汁酸与预后和严重程度呈正相关。
胆汁酸的积累可能与某些药物的直接影响以及肠道菌群的贡献有关。在DILI患者中观察到次级胆汁酸产生菌（如双歧杆菌属、梭菌属）的减少，这可能解释了次级胆汁酸减少和结合型初级胆汁酸水平升高的原因。此外，DILI患者血清中成纤维细胞生长因子19水平升高，且与疾病严重程度相关。肝脏转录组分析显示，与胆汁酸合成、摄取和排泄相关的基因表达下降。胆汁酸与肠上皮细胞法尼醇X受体结合，可促进成纤维细胞生长因子19的合成和释放，后者进入肝脏后激活β-Klotho/成纤维细胞生长因子受体4复合体，进而抑制CYP7A1（肝脏胆汁酸经典合成途径的限速酶）的表达，形成一个防止胆汁酸过度合成的负反馈机制。
肝脏中胆汁酸过量积累可能导致线粒体DNA释放，从而激活Toll样受体9并刺激促炎细胞因子的产生。同时，次级胆汁酸的减少及其通过Takeda G蛋白偶联受体5介导的抗炎作用减弱，这些过程都可能加剧DILI中的肝脏炎症。
肠道屏障功能障碍
肠道屏障是一个高度特化的屏障，由黏液层、肠上皮和局部免疫系统组成，其完整性和功能对于肠-肝轴的正常运行至关重要。当肠道屏障完整性被破坏时，肝脏是主要受影响器官之一，因为70%的肠道血液通过门静脉进入肝脏。证据表明，在DILI动物模型和患者中，存在由肠道菌群失调和受损肝脏分泌的损伤相关分子模式及细胞因子引发的肠道屏障物理化学损伤和肠道免疫稳态改变。
一些研究表明，在DILI动物模型中，杯状细胞、黏蛋白2表达和黏液分泌减少。黏液阿克曼菌的丰度在DILI中似乎因病因不同而变化。在抗生素相关DILI中报告了其显著减少，这可能与其对肠道屏障的有益作用缺失有关。然而，在对乙酰氨基酚诱导的肝损伤中，观察到其丰度增加，可能反映了对药物所致更严重肝损伤的一种保护屏障完整性的代偿机制。
肠道通透性在一定程度上反映了肠上皮的完整性。研究表明，在DILI动物模型和患者中，肠道通透性增加。这通常与紧密连接蛋白（如闭合蛋白、跨膜蛋白）的表达减少和分布异常有关。肠道通透性增加使得脂多糖等菌群衍生产物易位至门静脉循环和肝脏。在DILI患者血清中检测到脂多糖水平升高，这与肠杆菌科的增加有关。脂多糖通过Toll样受体4信号传导激活库普弗细胞，从而增强和加重肝脏炎症。细菌胞外囊泡也可以促进库普弗细胞上的脂多糖/Toll样受体4信号传导。脂多糖还能增加CYP2E1的表达，从而增加活性氧的产生和肝细胞死亡。
总结与展望：从机制到治疗
肠道菌群及其与肠道屏障和免疫系统的相互作用，在DILI的发病机制中扮演着复杂而关键的角色。菌群失调、代谢物改变、屏障破坏和免疫激活共同构成了一个恶性循环，加剧肝脏损伤。深入理解肠-肝轴在DILI中的作用机制，不仅有助于阐明疾病本质，也为开发新的生物标志物和治疗方法（如益生菌、益生元、后生元、粪便菌群移植以及针对微生物-宿主信号通路的制剂）提供了理论依据。未来的研究需要进一步在人体中验证动物模型的发现，并探索基于调控肠道微生态的精准治疗策略，以改善DILI的预防、诊断和预后。
