综述：肠道微生物群、免疫与代谢在慢性肝病向肝细胞癌进展中的作用

《Advanced Science》：Gut Microbiota, Immunity, and Metabolism in the Progression From Chronic Liver Disease to Hepatocellular Carcinoma

　　

从慢性肝损伤进展至肝细胞癌（HCC）的过程，不应被视为一条单一的线性路径，而应理解为免疫、代谢、纤维化及微生物重塑所构成的异质性连续谱。尽管本综述采用代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）-代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）-纤维化/肝硬化-HCC这一序列作为具有机制解释价值的模型，但肠-肝-免疫框架同样适用于酒精相关性肝病（ALD）、慢性乙型肝炎病毒（HBV）感染、慢性丙型肝炎病毒（HCV）感染及混合病因性肝病，同时不同病因之间存在重要差异。在上述不同背景下，肝细胞脂毒性或病毒/酒精诱导性损伤、线粒体应激、内毒素血症、胆汁酸信号改变、纤维化重塑以及免疫耗竭共同逐步重构肝脏微环境，使其朝向肿瘤许可性炎症和免疫逃逸发展。

本综述整合转录组学、单细胞、空间组学、微生物组学及代谢组学证据，以界定具有阶段依赖性和病因依赖性的免疫代谢状态。文章特别强调微生物代谢产物的作用，包括短链脂肪酸（SCFA）、次级胆汁酸以及色氨酸来源的吲哚类物质；这些代谢物可通过宿主受体，如FFAR2/3、GPR109A、FXR、TGR5、AhR和PXR，影响脂质代谢、上皮屏障完整性、细胞因子程序、表观遗传重塑及抗肿瘤监视。研究人员进一步讨论了性别、基线微生物组组成、肝脏分区性以及前临床模型选择如何影响疾病轨迹与治疗反应。

通过聚焦肠道微生物群-代谢-免疫轴，本综述为生物标志物发现、风险分层、精准营养及合理联合治疗提供了系统层面的理论框架。靶向饮食、微生物群、代谢、免疫及肝脏空间生态位之间的协同互作，可能有助于在恶性转化发生前阻断慢性肝病进程，并改善已确立HCC的治疗应答。

1 Introduction

引言部分指出，慢性肝病是全球重要公共卫生负担，其终末阶段常进展为肝细胞癌（HCC），后者约占原发性肝癌的90%。文章强调，肝癌并非仅由单一病因驱动，而是来源于长期肝损伤的累积作用，涉及代谢功能障碍、酒精暴露、慢性乙型肝炎病毒（HBV）或丙型肝炎病毒（HCV）感染、胆汁淤积性或自身免疫性肝病、黄曲霉毒素暴露及混合病因。作者明确提出，代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）-代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）-纤维化/肝硬化-HCC序列并非唯一通路，而是作为解析代谢、免疫、微生物群与饮食动态互作机制的模型系统。不同病因虽共享肠屏障破坏、微生物移位、胆汁酸紊乱、慢性炎症、免疫耗竭和纤维化重塑等机制，但其相对贡献及发生顺序存在病因特异性。文章还强调，疾病进展并非均一或必然过程，而是受宿主遗传、性别、年龄、种族、代谢状态、酒精暴露、病毒因素、饮食、药物暴露及微生物组组成等多因素共同塑造的分支式轨迹。基于此，综述以动态免疫、代谢及微生物生态变化解释从慢性损伤到癌变的演进逻辑。

2 Immune Landscape Variation in Liver Disease Progression

2.1 Initiation of Inflammation: From Healthy Liver to MASLD

该部分指出，健康肝脏中库普弗细胞、自然杀伤（NK）细胞、T细胞亚群、树突状细胞等共同维持免疫耐受与抗微生物、抗肿瘤监视之间的平衡。当肝细胞内脂质过量沉积时，这种稳态被打破。MASLD与肥胖、2型糖尿病、高血压和血脂异常等心代谢危险因素相关，脂质超载可激活肝细胞应激通路，并启动以库普弗细胞、单核来源巨噬细胞、中性粒细胞及先天淋巴样细胞为核心的先天免疫反应。功能异常的脂肪组织通过释放非酯化脂肪酸和TNF-α、TGF-β、IL-1、IL-6等炎症介质进一步放大氧化应激与炎症预激。转录组通路分析显示，脂肪变性/早期MASLD阶段已出现多种先天与适应性免疫程序的富集，提示免疫激活在疾病早期即已形成。

2.2 Immune Activation Peaks at MASH

作者认为，MASH是代谢应激、肝细胞损伤与炎症放大汇合的关键转折点。胰岛素反应受损、从头脂肪生成增强、线粒体功能障碍及脂毒性脂质积聚，驱动氧化应激和肝细胞气球样变。受损肝细胞释放损伤相关分子模式，激活库普弗细胞并招募炎症性单核细胞、中性粒细胞及淋巴样细胞。此阶段单核来源巨噬细胞常获得促炎、促纤维化表型，而中性粒细胞及其他先天免疫细胞可产生反应性氧（ROS）、蛋白酶及细胞因子，进一步损害肝细胞并激活肝星状细胞（HSC）。同时，CD4⁺、CD8⁺ T细胞、调节性T细胞（Treg）、γδ T细胞及B细胞亚群也参与炎症与纤维化微环境塑造。RNA测序（RNA-seq）分析提示，MASH阶段的免疫通路激活强度高于单纯脂肪变性，尤其表现为先天免疫程序更显著增强。

2.3 Fibrosis: Immune Remodeling and Emerging Immunosuppressive Signatures

该节强调，纤维化是慢性肝细胞损伤和未解决炎症所触发的异常伤口修复反应。HSC是该过程核心效应细胞，其在炎症、代谢及机械信号刺激下由静息维生素A储存细胞转变为肌成纤维样细胞，分泌胶原及其他细胞外基质（ECM）成分。巨噬细胞、中性粒细胞、受损肝细胞和肝窦内皮细胞（LSEC）共同通过TGF-β、ROS、脂质过氧化产物、低氧信号及血管毛细血管化等机制促进纤维化生态位形成。作者特别指出，纤维化并不等同于完全免疫抑制，而是炎症、纤维生成、修复及免疫调节程序并存的状态。部分免疫相关基因集在纤维化样本中出现标准化富集分数（NES）下降，提示某些免疫通路减弱或免疫调节特征增强，但先天免疫信号及巨噬细胞-HSC串扰仍是基质沉积的重要驱动力。因此，纤维化被界定为具有可逆性的关键检查点，靶向代谢应激、巨噬细胞-HSC互作、内皮毛细血管化或微生物来源炎症信号，可能阻止其向肝硬化进展。

2.4 Immune Dysregulation in Cirrhosis

随着纤维化加重可发展为肝硬化，其特征为肝脏结构扭曲、再生结节形成、门静脉高压及肝功能受损。文章指出，肝硬化伴随肝硬化相关免疫功能障碍（CAID），即持续全身炎症与免疫缺陷并存的悖论状态，从而增加感染、失代偿和恶性转化风险。肝硬化肝脏中巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞及调节性细胞群的功能和空间分布均发生改变。在HBV相关进展中，可见瘢痕相关巨噬细胞群及效应性CD4⁺/CD8⁺ T细胞亚群扩增，而部分调节性亚群减少。其结果是免疫监视受损，同时形成慢性炎症与免疫逃逸共存的肿瘤许可性环境。作者还提到，肝硬化过程中可能出现从适应性免疫主导向先天免疫及成纤维细胞相关信号主导的转变。考虑到其显著免疫失衡，未来恢复抗微生物防御而不过度加重炎症的免疫与微生物群干预，可能成为重要治疗方向。

2.5 Tumor-Promoting Immune Dysfunction in HCC

该部分论述，HCC通常发生于肝硬化背景，但在慢性HBV感染和代谢性肝病中亦可见非肝硬化HCC。恶性转化由慢性炎症、纤维化重塑、代谢重编程及免疫监视受损共同驱动。HCC肿瘤微环境（TME）富含多种功能失调免疫细胞，包括肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、耗竭性CD8⁺ T细胞、免疫抑制性Treg、异常NK细胞亚群及功能异常B细胞/浆细胞状态。单细胞研究显示，从肝硬化向HCC过渡过程中存在阶段依赖性和病因依赖性免疫重塑，如CD9⁺/IFI6⁺巨噬细胞扩增、GNLY⁺NK细胞改变、Treg增多、LAG3⁺耗竭性CD8⁺ T细胞富集及效应CD8⁺ T细胞减少。Treg常高表达PD-1、LAG3、TIGIT和CTLA-4等免疫检查点。与此同时，肿瘤代谢重编程通过营养竞争、低氧、酸化、氧化还原状态变化、脂质处理及氨基酸可利用性改变进一步塑造免疫功能；紊乱的肿瘤血管则形成免疫细胞浸润障碍并增强治疗耐药性。HCC因此被概括为一个由肿瘤细胞、基质细胞、微生物来源信号及空间组织化免疫生态位共同决定病程与疗效的免疫代谢生态系统。

3 Metabolic Evolution From Healthy Liver to HCC

3.1 Lipid Metabolism Drives Hepatic Steatosis

本节指出，代谢重编程贯穿慢性肝病及HCC发生发展的全过程。健康肝脏中脂质与葡萄糖代谢协调维持全身能量稳态；肝脂肪变性则标志着代谢重大转折，表现为脂肪酸摄取增加、从头脂肪生成增强、甘油三酯储存及胆固醇处理异常，最终导致肝细胞内脂质过量积累。该过程主要由胰岛素抵抗以及肥胖、2型糖尿病等心代谢危险因素驱动。作者强调，肝内脂肪堆积并非被动指标，而是提高脂毒性、氧化损伤和炎症易感性的主动因素。

3.2 Metabolic Disorders in MASH

在MASH阶段，葡萄糖和脂质代谢紊乱与线粒体功能障碍、抗氧化防御受损、氨基酸失衡及ROS应答增强并存。这些代谢失衡导致肝细胞损伤、气球样变、炎症信号激活和免疫细胞募集。脂毒性脂质进一步加剧内质网应激、氧化应激和炎症细胞因子产生，从而将代谢负荷与MASH的组织学表型紧密联系起来。

3.3 Persistent Metabolic Dysregulation in Fibrosis and Cirrhosis

随着疾病进入纤维化和肝硬化阶段，代谢紊乱不再局限于脂质超载，而扩展至蛋白质、碳水化合物、脂质、胆汁酸及微生物代谢产物代谢异常。这些变化促成肝硬化患者的胰岛素抵抗、高代谢状态与营养不良，即便能量摄入未增加。线粒体功能障碍、氧化应激、低氧信号及尿素循环活性异常进一步加重肝脏免疫与代谢紊乱，持续推动巨噬细胞、淋巴细胞、HSC及内皮细胞重塑，形成有利于恶性转化的纤维化且代谢脆弱的微环境。

3.4 Glycolytic Reprogramming in HCC

HCC形成与深刻代谢重编程密切相关，其核心特征是糖酵解增强，即Warburg效应，以及脂肪酸分解代谢和氨基酸代谢异常。上述改变为肿瘤快速增殖和存活提供能量与生物合成前体。文中以肥胖相关HCC为例，指出脂肪酸结合蛋白5（FABP5）上调可通过增强脂质摄取和调控脂质过氧化赋予铁死亡抵抗，并能将TAM重编程为促炎表型，增强CD8⁺ T细胞介导的抗肿瘤免疫。另有研究显示，尿素循环障碍与摄取增加导致精氨酸积累，从而激活RBM39介导的致癌信号；组氨酸升高则通过抑制巨噬细胞和T细胞活性促进免疫逃逸。索拉非尼耐药HCC细胞还可由糖酵解转向甘油-3-磷酸合成，提高脂质代谢与抗氧化能力以逃避铁死亡。作者据此强调，HCC代谢异常不仅支持肿瘤细胞生存，也深刻重塑免疫微环境。

4 The Gut-Liver Axis Orchestrates Liver Disease Progression

4.1 Gut Microbiota Homeostasis in Healthy Liver Function

该部分系统阐述肠-肝轴的生理基础。健康状态下，多样化肠道微生物群通过维持上皮屏障完整性、免疫耐受、营养加工和宿主代谢调控而支持肝脏稳态。短链脂肪酸（SCFA）如乙酸、丙酸和丁酸由不可消化碳水化合物发酵生成，可通过FFAR2/GPR43、FFAR3/GPR41及GPR109A调控GLP-1分泌、中性粒细胞募集、巨噬细胞细胞因子状态和全身胰岛素敏感性，并通过组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制及p300相关组蛋白酰化影响表观遗传调控。胆汁酸则构成第二大代谢物-受体系统，初级胆汁酸经微生物酶作用转化为次级胆汁酸，并通过FXR、TGR5/GPBAR1、PXR及VDR等受体影响炎症、屏障功能及糖脂代谢。第三条关键轴为色氨酸来源吲哚类代谢物，通过芳香烃受体（AhR）和PXR促进IL-22依赖的黏膜防御、紧密连接维持和抗炎转录程序。作者认为，这些受体特异性机制使微生物组组成能够转译为宿主代谢与免疫表型。

4.2 Early Gut Dysbiosis and Functional Shifts in Liver Steatosis

在早期脂肪变性阶段，尚未发生明确MASH前即常可检测到肠道菌群改变，包括α多样性下降、部分菌属扩张及双歧杆菌等有益菌减少。肠屏障通透性增加使脂多糖（LPS）等微生物相关分子经门静脉进入肝脏，激活TLR4-MYD88-NF-κB信号，诱导TNF-α和IL-6产生，并强化肝脏脂质积聚与炎症预激。与此同时，SCFA减少削弱上皮紧密连接和抗炎信号，胆汁酸转化异常则干扰FXR-FGF15/19反馈及胆固醇向胆汁酸通量。作者强调，早期菌群失衡并非仅为相关性标志，而可能与宿主转录重塑协同促进脂质储存和炎症易感性。

4.3 Gut Dysbiosis and Functional Disruptions in MASH

随着病程推进至MASH，菌群失衡更加显著且功能破坏更强，表现为微生物丰富度降低、屏障受损、内毒素血症及肝脏炎症。某些具有屏障支持作用的菌群如Akkermansia muciniphila、Faecalibacterium prausnitzii和Bacteroides uniformis减少，而条件致病菌增加。功能上，保护性代谢物如3-succinylated cholic acid（3-sucCA）生成减少，粪便及血清胆汁酸谱发生改变，部分队列中可见FXR拮抗性脱氧胆酸（DCA）增加，从而进一步破坏FXR/TGR5信号、免疫调控及肝细胞应激反应。作者认为，这些功能特征具有多组学诊断潜力，并可能成为微生物组导向治疗靶点。

4.4 Multi-Domain Gut Dysbiosis Defines Liver Fibrosis Progression

该节指出，肝纤维化阶段的微生态失衡呈跨域特征，不仅涉及细菌，还涉及真菌与病毒群落。总体表现为微生物多样性下降；非肥胖MASLD患者的进展期纤维化可见Veillonellaceae富集、Ruminococcaceae减少，并伴有粪便丙酸模式改变。真菌群方面，某些真菌比值升高及抗白色念珠菌IgG增加提示免疫激活；病毒组方面，进展期纤维化中病毒多样性及噬菌体比例下降。宏基因组特征可较高精度区分轻度与重度纤维化。文中还提到，在小鼠模型中通过Ruminococcus faecis或两性霉素B调节微生态可减轻纤维化，支持其因果作用。此外，SCFA水平与NFS、FIB-4及弹性成像值呈负相关，提示其可作为预后指标，但乙酸过量在特定饮食背景下亦可能促进脂肪生成。

4.5 Progressive Gut Dysbiosis and Functional Shifts in Cirrhosis

肝硬化阶段肠道微生态进一步恶化，表现为肝硬化失衡比值（CDR）显著下降，有益共生菌如Lachnospiraceae和Ruminococcaceae减少，而Proteobacteria、Fusobacteria、Streptococcaceae及Enterobacteriaceae等潜在致病菌富集。其机制之一可能是次级/初级胆汁酸比例下降，反映7α-脱羟化菌减少。SCFA生成不足削弱肠屏障，硝酸盐代谢增强导致氨生成增加，γ-氨基丁酸（GABA）上升则与肝性脑病相关。部分富集菌种来源于口腔，提示异位菌群移位。作者认为，微生物特征不仅可作为无创诊断指标，亦为恢复胆汁酸与SCFA平衡、打断肠-肝病理环路提供潜在干预方向。

4.6 Gut Dysbiosis and Functional Reprogramming in HCC

在HCC中，长期肠-肝轴失衡进一步表现为SCFA产生菌和黏膜保护菌减少，以及Proteobacteria、链球菌属和Veillonella等富集。不过作者强调，不同研究间分类学结果并不完全一致，功能解释通常比单纯分类学归纳更稳健。功能层面，HCC相关菌群可通过屏障破坏、慢性炎症、SCFA信号异常和胆汁酸重塑促进癌变。某些结合型初级胆汁酸如牛磺鹅脱氧胆酸（TCDCA）可经氧化应激损害CD8⁺ T细胞功能，次级胆汁酸如石胆酸（LCA）可减少NKT细胞募集并促进免疫逃逸；而在特定条件下，鹅脱氧胆酸（CDCA）和熊去氧胆酸（UDCA）又可能支持抗肿瘤免疫或改善治疗反应。因此，HCC中的肠-肝轴被概括为受微生物代谢物、屏障功能、肝脏炎症与免疫监视共同调控的情境依赖网络。

5 Gut Microbiota-Metabolism-Immunity Interactions in Liver Disease

本部分围绕微生物代谢物驱动的免疫编程、屏障功能破坏、肝脏空间分区、表观基因组调控、性别二态性、前临床模型局限及治疗策略展开。作者指出，SCFA、胆汁酸和色氨酸代谢物对肝脏免疫具有双向调节特征：丁酸可通过GPR41和HDAC抑制促进抗炎IL-22产生，但在部分MASLD-HCC情境中也可能扩大Treg并抑制CD8⁺ T细胞；乙酸既可通过GPR43抑制IL-6/JAK1/STAT3轴发挥抗HCC作用，也可在高果糖条件下经O-GlcNAc化促进肿瘤进展。屏障破坏导致细菌移位、干扰素紧张性信号、IL10介导免疫抑制及NLRP3、TLR4等炎症通路激活，从而连接内毒素血症、脂质代谢异常与肝损伤。作者还强调肝脏沿门管-中央静脉轴存在显著分区性，门静脉输入的LPS、乙酸和胆汁酸梯度，联合LSEC产生的CXCL16、CXCL9等趋化因子，可影响免疫细胞定位及病灶空间分布。单细胞RNA测序、空间转录组学及空间蛋白组学证实，NASH-HCC和病毒性HCC中免疫抑制生态位并非均匀分布，而是在肿瘤边缘和瘤周区域富集。另一个重点是肠道微生物群可通过SCFA、胆碱代谢和一碳代谢调节肝脏DNA甲基化和组蛋白修饰，影响脂肪酸氧化、胶原生成和抗原呈递等基因程序。作者还讨论了性别对肠-肝-免疫轴的重要修饰作用，以及不同动物模型对病程、胆汁酸池、微生物结构和免疫组成模拟能力有限，提示未来研究需强化纵向多组学与细胞类型特异验证。治疗方面，文章总结了益生菌、粪菌移植（FMT）、代谢物靶向干预、饮食调整及与免疫治疗联合应用的潜力，但强调需要机制导向和个体化分层。

6 Dietary Modulation of Liver Disease: Risks and Therapeutic Opportunities

该部分强调饮食是最重要且可调控的肠-肝-免疫轴决定因素之一。高脂、高糖/高果糖、高盐、西方饮食、酒精及高红肉/加工肉饮食可通过破坏微生物群、损害屏障、扰乱胆汁酸和SCFA代谢、诱导氧化应激及免疫失衡，推动脂肪变性、MASH、纤维化乃至HCC。西方饮食不仅可促进肝脏脂质生成、内质网应激和纤维化信号，还可经2-酮戊二酸（2-OG）-GPR119/TAK1/NF-κB/TGF-β₁轴或H₂S相关免疫耐受破坏加重病情。高脂饮食在不同基础代谢状态下诱导不同免疫和代谢转录反应，提示宿主背景的重要性。与之相对，地中海饮食、高纤维饮食、发酵食物、低碳水/间歇性禁食、抗炎营养成分及部分精准膳食干预显示出改善MASLD、MASH和早期纤维化的潜力。地中海饮食可降低肝脂肪、改善胰岛素敏感性、抑制神经酰胺合成、增加有益菌和SCFA生成；抗性淀粉、菊粉、低麸质ATI-free饮食等也可通过调节菌群和代谢物改善肝脏表型。生酮饮食则呈现明显情境依赖性，既可能改善脂肪变性和抑制HCC，也可能加重NASH、纤维化或在某些肿瘤情境下促进不良结局，因此需审慎监测。作者进一步提出基于基线微生物组和宿主背景的精准营养框架，主张将粪便宏基因组、血浆/粪便代谢组及临床分层结合起来，实现饮食干预个体化。

7 Conclusions and Perspectives

结论部分认为，慢性肝损伤向HCC转化并非单一路径，而是多种病因特异性轨迹在共同免疫代谢失衡终点上的汇聚。MASLD/MASH模型揭示了脂质过载、胰岛素抵抗、线粒体应激、菌群失衡和慢性炎症如何驱动纤维化及肿瘤免疫逃逸，但ALD、HBV、HCV和混合病因肝病也通过各自起始事件并行接入肠-肝轴。作者主张，应将慢性肝病理解为由病因、遗传、性别、饮食、环境和微生物组共同塑造的互联免疫代谢状态，并推动整合免疫表型、循环代谢物、微生物功能特征、纤维化评估及空间组织标志物的综合诊断体系。未来关键问题包括：早期脂肪变性患者中谁将进展、哪些菌群和代谢物具有真正因果性、不同阶段应如何安全组合胆汁酸调节、屏障修复、代谢矫正与免疫治疗，以及如何用无创指标监测疾病进展和疗效。综上，文章提出，通过将饮食、微生物群、代谢、免疫、纤维化与肝脏空间生态位整合到统一框架中，可为慢性肝病恶变拦截和HCC治疗优化提供更精准的理论与转化基础。