综述：重新审视肠道微生物群驱动的氨代谢：从疾病负担到生理适应

《Gut Microbes》：Revisiting gut microbiota-driven ammonia metabolism: from disease burden to physiological adaptation

　　

氨稳态由相互关联的宿主与微生物途径共同调控，包括肝脏尿素生成（ureagenesis）、谷氨酰胺合成以及肠道微生物群介导的尿素水解、蛋白水解和氨基酸脱氨。氨历来主要被视为含氮废物和具有神经毒性的分子，这一概念得到了高氨血症和肝性脑病研究的强力支持。肝功能受损导致的清除障碍、门体分流以及肠道来源的氨输入增加会提高系统性氨负担，并与神经功能障碍、肌肉萎缩、免疫失调和肝病进展相关。然而，在肠腔和黏膜环境中，肠道微生物不仅能生成氨，还能重新利用氨衍生的氮进行氨基酸合成、微生物生物量形成和群落氮交换。来自特定生理和临床前模型的证据表明，微生物群衍生的氨在特定条件下可能有助于氮循环、微生物群落维持、肠神经调节或代谢适应。这些作用相较于系统性高氨血症的病理效应更具情境特异性且广泛确立性较低。当上皮屏障完整性受损、肝脏清除能力下降或宿主缓冲储备耗竭时，氨升高可增加上皮暴露、门静脉氨输入或外周血氨。反之，微生物群衍生氨减少导致疾病的证据有限，目前主要来自选定的动物模型。本综述从以肠道微生物群为中心的视角重新审视氨代谢。研究人员讨论了微生物群衍生氨在生理和疾病中的生态起源、空间分布、暴露特征、宿主界面效应及情境特异性结局，并探讨了在微生物氮代谢中应如何测量、分层和靶向氨。

1 引言

氨是哺乳动物氮代谢中的基本分子，传统上被视为分解代谢产生的废物并通过肝脏解毒清除。由于氨具有明确的神经毒性潜力，宿主系统通过肝脏尿素生成和谷氨酰胺合成限制氨积累，从而减少对脑等器官的损伤。该观点主要源于高氨血症和肝性脑病研究，在这些疾病状态下，氨升高与星形胶质细胞肿胀、脑谷氨酸-谷氨酰胺循环破坏、氧化应激、线粒体功能障碍和脑水肿密切相关。因此，在传统宿主代谢框架内，氨长期被视为需要快速清除的代谢废物和神经毒性分子。然而，宿主-微生物群研究的进展表明，仅将氨定义为毒性终产物不足以解释肠道微生物如何产生、重用和转移氨衍生的氮。肠道内的氨并非来自单一的同质肠腔区室，而是由位点特异性的宿主和微生物过程塑造，包括上皮谷氨酰胺代谢、宿主来源的尿素递送、微生物尿素水解、蛋白水解和氨基酸脱氨。选定群落成员参与尿素氮挽救和氨同化，将游离氮重新纳入氨基酸和微生物生物量。在实验模型中，抑制肠道微生物脲酶可减少宿主氨负担；相反，微生物群衍生氨不足损害脑谷氨酰胺供应的证据目前主要来自慢性应激小鼠模型，应解释为模型特异性。因此，当前证据支持明确区分：升高的系统性氨的病理效应在临床和实验环境中已明确确立，而减少的微生物群衍生氨的疾病相关效应仍较有限且处于临床前阶段。空间区分从一开始即很重要，回肠和升结肠或近端结肠是宿主-微生物氮交换的两个主要但功能不同的部位。回肠的特征是快速转运、活跃的上皮吸收和分泌、上皮谷氨酰胺代谢以及直接通向门静脉引流。输送到回肠上皮的尿素可在致密结肠发酵占主导之前为产脲酶微生物提供底物。升结肠或近端结肠则包含更密集的微生物群落，接收残留的膳食和宿主来源底物，并支持活跃的发酵、尿素水解、氨同化和氮交叉喂养。因此，输送到肠腔的尿素应被视为空间底物递送，而不仅仅是终末宿主废物处置。氨代谢嵌入跨器官生理网络。在肝硬化和肝性脑病中，高氨血症反映了肠道氨生成增加、门体分流、肝脏解毒受损和肝外缓冲需求增加的联合效应，而非单一来源扩大。肾脏在生理和病理条件下调节氨释放和排泄，骨骼肌通过谷氨酰胺合成作为外周缓冲，脑组织对氨诱导的代谢和渗透压应激高度敏感。因此，氨不仅由肝脏处理，还在回肠、结肠、门静脉、肝脏、系统和远端器官区室间移动，被运输、清除、再同化或保留。本综述解决了四个机制问题：哪些微生物途径生成或同化氨；氨在回肠、升结肠、远端结肠、门静脉和系统区室中首先积累的位置；上皮运输和肝脏清除如何决定宿主暴露；以及哪些宿主条件将区室特异性的氨产生或暴露转化为适应性氮循环或病理负担。从肠道微生物群为中心的视角，总外周血氨是经过肠腔产生、群落同化、跨屏障运输、门静脉输入和肝脏处理后的整合读数，不能完全捕捉局部暴露或组织特异性效应。相似的外周氨浓度可能反映不同的回肠或结肠暴露、门静脉输入和器官处理负担。即使没有系统性高氨血症，当存在上皮屏障损伤、跨上皮运输增强、门体分流或宿主缓冲能力降低时，局部氨变化也可能被放大为病理信号。来自生命早期营养、营养适应和选定临床前模型的证据表明，微生物群衍生氨在特定条件下可支持氮循环或特定的宿主反应。然而，氨输入不足导致疾病的证据有限，不应等同于高氨血症的临床证据。在此基础上，研究人员首先回顾肠道微生物群衍生氨的生态基础，然后讨论感知和重塑该代谢物的回肠-结肠和肠外宿主界面，比较其在生理和疾病中的情境特异性结局，最后讨论测量策略、知识缺口和转化机会。

2 肠道微生物氨代谢的生态基础

2.1 多种微生物途径汇聚于氨生成

胃肠道对门静脉氨输入贡献巨大，但这种贡献在解剖上并不均匀。回肠和升结肠或近端结肠尤其相关，因为它们结合了微生物活动与宿主来源氮底物的获取。在回肠，上皮谷氨酰胺代谢、宿主来源尿素递送、快速吸收和门静脉引流可使局部生成的氨快速供宿主代谢利用。在升结肠和近端结肠，较高的微生物密度、较慢的转运、残留底物发酵和尿素水解为微生物氨产生、同化和氮交换创造了独特区室。培养和非微生物学研究已确定几种与肠道相关的产氨类群，包括大肠杆菌（Escherichia coli）、拟杆菌属（Bacteroides spp.）、变形杆菌属（Proteus spp.）、梭菌属（Clostridium spp.）和胃链球菌属（Peptostreptococcus spp.），这些生物通过脲酶依赖性尿素水解、蛋白水解和脱氨发酵以及其他含氮底物转化持续补充肠腔氨池。三种微生物反应可为回肠或结肠肠腔区室提供氨。第一种是脲酶依赖性尿素水解，由于哺乳动物不表达内源性脲酶，递送到回肠或结肠腔的尿素必须由微生物酶系统裂解，因此产脲酶细菌在宿主来源尿素氮循环和氨生成中占据特殊地位。第二种是蛋白水解发酵，未在小肠完全吸收的膳食蛋白质、肽和氨基酸，以及来自黏液、脱落上皮和渗漏蛋白的内源性含氮底物，可被结肠微生物持续降解和脱氨，释放氨和其他相关含氮代谢物。第三种是硝酸盐和亚硝酸盐还原，在厌氧条件下，一些细菌可逐步还原氧化氮并最终导向铵生成。这些途径扩展了肠道铵的生化来源。这些途径对应于不同的解剖部位、生态状态和底物背景，主导的氨生成途径取决于解剖区室、底物递送、转运时间、pH以及产脲酶或蛋白水解类群的丰度。

2.2 产脲酶微生物群落与宿主氮再分配

脲酶是一种关键微生物酶，催化尿素水解并释放氨，从而将宿主原本作为尿素排泄的氮重新导向局部肠道氮循环。由于哺乳动物不表达内源性脲酶，该过程几乎完全依赖产脲酶微生物。同位素示踪研究表明，宿主来源的尿素可被细菌脲酶裂解，被肠道微生物群捕获，并纳入氨基酸合成和微生物生物量。脲酶阳性细菌因此影响肠腔氨产生和微生物对宿主来源尿素氮的获取。其下游效应取决于递送到肠道的尿素量、产脲酶类群的丰度和活性、群落同化铵的能力、局部pH以及上皮或门静脉暴露程度。然而，产脲酶细菌不应被视为单一功能群，它们在获取尿素、脲解发生位置以及释放氮的利用方式上存在差异。一个重要的区别是尿素获取，具有专用尿素通道或转运系统的产脲酶细菌可更有效地导入尿素，并将脲解与细胞内氮同化和生长耦合。第二个区别是脲酶定位，细胞内脲酶需要尿素进入细胞，可能首先支持微生物氮重用，然后才释放氨；而表面相关或细胞外脲酶可在更接近肠腔或黏膜表面处水解尿素，增加局部NH₃/NH₄⁺可用性，改变pH，并可能增加上皮暴露。

2.3 不依赖脲酶的微生物氨生成程序

2.3.1 蛋白水解驱动的脱氨

除了尿素水解，蛋白水解和脱氨发酵是结肠氨生成的另一主要途径，尤其是在高蛋白摄入、可发酵碳水化合物可用性低、转运时间延长或远端结肠底物相对耗竭的生态背景下。在这些条件下，当可发酵碳源耗竭时，微生物生物量扩张可能受局部生态系统承载力的限制，超过同化需求的含氮底物更可能被降解和脱氨，导致游离氨释放增加。早期培养研究表明拟杆菌、梭菌组和肠杆菌科（Enterobacteriaceae）在结肠蛋白质降解中起重要作用。体外发酵研究显示，当蛋白质和蛋白胨是唯一可发酵底物时，肠杆菌科（包括埃希-志贺氏菌属 Escherichia-Shigella、肠杆菌属 Enterobacter、克雷伯菌属 Klebsiella）以及毛螺菌科（Lachnospiraceae）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）和一些胃链球菌科相关菌落显著扩张。这一状态常伴随支链脂肪酸、胺、酚、对甲酚（p-cresol）、吲哚衍生物和硫化氢的积累。这种代谢状态尤其可能发生在远端结肠，因为该区域的可发酵碳水化合物通常已被上游群落消耗，较长的停留时间进一步放大了底物耗竭。同时，屏障损伤、黏液降解增加和宿主来源蛋白输入增加可为蛋白水解细菌提供更多底物，进一步促进脱氨程序。

2.3.2 氧化氮还原和DNRA驱动的铵生成

除了有机氮裂解，肠道氨还可来源于氧化氮的还原。在厌氧条件下，一些微生物可利用异化硝酸盐还原为铵（DNRA）逐步还原硝酸盐和亚硝酸盐，最终将氮导向氨生成。实验条件下，大肠杆菌和植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）在添加硝酸盐后均可产生亚硝酸盐和氨，表明当局部有氧化氮底物可用时，硝酸盐和亚硝酸盐还原可为肠道相关细菌提供铵生成途径。该途径的相关性不应被描述为均匀分布于肠道，而应根据局部硝酸盐或亚硝酸盐可用性、氧张力、氧化还原状态、炎症状态和微生物群落结构进行定位。DNRA相关的铵生成最可能与末端回肠、盲肠或升结肠区域、远端厌氧结肠区室以及宿主来源硝酸盐可用性可能增加的发炎黏膜生态位相关。

2.3.3 释放氨的其他微生物反应

除了上述两种主要途径，肠道微生物氨生成还有更广泛的来源异质性。不同微生物群可根据其代谢能力、生态位和可用底物通过多种反应释放氨。例如，艰难梭菌（Clostridioides difficile）可进行Stickland型氨基酸发酵；生孢梭菌（Clostridium sporogenes）和大肠杆菌可进行厌氧嘌呤降解；肠杆菌（Enterobacter cloacae）可通过dcd相关氮中间体转化增加粪便和循环铵。这些例子表明肠道微生物可通过脲酶活性、氨基酸发酵、嘌呤降解和dcd相关氮转化释放铵。

2.4 微生物氨同化和氮保留

如果氨的来源重要，其命运同样关键。讨论长期主要集中在产氨菌或高氨暴露，而微生物对氨的再捕获和固定较少受关注。大多数细菌具备将游离氨重新纳入中心代谢网络的能力，通常通过谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合酶途径（GS-GOGAT）、谷氨酸脱氢酶（GDH）和其他酰胺化相关程序。通过这些途径，游离氨可迅速并入谷氨酰胺、谷氨酸和下游含氮代谢物，然后进入微生物生物量。因此，肠道氨不会长期作为游离环境分子自然存在，其暴露水平很大程度上取决于群落是否具有足够的同化和固定能力。在生态上，氨同化减少了可用于上皮吸收的游离氨量。在同化能力强的群落中，大部分以氨形式产生的氮可被重新吸收并保留为细胞生物量、氨基酸储备或共享群落资源，从而可能不会产生大量游离氨积累。相反，当同化能力弱、群落功能被破坏或交叉喂养和铵同化减少时，相同量的氨生成更可能产生局部积累、增加上皮暴露和增强门静脉输入。

2.5 交叉喂养网络中的氨共享和氮分配

尽管大肠微生物密度高，但它不一定是氮丰富的环境。相对于密集微生物群落的生长需求和持续输入的碳底物，可用氮可能变得有限。比较研究提出大肠微生物群通常占据氮供应有限的小生境，减少膳食蛋白质会降低粪便细菌负荷，表明结肠微生物生长可受上游宿主吸收后剩余氮量的限制。在此背景下，游离氨（尤其是NH₄⁺）更应被视为可竞争、共享和重用的交换性氮源。多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）可根据铵可用性调整含氮前体合成，并利用替代酶系统合成精氨酸、赖氨酸等化合物，表明NH₄⁺是肠道共生菌主动感知和利用的氮源。大肠杆菌可使用包括氨在内的多种氮源在哺乳动物肠道定植。结肠NH₄⁺由微生物产生并向远端增加；拟杆菌属的生长可依赖NH₄⁺；产脲酶细菌释放的铵可被非产脲酶细菌利用。这些研究表明一个微生物群产生的铵可成为其他群落成员的氮源。氮交叉喂养提供了一种机制，使尿素水解、氨基酸脱氨或其他氮转化反应释放的氨在微生物群落内重新分配。当交叉喂养和同化能力完整时，游离氨更可能被保留在微生物代谢网络内；当这些能力降低时，更多游离氨可能留在肠腔中，可供上皮或门静脉暴露。

2.6 氨的形态和空间异质性

氨的pKa约为9.15，在生理pH 7.4时，绝大多数以NH₄⁺形式存在。因此，局部pH的小变化可能不会改变测得的总氨，但足以改变氨的形态、膜通透性和局部暴露形式。NH₃更容易跨膜扩散，而NH₄⁺更多受离子通道、转运蛋白和局部离子环境限制。远端结肠上皮对NH₃和NH₄⁺的渗透性不同，肠腔HCO₃^-分泌和局部酸碱状态可显著调节总NH₄⁺吸收。因此，总氨应结合pH报告，因为pH改变NH₃/NH₄⁺比率和膜通透性：决定宿主暴露的不是总氨本身，而是其中有多少以可扩散、可运输和损伤性形式存在。氨也促进结肠局部酸碱环境，近端结肠酸化主要由微生物可接触碳水化合物的发酵产生的短链脂肪酸驱动；向远端移动，随着短链脂肪酸被吸收，上皮碳酸氢盐分泌增加，蛋白水解代谢和氨释放增加，肠腔pH逐渐升高。因此，氨不仅受肠腔pH影响，氨产生也有助于塑造pH，尤其是在远端结肠。pH的作用不仅限于化学门控，它还反向重塑微生物代谢模式和群落选择。较低结肠pH通常有利于碳水化合物发酵和相关微生物，而较高pH更常与蛋白水解、支链脂肪酸增加和蛋白腐败代谢相关。解剖位置决定了氨的化学形式和暴露的组织表面，回肠、升结肠或近端结肠、远端结肠、黏液层、肠腔中心和粪便应被视为不同的区室。仅检测氨升高不足以定义其来源、暴露途径或生物学后果，关键是氨的测量位置、存在的化学形式以及最终暴露涉及回肠上皮、升结肠发酵区室、远端结肠或粪便终末状态、门静脉输入还是体循环。门静脉氨更接近反映肠道来源输入，粪便氨更接近远端结肠终末状态，外周血氨是肝脏和肝外缓冲后的残余值，三者不一定线性相关且不能相互替代。

3 宿主对微生物群衍生氨的分层感知和器官反应

微生物群衍生氨代谢在局部肠界面开始影响宿主，然后通过跨屏障运输、门静脉输入和肝脏整合逐渐延伸至肠外组织。其生理意义不是由单一浓度变化决定，而是由来源、化学形式、暴露部位、组织处理能力和宿主状态决定。

3.1 回肠和结肠上皮-黏膜界面作为初始宿主暴露部位

回肠和结肠上皮-黏膜界面是微生物群衍生或微生物群修饰的氨可到达宿主组织的主要部位。这些界面在微生物密度、转运时间、尿素递送、pH、黏液结构、上皮运输和门静脉引流方面存在差异，因此回肠和结肠氨暴露不应视为单一肠道过程。经典人类结肠研究表明，结肠既是细菌氨生成的重要部位，也是进入肠腔的尿素再次分解转化为氨的活跃部位，因此肠上皮从一开始便持续暴露于微生物氨。人类排除结肠灌注实验和体内人类结肠¹⁵N-尿素代谢研究证明结肠黏膜直接参与尿素/氨跨黏膜运输和局部氮循环。体外上皮细胞培养研究显示氨可改变氧化应激、线粒体功能和紧密连接完整性，损害Caco-2紧密连接屏障，增加旁细胞通透性。动物模型表明氨与上皮ROS积累、凋亡、屏障蛋白表达减少、绒毛缩短、炎症浸润和连接破坏相关。这些证据支持肠上皮-黏膜界面作为微生物群衍生氨的初始宿主暴露部位，氨可在此局部缓冲、跨上皮屏障、进入门静脉循环或导致上皮应激和屏障功能障碍。

3.2 微生物群衍生氨塑造肠神经和神经递质信号网络

肠神经系统（ENS）是能响应氨的局部组织系统，可能介导肠道动力和神经递质信号改变。实验系统证据表明氨暴露与肠神经活动相关，在出生即持续的猪氨暴露模型中，氨改变了回肠肠神经元和胶质细胞的数量和面积，增加了胆碱乙酰转移酶（ChAT）和甘丙肽表达。胆碱能途径提供了连接局部氨暴露与动力调节的合理机制。此外，氨还可能影响GABA信号和肠神经元兴奋性，但直接将微生物群衍生氨与该途径联系的证据仍限于选定实验模型。当前证据提示微生物群衍生氨可在特定实验背景下影响肠神经元-胶质-递质回路，最强因果证据来自动物动力障碍干预模型，而人类数据主要是关联性的。

3.3 跨屏障氨运输决定宿主暴露模式

宿主对微生物群衍生氨的实际暴露首先由氨形态和跨屏障运输决定，而非仅由总肠腔氨决定。未质子化的NH₃更容易跨膜扩散，而NH₄⁺更多受局部pH、离子梯度和运输过程限制。因此，除非同时考虑pH、NH₃/NH₄⁺形态、顶端与基底外侧运输以及屏障完整性，否则总氨浓度不能定义上皮暴露。早期结肠隐窝微灌注研究表明，结肠隐窝顶端膜对NH₃/NH₄⁺的通透性远低于基底外侧膜，细胞内pH测量显示不同的细胞进入动力学。在分子水平，小鼠胃肠道组织中，Rhesus血型B糖蛋白（RhBG）和Rhesus血型C糖蛋白（RhCG）呈极化上皮表达模式，RhCG富集于面向肠腔的顶端，RhBG富集于面向间质和血液供应的基底外侧。这允许NH₄⁺运动因氨/铵从肠腔侧或基底外侧侧呈现而不同。人类排除结肠灌注和小肠运输研究显示结肠和小肠上皮均能吸收和分泌氨，跨上皮运动不能仅用被动扩散解释。猪结肠灌注实验表明，肠腔铵盐增加门静脉氨、谷氨酰胺和精氨酸，而较低剂量未同步升高动脉氨，表明跨上皮运输首先塑造局部和门静脉暴露，然后产生系统变化。

3.4 肝脏作为微生物群衍生氨的主要肠外整合器

肝脏是微生物群衍生氨进入门静脉循环后遇到的第一个也是最关键肠外器官。对于肠道来源的氨，肝脏不仅进行单向清除，还从门静脉血提取氨，将部分氮转化为尿素或谷氨酰胺，限制进入体循环。早期灌注肝和肝小叶分区研究显示肝脏氨处理有明确空间分工：门静脉周围区趋向尿素合成，而静脉周围区趋向谷氨酰胺再合成，形成对门静脉氨的有效清除和代偿同化。猪正电子发射断层扫描（PET）模型量化显示肝脏微循环结构和灌注模式显著影响清除效率。微生物干预研究进一步表明到达肝脏的氨量随微生物尿素水解和脱氨而改变，小鼠模型中工程化低脲酶微生物群落减少了肠道尿素降解和系统性高氨血症并改善肝衰竭结局。疾病相关证据显示，肝功能受损可将微生物氨输入转化为系统性代谢负担，在酒精相关性脂肪肝和NAFLD中，肠道来源氨与乙醇代谢和ATF4依赖性脂肪生成相关。肝硬化合并幽门螺杆菌感染患者血氨升高，根除治疗降低了部分人群的高氨血症。这些发现支持肝脏作为肠道来源氨的中心首过器官，通过分区代谢、门静脉提取和肝病状态下的受损处理，决定微生物群衍生氨是主要停留在门静脉水平、被重新同化到宿主氮代谢还是溢出产生系统性器官暴露。

3.5 远端器官对微生物群衍生氨的次要反应

远端器官反应因器官系统和证据类型而异。在肝病和系统性高氨血症中，氨升高作为病理因素有强有力的临床和机制支持，特别是在脑和骨骼肌。相反，微生物群衍生氨有助于生理或适应性远端器官反应的证据更有限，主要来自选定动物模型。脑提供了这种证据不对称的最清晰例子，在人类肝性脑病和实验性高氨血症模型中，氨诱导的星形胶质细胞肿胀、谷氨酸-谷氨酰胺循环破坏、氧化应激和线粒体功能障碍是神经损伤的既定机制。相比之下，微生物群衍生氨减少损害脑谷氨酰胺供应的证据目前主要基于选定小鼠模型。骨骼肌是另一个关键的次要反应器官，既是重要的外周氨缓冲也是高氨暴露的直接靶标，在高氨血症啮齿动物模型中，氨诱导肌肉自噬、通过NF-κB依赖性途径增加肌抑素转录、损害线粒体呼吸。微生物群衍生氨还与蛋白限制下的代谢适应相关，但证据是模型特异性的，在小鼠蛋白限制模型中，肠道微生物群耗竭削弱肝脏成纤维细胞生长因子21（FGF21）诱导、能量代谢重塑和白色脂肪棕色化。总体而言，远端器官反应应分为升高的系统性氨的既定病理效应和更有限的、模型特异性的适应性氨相关信号证据。

3.6 从局部暴露到系统性表型

微生物群衍生氨的生物学后果首先取决于其升高的空间层，而不仅仅是是否升高。早期无菌与常规饲养豚鼠比较显示门静脉和外周血氨不等同，微生物群存在改变这种梯度关系。近期肝硬化患者多部位静脉采样进一步显示脾静脉、肠系膜和门静脉系统内氨存在显著差异，例如肠系膜静脉氨高于脾静脉氨，而门静脉氨分布在进入肝脏后相对均匀。这些观察表明门静脉氨不是单一均匀变量，而是具有内部空间结构的暴露区室。血氨水平也强烈受血流路径和分流程度影响，而非仅由肠道产生变化决定。人类临床研究显示门体侧支循环和肝内分流使肝脏首过清除旁路，强烈修饰系统性氨暴露。因此，局部肠暴露、门静脉暴露和外周循环暴露不是等效的氨区室，最终表型应根据来源、化学形式、局部屏障状态、门静脉输入、肝脏首过能力和远端器官易感性解释。

4 宿主对微生物氨代谢反应的生理适应和疾病负担

氨相关结局在生理和疾病背景下差异很大，取决于氨负荷、解剖暴露区室和宿主清除能力。在肝病和系统性高氨血症中，升高的外周氨作为病理因素有强临床和机制支持；相反，局部氨作为代偿或适应反应一部分的证据更有限，主要来自选定动物模型、营养适应研究和定义的微生物群落实验。

4.1 从局部输入到系统性负担

在正常生理条件下，肠道微生物群持续的氨生成不一定导致系统性损伤，因为局部生成的氨可在肠上皮、门静脉和肝脏等水平被限制、代谢和再分配。系统性高氨血症负担通常通过两个过程叠加形成：微生物氨生成程序异常增强和宿主限制及处理门静脉氮流的能力同时下降。人类肝硬化队列提供了将微生物氨生成与系统性氨负担联系的最清晰临床证据，肝硬化患者肠道或粪便微生物脲酶活性与血浆氨水平相关，升高的粪便脲酶活性预测显性肝性脑病。人类微生物组研究显示肝硬化患者富集变形菌门（Proteobacteria）、梭杆菌门（Fusobacteria）、链球菌科（Streptococcaceae）和韦荣球菌科（Veillonellaceae）。在失代偿性肝硬化和肝性脑病队列中，产脲酶细菌在肝性脑病组富集，并与血氨和脑谷氨酰胺升高相关。肝病中氨生成微生物转变不限于产脲酶类群，肠杆菌科、韦荣球菌属（Veillonella）、链球菌属（Streptococcus）、肠球菌属（Enterococcus）等与蛋白水解发酵相关的类群增加，而与短链脂肪酸产生和固氮相关的土著共生菌减少，表明向有利于蛋白水解、脱氨和游离氨释放的微生物途径转变。实验小鼠模型中，小分子肠道细菌脲酶抑制剂降低了肠道细菌脲酶活性、减轻了高氨血症负担并改善肝病相关结局。人类队列数据和小鼠干预研究共同支持肠道微生物氨生成作为肝病系统性高氨血症的上游贡献者。宿主侧缺陷决定局部生成的氨何时成为系统性暴露，在肝硬化患者中，胃酸分泌减少、小肠动力受损、胆汁酸谱改变、抗菌防御减弱和肠屏障损伤促进细菌过度生长和微生物产物跨屏障移动。