过去数年间，研究者积累了大量的新知识，这增加了我们建立以肠-肝轴为靶点的新治疗方法的希望，从而有效治疗以前无法治疗的常见和罕见的肝病。
肝脏和肠道都是消化系统的重要组成部分，各自有着极其复杂的生理活动。事实上，胃肠道拥有着人体最大的粘膜表面，不断受到饮食抗原和微生物的冲击。过去积累的研究证据已经令人信服地表明，整个胃肠道 (从口腔到肛门) 存在着数量惊人的共栖微生物，它们在人体的健康和疾病状态中扮演着不同的功能。陈列在胃肠道屏障上的多种上皮和内皮细胞以及固有和适应性免疫 (及其介质) 的复杂组合，让我们的身体能够应对这一艰巨的任务。
肝脏的门静脉从小肠和大肠、脾脏和胰腺收集血液，门静脉也是消化道-肝脏交流的标志性解剖结构。在健康情况下，门静脉血液中可能会包含少量的潜在致病菌或有毒化合物，如膳食成分或共生物 (及其代谢产物)，不过健康的肝脏及其免疫系统足以处理此类应激源。反之，肝脏分泌的胆汁通过胆管进入肠道，并在被肠道摄取进入门静脉血，从而建立了肝-肠轴的双向循环。例如，胆汁允许肠道微生物实现胆汁酸 (BA) 代谢，胆汁含有的抗菌肽也参与控制了肠道微生物的共生平衡。
除此之外，肠道和肝脏之间的相互作用，还包括额外的解剖层面的复杂性。例如，肠道和肝脏淋巴管、肠源性脂质信使 (例如，脂肪饱腹分子油酰乙醇酰胺) 和肝脏中的迷走感觉传入神经。
总之，肝脏和肠道之间有着的广泛而密切的相互交流，即为肠肝轴（gut-liver axis）。肠肝轴不仅控制着胃肠道健康和疾病，还是影响着环境和宿主之间互作的介质。营养的东西、微生物抗原、代谢物和胆汁酸，调节着肠道和肝脏中的代谢及免疫反应，并相互影响各自的微生物群落的结构与功能。
在多种肝病模型中，研究者均已观察到这种宿主-微生物相互作用的紊乱，并且受损的肠道屏障会促进紊乱，并加剧肝脏炎症和疾病进展。临床证据也显示，非酒精性脂肪肝、酒精性肝病和原发性硬化性胆管炎患者的肠-肝轴交流存在某些特定的程度的混乱。在肝硬化 (这些疾病的常见后遗症) 中，肠道菌群和微生物病原体相关分子模式，导致了肝脏炎症以及肝性脑病等临床并发症。
事实上，多种肝病都伴随着肠道屏障受损和肠-肝轴的紊乱。例如，在2型糖尿病(T2D)和紧密关联的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病(ALD)和原发性硬化性胆管炎(PSC)中，都已报道了带有免疫活性介质易位的漏性肠道，表明了不同的宿主内在和外在线索最后导致肠道屏障功能受损。此时，肝脏被抗原、代谢物和可能的肠道微生物淹没，这些微生物可能通过肝脏炎症加重已经存在的肝病。该结论还得到如下现象的支持：以肝硬化和门脉高压为特征的晚期肝病，往往伴有肠漏并且其临床表现可通过调节肠道菌群来治疗。因此，了解肠道和肝脏在健康和疾病中复杂的代谢相互作用，将为未来在临床对照试验中探索新的靶向治疗策略开辟道路。在这篇综述中，作者将讨论肠道和肝脏之间相互交流的科研与临床进展，并将描述在健康和肝脏疾病中维持肠肝轴的特定介质。
肠道屏障可保护我们的身体免受来自潜在有毒代谢物、细菌及其抗原的伤害。因此，对肠道屏障和共生菌群的免疫控制至关重要（在进化上是保守的）。肠道屏障的许多组成部分均参与促成了宿主-微生物之间多层次、动态性的共生关系。例如，微生物-微生物的相互作用决定了成熟肠道菌群的发展，而宿主必须很好地控制其细胞和体液免疫系统以建立平衡地免疫反应 (类似于共生耐受) 。
更具体地说，肠道上皮和内皮细胞的物理和生物学功能，对于维持肠道屏障至关重要(例如，粘液和抗菌物质的产生以及上皮间和内皮连接的表达)。紧密连接(Tight connections,TJs)和涉及 Claudin及 Occludin 等相关的蛋白质机制部分，共同控制着上皮转运过程和粘膜地通透性。TJs 是位于肠表面最顶端的连接元件，控制着肠道地通透性；而附着带位于 TJs 的下方，允许上皮间建立粘附。近年来，饮食已被认为是影响哺乳动物上皮肠道屏障完整性的关键(图1)。
饮食应激和相关微生物失调等因素引起的肠上皮屏障破损，被认为是肠肝轴面临的“一次冲击”。过去数年间，以高脂饮食(HFD)为代表的现代工业化饮食，已成为损害人类肠道上皮屏障功能和导致内毒素血症的最强力诱因之一。在非洲人的生活方式逐步城市化的过程中 (即从农村向城市生活方式和饮食的转变)，对炎症的易感性是明显提高的。由内毒素等细菌成分引起的代谢性内毒素血症，已被明确是将肠道屏障损伤与全身低级别炎症联系起来的重要介质。HFD 还可促进内毒素以乳糜微粒的形式通过上皮屏障入血。此外，现代人摄入过多的果糖，也会导致十二指肠屏障的功能受损，并伴有内毒素血症和 NAFLD，突出了 NAFLD 发病机制中的非脂肪成分的角色。西方饮食中富含的膳食乳化剂，也被认为可以破坏肠道屏障。事实上，膳食乳化剂可在实验小鼠中引发低级别全身炎症和肠道失调，这也是膳食成分促进人类微生物表型改变的一个重要例证。重要的是，宿主的调控机制也会影响肠道屏障。例如，在 T2D 和 NAFLD 患者中，患者的血糖浓度是其肠道屏障功能障碍的关键影响因素。
与现代人的粪便微生物群相比，古代人的粪便微生物基因集丰度明显更高。现代人的肠道微生物群在过去的多年间，已成为控制肠道屏障和代谢性疾病的关键角色。例如，抗生素治疗和在ob/ob小鼠中删除 CD14 (TLR4的辅助受体，参与感应微生物释放的LPS) 可以消除代谢功能障碍和全身炎症。肠道共生菌也通过多种机制帮助维持肠道屏障的健康，如粘液的维持、抗菌肽和短链脂肪酸(SCFAs)的产生。尽管厚壁菌门和拟杆菌门 (包括90%的肠道菌群) 被认为发挥着有益作用，但变形菌门在粘膜表面具有相当程度的促炎作用，并在动物模型中被观察到对上皮屏障的破坏效应。例如，补充普鲁氏Fecalibacterium prausnitzii 和 Akkermansia muciniphilia 会影响小鼠的肠道微生物群，并改善改变的肠道上皮屏障。Akkermansia muciniphilia 可增加肥胖小鼠和人类肠道的粘液层厚度，增加 TJ 的表达，并改善代谢功能。同样，粘膜真菌通过促进小鼠的 CD4+ T 辅助细胞产生白细胞介素-22 (IL-22) 来加强肠道屏障的完整性。
20多年来，细胞因子已经被证实能控制肠道屏障的功能。例如，TNF、IFNγ 和 IL-1β、以及趋化因子都可作为损害肠屏障的关键介质。反之，IL-22 作为已知被研究得最清除的细胞因子之一，参与维持肠道的内稳态和上皮屏障的功能，其他研究也有类似报道 (如IL-18、IL-21 和 CCL-3，金属蛋白酶2组织抑制剂)。例如，有一群特化的自我维持巨噬细胞参与了肠道屏障的维持，它们紧密围绕在肠道血管周围。这种特化巨噬细胞的成熟高度依赖于肠道菌群，这一现象也突出了肠道屏障的维持需要肠道菌群的参与。
肠道-血管屏障(GVB) 的物理结构可以有效的预防细菌通过肠道进行体液传播。这种 GVB 由周细胞和肠内胶质细胞包围的内皮细胞组成，受损的 GVB 伴随着质膜囊泡相关蛋白 (PV1) 水平的升高。β-catenin 信号通路控制着血管通透性，而其过表达可保护小鼠免受沙门氏菌感染。在 HFD 诱导的 NAFLD 模型中，GVB 是受损的，随后细菌会转移到肝脏。HFD 诱导的生物失调导致了 GVB 的破坏，因为将 HFD 饲喂小鼠的粪便菌群转移到对照小鼠，也会破坏对照小鼠的 GVB。还有人观察到，乙醇饲喂小鼠可增加 PV1 的表达，而灌胃黏液黏菌 A. muciniphila 可降低 PV1 的表达。然而，β-catenin 的过表达并不能预防乙醇诱导的肝损伤，这表明了 GVB 的内容特异性的功能特征。
总之，肠道屏障包含多层的解剖和功能结构，从完整的粘液层到上皮 TJs、宿主-微生物相互作用和 GVB。它们共同维持健康，并在各种肝脏疾病中表现出紊乱(图1)。
饮食中的蛋白质和碳水化合物进入肠道后，将由宿主与其共生微生物共同做处理，随后营养物质被肠道吸收并通过门静脉进入肝脏。尽管这些分解产物/代谢物中大多数都是生命所必需的，但许多产物或代谢物也可能会引发或恶化炎性疾病，特别是在过量摄入的时候。在本节中，我们将讨论在肠-肝交互中起及其重要的作用并导致肝脏疾病的促炎和抗炎膳食成分/代谢物。有必要注意一下的是，饮食对这种交互的影响很难从微生物组中剥离出来，我们将在下面加以讨论。
营养和膳食成分是调节胃肠道微生物群落结构和功能的重要的条件之一。早期的证据说明，与具有典型的西方饮食上的习惯的意大利儿童相比，非洲儿童具有较高水准的普雷沃氏菌群，而潜在致病（菌厚壁菌门和肠杆菌科）的数量则相对减少。同样地，HFD 对与肥胖无关的肠道微生物群的组成也有着深远的影响。多项研究已经表明，饮食干预可以在短期内影响肠道微生物群。肠道菌群对饮食的适应，在不同哺乳动物物种中是具有可比性的。通常而言，存在于加工食品中的膳食乳化剂不仅会改变肠道屏障，还会深刻改变肠道菌群导致肠道菌群多样性降低和短链脂肪酸减少。更重要的是，使用“健康食品”进行膳食干预（如富含植物纤维的零食），可以影响肠道微生物组和相关血浆蛋白质组。在临床前和临床中，大量的研究已经证明了饮食和肠道微生物群之间的重要相互作用。例如，在美国和土耳其的晚期肝病患者中，富含咖啡、谷物、茶、蔬菜和发酵牛奶的饮食与较高的微生物多样性有关，饮食会明显影响住院风险。
生物钟依赖因子对宿主生理和代谢也有重要影响。在过去的数年间，肠道微生物组已经被认为是转导昼夜饮食信号的主要的因素。例如，膳食成分，特别是微生物代谢物，如 SCFAs 和 BAs 可以协调肠道微生物群和昼夜节律通路之间的联系，而典型的西方化饮食会扰乱小鼠肠道微生物群的昼夜节律。膳食含量和节律性都可影响小鼠小肠微生物群和上皮转录反应。同样地，饮食诱导的肥胖会损害回肠微生物组地组成和转录组的昼夜周期变化，而限制饲喂时间则可以逆转这种变化。有必要注意一下的是，大多数在人群中开展地研究都没有考虑到昼夜节律振荡的偏差，这一发现也为未来的研究奠定了基础。
饮食中的饱和长链脂肪酸会被摄入上皮来源的乳糜微粒中，然后通过淋巴系统吸收(这是由肠道菌群促进的) 并进入血液到肝脏。这些饱和脂肪酸是强效地促炎营养的东西，可通过炎症小体信号通路激活炎症级联反应。小鼠的 HFD 会导致肠内产生 IL-17 的 γδ T 细胞增加，同时调节性 T 细胞减少，而抗炎药物则能恢复肠的通透性和内毒素血症。西方化饮食通常富含多不饱和脂肪酸，如 n-6 多不饱和脂肪酸，这种饮食会引发老年小鼠肠道中免疫细胞的积累和失调。喂食14个月以上的高脂肪/高胆固醇 (HFHC) 饮食就会导致小鼠的肝脏脂肪变性、肝脏炎症、纤维化、甚至肝细胞癌 (HCC)，而将饮食诱导的肠道微生物失调转移到无菌小鼠中，也可以重现这种促炎、促癌表型。因此，NAFLD 中肝脏脂肪变性和肝脏炎症的演变，已经演变为饮食诱导炎症的一个典型例子，表明营养过剩会沿着肠-肝轴导致疾病（图2)。
除了脂类外，单糖也会导致沿肠-肝轴的疾病。例如，果糖过量会导致新生脂肪生成、非酒精性脂肪性肝炎 (NASH) 和 HCC，这与肠道屏障受损、内毒素血症和激活 Myd88 介导的炎症有关。果糖诱导的肝脏脂肪生成还涉及其他微生物衍生的代谢物，如醋酸酯。在小鼠经内毒素刺激后，膳食果糖通过增加循环中的 IL-1β 发挥促炎作用，这可能是通过果糖依赖性诱导 mTORC1 介导的。尽管一些临床前研究表明，膳食果糖会改变肠道菌群，在10名健康志愿者中进行的小规模人类试点研究未能建立这样的关联。另一个重要的促炎饮食成分是酒精，酒精可以破坏肠道屏障和影响肠道微生物群。酒精消费已被确定为扰乱肠道菌群进而引发“肠-肝轴”沿线炎症反应的最关键宿主变量之一。
三甲胺 N-氧化物(TMAO)是饮食因素促进肠-肝轴炎症的另一个著名例子。肠道细菌可将膳食中的胆碱或肉碱 (如肉类和奶酪中所含) 转化为TMA, TMA 在肝脏中通过黄素单加氧酶进一步代谢为 TMAO。许多临床研究表明，这一关键的肠-肝轴生物标志物与系统性疾病，特别是心血管疾病存在关联。在活检证实的 NAFLD 中，肝脏疾病的严重程度与较高的 TMAO 水平相关，TMAO 水平与 T2D 中 NASH 的严重程度相关。尽管许多研究已经揭示了氧化三甲胺与疾病预后的密切联系，但对潜在机制的深入了解仍然很少。在临床前研究中，TMAO 可以影响胰岛素和葡萄糖耐受量，并促进脂肪组织炎症。有研究报告表明，通过上调 NLR 家族 Pyrin-containing Domain-3 (NLRP3) 和 NF-κB，能够更好的起到促炎作用。也就是说，促炎饮食中间代谢物在肝脏中进一步代谢，相关代谢物进而控制肝脏内外的免疫反应，即免疫代谢。
健康的生活方式和营养可能有利于产生抗炎代谢物，然而对这种的饮食应该是怎样的，目前还存在着相当大的争论 (部分原因是人群对营养的异质性反应)。尽管脂肪、单糖和大多数蛋白质在小肠中被消化，但复杂碳水化合物 (即纤维) 在结肠中也会被共生菌发酵为 SCFAs (如丁酸盐、乙酸盐、丙酸盐)，以促进哺乳动物的健康。这些 SCFAs 与宿主的特定受体结合，例如G蛋白偶联受体(GPCR) (GPR41和GPR43) ，从而在能量代谢和免疫耐受方面发挥有益的功能。例如，SCFAs 调节调节性 T 细胞的丰度和生物学功能，从而有助于维持肠道内稳态和预防结肠炎。在饲喂蛋氨酸和胆碱缺乏饮食的小鼠中，SCFAs 能够改善脂肪变性和肝脏炎症，并进一步延缓 HBx 转基因小鼠中慢性肝病向 HCC 的进展。因此，膳食纤维不但可以影响肠道微生物群落(和功能)，还可以有效改善实验性代谢性疾病。事实上，有益细菌代谢物的清单正在增加，芳基烃受体 (AhR) 配体就是这里面一个很突出的例子。从膳食成分到细菌衍生的配体(如色氨酸)都存在着许多天然的 AhR 配体，可与特定受体结合并导致内化，进而与内化伙伴 AhR 核转位因子结合。这种相互作用会影响许多可能抑制炎症活性的基因的表达，正如在肝脏中观察到的研究结果。有趣的是，与对照组小鼠相比，肠上皮细胞 AhR 特异性缺失的小鼠在乙醇暴露后表现出更严重的肝损伤，支持沿肠-肝轴的 AhR 信号通路的作用。AhR 配体在代谢综合征和肝脂肪变性的临床前和临床环境中也显示出多效性，可能通过改善肠道屏障完整性发挥作用(图2)。
受损的肠道屏障是潜在有害细菌及其效应分子(称为病原体相关分子模式(PAMPs))转移到肝脏的重要前提。内毒素是一种典型的 PAMP，其主要来自于共生菌革兰氏阴性菌的细胞壁成分。因此，内毒素反映了肠-肝交流中的一个关键的肠源性媒介，并已有充足的证据说明其引发肝病的持久性。内毒素能有效地诱导促炎细胞因子的释放，特别是在与 TLR4 结合后诱导巨噬细胞释放促炎性细胞因子。在非常早期的研究中，已经观察到 ALD 和 NAFLD 患者体内的内毒素浓度增加。因此，在诸如 T2D、肥胖或 NAFLD 等代谢性疾病中，血液中低级别内毒素浓度，即内毒素血症，已成为导致全身低级别炎症的主要的因素。内毒素血症与肝脏疾病程度相关，与单纯脂肪变性相比，NASH 患者的循环内毒素水平更高。内毒素与 TLR4+ 肝巨噬细胞出现共同定位，在 NAFLD 临床前动物模型中也得到了类似的结果。在最近的一项 NAFLD 临床试验中，研究者也检出了肝脏内毒素。除了内毒素，许多其他 PAMP，如脂磷磷酸、脂和肽聚糖、脂肽类或来自病毒和细菌的 DNA，都可能进入门静脉，并到达肝脏甚至胆汁。
健康的肝脏有对抗及清除内毒素的机制。最近的一些研究证实了胆固醇的一种新作用，即肠源性 HDL3 可使内毒素失活。肠源性 HDL3 可以中和门静脉中的内毒素，防止肝巨噬细胞的激活和肝脏炎症，这一发现也在一些手术、饮食或酒精性肠损伤的动物模型中得到证实。这项研究表明，肠源性因子 HDL3 可保护肝脏免受慢性炎症的伤害，而慢性炎症可能与人类的慢性肝病息息相关。各种胆汁淤积实验模型小鼠，表现出内毒素从正窦血清除的延迟和内毒素从小管中分泌的减少，这表明 BA 代谢在控制肝细胞 PAMP 清除方面具备极其重大作用。慢性内毒素暴露对慢性肝病患者内毒素耐受性和/或训练免疫的作用目前尚不清楚。有趣的是，防御素等抗菌肽在正常肝脏中有显著表达，在胆汁淤积的情况还可被 BAs 和胆红素进一步诱导。
一般来说，只有少数临床研究关注了代谢性肝病中的门静脉血、细菌和衍生代谢物。Koh 等人报道了 T2D 患者门静脉血液中细菌代谢物丙酸咪唑浓度增加，并影响了胰岛素的信号传导。具体来说，丙酸咪唑通过激活 p38 MAPK 和 p62 的磷酸化导致 mTOR 活性增强，从而损害胰岛素信号传导。McDonald 等人研究了共生菌来源的 D-乳酸的作用，D-乳酸支持肝 Kupffer 细胞清除胞内病原体，而这一物质的生成在抗生素治疗后受损。因此，细菌代谢物能控制肝脏免疫反应。
在实验性 NAFLD 中，共生菌代谢物苯乙酸可引起肝脏脂肪变性，从肥胖妇女的粪便转移到小鼠中也会导致小鼠的肝脏脂肪变性加重。同样地，细菌代谢物 N,N,N-三甲基-5-氨基戊酸 (TMAVA) 可能在肠-肝轴中发挥作用，因为 NAFLD 患者的血清 TMAVA 会出现水平升高。肠道微生物组还能够最终靠某些未知的代谢物控制肝脏内皮细胞的转录谱。总的来说，还需要更加多的机制研究来解析门静脉代谢物怎么样影响小鼠和人类的代谢性肝病。
除饮食或微生物信号外，宿主衍生的介质也参与肠-肝轴的交流。例如，“肠因子”，如小鼠中的成纤维细胞生长因子15 (FGF15) (或人类中的FGF19)，主要由回肠的肠道上皮细胞产生，而不是由成人健康肝脏产生。FGF15/19在回肠中的表达主要受 BA 激活的 FXR 的转录控制，是一种肝-肠轴的交流介质。FGF15 控制 BA 合成和肝脏糖脂代谢，因此，FGF15 参与了沿肠-肝轴的双向交流。重要的是，FGF15/19 通过抑制环 AMP (cAMP)反应元件结合过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1- α (CREB-PGC-1α) 信号通路，对糖异生过程也产生重要影响，也是一种关键的餐后葡萄糖和能量代谢调节剂。这与试验数据所表明的转基因 FGF15 小鼠表现出更高的代谢率和更低的葡萄糖和胰岛素浓度相吻合。肝脏仍然是 FGF15/19 的关键靶器官，尽管其对脂肪组织和大脑的影响已已见报道。在一项II期临床试验中，这种化合物能够减少 NAFLD 的肝脏脂肪和纤维化，突出了回肠激素可能改善肝脏疾病。
胰高血糖素样肽1 (GLP1)是回肠和结肠中的特化上皮细胞分泌的一种肠道激素，控制肝脏中的葡萄糖代谢和胃排空及饱腹感。GLP1受体激动剂已被用于 T2D 患者的高血糖治疗，并用于改善心血管疾病的预后。如今，GLP1 激动剂也在被探索用来医治人类肝病 (已进入 II 期临床试验中)，因此，利用沿肠-肝轴的通讯机制进行及时有效的治疗干预，有几率会成为未来 NAFLD 患者的重要治疗方法。GLP1 激动剂的有益作用，可能是通过减轻体重和/或控制糖代谢介导实现的。
除了作为胆汁的主要渗透驱动力和脂质消化/吸收的洗涤剂外，BAs 还具有调节肝脏代谢、塑造肠道菌群和维持肠道完整性的重要信号功能。BA 信号通过核(激素)受体(NRs)，如 FXR 和 GPCRs，如 Takeda-G-protein-receptor-5 (TGR5)，介导BA、脂质和葡萄糖稳态，并控制先天/适应性免疫。
BAs 在肝脏中通过多种酶途径从胆固醇开始合成，随后与牛磺酸或甘氨酸结合 (人类的主要模式)，并排入胆汁中，并被肠道菌群部分代谢成次生代谢物 BAs。初级和次级 BAs 在小肠和大肠中被重吸收，并通过门脉血返回肝脏，一天之内可以发生 4-12 次的肠肝循环 (图3)。肝肠循环轭 BAs 的保存是通过专门的吸收和排泄运输系统加以有效介导的 (图3A和3B)，仅有 3%-5% 的 BAs 在粪便中丢失，并被新的 BA 合成所取代 (0.5 g/天)。一小部分未结合的 BAs 在肠道中也可通过被动扩散机制而吸收。
在接触肠道菌群时，肝源性初级 BAs (CA，胆酸;CDCA，脱氧胆酸)经过微生物代谢(去氧化后)形成次生 BAs (DCA，脱氧胆酸;LCA，石胆酸)(图3C)。在肝脏中再摄取后，BAs在被重新排泄到胆汁之前经历某些特定的程度的酶修复 (与重偶联、再羟基化)。因此，微生物和肝脏的BA代谢之间有广泛的相互关系。一些细菌类群，如厚壁菌门、拟杆菌门、真杆菌门和梭状芽胞杆菌门表达胆汁盐水解酶(BSHs)，负责(初级) BAs的解血。通过肠道微生物外酯化形成的次生 BAs 包括异胆汁和同种异体胆汁 BAs，而氧(酮)BAs 则通过微生物氧化形成。
重要的是，尽管 BAs 抑制了对胆汁敏感细菌的生长，但 BAs 通过促进代谢 BA (“爱胆汁”) 细菌的生长，塑造了肠道微生物的结构和功能。后者包括主要出现在小肠近端的直接抑菌作用 (例如，具有直接膜毒性或抑制微生物代谢的洗涤作用)和间接 BA 信号机制，主要是在远端小肠肠细胞中诱导 FXR 依赖的基因，与抗菌防御和保护肠道损伤有关(例如，防御素等抗菌肽，血管生成素-1 [ANG1]、iNOS 和 IL-18) (图3d)。相比之下，BAs 能够在一定程度上帮助一些共生生物满足它们的能量和底物需求(例如，从牛磺酸共轭的BAs中产生破坏细胞的硫化氢)，并促进它们的生长。
尽管高浓度的细胞毒性 BAs 可能在体外损伤肠细胞和肠屏障功能，但生理 BA 浓度可在多个水平上控制肠道屏障。BA 信号是维持黏液层和 TJ 完整性的关键 (通过FXR 依赖的 Claudin-1 和 Occludin 的诱导) 和 GVB (图3d)。对此，FXR 激动剂稳定了胆汁淤滞性肝损伤大鼠模型中的肠道屏障功能，并改善了肝硬化大鼠的门脉高压。最后，BAs 可通过 FXR 和 TGR5 介导对先天和适应性免疫细胞发挥抗炎和免疫调节作用。例如，微生物 iso- 和 oxo-BAs 抑制 Th17 并扩大 Treg 群体。
因为胆汁抑制细菌生长并防止细菌过度生长，所以胆汁淤积或晚期慢性肝病导致的胆汁分泌减少，将导致生理性“肠道 BA”的降低，从而促进细菌过度生长和细菌易位。肝硬化模型中乙酰胆碱合成和胆固醇-7α-羟化酶(CYP7A1)水平的降低，与 BSH 微生物基因的减少和初级到次级粪便乙酰胆碱转化的减少相关。在健康人和小鼠中，FXR 激动剂 obeticholic acid 抑制内源性BA合成，导致革兰氏阳性细菌的可逆性诱导，小肠中厚壁菌门的比例增加。在肝硬化大鼠中，口服 BA 补充剂可减少细菌过度生长、易位和内毒素血症。最近，FXR 激动剂已被证明能够最终靠多效作用改善胆汁淤积和肝硬化大鼠的肠道屏障功能障碍和细菌易位，其对 GVB 的影响也有类似报道。
针对 FXR 和下游信号通路 (FGF19) 的BA衍生物和信号模拟物，已成为治疗胆汁淤积性和代谢性肝病的重要策略。亲水性 BA 熊去氧胆酸 (UDCA) 可以被视为第一种促进胆汁分泌和对抗内源性 BAs 毒性的“肠-肝轴”药物。尽管 UDCA 在体外具有较弱的 FXR 激动作用，但 UDCA 在人体内具有拮抗 FXR 的活性。甾体 (基于BA结构) 和非甾体 FXR 配体具有不一样的药代动力学特征。尽管甾体 FXR 配体，如obeticholic acid (CDCA的6-乙基衍生物) 经过肠肝循环并具有全身作用，但非甾体 FXR 配体的作用方式仅限于肠道。有趣的是，两种肠道激动和拮抗作用对小鼠的肥胖和脂肪肝都具有保护作用。最后，通过特定的 Na+-牛磺胆酸共转运多肽(NTCP)和回肠 BA 转运体(IBAT)抑制剂或 BA 绑定树脂调节肝细胞和肠道BA摄取，也能改变小鼠体内 BA 相关的微生物代谢和信号，因此对人类也具有潜在的治疗意义。
过去多年的大量研究表明，肠道细菌、改变的肠上皮屏障、内毒素/PAMPs和改变的肠-肝轴促进了 ALD。这种疾病与肠道屏障受损有关。一项研究在酗酒患者的血清中检测到越来越多不同大小的聚乙二醇，这在某些特定的程度上支持了屏障破裂假说。可以说，ALD 是第一个认为是由内毒素等肠道产物驱动发病的疾病，表明该疾病是一种真正的由肠道微生物紊乱、亚临床肠道炎症和肠道屏障受损引发的炎症性肝脏疾病。过去10余年的大量临床前和临床研究表明，在过度摄入酒精期间，肠道菌群会发生深刻的改变，而且 CD14- 和 TLR4 敲除小鼠对酒精诱导的肝损伤高度易感性,也支持该假说。与此一致的是，在人的 ALD 中，共生 A. muciniphila 的丰度下降，而补充这种细菌则可大大改善乙醇诱导的小鼠肠道黏膜损伤和肝损伤。在一项具有里程碑意义的研究中，Bernd Schnabl 的团队展示了粪肠球菌在这种疾病中的重要性。细胞溶解素阳性粪肠杆菌的存在与酒精性肝炎等肝脏疾病的严重程度相关，用噬菌体靶向这些细菌能缓解人源化小鼠的肝脏疾病严重程度，并将 ALD 的严重程度与某些肠道细菌菌株联系起来。
乙醇不仅会影响肠道微生物组，还会通过降低肝脏免疫球蛋白超家族补体受体(CRIg)的表达，进而损害某些病原体的肝脏清除，如粪肠杆菌（E. faecalis ）。此外，肠道真菌菌群也与实验性 ALD 的病理生理学有关和肠道微生物环境 (包括细菌、真菌和病毒) 与严重 ALD 患者的30天和90天死亡率有关。因此，在 ALD 中，肠道菌群加剧了肠-肝轴的炎症，而这正是由渗漏的肠道促进的。
在过去数年间，已经积累了大量的证据支持肠-肝轴在 NAFLD 中的关键作用。该病影响全世界的 30% 的人口，可表现为单纯脂肪变性、NASH、肝纤维化、肝硬化或 HCC。早在几十年前就有人提出，T2D 患者的肠上皮屏障受损通常也与 NAFLD 相关，而最近 NAFLD 患者的研究也证实了这一点。一些研究进一步表明，内毒素血症是 NAFLD 的特征之一。此外，脂质代谢 (例如神经酰胺) 和脂毒性在 NAFLD 的发病机制中也至关重要，特别是脂肪变性。例如，神经酰胺在转基因小鼠中的降解可防止肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗，而拟杆菌门等共生菌可控制肠道的神经酰胺合成。
NAFLD 患者的肠道细菌特征可以区分早期和晚期肝纤维化患者，其特征是变形菌门和大肠杆菌丰度增加，而厚壁菌门和普鲁氏粪杆菌丰度降低。肠道微生物组特征还可将肝硬化与非肝硬化受试者分离，也可将其与地理分隔的区域分离。肝脏脂肪变性与较低的微生物多样性以及葡萄球菌和瘤胃球菌的存在有关。一个主要的问题是，在 NAFLD 中观察到的生物失调仅仅是与该疾病相关的饮食变化的结果，还是与疾病相关。除肠道细菌菌群外，NAFLD 中还报道了真菌菌群的改变。NASH 患者表现出更高浓度的 Mucor sp./酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)，特别是瘦肉 NASH 显示出不同的真菌菌群模式，而抗真菌治疗改善了小鼠模型中的实验性脂肪性肝炎。
在寻找抗致肥性和代谢有益的肠道细菌的过程中，粘液黏菌已成为最有前途的菌株之一。在肥胖人群中补充粘液黏液杆菌可改善代谢参数，而膜蛋白 Amuc-110 可能在此过程中具有生物学意义。有趣的是，黏液 phila . muciniphila 分泌的一种蛋白质可以诱导 GLP1 的表达，而这可能有助于宿主代谢功能的改善。未来还有必要进行更大规模的临床试验，以建立益生菌治疗肥胖和相关疾病的方法。
PSC通常与 IBD 相关，特别是溃疡性结肠炎(UC)，约70%的病例存在非常明显的地理差异。一种特殊的 PSC-IBD 表型是右侧显性、反冲洗回肠、直肠保留和结肠直肠癌的高风险。在高达8%的病例中，PSC 可能在结肠切除术后出现，而 PSC 的肝移植后也也许会出现 IBD。有必要注意一下的是，PSC诊断前的结肠切除术与降低肝移植或死亡的风险相关，而肝移植前的结肠切除术降低复发PSC的风险。总之，这些临床观察表明，肠道和肝脏之间的免疫交互作用可能在PSC的发展中发挥关键作用。然而，尚不清楚为什么只有3%-8%的IBD患者发展为PSC。
可能的发病机制包括：易感遗传风险因素、生物失调和相关 PAMP 从发炎的肠道渗漏到门静脉循环(“肠道渗漏概念”)、肠源性T细胞运输/归巢到肝脏/胆道树(“肠道归巢假说”)的组合，以及最近的一种来自结肠内容物的抗原的假说——有几率发生肠肝循环驱动的肝胆炎症。因此，PSC 患者的胆汁含有激活粘膜相关不变T (MAIT)细胞的抗原，可由胆管细胞递呈给T细胞。
PSC 患者的肠道微生物失调与无 PSC 的 IBD 患者和健康对照组不同。PSC 患者的肠道微生物组在必要营养物质的微生物代谢方面表现出功能差异，这与维生素 B6和支链氨基酸浓度降低有关，这与肝移植无生存率降低紧密关联。在 PSC 患者的菌群中发现的肺炎克雷伯氏菌会破坏上皮屏障，引发细菌易位和 Th17 细胞驱动的肝胆损伤，这种损伤能够最终靠抗生素治疗得到一定的改善。与此同时，在 PSC 小鼠模型中，肠道失调还通过内毒素易位和随后的 NLRP3 炎症小体激活加剧了疾病进展。肠道屏障功能障碍和细菌易位的生物标志物在PSC中升高，并与不良预后相关，这表明肠道屏障的紊乱与临床相关。有趣的是，据报道 PSC 患者在无明显细菌性胆管炎的情况下，胆汁微生物组也会发生改变，其他胆汁淤积性肝病也有类似报道。然而，肠道菌群可能不仅是肝损伤的触发因素，而且可能具有保护作用。例如，无菌小鼠在 PSC 小鼠模型中表现出加重的肝损伤。此外，肠道菌群枯竭通过失去控制 BA 合成所需的 FXR 信号，加重胆汁淤积性肝损伤。据此，益生菌鼠李糖乳杆菌 GG 通过恢复肠道 FXR-FGF15 信号，在 PSC 小鼠模型中预防 BA 诱导的肝损伤。
在PSC中，已有报道发现了不可吸收抗生素的有益作用，但只有少数系统性临床试验对其加以验证。万古霉素可能对 PSC 有积极影响（特别是在儿童群体中），尽管最近的一项更大规模的回顾性分析表明其总体治疗效益为负面的。有趣的是，一项粪便微生物群移植 (FMT) 试点研究，在一组患者中取得了良好的安全性和初步的疗效信号，多个方面数据显示 FMT 改善了细菌多样性和碱性磷酸酶。这种疾病通常以肝移植达到高潮，因此利用肠-肝轴可能是治疗这种毁灭性疾病的有益方法。
晚期肝病(即肝硬化)是由肠-肝轴改变驱动的原型病实体，其特征是胃肠道屏障受损，内毒素和其他 PAMP 充斥肝脏。大量研究调查了肝硬化中的肠道屏障、肠道微生物群、全系统炎症和相关 PAMP。肝硬化急性肝失代偿的特征是高度炎症和渗透性肠屏障，粪便细胞因子浓度升高也证明了这一点。有趣的是，检测粪便细胞因子在急性失代偿方面甚至比评估循环中的各种标记物更为可靠，这表明肠道屏障和相关肠道炎症在这一疾病中的重要性。肝病的严重程度——即肝硬化的程度——与内毒素血症和相关系统性炎症相关。这也支持了如下观点：在肝硬化和相关的门脉高压中观察到的更明显的肠上皮屏障损伤将加重内毒素血症。
肝硬化与在不同腔室中检测到的循环微生物组有关。最近的一项研究也支持了肠-肝轴在肝硬化严重程度和预后中的重要性。该研究表明，微生物组的改变大大影响了急性-慢性肝衰竭(ACLF)的发生率，而 ACLF 是一种可以导致患者死亡的并发症。TLR4 途径很早就被认为是 ACLF 的重要参与途径，因为肝脏中许多类型的细胞使用该途径介导内毒素诱导的细胞激活。内毒素驱动的TLR4激活介导 TGF-β 信号和肝纤维化，因此在相当晚期的肝病中构成了一个重要机制。肝脏 TLR4 的表达和循环 TLR4 配体在肝硬化中都明显地增加。在严重肝损伤的小鼠模型中，一种特定的 TRL4 拮抗剂可以消除晚期肝病的症状。
ACLF 患者表现出大量的全身炎症，通常是由细菌感染从而引起的，尽管在大量患者中病原体难以被精确识别。在这些患者中，有几率存在大量的肠道细菌易位，从而由“病原体”或不同的细菌群落感染导致 ACLF 的全身炎症。人们迫切地期待建立新的细菌培养技术，以便更好地表征这种“内源性”感染。为了证明内源性细菌触发器和内毒素等相关分子在控制晚期肝病疾病活性中的重要性，还有必要进行相应的介入抗生素研究。例如，抗生素利法克斯明可有效治疗失代偿性肝硬化患者的肝性脑病。同样，FMT 与抗生素的结合似乎也有望用来医治这种疾病。
过去数年间，研究者积累了大量的新知识，这增加了我们建立以肠-肝轴为靶点的新治疗方法的希望，从而有效治疗以前无法治疗的常见和罕见的肝病。不过，这首先要求我们建立更有选择性的治疗工具，利用肠道限制聚合物或纳米颗粒、后生物制剂或噬菌体，或使用促进肠道屏障功能的个性化饮食，操纵肠道内容物 (细菌、病毒或毒素)。这也可以通过非选择性益生菌或 FMT 来实现。例如，用抗生素 (利福昔明) 广泛干扰肠道细菌是肝性脑病的有效治疗方法。总体而言，健康的生活方式仍然是当下预防疾病的关键策略，真如“你吃什么，就是什么” 这句至理名言所言，在某一些程度上，饮食真得能够最终靠肠道-肝脏的双向轴发挥作用并深刻影响我们的健康与疾病。
1.肠道细菌通过免疫调节抗原和代谢物与宿主密切交流，构成肠-肝串扰的多个方面。
2.来自肠道的宿主介质，如 FGF 和GLP-1，有助于肠道-肝脏的串扰。3.饮食因素，特别是营养的东西，塑造了肠道微生物群的组成和功能方面。4.肝脏BAs由肠道菌群代谢，进而发挥免疫功能。5.任何阶段(微生物、上皮或血管)肠道屏障的扰动都会挑战肠道-肝脏的串扰，并引发各种肝脏疾病，如 NAFLD、ALD 和 PSC。6.对构成肠-肝轴的复杂机制的认识，为未来超越肝脏疾病的靶向治疗提供了潜力。
