肝衰竭是多种因素引起的严重肝损伤，导致合成、解毒、代谢和生物转化功能严重障碍或失代偿，出现以黄疸、凝血功能障碍、肝肾综合征、肝性脑病、腹水等为主要表现的一组临床综合征^［1-2］。疾病进展迅猛，短期病死率高，且临床上尚缺乏特效内科治疗手段。肝脏与肠道、肠道菌群之间通过“肝-肠轴”相互影响，肠道屏障结构与功能的破坏对肝衰竭患者的生存率与并发症的发生都具有巨大的影响^［3］。肝衰竭的发病机制与免疫损伤相关^［4］，环鸟苷酸-腺苷酸合酶（cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate synthase， cGAS）-干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon gene，STING）信号通路能够监测由病原体入侵及自身细胞损伤产生的DNA，调节Ⅰ型干扰素（IFN-‍Ⅰ）、IL-6及肿瘤坏死因子（TNF）α的产生，参与固有免疫^［5］。cGAS-STING通路及肠道屏障完整性存在密切联系，且两者间相互作用可能与肝衰竭发生机制相关。

1.   肠道屏障与肝衰竭

1.1   肠道屏障概述

宿主与肠道菌群的共同进化造就了具有高度特异性的肠道黏膜，在消化、吸收食物营养的同时，维持肠道内多种微生物的和平共栖，是宿主面对外来病原体及有害物质的第一道屏障^［6］，其在保证营养物质顺利代谢的同时，也限制了病原体的入侵或扩散。因此，肠黏膜的各种化学、物理及生物成分又被称为肠道屏障。肠道屏障最外层是由黏液层、肠道共生菌群以及一些与防御功能相关的蛋白，如抗菌肽（antimicrobial peptide，AMP）及免疫球蛋白A（IgA）等组成；中间的一层包括肠上皮细胞；最里面一层则是由各种免疫细胞构成^［7］，其组成结构见图1。

注： IEL，上皮内淋巴细胞；DC，树突状细胞。

图  1  肠道屏障组成结构

Figure  1.  Components of intestinal barrier

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1.1.1   肠道黏液层、IgA及AMP

肠黏膜上皮细胞分泌的黏液与肠道寄生菌产生的抑菌物质AMP共同构成化学屏障。黏液层是肠道宿主免疫的首道防线，黏蛋白（mucins，MUC）是黏液层的主要组成部分，为糖蛋白类，含有高达80%的碳水化合物，以密集的0-链低聚糖的形式排列存在，分为跨膜黏蛋白和凝胶形成黏蛋白，前者主要包括MUC1/3/4/12/13/15/17/20/21，由肠细胞合成分泌；后者代表种类则包括MUC2/5B/6等，由杯状细胞负责合成及分泌^［8］。

肠道上皮细胞分泌的各种AMP同样是肠道屏障外层的重要组成部分，AMP的合成及分泌受多重因素影响调控，一些AMP需要通过细菌信号激活相关信号通路后刺激其分泌，另一些AMP受宿主免疫功能影响，不需要细菌激活即可分泌^［9］。

1.1.2   肠道菌群

肠道微生态环境中既存在有益菌，也存在着潜在致病菌。正常情况下，它们之间相互制约，维持着动态平衡。物理、免疫以及微生物（包括细菌、真菌、病毒、古细菌等）组成的肠道屏障阻挡了肠道内致病菌向肠道外扩散与易位^［3］。肠道共生菌可以通过与潜在致病菌竞争营养与生长空间产生定植抗性^［10］，直接限制潜在致病菌的生长与易位。除此以外，肠道共生菌还能通过提供持续的低强度的免疫刺激，促进黏蛋白、IgA及AMP的产生，部分共生菌还能够通过代谢产生短链脂肪酸，为肠细胞更新提供所必需的营养，有助于肠道屏障结构与功能的维持^［11］。

1.1.3   肠上皮细胞及其连接结构

肠上皮细胞包括5种不同的类型：肠细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞、潘氏细胞及微皱褶细胞，它们一起构成肠道上皮细胞屏障^［12］。肠上皮细胞间存在紧密连接（tight junction，TJ），TJ是由完整的膜蛋白，包括闭锁蛋白、胞质附着蛋白、连接黏附分子和闭锁小带蛋白-1（zonula occluden-1， ZO-1）组成的多蛋白复合物与肌动蛋白细胞骨架构成，紧密连接的破坏会导致肠屏障受损，肠道通透性增加，导致细菌易位的发生。除TJ以外，肠上皮细胞之间还通过黏着小带、细胞桥粒、间隙连接等结构进行连接及信号传递^［13］。

1.1.4   肠道免疫细胞

肠道正常免疫功能主要是依靠肠道内各种固有及适应性免疫细胞如巨噬细胞、DC及各种淋巴细胞包括B淋巴细胞、T淋巴细胞、非传统T淋巴细胞、上皮内淋巴细胞维持^［14］。

1.1.4.1   巨噬细胞

巨噬细胞是正常人群肠道固有层中最常见的白细胞^［14］，可分为上皮下巨噬细胞、血管相关巨噬细胞及肠神经元相关巨噬细胞。功能主要包括吞噬和降解病原微生物及坏死细胞，促进肠道上皮细胞更新，还能够促进IL-10的产生，防止炎症反应的同时辅助维持肠道中FOXP3⁺调节性T淋巴细胞功能。肠神经元相关巨噬细胞能够通过调节前列腺素E2旁分泌影响肠道收缩性^［15］。

1.1.4.2   DC

DC主要分布于肠道固有层或肠道组织相关淋巴组织中，根据是否表达溶菌酶及CD11b可分为不同亚群，DC在感知病原体后，能够通过调节IL-17及IL-22的产生防止系统性炎症反应，增强肠道免疫屏障^［16］。还能够对B淋巴细胞分泌的IgA进行调节^［17］。

1.1.4.3   B淋巴细胞

肠道中的B淋巴细胞根据所处部位及功能不同分为两个细胞系，位于肠道相关淋巴组织的B淋巴细胞能够表达CD20；而位于固有层的B淋巴细胞则大多数不表达CD20，是CD19⁺浆细胞的前体，或CD19^+/-浆细胞本身^［18］。短链脂肪酸能够通过补充乙酰辅酶A池，促进线粒体能量产生及糖酵解过程影响B淋巴细胞分化以及分泌型IgA（secretory IgA，sIgA）水平^［19］。

1.1.4.4   T淋巴细胞

肠道固有层中还包含部分CD8⁺T淋巴细胞及CD4⁺T淋巴细胞，它们均由传统T淋巴细胞分化而来，主要发挥记忆T淋巴细胞效应^［14］。相关研究还指出，T淋巴细胞与上皮细胞的相互作用能够对肠道屏障起到双向调节作用，T淋巴细胞可通过影响TJ的组成及上皮细胞的形态改变肠道稳态免疫特性^［20］。

除传统T淋巴细胞外，近年来还鉴定出了一些具有独特抗原识别系统的非传统T淋巴细胞亚群，包括先天淋巴细胞（innate lymphoid cells，ILC）、不变NKT淋巴细胞等^［21］。ILC分为ILC1、ILC2及ILC3 3个亚型，在肠道淋巴结中，肠道菌群可以通过调节成纤维网状细胞分泌IL-15影响ILC1数量^［22］；相关研究发现，ILC2分泌的IL-13能够促进肠道杯状细胞的分化^［23］；ILC3能够通过产生IL-22调节AMP的产生发挥抗菌作用^［24］。

不变NKT淋巴细胞又被称为黏膜相关不变T淋巴细胞，在抵抗特定种类致病菌如脓肿分枝杆菌、大肠杆菌等入侵的过程中发挥重要作用，但需要核黄素激活，因此对于不合成核黄素的细菌无法起到直接杀伤作用^［25］。

1.1.4.5   上皮内淋巴细胞

肠道上皮组织中存在大量发挥免疫功能的淋巴细胞，这部分细胞称为上皮内淋巴细胞^［26］，分为两种亚型，分别为A型（包括CD8αβ⁺ TCRαβ⁺及CD4⁺TCRαβ⁺上皮内淋巴细胞）和B型（CD8αα⁺ TCRαβ⁺及CD8αα⁺ TCRγδ⁺上皮内淋巴细胞）^［27］。A型上皮内淋巴细胞可以表达抗菌因子，如Defa1， Lypd8和Reg3g直接发挥抗菌作用^［28］；分布于结肠的B型上皮内淋巴细胞可以通过产生促炎细胞因子，以防止致病菌、共生菌穿过固有层，转移至肠系膜淋巴结^［29］。

1.1.4.6   免疫物质

人体每日分泌3 g左右的sIgA进入肠道帮助保护肠道黏膜完整，病原体入侵后肠道sIgA水平迅速升高^［30］。25%～75%的sIgA与共生菌结合，对于肠道菌群谱的塑造也起着重要的作用。

1.2   肠道屏障功能异常参与肝衰竭的发生

1.2.1   肠道菌群易位与肝衰竭

在肝衰竭患者中，由于微生态环境被破坏，肠道黏膜受损，肠道通透性增加，条件致病菌在肠道内快速繁殖，原本定植于肠道的菌群可以易位至身体其他部位，发生细菌易位^［31］。肠道定植菌的易位与肝衰竭患者感染的发生有着密不可分的关系，可以导致自发性细菌性腹膜炎等并发症，极大地降低肝衰竭患者生存率^［32］，其与系统性炎症反应、内毒素血症的发生也高度相关。

除了细菌易位以外，肝衰竭患者普遍存在肠道菌群结构的改变。相关研究显示，肝衰竭患者肠道潜在的致病菌丰度增加，而有益菌生长受到限制^［33］。一项纳入了181例住院患者的研究发现，潜在致病菌变形杆菌丰度增高是肝衰竭、肝外器官衰竭的独立危险因素^［34］。变形杆菌家族代表性成员包括导致肝衰竭患者发生感染的主要致病菌，如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等^［35］。

1.2.2   其他方面的肠道屏障异常与肝衰竭的关系

肝衰竭时常伴随肠道物理及化学屏障的改变，表现为相邻肠细胞距离扩张，肠绒毛受损、变短，肠黏膜萎缩，炎症细胞渗透固有肌层。肠道物理屏障破坏可导致AMP及sIgA分泌减少。

肝衰竭时肠道免疫屏障同样也发生改变，终末期肝病常出现肠道固有层活跃T淋巴细胞、单核细胞及DC比例升高，同时伴B淋巴细胞、T淋巴细胞功能障碍及促炎细胞因子大量分泌^［36］。

2.   cGAS-STING 信号通路与肝衰竭

2.1   cGAS-STING信号通路概述

cGAS属于核苷酸转移酶家族，能够对细菌或病毒入侵机体时产生代谢产物双链DNA及细胞受损或坏死释放的DNA进行监控，被激活后启动宿主防御机制^［37］，合成第二信使，从而激活位于内质网上的STING，转移至高尔基体上。在这一过程中，STING募集并激活TANK结合激酶1，进一步促进干扰素调节因子3的磷酸化以及入核。诱导IFN-I的产生分泌。此外，cGAS-STING信号通路激活后还能进一步诱导NF-κB信号通路的活化，通过以上途径，使促炎因子（如IL-6和TNF-α）的产生增加^［38］，放大炎症反应，甚至形成细胞因子风暴，导致细胞大量死亡，组织严重损伤。

2.2   cGAS-STING信号通路与肝衰竭的相关研究

抑制cGAS-STING通路能够通过介导自噬从而改善肝脏炎症，是肝脏疾病治疗的具有潜力的重要靶标^［39］。目前研究表明，乙醇、药物及脓毒血症等因素导致的肝损伤中均能观察到cGAS-STING通路的激活。

Luther等^［40］发现乙醇导致肝损伤会导致cGAS-STING通路激活，患者肝组织cGAS-STING通路相关mRNA表达水平较正常人群显著升高，且与疾病炎症程度相关，进一步研究发现，敲除小鼠cGAS基因能够抑制小鼠肝损伤；敲除肝缝隙连接相关基因Cx32能够限制2，3-cGAMP合成，从而进一步阻断STING通路下游信号传导，达到减轻肝细胞损伤及炎症的目的，为酒精性肝病的治疗提供了新的思路。

除乙醇以外，药物也是引发肝损伤的一大因素。张浩^［41］通过HBV慢性复制结合对乙酰氨基酚诱导急性肝损伤的方式，构建了慢加急性肝衰竭小鼠模型。造模成功后检测cGAS-STING通路相关蛋白及自噬标记蛋白，发现cGAS-STING通路蛋白及自噬标记蛋白的表达水平均显著上升，后续通过流式细胞术分析巨噬细胞极化情况，发现肝衰竭小鼠巨噬细胞向M1促炎表型极化，提示cGAS-STING通路还可以通过介导自噬以及巨噬细胞极化对肝损伤的发病产生影响。

脓毒症是导致肝损伤的另一大原因。Yu等^［42］使用常春藤皂苷元成功抑制cGAS-STING通路及下游的NF-κB信号通路，发现抑制cGAS-STING通路对脂多糖诱导的脓毒症相关肝损伤具有较好的治疗效果。

以上研究表明，不同情况引起的肝损伤均可以导致cGAS-STING通路的激活，cGAS-STING信号通路在肝衰竭的发展中起到了重要的作用，作为新的分子靶标，可以为肝衰竭的治疗提供新的策略。

3.   cGAS-STING 信号通路与肠道屏障

3.1   cGAS-STING 信号通路与MUC

相关研究发现，与野生型小鼠相比，STING敲除小鼠MUC1、MUC2含量下降，负责分泌MUC1、MUC2的杯状细胞数量也减少^［43］。这一结果表明，抑制cGAS-STING通路会对肠道MUC的合成与分泌产生影响。

3.2   cGAS-STING 信号通路与肠道菌群

cGAS能够通过对入侵病原体的监控调节下游IFN-Ⅰ的释放，IFN-Ⅰ具有调节免疫、抗增殖以及抗病毒的作用，同时也对肠道菌群具有调节作用。当肠道发生致病菌如李斯特菌感染时，STING敲除小鼠的细菌载量及体质量减轻程度均高于野生型小鼠，提示cGAS-STING通路在致病菌感染时被激活，起到了监测肠道致病菌感染的重要作用^［44］。Canesso等^［43］发现，STING敲除小鼠表现出肠道黏膜保护功能减退，肠道微生物谱向着更易发生炎症的方向转变，有益菌如双歧杆菌少，同时与野生型小鼠相比，更易发生伤寒沙门菌的感染。另一项关于非酒精性脂肪性肝病的研究也证实了STING敲除对小鼠肠道菌群的影响，STING敲除的小鼠，无论是否使用高脂饮食进行喂养，都会出现肠道益生菌如乳杆菌的相对丰度降低，同时其菌群多样性及丰富度也显著降低^［45］。以上研究均提示，cGAS-STING信号通路的正常激活对正常肠道微生物谱的具有保护作用，STING的缺乏或被抑制会导致炎症反应增强，导致肠道屏障受损。

3.3   cGAS-STING 信号通路与肠上皮细胞及TJ

研究报道，在多种疾病中，不受程序调控的上皮细胞死亡或损伤作为损伤相关的分子模式活化cGAS-STING信号通路，使肠道屏障完整性受到破坏。相关研究发现，线粒体DNA能够激活cGAS-STING信号通路，导致下游IFN及TNF-α产生增加，引起肠上皮细胞凋亡^［46］。

TNF-α是cGAS-STING信号通路以及NF-κB信号通路活化产生的重要促炎因子之一，TNF-α通过与肠上皮细胞上表达的TNF-α受体2结合，可使肌球轻链激酶表达上调，导致细胞骨架收缩和中断，抑制ZO-1、occludin的表达，使得黏液层遭到破坏^［47］。TJ结构发生改变，造成细菌易位。相关研究表明，脓毒症导致的肠道屏障损伤患者其外周血单核细胞及肠道固有层均检测到STING表达水平上升，且与患者肠道炎症程度密切相关，提示脓毒症肠道屏障损伤可能与STING信号通路激活导致肠上皮细胞凋亡相关，除此以外，该研究还发现，与模型组比较，STING敲除小鼠TJ蛋白表达水平上调，TJ结构也明显改善，说明过度激活的cGAS-STING信号通路导致TJ受损、肠道通透性增加^［48］，增加细菌易位的风险。

3.4   cGAS-STING信号通路与肠道免疫细胞

相关研究显示，STING敲除小鼠体内巨噬细胞活化程度降低，使用STING通路激动剂活化骨髓来源的巨噬细胞、人单核细胞白血病细胞1中的cGAS-STING通路，可以激活巨噬细胞，促进其由M2型极化为促炎M1型，提示STING通路激活可以活化巨噬细胞，并促使其向促炎方向极化，加重肠道炎症反应，对肠道屏障功能造成损害^［49］。cGAS-STING通路对于肠道免疫功能的调控具有双向性，正常情况下，菌群通过刺激浆细胞样DC分泌IFN-Ⅰ，与传统DC上的IFN-α/β受体结合后，刺激CD8⁺T淋巴细胞的激活，以维持宿主的免疫耐受性，抵抗病原体入侵。当IFN信号通路表达异常（如传统DC表面IFN-α/β受体被敲除），传统DC无法被正常激活，宿主免疫功能失调，同样也会对肠道屏障免疫功能造成损害^［50］。

4.   调节cGAS-STING信号通路改善肠道屏障治疗肝衰竭的可能机制及展望

肠道屏障结构破坏，同时伴潜在致病菌的过度生长及易位是肝衰竭肠道屏障受损的主要特征，抑制cGAS-STING信号通路能够对MUC的合成、分泌产生影响，同时保护TJ的完整性，能够对肠道屏障结构起到保护作用，同时cGAS-STING信号通路的正常激活对正常肠道微生物谱具有保护作用，相关研究显示，乳酸菌能够促进STING通路下游IFN-Ⅰ的分泌，发挥免疫保护功能，防止免疫系统过度激活^［51］。

通过总结既往研究发现，cGAS-STING信号通路与肝衰竭肠道物理屏障的MUC、TJ及肠道微生物屏障的改变关系密切，因此，未来可进一步研究调控cGAS-STING信号通路对肝衰竭患者肠道MUC的影响，还可通过不同方式检测cGAS-STING信号通路与TJ蛋白如claudins、ZO-1等之间的关系，通过宏基因测序研究调控cGAS-STING信号通路对肝衰竭肠道菌群的影响同样有利于为肝衰竭治疗提供新的思路及治疗靶点。