短鏈脂肪酸在非酒精性脂肪性肝病發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)具有復(fù)雜的疾病譜，包括肝細(xì)胞脂肪變性、肝細(xì)胞損傷、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝纖維化等，嚴(yán)重危害人類健康。目前認(rèn)為影響NAFLD進(jìn)展的危險因素包括遺傳易感性、內(nèi)臟脂肪蓄積、胰島素抵抗、促炎因子釋放等。腸道菌群失調(diào)可通過破壞腸道屏障、影響機(jī)體膽汁酸與膽堿代謝、增加內(nèi)源性乙醇等途徑參與NAFLD的進(jìn)展。除了菌群本身，其代謝物也可影響代謝及宿主免疫系統(tǒng)。腸道微生物群可以產(chǎn)生維生素和多種營養(yǎng)素，包括短鏈脂肪酸(SCFA)。

SCFA是腸道菌群分解碳水化合物或氨基酸的代謝產(chǎn)物，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、異丁酸、異戊酸、異己酸等，其中乙酸、丙酸、丁酸的含量較高。正常菌群每日可產(chǎn)生50～100 mmol/L的SCFA[1]，為腸道上皮細(xì)胞提供能量。SCFA可通過降低結(jié)腸pH、抑制病原體生長、促進(jìn)水鈉吸收等途徑參與腸道免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。多項研究表明，SCFA影響了NAFLD的進(jìn)展，但其具體機(jī)制尚不清楚[2-4]。本文從腸道屏障、脂代謝、免疫炎性反應(yīng)、腸道動力學(xué)、膽汁酸代謝等方面就SCFA影響NAFLD進(jìn)展的可能機(jī)制作一綜述。

1 腸道菌群及SCFA參與了NAFLD的進(jìn)展

腸道菌群失調(diào)在NAFLD的進(jìn)展中扮演著重要角色。臨床樣本16srRNA高通量測序結(jié)果顯示，NAFLD患者的乳桿菌、擬桿菌、普氏菌、γ-變形菌、ε-變形菌、Allisonella等的豐度上升，而厚壁菌、Oscillibacteria、Anaerosporobacter、Faecalibacterium豐度下降，且菌群結(jié)構(gòu)變化與低膽堿飲食誘發(fā)脂肪肝的風(fēng)險相關(guān)[5-6]。與對照組C57BL/6J小鼠相比，無菌小鼠接受高脂飲食后，糞便中的脂質(zhì)更多，胰島素敏感度升高，血漿腫瘤壞死因子-α(TNF-α)及膽固醇水平下降，葡萄糖耐量及胰島素血癥得到改善[7]；但無菌小鼠接受NAFLD供體的糞菌移植后，可出現(xiàn)NAFLD的相關(guān)表型，如肝脂肪變性、三酰甘油(TG)水平升高、脂肪生成基因表達(dá)升高、胰島素血癥等[8]，提示腸道菌群直接參與了NAFLD的進(jìn)展。有研究指出，腸道微生物群與NAFLD的嚴(yán)重程度有關(guān)，其中擬桿菌豐度與NASH相關(guān)，而瘤胃球菌豐度與中重度纖維化相關(guān)[9]。根據(jù)宏基因組譜，NASH及纖維化相關(guān)的KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)途徑主要涉及碳水化合物代謝以及脂代謝[9]。

SCFA作為腸道菌群酵解碳水化合物的產(chǎn)物，也可影響NAFLD的進(jìn)展。乙酸鹽可減輕NASH小鼠的肝臟脂肪變性和炎性浸潤，并降低血清中TG、游離脂肪酸和膽固醇的水平[2]；丙酸可通過抑制β細(xì)胞凋亡而增強(qiáng)葡萄糖刺激的胰島素釋放[3]；補(bǔ)充丁酸鈉可促進(jìn)腸道緊密連接蛋白表達(dá)，減輕肝損傷，抑制小鼠NASH的進(jìn)展[4]。

2 SCFA在NAFLD進(jìn)展過程中的作用

2.1 保護(hù)腸道屏障功能

NAFLD伴隨著嚴(yán)重的腸道屏障損傷。緊密連接是胃腸道黏膜上皮機(jī)械屏障的重要組成部分，位于相鄰上皮細(xì)胞間，可以阻止腸道微生物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入門靜脈系統(tǒng)[10]。NAFLD患者活組織檢查標(biāo)本可見腸道屏障完整性受損，緊密連接蛋白表達(dá)下降，小腸細(xì)菌過度生長且與肝脂肪變性的嚴(yán)重程度有關(guān)[11]。亞組分析顯示，NAFLD和NASH患者的腸道通透性顯著高于健康者，此差異可能與肝損傷及TNF-α產(chǎn)生有關(guān)[12]。

已有研究證實SCFA可通過多種途徑影響腸道屏障功能。SCFA有助于腸道屏障的形成，并可通過抑制炎性小體NLRP3和自噬，減輕腸道屏障損傷[13]；腸道上皮吸收丁酸鹽，可通過恢復(fù)缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1)的表達(dá)，糾正生理性缺氧并維持腸道屏障功能[14]；丁酸鹽可抑制MLCK/MLC2通路，促進(jìn)蛋白激酶CβⅡ(PKCβ2)磷酸化，激活A(yù)MPK通路，從而促進(jìn)緊密連接蛋白重組，上調(diào)腸道上皮緊密連接蛋白ZO-1、occludin的表達(dá)[15]；丁酸鹽也可作為組蛋白去乙?；?HDAC)抑制劑激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)通路，誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-10受體a抗體(IL-10RA)表達(dá)升高，下調(diào)claudin-2的表達(dá)[16]，提高跨膜電阻值(TEER)，促進(jìn)腸道屏障形成。

2.2 改善脂代謝

在動物模型中，SCFA可調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝。攝入乙酸可促進(jìn)膽汁酸排泄，抑制肝臟中脂質(zhì)合成，并且可以降低膽固醇飲食大鼠的血清膽固醇和TG水平[17]。有學(xué)者提出，乙酸降低血脂、改善肝臟炎性反應(yīng)程度、延緩肝纖維化的作用是通過激活法尼醇受體(FXR)來實現(xiàn)的[2]。此外，乙酸與丙酸混合飲食可降低脂肪生成基因的表達(dá)，在不影響體質(zhì)量的條件下降低高脂飲食小鼠肝臟中TG水平，而且丙酸含量越高，胰島素敏感度的改善越明顯[18]。

SCFA調(diào)節(jié)脂代謝的機(jī)制尚不明確。Ge等[19]的研究結(jié)果顯示，乙酸具有抑制脂肪細(xì)胞分解、降低血漿游離脂肪酸、促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化的作用，而這些作用與G蛋白偶聯(lián)受體43(GPR43)的激活有關(guān)。丁酸鹽可抑制脂肪細(xì)胞中的脂解作用[20]，其機(jī)制主要涉及胞漿型磷脂酶A2(cPLA2)和環(huán)氧合酶(COX)活性的上調(diào)，以及前列腺素E2(PGE2)的表達(dá)升高[21]。此外，乙酸、丙酸、丁酸的混合飲食可降低過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的表達(dá)，使脂肪組織及肝組織由脂肪生成向脂肪酸氧化轉(zhuǎn)變[22]，從而緩解C57BL/6J小鼠高脂飲食誘發(fā)的肥胖和胰島素抵抗。

2.3 調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和炎性反應(yīng)

腸道SCFA可影響免疫應(yīng)答。丙酸鹽可通過激活GPR41受體參與骨髓造血，促進(jìn)巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞前體的產(chǎn)生[23]；丁酸鹽可促進(jìn)Foxp3基因轉(zhuǎn)錄并降低樹突狀細(xì)胞內(nèi)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，從而誘導(dǎo)結(jié)腸固有層中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)分化，調(diào)節(jié)黏膜T細(xì)胞，抑制炎性反應(yīng)[24-25]；戊酸鹽可通過AKT/mTOR通路抑制CD4+T細(xì)胞中HDAC活性，促進(jìn)IL-10表達(dá)，減少IL-17A產(chǎn)生，改善炎性反應(yīng)[26]。

SCFA可參與調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子。在脂肪細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的共培養(yǎng)體系中，游離脂肪酸和甘油誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子TNF-α、IL-6、人單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)表達(dá)升高，但這一效應(yīng)可被丁酸鹽抑制，這可能是因為丁酸鹽抑制了絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化及核因子-κB(NF-κB)的活性[20]。另一項研究指出，db/db小鼠腹腔注射丁酸鹽，可通過抑制NLRP3炎性信號通路而下調(diào)皮下脂肪組織中IL-1、TNF-α、IL-6 mRNA的表達(dá)[27]。體外應(yīng)用乙酸鹽和丁酸鹽干預(yù)小鼠巨噬細(xì)胞系(RAW264.7)可抑制NF-κB和ERK信號通路，升高IL-10表達(dá)，下調(diào)一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、IL-6的表達(dá)[28]。以上研究提示，SCFA在體內(nèi)外均可參與調(diào)節(jié)炎性因子的產(chǎn)生，在炎性反應(yīng)過程中發(fā)揮巨大的作用。

2.4 影響腸道動力學(xué)

SCFA可通過調(diào)節(jié)腸源性肽分泌而影響腸道蠕動。結(jié)腸注入菊粉丙酸酯可促進(jìn)胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和酪酪肽(PYY)分泌[29]。NAFLD患者長期補(bǔ)充菊粉丙酸酯可防止體質(zhì)量及腹腔內(nèi)脂肪組織增加，減少肝內(nèi)脂質(zhì)含量并改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)[29]。在GPR41缺陷小鼠模型中，GPR41缺失與PYY表達(dá)下調(diào)、腸道轉(zhuǎn)運(yùn)率升高、能量攝取率降低有關(guān)[30]。Musso等[31]提出，GPR41和GPR43被乙酸、丙酸鹽、丁酸鹽等SCFA激活后，可刺激PYY分泌，抑制腸道運(yùn)動，減慢腸道運(yùn)輸，從而增強(qiáng)營養(yǎng)吸收。

2.5 影響膽汁酸代謝

SCFA影響肝腸循環(huán)的途徑與FXR有關(guān)。膽汁酸是重要的細(xì)胞信號分子，可通過FXR、跨膜G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5(TGR5)、維生素D受體等影響膽固醇代謝及腸道菌群[32]。腸道菌群可通過改變膽汁酸池的組成及小腸中的FXR天然拮抗機(jī)制來抑制膽汁酸合成，在調(diào)節(jié)膽汁酸平衡中發(fā)揮重要作用[33]。有研究指出，F(xiàn)XR受體缺乏的小鼠在接受高脂飲食后，產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌豐度下降，β-鼠膽酸(β-MCA)和脫氧膽酸(DCA)水平顯著升高。而攝入丁酸鹽可降低β-MCA和DCA水平，并下調(diào)肝臟炎性基因(CCL17、CCL20、CCL2、TIMP1)的表達(dá)[34]。以上研究提示丁酸鹽對肝臟炎性反應(yīng)的治療作用可能與膽汁酸受體FXR相關(guān)。

3 結(jié)語

隨著肥胖、糖尿病、高脂血癥等代謝性疾病的發(fā)病率逐年上升，NAFLD已成為威脅人類健康的常見肝病之一。NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，涉及的關(guān)鍵因子也尚不明確。SCFA作為腸道菌群酵解碳水化合物的產(chǎn)物，具有不可忽視的作用。SCFA可上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)，促進(jìn)腸道屏障形成，降低血脂，改善脂代謝，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和炎性反應(yīng)，影響GLP-1和PYY的分泌而改變腸道蠕動，間接激活FXR受體從而影響膽汁酸代謝，以上途徑均可能影響NAFLD的發(fā)生發(fā)展。因此，SCFA可作為NAFLD新型療法的潛在靶點(diǎn)。然而，基于SCFA作用機(jī)制的新藥研發(fā)尚需進(jìn)一步的療效評估及安全性評估，目前在NAFLD臨床研究中的相關(guān)報道較少。