腸道菌群在非酒精性脂肪性肝病發(fā)病機(jī)制中的作用

柳惠未 葉樺

[摘要] 非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）現(xiàn)在被認(rèn)為是全球肝病的主要病因之一，并與代謝綜合征和肥胖有關(guān)。最近的研究表明，腸道菌群（gut microbiota，GM）及其細(xì)菌產(chǎn)物可能通過多種機(jī)制影響NAFLD的發(fā)生發(fā)展，如增加腸道通透性、調(diào)控炎癥等。本文綜述探討了腸道菌群與NAFLD的發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系。

[關(guān)鍵詞] 腸道菌群;非酒精性脂肪性肝病;短鏈脂肪酸;膽汁酸及膽堿代謝;腸道通透性;炎癥反應(yīng)

非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver dis-ease，NAFLD）是指在沒有酒精或藥物等次要原因的情況下，≥5%肝細(xì)胞發(fā)生大泡性脂肪變性。包括從非酒精性脂肪肝（NAFL）到非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH），纖維化和肝硬化的一系列疾病。NAFLD是現(xiàn)在全球慢性肝病的主要病因[1]，然而，公眾對(duì)這一疾病的認(rèn)識(shí)仍非常局限[2]。目前認(rèn)為，腸道菌群改變與NAFLD的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，現(xiàn)對(duì)該領(lǐng)域的研究進(jìn)展作一概述。

1 腸道菌群

人類是由人自身細(xì)胞和微生物細(xì)胞共同組成的超級(jí)生物體。在人類中，微生物密度從腸道近端到遠(yuǎn)端增加，生物量為1.5～2.0 kg，以厭氧細(xì)菌為主[3]。人體腸道內(nèi)有多達(dá)100萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，包括細(xì)菌、真菌、病毒和其他微生物和真核細(xì)胞[3，4]。胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人體最重要，也是迄今為止研究最早和最多的人體微生態(tài)系統(tǒng)。腸道是體內(nèi)細(xì)菌定植的主要場(chǎng)所，腸道定植的細(xì)菌具有數(shù)量巨大、多樣化、復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，構(gòu)成了人體的腸道菌群。腸道菌群猶如人體內(nèi)的“原始森林”，參與分解食物、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、分泌維生素K等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、調(diào)節(jié)體脂含量、吞食食物殘?jiān)戎T多新陳代謝過程，若其平衡被打破，則可與疾病形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致免疫失調(diào)疾病、炎癥性腸病、代謝性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)及精神類疾病、傳染性疾病及癌癥等。

事實(shí)上，人體是一個(gè)微生物的共生體，從出生到死亡，人體內(nèi)的微生物群落在不斷變化，受食物、藥物、環(huán)境等多種因素的影響。共生于腸道內(nèi)的微生物既有有益于健康的益生菌，也有很多致病菌，腸道菌群成員相互制衡，這種平衡在腸道和機(jī)體健康中起著重要作用。認(rèn)識(shí)腸道菌群、發(fā)現(xiàn)疾病狀態(tài)下腸道菌群的變化，可使我們對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)更加深入，并有可能為疾病治療提供更多的有效手段。

2腸道菌群失調(diào)與肝病

“失調(diào)”指的是正常腸道微生物群的破壞。它可能是由多種環(huán)境、免疫或宿主因素以及膽汁流量、胃pH值變化或腸道運(yùn)動(dòng)障礙引起的。大量證據(jù)表明，失調(diào)與人類肝病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，主要集中在其在NAFLD及相關(guān)代謝紊亂中的作用。肝臟與胃腸道同為消化系統(tǒng)重要組成部分，不僅是人體重要的合成、解毒器官，也是參與人體免疫反應(yīng)的器官。由于肝臟與腸道特殊的解剖和生理關(guān)系，腸道微生物通過肝——腸循環(huán)和肝——腸軸，在肝臟損傷、慢性纖維化、炎癥及腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。Zhu L等[5]發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎患者腸道中產(chǎn)酒精細(xì)菌比例上升，導(dǎo)致血液中的內(nèi)源性乙醇濃度升高，提示產(chǎn)酒精細(xì)菌參與非酒精性脂肪性肝炎發(fā)病，產(chǎn)酒精細(xì)菌可能作為干預(yù)靶點(diǎn)或疾病標(biāo)志物。Boursier J等[6]檢測(cè)了非酒精性脂肪肝疾病患者腸道菌群構(gòu)成情況，利用16S rRNA測(cè)序方法發(fā)現(xiàn)肝纖維化較重的患者腸道擬桿菌及瘤胃球菌的豐度顯著增加，而普氏菌的豐度有所降低，表明非酒精性脂肪性肝病的嚴(yán)重程度與腸道菌群失調(diào)和代謝功能變化有關(guān)。

腸道菌群不僅影響腸道免疫，而且對(duì)肝臟疾病的免疫同樣有影響，但仍有待于進(jìn)一步深入研究并向更多種類肝臟疾病的研究拓展。通過調(diào)控腸道菌群影響肝臟疾病免疫為臨床提供新的診療思路與方向，針對(duì)腸道來源的細(xì)胞免疫治療能否成為新的肝臟疾病的治療方向帶來新的挑戰(zhàn)。

3腸道菌群失調(diào)與非酒精性脂肪性肝病的發(fā)病機(jī)制

腸道和肝臟有著密切的解剖和功能關(guān)系。腸道菌群（gut microbiota，GM）包括多種微生物（主要是細(xì)菌），其有助于消化、合成維生素、提取能量和抵抗定植，還可以通過爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)和空間來刺激胃腸道的免疫系統(tǒng)，減少病原體[7]。GM和細(xì)菌易位在慢性肝病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，包括NAFLD，其與GM的質(zhì)量和數(shù)量（過度增長(zhǎng)）變化有關(guān)[8]。由于生態(tài)失調(diào)（被定義為保護(hù)性細(xì)菌與有害細(xì)菌的不平衡）、腸道屏障受損、免疫狀態(tài)改變，細(xì)菌代謝產(chǎn)物可以通過門靜脈到達(dá)肝臟，被特定的受體識(shí)別，激活免疫系統(tǒng)，并誘導(dǎo)相關(guān)途徑，如應(yīng)激激活蛋白激酶、JNK、p38、IRF-3、NF-κB，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗（insulin resistance，IR）、肥胖、肝脂肪變性及纖維變，通過與宿主免疫系統(tǒng)和其他細(xì)胞類型的多重交互作用促進(jìn)NASH的發(fā)生發(fā)展[9]。NAFLD是一種多因素疾病，包括胰島素抵抗、向心性肥胖、環(huán)境或營(yíng)養(yǎng)因素、腸道微生物以及遺傳和表觀遺傳因素等，均與其發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

3.1短鏈脂肪酸的作用

腸道菌群通過發(fā)酵抗性淀粉和非淀粉多糖而產(chǎn)生短鏈脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸，通過促進(jìn)其在腸上皮的吸收，從而影響能量的吸收[10]。短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）是碳水化合物通過腸道菌群發(fā)酵的主要產(chǎn)物，正常腸道菌群每天可產(chǎn)生50～100 mmol/L[11]。據(jù)估計(jì)，其為人類提供每日總耗能的6%～10%[12]。SCFA是腸道菌群產(chǎn)生的重要信號(hào)，這些SCFAs對(duì)能量代謝、免疫和脂肪組織擴(kuò)張均有影響[13]。來源于腸道的SCFAs，如乙酸和丙酸，是肝臟的能量來源，它們分別在肝臟的脂肪生成和糖異生中起著重要的作用[14，15]。有一項(xiàng)喂食高脂飲食小鼠（45%棕櫚油脂肪）的研究表明，SCFAs（5%體重飲食中的乙酸、丙酸和丁酸）降低了肝脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)as）活性和肝臟脂質(zhì)合成。喂食SCFA的小鼠肝臟脂質(zhì)氧化也增加了兩倍，使肝臟脂質(zhì)代謝向氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這一變化與腺苷單磷酸活化蛋白激酶（Adenosine 5-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）及其下游靶點(diǎn)乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACC）的磷酸化和激活有關(guān)[16]。因此，有利于產(chǎn)生SCFA的菌群的變化可以增加肝臟的能量傳遞，減少能量在糞便中的損失。如在患有脂肪肝的肥胖小鼠中，豐富的微生物碳水化合物代謝基因可導(dǎo)致盲腸中SCFAs濃度增加，糞便中能量含量減少[17]。對(duì)患NAFLD的成年人進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示，在調(diào)整體重指數(shù)和膳食脂肪攝入量后，脂肪性肝炎的出現(xiàn)與球狀梭菌（門）比例的增加、細(xì)菌百分比的降低之間有顯著的關(guān)系[18]。雖然腸道產(chǎn)生的SCFAs為肝臟提供能量，它們還可能通過增加擬桿菌（普氏菌屬）/厚壁菌門的比例，減少能量的收獲，從而對(duì)脂肪肝產(chǎn)生潛在的有益影響[17]。

SCFAs還可作用于腸內(nèi)分泌L細(xì)胞的G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCRs）GPR41和GPR 43，從而導(dǎo)致NAFLD。這些受體的激活可誘導(dǎo)腸內(nèi)分泌激素肽YY（Peptide YY，PYY）在腸上皮L-細(xì)胞中的表達(dá)，減緩胃排空及腸道運(yùn)動(dòng)，從而促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收[19]。此外，SCFAs還可與GPR41或GPR 43（Recombinant free fatty acid recepetor 2，F(xiàn)FAR 2）的結(jié)合，促進(jìn)小鼠腸道L-細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-likepeptide1，GLP-1）[20]，對(duì)胰腺功能和胰島素釋放以及調(diào)節(jié)食欲的中樞效應(yīng)產(chǎn)生影響[21]。另外，GPR 43和GPR41在脂肪細(xì)胞中的激活，可抑制脂肪分解和促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化。

3.2 膽汁酸的作用及膽堿代謝

膽汁酸（Bile acids，BA）來源于肝臟中的膽固醇，并被小腸遠(yuǎn)端和結(jié)腸中的腸道菌群進(jìn)一步化學(xué)修飾。初級(jí)膽汁酸、次級(jí)膽汁酸和結(jié)合膽汁酸均與NAFLD發(fā)病有關(guān)。膽汁酸可以激活核受體，如法尼醇受體X（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）和GPCRs，如G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1（takeda-G-protein-receptor-5，TGR5），菌群可通過膽汁酸代謝改變這兩種受體的信號(hào)傳導(dǎo)，分泌到小腸中的初級(jí)膽汁酸可被回腸菌群解離，避免在小腸中再吸收，而被結(jié)腸菌群脫氫、二羥基化及去甲基化[22-24]。

FXR被認(rèn)為是膽汁酸代謝的主要調(diào)節(jié)因子，因?yàn)槠鋮⑴c了生物合成途徑的各個(gè)階段[25]。FXR隨著通過菌群介導(dǎo)的回腸膽汁酸的改變而改變。FXR是一種重要的BA核受體，在肝臟、小腸黏膜和腎臟中均有高表達(dá)，對(duì)糖和脂代謝都有影響[26]。已有動(dòng)物研究證實(shí)，F(xiàn)XR還可通過磷酸烯醇丙酮酸羧激酶調(diào)節(jié)糖異生，改善脂質(zhì)和糖代謝，從而預(yù)防炎癥[25]。FXR缺失小鼠胰島素敏感性降低[26]。選擇性非甾體FXR激動(dòng)劑GW 4064可能通過成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子15/19（fibroblast growth factor 15/19，F(xiàn)GF-15/19）介導(dǎo)[27]，改善肥胖和糖尿病小鼠的IR和血糖穩(wěn)態(tài)[28]，使肝糖原合成增加。FXR對(duì)脂質(zhì)代謝的影響也越來越受到重視。缺乏FXR的小鼠血清及肝膽固醇和甘油三酯（triglyceride，TG）含量顯著升高。有初步研究表明，F(xiàn)XR缺陷小鼠進(jìn)食1%膽固醇飲食，導(dǎo)致肝臟膽固醇和甘油三酯含量增加[29]。此外，服用FXR激動(dòng)劑后，可降低糖尿病和野生型小鼠的血漿膽固醇、甘油三酯和游離脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FA）水平，但對(duì)FXR基因敲除的小鼠無明顯影響[28]。在另一項(xiàng)研究中，通過操縱腸道微生物群改變腸道膽汁酸的組成，從而導(dǎo)致腸道FXR拮抗作用。這種FXR拮抗作用降低了神經(jīng)酰胺的合成和肝臟的新生脂肪生成[26]。此外，菌群失調(diào)還可以通過降低膽堿水平或增加甲胺水平來增加脂蛋白脂酶活性，增加甘油三酯（triglyceride，TG）的積累，并促進(jìn)NASH的形成。

腸內(nèi)FXR激活還可誘導(dǎo)FGF15表達(dá)，抑制膽汁酸合成的限速步驟——肝臟中膽固醇7α-羥化酶（Cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1）的表達(dá)，從而通過腸道——菌群——肝臟反饋回路導(dǎo)致BA水平降低[30]。腸道菌群失調(diào)改變了初級(jí)和次級(jí)膽汁酸之間的平衡及其隨后的腸-肝循環(huán)，其代謝效應(yīng)還沒有得到全面的了解。

3.3腸道通透性增加

腸道通透性增加可能是另一個(gè)導(dǎo)致NAFLD發(fā)病的機(jī)制。腸道通透性受腸道菌群和細(xì)菌產(chǎn)物及其代謝物的影響。Miele L等[31]是最早證明，NAFLD與上皮緊密連接失調(diào)有關(guān)，從而導(dǎo)致腸屏障每介度增加。腸道菌群可通過促進(jìn)黏液層的降解或抑制黏液產(chǎn)生，從而破壞上皮緊密連接以改變腸道屏障[32]。菌群失調(diào)會(huì)破壞這些緊密連接，增加黏膜通透性，并使腸道黏膜細(xì)胞和肝臟暴露于潛在的促炎細(xì)菌產(chǎn)物中。革蘭氏陰性菌外膜中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)毒素（亦稱脂多糖）可通過增加腸緊密連接通透性而發(fā)揮作用[33]。有動(dòng)物研究表明由高脂飲食引起的肝脂肪變性與菌群失調(diào)、腸道通透性增加以及革蘭氏陰性菌易位及其內(nèi)毒素脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）有關(guān)[34]。慢性低劑量LPS皮下注射可降低空腹血糖和胰島素，改變肝臟胰島素敏感性，增加內(nèi)臟和皮下脂肪，增加脂肪組織巨噬細(xì)胞數(shù)量，提高肝臟甘油三酯含量[34]。此外，丁酸鹽也可通過調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)粘蛋白和緊密連接蛋白來改善腸道屏障[35]。

由于緊密連接的擴(kuò)大，腸道通透性增加，可導(dǎo)致細(xì)菌碎片移位和內(nèi)毒素血癥。動(dòng)物研究[36]及人類的研究[37]均表明，NAFLD患者除腸通透性增高外，還存在內(nèi)毒素血癥[37]。此外，血漿纖溶酶原激活物抑制物1和肝臟Toll樣受體-4（Toll like receptor4，TLR-4）的表達(dá)可被內(nèi)源性毒血癥所誘導(dǎo)，導(dǎo)致IR和炎癥[38]。內(nèi)毒素血癥還可以通過其他機(jī)制促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。最近的兩項(xiàng)研究探討了脂多糖與甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c（Sterol regulatory element-binding protein-1c，SREBP-1c）的關(guān)系。第一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，LPS處理后的小鼠肝臟SREBP-1c激活和SREBP-1c基因表達(dá)，導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)積聚[39]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，LPS處理的小鼠血漿脂聯(lián)素水平降低，血漿瘦素水平升高，肝臟SREBP-1c表達(dá)增強(qiáng)，這與NAFLD的發(fā)展有關(guān)[40]。

總之，腸道菌群可以降低緊密連接蛋白的表達(dá)，從而增加腸道通透性、細(xì)菌易位和血清內(nèi)毒素水平。這些內(nèi)毒素又可通過增加促炎細(xì)胞因子、胰島素抵抗和增加肝臟脂質(zhì)積聚來促進(jìn)炎癥反應(yīng)。也說明腸道菌群對(duì)NAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

3.4 腸道菌群調(diào)控炎癥反應(yīng)

腸道菌群可能通過多種機(jī)制導(dǎo)致慢性全身炎癥，進(jìn)而導(dǎo)致肥胖、IR和NAFLD。細(xì)菌成分進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)易位可通過激活TLR-4來觸發(fā)炎癥反應(yīng)[41]。TLR-4激活促炎細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）。研究發(fā)現(xiàn)，TLR-4的激活觸發(fā)了包括NF-κB通路[42]在內(nèi)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而誘導(dǎo)TNF-α。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平的升高與IR和NASH有關(guān)，對(duì)肝臟脂肪沉積和NASH的發(fā)展至關(guān)重要[43-45]。此外，TLR-4還能增強(qiáng)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-B信號(hào)，導(dǎo)致纖維生成[46，47]。

另一個(gè)腸道菌群調(diào)控炎癥的機(jī)制涉及炎癥小體。炎癥小體由富含亮氨酸重復(fù)序列的蛋白質(zhì)的復(fù)合體。炎癥小體能識(shí)別病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）和宿主來源的危險(xiǎn)信號(hào)分子（damage associated molecular pattern，DAMP），其中DAMP可誘導(dǎo)活性氧（reacive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，從而激活NLRP 3炎癥小體[48，49]。Henao-Majia J等[50]證明腸道菌群的改變與NLRP 3、6炎癥小體物質(zhì)缺乏、NASH惡化和TLR 4和TLR 9激動(dòng)劑內(nèi)流增加TNF-α表達(dá)有關(guān)。在另一項(xiàng)小鼠研究中[51]也證明了這一點(diǎn)：與野生型小鼠相比，蛋氨酸-膽堿缺乏和NLPR 3缺乏的小鼠有增加NAFLD和肝損傷的趨勢(shì)。

食物的攝入與腸道菌群的相互作用也會(huì)導(dǎo)致炎癥的發(fā)生。果糖尤其可引起炎癥，并與NAFLD的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。過量食用果糖可增加脂肪生成，抑制脂肪酸β-氧化[52，53]。最近，一項(xiàng)利用果糖誘導(dǎo)的NAFLD小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，果糖顯著降低了雙歧桿菌和乳酸菌，并且有增加LPS的趨勢(shì)[54，55]。另一項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)果糖誘導(dǎo)的NAFLD的發(fā)生與TLR表達(dá)增加有關(guān)[56]。顯然，果糖的攝入不僅可以改變腸道菌群，還可以引起全身炎癥，從而參與NAFLD的發(fā)病機(jī)制。

總之，腸道菌群可能通過產(chǎn)生內(nèi)毒素、炎癥小體功能障礙以及與果糖等飲食成分的相互作用而導(dǎo)致炎癥。

4小結(jié)和展望

肥胖和NAFLD是全球主要的公共衛(wèi)生問題?；趧?dòng)物和人類的研究表明腸道菌群在肥胖、代謝綜合征和NAFLD中起著重要作用?，F(xiàn)階段通過飲食、益生菌或糞菌移植（fecal bacteria transplantation，F(xiàn)MT）改善腸道菌群從而改善疾病的動(dòng)物和臨床研究均顯示出令人欣喜的進(jìn)展，有望成為新的革命性治療非酒精性脂肪性肝病的手段，為非酒精性脂肪性肝病的治療開辟新的途徑。然而，仍需要進(jìn)行大規(guī)模的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，以調(diào)查這些干預(yù)措施的有效性和長(zhǎng)期效果。

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