基于腸-肝軸理論探討非酒精性脂肪性肝病和腸道菌群的關(guān)系

惠登城，孫明瑜

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院，上海中醫(yī)藥大學(xué)肝病研究所肝腎疾病病證教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201203

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一種機(jī)制未明的慢性肝病，可能由多種因素導(dǎo)致至少5%的肝臟細(xì)胞發(fā)生脂肪變性，繼而引起肝細(xì)胞炎癥反應(yīng)，影響肝臟正常生理功能。隨著代謝綜合征和肥胖發(fā)生率的上升，NAFLD也成為最主要的慢性肝病[1]。在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，NAFLD的發(fā)病率5年內(nèi)由15%上升至25%,且常與代謝性共病相關(guān)[2]。若失于防治，后期可向肝纖維化及肝硬化甚至是肝癌發(fā)展。

NAFLD的發(fā)生可能與多種因素相關(guān)。以往的研究表明NAFLD的發(fā)生可能與肥胖、胰島素抵抗(insulin resistances, IR)、遺傳易感、氧化應(yīng)激等因素存在不同程度的關(guān)聯(lián)。隨著目前飲食結(jié)構(gòu)及生活方式的改變，越來(lái)越多的代謝性疾病被證實(shí)與腸道菌群失調(diào)密切相關(guān)。近幾年來(lái)關(guān)于腸道微生物與NAFLD的發(fā)病也備受關(guān)注。

在正常生理狀態(tài)下，腸道定植約500～1000種不同的細(xì)菌[3]，它們與人體互利共生，共同維持著人體的穩(wěn)態(tài)，協(xié)調(diào)機(jī)體代謝、消化、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)等功能。腸道菌群組成和活動(dòng)保持高度穩(wěn)定，但長(zhǎng)期不規(guī)則生活習(xí)慣及飲食結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，繼而導(dǎo)致多種代謝疾病的發(fā)生。

腸-肝軸理論首次由馬歇爾于1998 年提出,為理解腸道菌群與肝臟疾病提供了一個(gè)理論基礎(chǔ)。肝臟與腸道生理上雙向溝通，一方面，肝臟通過(guò)膽管排泄膽汁及其他生物活性介質(zhì)與腸道溝通；另一方面，代謝營(yíng)養(yǎng)物通過(guò)門(mén)靜脈運(yùn)輸?shù)礁闻K，同時(shí)腸道細(xì)菌及其產(chǎn)物、內(nèi)毒素和炎癥介質(zhì)也會(huì)通過(guò)門(mén)靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)，從而使得肝臟易受腸道微環(huán)境的影響而發(fā)生病理性改變[4]。腸-肝軸的紊亂在NAFLD的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用，其中包括腸道屏障的破環(huán)、細(xì)菌移位和肝臟的炎癥反應(yīng)等[5]。

1 基于腸-肝軸的NAFLD的可能發(fā)病機(jī)制

1.1 腸道菌群組成及豐度的改變 生理狀態(tài)下，腸道菌群以相對(duì)穩(wěn)定的方式寄居于宿主腸道，但是容易受多種宿主及環(huán)境因素的影響，如飲食、肥胖、遺傳、吸煙、飲酒和藥物等因素可能影響腸道菌群穩(wěn)態(tài)，繼而發(fā)生小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)及細(xì)菌移位，造成“生態(tài)失調(diào)”，引發(fā)一系列病理改變。腸道菌群具有多樣性，在導(dǎo)致各種疾病的不同條件下，其豐度和組成是高度不同的[6]。NAFLD患者腸道菌群豐度可能會(huì)發(fā)生改變。腸道菌群宏基因測(cè)序顯示[7]，非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)患者類桿菌數(shù)量和厚壁菌數(shù)量較健康人群顯著增加。與非NAFLD肥胖兒童相比，NAFLD肥胖兒童腸道菌群有更豐富的變形菌和普氏菌等菌群[8]。另外，最新的一項(xiàng)研究[9]表明，腸道內(nèi)肺炎克雷伯桿菌定植可產(chǎn)生內(nèi)源性酒精，進(jìn)而導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生。患者腸道菌群的差別表明NAFLD的發(fā)病可能與腸道菌群的組成及豐度變化存在相關(guān)性。

1.2 腸道通透性增加 腸道屏障能有效阻止腸道有害細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物進(jìn)入循環(huán)造成菌血癥或其他組織的損傷。腸道屏障改變是炎癥的驅(qū)動(dòng)因素，會(huì)明顯影響腸-肝軸。腸屏障黏液層是外部分子到達(dá)腸腔時(shí)的第一道防線，能防止細(xì)菌直接接觸上皮細(xì)胞[10]。腸黏膜阿克曼氏菌減少會(huì)導(dǎo)致腸道黏液層變薄，并增加腸道通透性，從而導(dǎo)致細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物的滲漏，而增加阿克曼氏菌可以改善肥胖和NAFLD患者的代謝[11]。這表明NAFLD患者可能存在腸道通透性改變。Zonulin(ZO)被認(rèn)為是腸道通透性的標(biāo)志物，通過(guò)調(diào)節(jié)腸道緊密連接蛋白來(lái)調(diào)控腸道通透性[12]。一項(xiàng)臨床試驗(yàn)[13]表明NAFLD患者ZO濃度較健康者明顯升高，NASH患者則進(jìn)一步升高?？赡苁悄c道屏障的破壞導(dǎo)致腸道菌群及其代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到血液循環(huán)，進(jìn)而誘導(dǎo)或加重肝臟炎癥。

1.3 腸源性內(nèi)毒素血癥 脂多糖(LPS)是革蘭陰性菌外膜的中心成分，是一種內(nèi)毒素，與NAFLD的發(fā)病相關(guān)。研究[14]表明，NAFLD患者血漿脂多糖結(jié)合蛋白明顯升高，LPS與脂多糖結(jié)合蛋白結(jié)合，隨后與Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)結(jié)合，引發(fā)IR和炎癥反應(yīng)[15]。在NAFLD的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，腸道菌群失調(diào)是LPS分泌增強(qiáng)及其介導(dǎo)炎癥的原因。腸道菌群和腸道屏障改變?cè)黾覮PS的循環(huán)水平，隨后LPS激活肝內(nèi)TLR信號(hào)，通過(guò)一系列復(fù)雜機(jī)制，引起肝細(xì)胞損傷[16]。

2 腸道菌群可能介導(dǎo)的病理改變

2.1 膽堿缺乏 膽堿缺乏可能和NAFLD的發(fā)生有關(guān)[17]。飲食提供約70%的膽堿，因此有效膽堿主要取決于飲食結(jié)構(gòu)及腸道中微生物的代謝[5]。肝臟是膽堿代謝的主要部位，主要以磷脂酰膽堿的形式存在。磷脂酰膽堿是細(xì)胞膜的重要組成成分，其含量缺乏會(huì)增加肝臟新生脂肪的合成[18]。

SIBO在NAFLD患者中較為普遍[19]，腸道細(xì)菌大量生長(zhǎng)和繁殖，需要更多膽堿來(lái)合成磷脂酰膽堿以維持其生長(zhǎng)和分裂，從而降低膽堿的生物利用率，宿主膽堿缺乏[5],從而導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生發(fā)展。同時(shí)，腸道微生物參與膽堿代謝，將其轉(zhuǎn)化為有毒的二甲胺和三甲胺，它們被運(yùn)輸?shù)礁闻K并轉(zhuǎn)化為三甲胺氧化物，引起肝臟炎癥和損傷[20]。

2.2 胰島素抵抗(IR) IR是多數(shù)代謝性疾病的基本病理改變。IR加速了NAFLD患者肝細(xì)胞中脂肪堆積，同時(shí)會(huì)促發(fā)炎癥反應(yīng)[21]。胰島素作用于肝細(xì)胞促進(jìn)脂肪合成，抑制脂肪分解，在IR狀態(tài)下，脂肪代謝紊亂，游離脂肪酸增加,進(jìn)而導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生。IR的形成和腸道菌群失調(diào)密切相關(guān)[22]。研究表明，腫瘤壞死因子α(TNFα)抗體或益生菌能夠抑制SIBO，減少炎癥因子的釋放，從而改善IR[23-24]。這反過(guò)來(lái)表明可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群提高胰島素敏感性，達(dá)到治療NAFLD的目的。

2.3 炎癥反應(yīng) 目前NAFLD的發(fā)病機(jī)制中，“二次打擊”學(xué)說(shuō)最為廣泛。第一次打擊為肥胖、高脂血癥、2型糖尿病等伴隨的IR,導(dǎo)致超過(guò)5%肝臟細(xì)胞的脂肪沉積，隨后促發(fā)一系列的細(xì)胞毒事件，包括炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而產(chǎn)生肝細(xì)胞炎癥及壞死，即為第二次打擊[25]。腸道菌群與肝臟細(xì)胞的二次打擊均密切相關(guān)。腸道菌群失調(diào)引發(fā)IR，隨后發(fā)生的脂肪變性即為肝臟的第一次打擊。另外，腸道菌群在第二次打擊中也起著重要的作用。腸道微生物群是TLR配體的主要來(lái)源，它們的組成及豐度變化一方面會(huì)增加TLR配體進(jìn)入肝臟的數(shù)量[11]。另一方面，在正常生理狀態(tài)下，肝臟對(duì)TLR配體的耐受性較高，但是腸道微生物群的改變和腸道通透性的增加可能導(dǎo)致耐受性下降[11]，進(jìn)而持續(xù)激活的TLR信號(hào)會(huì)促進(jìn)NASH的發(fā)生。

SIBO及LPS會(huì)誘導(dǎo)肝臟TLR4的表達(dá)[26]。TLR4的持續(xù)激活會(huì)促發(fā)下游炎癥通路反應(yīng)，促進(jìn)TNFα和IL-1β的釋放。TNFα和IL-1β會(huì)加速NAFLD的進(jìn)展。TNFα可調(diào)節(jié)肝細(xì)胞死亡，并可通過(guò)抑制胰島素受體和胰島素受體底物-1損害胰島素信號(hào)傳導(dǎo)[27]，導(dǎo)致IR的發(fā)生。IL-1β通過(guò)抑制過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α及其下游分子調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，導(dǎo)致肝臟甘油三酯積累[28]，從而發(fā)生脂肪變性。另外，LPS通過(guò)TLR4激活Kupffer細(xì)胞，它的激活會(huì)產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子IL-18、IL-1β和IL-12，進(jìn)一步加重肝細(xì)胞的損傷?？傊?，TLR信號(hào)通過(guò)介導(dǎo)一系列復(fù)雜反應(yīng)導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生。

2.4 膽汁酸代謝異常 膽汁酸及其代謝產(chǎn)物有助于維持肝臟葡萄糖、膽固醇和甘油三酯的穩(wěn)態(tài)[29]。膽汁酸可通過(guò)改變法尼酯受體(farnesoid X receptor, FXR)信號(hào)來(lái)促進(jìn)NAFLD的發(fā)生[30]。一級(jí)膽汁酸通過(guò)激活FXR信號(hào)可增加胰島素敏感性，抑制脂肪生成，促進(jìn)脂肪酸氧化[29]。而二級(jí)膽汁酸則抑制FXR信號(hào)。腸道菌群豐度和群落組成的改變很可能會(huì)影響膽汁酸池的波動(dòng)[5]。它們可以解除一級(jí)膽汁酸的結(jié)合并將其代謝為腸道中的二級(jí)膽汁酸，而二級(jí)膽汁酸參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)和能量代謝[31]，可能從某一方面促進(jìn)NAFLD的發(fā)病。膽汁酸還可激活Kupffer細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體Gpbar1，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的分泌，進(jìn)而引起肝臟損傷[5]。

2.5 短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)改變 人體內(nèi)SCFAs主要由未消化吸收的的碳水化合物經(jīng)結(jié)腸厭氧菌酵解產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸,可調(diào)節(jié)宿主能量代謝的信號(hào)途徑[26]，同時(shí)，SCFAs是脂肪生成和糖異生的前體。此外，SCFAs可激活脂肪細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體41和43，進(jìn)而從多個(gè)方面促進(jìn)肥胖和NAFLD的發(fā)生[29]。臨床研究[32]表明，輕度或中度NAFLD成人的糞便樣本中富含丁酸鹽和丙酸鹽。由此可見(jiàn)，腸道菌群改變SCFAs的水平及組成可能不同程度的促進(jìn)NAFLD的發(fā)病。

3 從腸道菌群靶向治療NAFLD

3.1 生活方式及飲食結(jié)構(gòu) NAFLD的發(fā)病與肥胖密切相關(guān)。研究[33]表明，大量食用富含脂肪和果糖等導(dǎo)致肥胖的食物，可能會(huì)改變腸道微生物群和腸屏障功能，引起內(nèi)毒素血癥及炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)肥胖和NAFLD的發(fā)生。鑒于肥胖和NAFLD的密切關(guān)系，目前對(duì)NAFLD患者最主要的治療目標(biāo)為減輕體質(zhì)量，調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)及生活方式，進(jìn)而減少肝臟脂肪沉積及炎癥反應(yīng)。有規(guī)律的健康均衡飲食對(duì)保持腸道菌群的穩(wěn)定和健康至關(guān)重要，并可降低其他疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 抗生素 利福昔明是一種廣譜腸道抗菌素，不被腸道吸收，通過(guò)殺滅腸道病原體發(fā)揮局部抗菌作用。利福昔明可能對(duì)NAFLD患者有益。Gangarapu等[34]進(jìn)行的一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究中，NASH組在用利福昔明治療28 d后，循環(huán)內(nèi)毒素水平顯著降低。表明短期應(yīng)用利福昔明可能作用于腸道細(xì)菌從而抑制腸源性內(nèi)毒素的產(chǎn)生,達(dá)到治療效果。但是目前仍需要深入的實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)利福昔明對(duì)NAFLD患者的有效率及最有效的治療周期。另外，最近的一項(xiàng)研究[35]表明，萬(wàn)古霉素可導(dǎo)致腸道微生物群改變，進(jìn)而改善高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的葡萄糖耐量、高胰島素血癥和IR。

3.3 益生菌及益生元 益生菌是對(duì)宿主代謝有益的細(xì)菌, 乳酸桿菌、雙歧桿菌是最常用的能夠抑制革蘭陰性病原菌增殖的益生菌[11]。益生菌可以減少炎癥細(xì)胞因子的釋放并抑制SIBO，從而改善胰島素敏感性[24]。既往動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[36]表明,乳酸桿菌、雙歧桿菌能改善鼠的腸道屏障功能或肝臟脂肪堆積及IR。在臨床研究中，益生菌的效果也初見(jiàn)成效。Nabavi等[37]進(jìn)行的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)中，服用含嗜酸乳桿菌La5和乳酸雙歧桿菌Bb12的益生菌酸奶8周的NAFLD患者在治療后血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇明顯降低。

益生元是不可消化的且對(duì)人體有益食物成分，可能對(duì)NAFLD患者有效。在實(shí)驗(yàn)和臨床研究中，益生元補(bǔ)充劑均能一定程度抑制NAFLD的發(fā)展。一項(xiàng)納入1309例NAFLD患者的薈萃分析[38]表明，益生菌或益生元治療后BMI、肝酶、血清膽固醇和甘油三酯均顯著降低。這說(shuō)明益生菌和益生元可能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)達(dá)到改善NAFLD的目的。

3.4 中醫(yī)藥 《醫(yī)學(xué)入門(mén)》中謂“肝與大腸相通”,在中醫(yī)理論中，肝與腸也有著密切的聯(lián)系。肝為風(fēng)木之臟，喜調(diào)達(dá)，主疏泄，可調(diào)暢全身氣機(jī)，正如周學(xué)海《讀醫(yī)隨筆》謂：“肝者，貫陰陽(yáng)，統(tǒng)血?dú)?，居真元之間，握升降之樞也”。大腸為傳導(dǎo)之官，具有以通為用，瀉而不藏的特點(diǎn)?！案渭母诖竽c”，肝主升，大腸主降，它們?cè)诠δ苌舷嗷f(xié)調(diào)，相互影響。肝之疏泄條達(dá)依賴于大腸之開(kāi)闔排濁，大腸的傳化功能也有賴于肝氣的調(diào)控。這似乎從中醫(yī)學(xué)方面論證了“腸-肝軸”理論，為中醫(yī)藥通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群治療NAFLD奠定了一定的生理基礎(chǔ)。

現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，部分草藥單體或組方能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群從而達(dá)到靶向治療NAFLD的目的。小檗堿(黃連素)，對(duì)腸道內(nèi)細(xì)菌具有很強(qiáng)的抗菌活性，越來(lái)越多的證據(jù)[39-41]表明，小檗堿通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物群對(duì)代謝性疾病進(jìn)行治療，包括肥胖、NAFLD和2型糖尿病。白藜蘆醇是一種天然多酚，可以通過(guò)增強(qiáng)腺苷酸激活蛋白激酶途徑提高胰島素敏感性，并同時(shí)減少肝臟中IL-1、IL-6和TNFα等促炎介質(zhì)的分泌[42]。另一方面，白藜蘆醇是由腸道微生物群代謝的，并且可以影響腸道微生物組成[43]，其可能通過(guò)改善腸道微環(huán)境，增加腸道有益菌來(lái)達(dá)到治療NAFLD的目的?；⒄溶帐侵兴幓⒄鹊挠行С煞?，可以通過(guò)抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)[44]來(lái)延緩肝臟脂肪變性，但是虎杖苷是否通過(guò)腸道菌群調(diào)控治療NAFLD仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

除草藥單體外，部分中藥處方也初步表明對(duì)NAFLD可能有治療作用。在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[45]中，參苓白術(shù)散可通過(guò)改善腸道菌群豐度，降低TLR4表達(dá)水平，從而減輕肝脂肪變性，減輕炎癥反應(yīng)，降低血清總膽固醇水平，改善肝功能。中醫(yī)藥作為祖國(guó)醫(yī)學(xué)的瑰寶，可以通過(guò)改善IR，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，保護(hù)肝細(xì)胞，從而減低脂肪沉積，在治療NAFLD方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

4 問(wèn)題與展望

基于代謝功能障礙是NAFLD發(fā)病的主要原因，近日國(guó)際專家建議以代謝相關(guān)脂肪性肝病(MAFLD)取代現(xiàn)有NAFLD命名[46]。腸道菌群作為人體共生物，與人體的代謝密切相關(guān)，其強(qiáng)大的作用不可忽視，從腸道菌群方面靶向論治NAFLD可能成為一種主要治療手段。在前期的研究中，益生菌、益生元以及合生元展現(xiàn)出巨大的前景，目前已有相關(guān)的臨床對(duì)照試驗(yàn)開(kāi)展。此外，奧貝膽酸治療NAFLD已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)，奧貝膽酸是一種FXR激動(dòng)劑，可能通過(guò)改變腸道菌群特別是布勞特氏菌(Blautia)的豐度，來(lái)發(fā)揮對(duì)NAFLD的保護(hù)作用[47]。

針對(duì)研究現(xiàn)狀，目前NAFLD研究的主要重點(diǎn)在于：第一，雖然針對(duì)益生菌、益生元及合生元的分析顯示其能夠通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群改善肝臟炎癥和脂肪變性，但是目前設(shè)計(jì)精良的大樣本臨床對(duì)照實(shí)驗(yàn)仍不足，且缺乏對(duì)單純脂肪變性及NASH的分層分析，是否患者都能最大化獲益仍不明朗。第二，要達(dá)到理想的治療效果，需要精確定位NAFLD的靶點(diǎn)及相關(guān)通路，剖析腸道菌群影響NAFLD發(fā)病的機(jī)制，從而開(kāi)發(fā)新的靶向藥物。第三，中醫(yī)藥作為強(qiáng)有力的治療手段，對(duì)NAFLD患者的益處不可否認(rèn)，但是目前基于NAFLD中醫(yī)證型的腸道菌群分析不足，如何達(dá)到最佳治療效果仍有待商榷。因此，與腸道菌群相關(guān)的基礎(chǔ)研究及臨床試驗(yàn)仍迫在眉睫。

作者貢獻(xiàn)聲明：惠登城負(fù)責(zé)資料查閱，資料處理，撰寫(xiě)論文；孫明瑜負(fù)責(zé)擬定寫(xiě)作思路，指導(dǎo)撰寫(xiě)文章并最后定稿。