腸道菌群和內(nèi)毒素血癥與非酒精性脂肪性肝病*

曹 毅 沈 峰 徐雷鳴 范建高

非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是指除外酒精和其他明確肝臟損傷因素所致的，以彌漫性肝細(xì)胞大泡性脂肪變性為病理特征的臨床綜合征。隨著肥胖、胰島素抵抗（insulin resistance，IR）、高脂血癥和糖尿病等代謝紊亂的高發(fā)，NAFLD的發(fā)病率不斷升高，現(xiàn)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家和中國(guó)富裕地區(qū)慢性肝病的首要病因。腸源性物質(zhì)通過(guò)門(mén)靜脈進(jìn)入體內(nèi)，作為門(mén)靜脈首過(guò)器官的肝臟與腸道微生態(tài)在解剖和功能上有著密切聯(lián)系，“肝-腸軸”概念的提出為尋找肝病的發(fā)病機(jī)制和診療方法提供了新思路。最近一系列研究顯示，腸道菌群結(jié)構(gòu)改變、小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）以及腸源性內(nèi)毒素血癥在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，而恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡則可能防治NAFLD。為此，本文就此進(jìn)行綜述。

一、腸道菌群改變促進(jìn)代謝紊亂

正常成年人腸道內(nèi)含有500～1000種不同類(lèi)型的細(xì)菌。腸腔內(nèi)容物中包含大量革蘭陰性需氧菌和專(zhuān)性厭氧菌，其密度從空腸至回腸末端逐漸遞增。由于傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)手段的局限性，腸菌研究進(jìn)展很慢。隨著分子生物學(xué)技術(shù)在微生態(tài)學(xué)的應(yīng)用，根據(jù)細(xì)菌小亞基 16S rRNA序列的不同，人類(lèi)腸道菌群主要為以下三類(lèi)厭氧菌：革蘭陽(yáng)性的厚壁菌門(mén)、放線菌門(mén)以和革蘭陰性擬桿菌門(mén)。厚壁菌門(mén)是最大的菌群，包括乳酸菌、支原菌、芽孢桿菌和梭菌等200多種類(lèi)型；擬桿菌門(mén)包括20多種細(xì)菌，與放線菌門(mén)同屬主要腸道菌群[1]。

（一）腸道菌群與肥胖癥 腸道菌群數(shù)量和結(jié)構(gòu)改變與肥胖的發(fā)生發(fā)展有一定聯(lián)系。Backhed等[2]研究顯示腸道菌群可調(diào)節(jié)宿主能量貯備，無(wú)菌小鼠攝入熱量高出普通小鼠的29%，而全身脂肪含量低于其40%。移植后者腸道菌群至無(wú)菌小鼠腸道后，在不改變飼料攝取和能量消耗的條件下，2周內(nèi)無(wú)菌小鼠總脂肪含量增加57%。無(wú)菌小鼠能夠抵抗飲食誘導(dǎo)肥胖的機(jī)理，可能涉及兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)控脂肪酸代謝途徑[3]：①禁食誘導(dǎo)脂肪因子（fasting-induced adipose factor，F(xiàn)iaf）的水平升高。腸粘膜上皮細(xì)胞中的Fiaf通過(guò)抑制脂蛋白脂肪酶的活性，可減少脂肪酸的攝入和甘油三酯在脂肪組織中的積累；②提高了磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）的活性，進(jìn)一步激活脂肪酸氧化的關(guān)鍵酶（如乙酰輔酶A羧化酶、肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶），從而減少脂肪組織合成并增加脂肪酸的氧化。腸道菌群可能通過(guò)促進(jìn)脂肪酸吸收、抑制脂肪酸氧化影響宿主能量平衡，從而導(dǎo)致肥胖。Ley等[4]分析5088條來(lái)自于相同飲食結(jié)構(gòu)的ob/ob肥胖小鼠和瘦型小鼠的盲腸微生物16S rRNA基因序列，結(jié)果顯示肥胖小鼠擬桿菌門(mén)數(shù)量下降50%，厚壁菌門(mén)則相應(yīng)增加。人類(lèi)研究結(jié)果與之類(lèi)似，與健康對(duì)照相比肥胖者腸道末端微生物擬桿菌減少而厚壁菌增多[5]。這些研究表明腸道菌群中厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)比例的增加可能通過(guò)增加腸道能量吸收，促進(jìn)肥胖的發(fā)生。Kalliomaki等[6]一項(xiàng)隊(duì)列研究測(cè)定了嬰兒出生時(shí)腸道菌群的組成差異并隨訪至7歲，與體重正常組相比超重/肥胖組出生時(shí)雙岐桿菌減少而金黃色葡萄球菌增多，提示腸道菌群異常的出現(xiàn)早于肥胖的發(fā)生。

（二）腸道菌群與胰島素抵抗 IR是NAFLD的發(fā)病機(jī)制之一，表現(xiàn)為整個(gè)機(jī)體、肝臟、脂肪組織對(duì)胰島素敏感性下降[7]。IR不僅參與脂肪變的發(fā)生，而且促進(jìn)肝細(xì)胞損傷和炎癥發(fā)展[8]。Cani[9]等發(fā)現(xiàn)腸源性內(nèi)毒素血癥參與IR的發(fā)病，高脂飲食飼養(yǎng)小鼠出現(xiàn)代謝性內(nèi)毒素血癥，促使體重增加和IR。無(wú)菌小鼠相對(duì)普通小鼠糖耐量提高，餐后胰島素水平降低，并可抵抗高脂飲食導(dǎo)致的IR[10]。將普通小鼠的菌群移入無(wú)菌小鼠腸道后，在飲食不變情況下無(wú)菌小鼠可出現(xiàn)明顯的IR[2]。5型Toll樣受體（TLR5）是表達(dá)在腸粘膜細(xì)胞上防御感染的一種固有免疫成分，盡管通過(guò)飲食控制可預(yù)防TLR5缺失小鼠發(fā)生肥胖，但難以避免IR，將其腸道菌群植入普通小鼠體內(nèi)，后者出現(xiàn)了IR表現(xiàn)[11]。腸道細(xì)菌結(jié)構(gòu)的變化與血糖穩(wěn)定同樣有關(guān)[12]。糖尿病患者的糞便細(xì)菌中厚壁菌與梭狀芽孢桿菌比例較正常組顯著下降，擬桿菌與厚壁菌的比例與血糖變化密切相關(guān)[13]。通過(guò)抗生素調(diào)整高脂飲食飼養(yǎng)小鼠的腸道菌群，結(jié)果代謝性內(nèi)毒素血癥得以緩解，表現(xiàn)為糖耐量改善和體重減輕[14]。

二、小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)與脂肪性肝炎

SIBO又稱(chēng)小腸污染綜合征或盲袢綜合征，是指結(jié)腸內(nèi)菌群因各種原因移位進(jìn)入小腸，引起小腸內(nèi)厭氧菌過(guò)度孳生而表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)吸收不良、腹脹、腹瀉以及小腸動(dòng)力異常為主的臨床綜合征。SIBO可能是單純性脂肪肝發(fā)生非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）的重要誘因或“二次打擊”。Abu-Shanab等[15]報(bào)道80例NASH和32例正常對(duì)照組乳果糖呼氣試驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)NASH組SIBO的患病率（77.8%）顯著高于對(duì)照組（31.3%）。NASH患者在口服環(huán)丙沙星抑制腸道細(xì)菌生長(zhǎng)后，血清胰島素水平上升，而內(nèi)生乙醇減少[16]。給高脂飲食誘導(dǎo)的NASH大鼠口服乳果糖或慶大霉素，其血清轉(zhuǎn)氨酶和肝組織炎癥壞死程度可顯著減輕[17，18]。提示腸道細(xì)菌參與調(diào)節(jié)血清胰島素和內(nèi)生乙醇含量，而調(diào)節(jié)腸道菌群則對(duì)NASH可能有治療作用。

空回腸旁路減肥手術(shù)盡管可以顯著減輕重度肥胖癥患者的體重并改善相關(guān)代謝紊亂，但其脂肪性肝炎加重伴肝功能惡化[19]?？诜紫踹蚧蚯谐龝缰媚c道可使肥胖癥患者以及實(shí)驗(yàn)大鼠肝臟損傷減輕。提示術(shù)后廢用的腸襻內(nèi)細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)以及腸源性內(nèi)毒素血癥是導(dǎo)致小腸旁路術(shù)后肝臟損害惡化的重要原因[20]。另一方面，NASH亦可誘導(dǎo)SIBO的發(fā)生。NASH患者體內(nèi)胃饑餓素水平降低，小腸動(dòng)力減弱，結(jié)腸細(xì)菌逆流至小腸內(nèi)繁殖，逐漸發(fā)生SIBO[16，21]。此外，NASH患者因迷走神經(jīng)受損或因其他原因長(zhǎng)期服用抑酸藥，可通過(guò)胃酸分泌低下促進(jìn)SIBO的發(fā)生[16]。

三、內(nèi)毒素與脂肪性肝炎

內(nèi)毒素是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁外膜上的一種脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）與微量蛋白質(zhì)的復(fù)合物。LPS是內(nèi)毒素活性成分，通過(guò)TLR4依賴(lài)通道移入腸道毛細(xì)血管。NAFLD患者血清內(nèi)毒素水平顯著升高[22，23]。

（一）內(nèi)毒素的代謝功能 內(nèi)毒素的脂質(zhì)部分與機(jī)體的物質(zhì)代謝相關(guān)。給小鼠連續(xù)注射4周LPS后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體重、肝重和血糖顯著增加，伴IR以及脂肪組織巨噬細(xì)胞數(shù)量和炎性標(biāo)志物水平升高。高脂飲食飼養(yǎng)小鼠4周除內(nèi)臟和皮下脂肪含量增加外，血清LPS濃度升高2-3倍。庫(kù)普弗細(xì)胞膜表面的CD14是LPS的受體，給CD14沉默小鼠注射LPS則不出現(xiàn)肥胖、糖尿病和肝細(xì)胞脂肪變[8]。不同熱量飲食可能對(duì)LPS代謝有不同的影響。相比高碳水化合物飲食，高脂飲食喂養(yǎng)小鼠4周后體內(nèi)LPS濃度顯著升高，提示高熱量飲食所致代謝性疾病的發(fā)生可能與LPS相關(guān)[24]。

（二）內(nèi)毒素的促炎癥作用 肝臟脂肪沉積使NAFLD患者在面對(duì)損肝因素或附加打擊時(shí)出現(xiàn)更嚴(yán)重的肝損害，從而發(fā)生NASH和肝硬化。ob/ob肥胖伴單純性脂肪肝小鼠注射少量LPS即可發(fā)生NASH，同時(shí)肝細(xì)胞對(duì)腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）敏感性增高[20]。庫(kù)普弗細(xì)胞能增加肝臟甘油三酯沉積，并降低脂肪酸氧化和胰島素敏感性。高脂或高果糖飲食難以復(fù)制庫(kù)普弗細(xì)胞缺失小鼠肝脂肪變和IR[25]。

腸源性LPS結(jié)合脂多糖綁定蛋白（LPS binding protein，LBP），通過(guò)膜表面受體CD14，激活庫(kù)普弗細(xì)胞并活化核因子（NF-kB），引起 TNF、白細(xì)胞介素 -6（interleukin-6，IL-6）、IL-8等促炎因子活化。實(shí)驗(yàn)表明在NASH發(fā)生時(shí)該通路是激活的，血清LBP水平升高，并且肝臟TNF基因表達(dá)上調(diào)[26]。高脂喂養(yǎng)的ob/ob小鼠若同時(shí)予以TNF抗體或益生菌，4周后可發(fā)現(xiàn)肝組織學(xué)改善，伴肝炎指標(biāo)下降、IR減輕以及肝臟脂肪酸減少[27]。體外試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)只有TNF被抑制后才能減輕庫(kù)普弗細(xì)胞對(duì)肝細(xì)胞脂肪酸氧化、甘油三酯沉積和胰島素反應(yīng)的影響[25]。TLR4是內(nèi)毒素識(shí)別受體，LPS通過(guò)TLR4介導(dǎo)的MyD88信號(hào)途徑活化庫(kù)普弗細(xì)胞，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)炎癥反應(yīng)。有研究報(bào)道TLR4/MyD88信號(hào)通道在高脂飲食相關(guān)脂肪性肝病發(fā)病早期起關(guān)鍵作用，其中游離高遷移率族蛋白框1與TLR4的激活密切相關(guān)[28]。Rivera等[29]發(fā)現(xiàn)，TLR4沉默小鼠比野生型小鼠肝臟損害程度減輕，脂質(zhì)沉積減少。Thuy等[30]研究顯示，12例NAFLD患者高果糖飲食后血清內(nèi)毒素水平與肝臟TLR4 mRNA表達(dá)均增高，兩者之間關(guān)系密切。

（三）內(nèi)毒素導(dǎo)致腸粘膜通透性增高 內(nèi)毒素可激活腸粘膜上的腺苷環(huán)酶，損傷上皮細(xì)胞線粒體和溶酶體，導(dǎo)致腸絨毛頂部細(xì)胞壞死和上皮細(xì)胞自溶；還可激活補(bǔ)體系統(tǒng)、血液凝固系統(tǒng)以及巨噬細(xì)胞等直接或間接損傷腸粘膜屏障功能。Markel等[31]研究認(rèn)為，內(nèi)毒素通過(guò)抑制新生腸上皮細(xì)胞的遷徙和減弱細(xì)胞修復(fù)因子的修復(fù)作用，使局部腸粘膜破損，觸發(fā)炎癥瀑布反應(yīng)，最終腸粘膜局部缺血壞死以及腸屏障受損。Dumas等[32]研究表明ob/ob肥胖小鼠腸道通透性增加與門(mén)脈內(nèi)毒素血癥相關(guān)。Miele等[33]研究報(bào)道NAFLD患者肝損傷的進(jìn)展與腸道通透性增加有關(guān)，慢性肝病患者腸粘膜通透性改變的同時(shí)血清炎癥因子顯著上升。

四、展望

NAFLD與腸道菌群有著密切聯(lián)系，抗生素和益生菌或許可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群達(dá)到改善包括NAFLD等代謝性疾病的目的。首先，腸道菌群改變通過(guò)對(duì)能量代謝的影響增加內(nèi)臟脂肪蓄積，促進(jìn)肥胖和IR的發(fā)生，從而參與脂肪肝的發(fā)生；其次，SIBO及其代謝產(chǎn)物內(nèi)毒素則可通過(guò)腸粘膜通透性增加、細(xì)胞內(nèi)炎癥因子釋放，從而觸發(fā)或加劇脂肪性肝炎；最后，給予動(dòng)物模型及NAFLD患者益生菌或抗生素調(diào)整腸道菌群和腸道炎癥，則可改善糖脂代謝紊亂、減輕肝臟IR，伴肝脂肪變和炎癥程度下降[16～18，27，34，35]。然而至今尚缺乏益生菌和抗生素治療NAFLD/NASH的隨機(jī)對(duì)照的臨床試驗(yàn)。

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