非酒精性脂肪性肝病患者腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的作用

孫婷婷

隨州市中心醫(yī)院消化內(nèi)鏡室 (湖北 隨州市， 441300)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除酒精和其他明確因素如病毒性肝炎、藥物性脂肪肝等所致,與胰島素抵抗以及代謝綜合征密切相關(guān)的疾病, 包括單純性脂肪肝(NAFL)及由其演變的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化、肝硬化以及肝癌。NAFLD發(fā)病呈全球化流行趨勢(shì)，近年來(lái)其發(fā)病率逐年提高并呈低齡化起病。2016年一項(xiàng)對(duì)22個(gè)國(guó)家的86項(xiàng)研究的薈萃分析結(jié)果顯示，NAFLD的總體患病率為25.24 %(22.10 %～28.65 %)，中東和南美的患病率最高，非洲的患病率最低。2014年我國(guó)流行病研究的薈萃分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NAFLD的患病率為20.09 %[1]。但NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，肝臟作為門靜脈血流的首過(guò)器官，與腸道菌群和腸源性物質(zhì)不僅在解剖上而且在功能上有著密切的聯(lián)系，腸道微生態(tài)系統(tǒng)含有人體最大的貯菌庫(kù)及內(nèi)毒素池，菌種達(dá)500～1 000余種，總重量約1 000 g，基因組更是人體基因組的150多倍[2]，隨著檢測(cè)手段的發(fā)展，越來(lái)越多的研究結(jié)果顯示，腸道菌群失衡參與NAFLD的發(fā)生和發(fā)展，而恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡則有望成為防治NASH的新策略。

1 脂肪性變和脂肪性肝炎

目前對(duì)脂肪性變或脂肪性肝炎患者腸道菌群組成的檢測(cè)研究有限，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡相同。Mouzaki等[2]通過(guò)對(duì)膳食脂肪攝入和IBM進(jìn)行線性回歸調(diào)整后，對(duì)糞便菌群進(jìn)行qPCR檢測(cè)，結(jié)果提示與單純性脂肪肝患者及健康對(duì)照組相比，NASH患者糞便中的擬桿菌門百分比是下降的，而其他菌屬(包括梭狀芽孢菌、雙歧桿菌屬、埃希氏桿菌屬和古生菌)在兩組之間無(wú)明顯差異性。然而，Zhu等[3]的一篇文章顯示擬桿菌的豐度又是有所增加的，在其實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)NASH、肥胖、健康對(duì)照組的腸道菌群進(jìn)行16SrRNA焦磷酸測(cè)序，結(jié)果顯示擬桿菌門與正常對(duì)照組相比，在肥胖和NASH組中成6倍值的增加。而雙歧桿菌屬的豐度在健康對(duì)照組、肥胖組、NASH組是逐漸減少的；厚壁菌門的豐度與健康對(duì)照組相比，在肥胖和NASH組中是降低的；梭菌屬在所有組中具有相近的表達(dá)；變形桿菌門、腸桿菌科、埃希氏桿菌屬的過(guò)表達(dá)在肥胖和NASH患者微生物群里存在一致性顯著性差異。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)卻揭示了在NAFLD患者中厚壁菌屬含量的增加，Raman等[4]在這個(gè)試驗(yàn)中通過(guò)多標(biāo)記焦磷酸測(cè)序?qū)Ψ逝諲AFLD患者和健康對(duì)照組的糞便微生物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果提示在NAFLD患者中乳酸桿菌屬和厚壁菌屬的過(guò)表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

Malaguarnera M等[5]將66例NASH患者隨機(jī)分為共生元組(即長(zhǎng)雙歧桿菌和益生元)和對(duì)照組，經(jīng)過(guò)24周的治療發(fā)現(xiàn)共生元組的炎癥標(biāo)志物(即腫瘤壞死因子-α，C反應(yīng)蛋白)以及脂肪變性和NASH活性指數(shù)顯著下降。研究表明體重增加、脂肪堆積、脂肪性肝炎之間存在因果關(guān)系，無(wú)菌飼養(yǎng)的小鼠體內(nèi)脂肪總量低于攜帶正常腸道微生物的小鼠，將正常小鼠的腸道菌群移植至無(wú)菌小鼠腸道內(nèi)，其甘油三酯可增加兩倍，肝臟的脂肪從頭生成表達(dá)更高[6]。腸道菌群的改變減少了肝臟脂肪生成和血漿甘油三酯，從而顯示出人類中微生物群和肝臟之間的第一個(gè)代謝聯(lián)系之一。腸道菌群的發(fā)酵作用增加了盲腸和門靜脈血液中短鏈脂肪酸的豐度，其中乙酸鹽和丙酸鹽的濃度都加倍，丙酸鹽可以穿過(guò)腸屏障并通過(guò)門靜脈血液到達(dá)肝臟，通過(guò)作用于脂肪生成中涉及的幾種限速酶的轉(zhuǎn)錄而抑制脂肪生成，而乙酸鹽可作為膽固醇或脂肪酸合成的前體[7]。腸道中的細(xì)菌可發(fā)酵碳水化合物而產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs),其中以乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽總含量為最高，三者約占短鏈脂肪酸的90%～95%，短鏈脂肪酸不僅具有氧化供能的作用，而且還有維持水電解質(zhì)平衡、抗病原微生物及抗炎、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、改善腸道功能、調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤和調(diào)控基因表達(dá)等重要作用。

Zhu和Raman 等[3，4]分別對(duì)外周血乙醇進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及糞便揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)進(jìn)行氣相色譜分析-質(zhì)譜分析，結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組外周血以及糞便中的乙醇含量顯著性升高。Zhu[3]等研究了NASH兒童和肥胖兒童相比，血液中乙醇濃度顯著性升高，而腸道中變形菌門、腸桿菌科、埃希氏菌屬的豐度亦顯著增加，結(jié)合對(duì)微生物豐度的表達(dá)，考慮系產(chǎn)乙醇細(xì)菌的過(guò)度生長(zhǎng)可能導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)組血乙醇含量的增加。而內(nèi)源性乙醇的產(chǎn)生促進(jìn)了自由脂肪酸和氧化應(yīng)激，加強(qiáng)了產(chǎn)乙醇細(xì)菌在NAFLD病理過(guò)程中的角色[8]。乙醇的高毒性代謝產(chǎn)物——乙醛及其代謝衍生物，可損害各種細(xì)胞器和酶的結(jié)構(gòu)功能；刺激免疫系統(tǒng)，誘發(fā)免疫反應(yīng)性肝損害；損害線粒體脂肪酸的β氧化，引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，抑制谷胱甘肽的生物合成，減弱超過(guò)氧化物酶等抗氧化功能[9]。也可通過(guò)引起緊密連接的重新分布以及改變細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，導(dǎo)致腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接破壞和大分子的細(xì)胞旁通透性升高，從而破壞腸黏膜屏障。由于腸黏膜屏障的破壞，所以內(nèi)生性乙醇的增多往往伴隨著腸源性內(nèi)毒素通過(guò)門靜脈進(jìn)入肝臟的增加，導(dǎo)致肝臟的損害[10]。

2 肝纖維化和肝硬化

Minicis等[11]通過(guò)結(jié)扎介導(dǎo)肝纖維化小鼠模型，對(duì)無(wú)菌小鼠經(jīng)口灌腸分別移植高脂飲食和正常對(duì)照小鼠腸道菌群后觀察得出，高脂飲食組小鼠肝纖維化程度比對(duì)照組增加，其腸系膜淋巴結(jié)活檢顯示一個(gè)高密度的感染，提示高脂飲食組小鼠腸道細(xì)菌移位。通過(guò)焦磷酸測(cè)序檢測(cè)，顯示高脂飲食組小鼠腸道G-變形桿菌比例較對(duì)照組增加，雙歧桿菌比例較對(duì)照組減少。與健康者相比，肝硬化患者腸道致病菌比例更高，原著細(xì)菌比例更低。Liu等[12]通過(guò)基于16SrRNA的PCR-變性梯度凝膠電泳檢測(cè)了正常人和肝硬化患者腸道所有菌群，并證實(shí)其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。且通過(guò)實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)證實(shí)了與健康對(duì)照組相比，肝硬化組腸桿菌科和腸球菌科的增加有顯著性差異。Bajaj等[13]通過(guò)對(duì)肝硬化代償期和失代償期患者腸道菌群進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，失代償期患者毛螺菌科、瘤胃菌科、梭狀芽胞桿菌等原著細(xì)菌分類顯著減少，而葡萄球菌科、腸桿菌科等致病菌顯著增多。與健康對(duì)照組相比，肝硬化惡化患者的紫單胞菌科含量是顯著性下降。Kakiyama等[14]通過(guò)與對(duì)照組相比，肝硬化患者腸道致病菌腸桿菌科的豐度是更高的，毛螺菌科、瘤胃菌科的豐度是降低的。

大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)肝纖維化時(shí)G-菌等致病菌含量增多，其中變形桿菌和厚壁菌屬是兩種專性產(chǎn)酶菌，可催化膽堿轉(zhuǎn)化為甲胺，三甲胺經(jīng)腸粘膜吸收入肝臟，在肝臟內(nèi)氧化代謝為氧化三甲胺。血漿氧化三甲胺通過(guò)促進(jìn)前膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和抑制膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)加速動(dòng)脈硬化。而且，氧化三甲胺加速糖耐量損傷，阻礙肝臟胰島素信號(hào)，促進(jìn)脂肪組織炎癥，已有大量研究證實(shí)血漿氧化三甲胺與腎功能損傷、結(jié)直腸癌、冠心病有明確的相關(guān)性[15]。氧化三甲胺含量增多和膽堿含量的減少均可引起機(jī)體損傷。膽堿是細(xì)胞膜和線粒體膜的重要組成部分，乙酰膽堿在脂質(zhì)代謝、第二信使信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、膽固醇和膽汁酸的肝腸循環(huán)代謝等生理過(guò)程中起著重要作用，因此，膽堿缺乏可引起脂肪肝的形成[16]。Melanie等[17]研究了低膽堿飲食介導(dǎo)脂肪肝及腸道微生態(tài)的改變之間的聯(lián)系。在這個(gè)研究中，15名健康女性接受為期2個(gè)月的不同膽堿水平的飲食干預(yù)，其中包括10 d的正常飲食(包含550 mg膽堿，50 mg甜菜堿/70 kg體重)，42 d的低膽堿飲食(<50 mg膽堿，6 mg甜菜堿/70 kg體重)。結(jié)果顯示低膽堿飲食干預(yù)后腸道菌群的組成與脂肪肝的形成具有相關(guān)性。以甲硫氨酸-膽堿缺乏的飲食喂養(yǎng)小鼠4周后可以復(fù)制NAFLD或NASH的模型，表現(xiàn)為肝酶升高、肝臟甘油三酯沉積和脂質(zhì)過(guò)氧化發(fā)生。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，高脂喂養(yǎng)小鼠可以刺激腸道菌群膽堿轉(zhuǎn)化為酶的活性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致宿主膽堿生物利用度的下降，發(fā)生NAFLD[18]。

肝纖維化時(shí)原著菌群減少導(dǎo)致膽汁酸的代謝紊亂。膽汁酸的早期解離、7α-脫羥基以及脫氫依賴于細(xì)菌。無(wú)菌小鼠膽汁酸的合成增多，同時(shí)糞便膽汁酸減少，膽汁酸池的蓄積增多，這進(jìn)一步論證了膽汁酸的合成、代謝以及在回腸末端的吸收與腸道細(xì)菌有關(guān)?；啬c細(xì)菌分泌的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子19(Fgf19)通過(guò)門靜脈循環(huán)至肝臟減少膽固醇7-α羥化酶(Cyp7A1)的轉(zhuǎn)錄，膽固醇7-α羥化酶(Cyp7A1)是膽汁酸合成的限速酶[19]。膽汁酸除了促進(jìn)脂肪、膽固醇、脂溶性維生素在小腸內(nèi)的吸收，也作為一種信號(hào)分子調(diào)節(jié)一系列的生理過(guò)程。這些過(guò)程包括膽汁酸自身代謝的平衡、脂蛋白和葡萄糖的代謝等，因此，膽汁酸和它們的代謝物在肝臟內(nèi)甘油三酯、膽固醇和葡萄糖的平衡中起著重要的作用。膽汁酸平衡及其調(diào)節(jié)信號(hào)途徑的失調(diào)促進(jìn)了NALFD的發(fā)展[20]。膽汁酸有強(qiáng)效的抗菌活性，然而腸道菌群的組成對(duì)膽汁酸的代謝也產(chǎn)生了強(qiáng)大的影響。例如小鼠體內(nèi)膽酸(CA)含量的增加可以促進(jìn)梭狀芽胞桿菌豐度的增加[2]。高脂飲食介導(dǎo)的代謝改變了包括膽汁酸改變，而這些改變是與腸道菌群的重塑有關(guān)，同時(shí)膽汁酸的失調(diào)也改變了腸道菌群的組成，腸道菌群的改變通過(guò)影響脂質(zhì)和能量代謝又促進(jìn)了NAFLD的形成[21]。此外腸道微生物組介導(dǎo)的膽汁酸代謝可通過(guò)NKT細(xì)胞調(diào)節(jié)肝癌。改變小鼠體內(nèi)共生腸道細(xì)菌可誘導(dǎo)肝臟NKT細(xì)胞增加及干擾素α 增加，體內(nèi)研究表明NKT細(xì)胞介導(dǎo)肝臟的選擇性腫瘤抑制作用。NKT細(xì)胞的聚集由肝竇內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)CXCL16的表達(dá)調(diào)控，而CXCL16的表達(dá)是由腸道微生物介導(dǎo)的初級(jí)到次級(jí)膽汁酸的轉(zhuǎn)化控制[22]。

3 腸道菌群定向治療NAFLD

越來(lái)越多NAFLD形成中腸道菌群功能的證據(jù)對(duì)腸道菌群定向預(yù)防或治療NAFLD策略提供了重要的基本原理。最常用的腸道菌群干預(yù)方法包括補(bǔ)充益生菌、益生元和合生元，或者是抗生素的治療。

在臨床，益生菌VSL#3或者是與其他益生菌的合用體被用于NAFLD患者的治療，結(jié)果顯示血漿中轉(zhuǎn)氨酶、TNF-a和氧化應(yīng)激在治療3個(gè)月后較前好轉(zhuǎn)。此外，除了直接調(diào)控，益生菌也可以抑制有害細(xì)菌在小腸黏膜的粘附，減少炎癥反應(yīng)，加強(qiáng)宿主免疫功能，而這些在肝臟慢性損傷的治療中也有療效[23]。

益生元是一類不可降解食物作料，包括果聚糖、低聚糖、乳果糖、抗解淀粉等其他。這些食物作料不能直接被人體吸收和利用。他們必須在腸道細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化成可吸收代謝分子比如短鏈脂肪酸SCFAs(乙酸、丙酸、丁酸)，益生元能刺激有益菌的生長(zhǎng)例如乳酸桿菌和雙歧桿菌，達(dá)到保護(hù)宿主代謝的作用[24]。此外益生元可以調(diào)控宿主的食欲和能量代謝，通過(guò)改變各種腸道多肽的釋放。在肥胖動(dòng)物，飲食果聚糖增加10 %可使腸道厭食神經(jīng)多肽(PYY，GLP-1)的釋放增加，同時(shí)使刺激食欲的饑餓素減少。在GLP-1受體缺陷的動(dòng)物模型中益生元調(diào)節(jié)的飽腹感被進(jìn)一步證實(shí)。益生元能提高腸道內(nèi)源性大麻素，降低腸壁通透性，減弱內(nèi)毒素代謝和最終減少脂肪積累，阻止肥胖和NAFLD的形成[25]。

共生元是益生菌和益生元的結(jié)合。在NASH患者中，研究者通過(guò)持續(xù)的雙歧桿菌和低聚果糖治療6個(gè)月，觀察患者血清ALT、AST變化，結(jié)果表明共生元治療的患者AST水平與對(duì)照組相比是顯著性降低的，這表明共生元在治療NASH患者中的潛在優(yōu)勢(shì)[26]。

盡管有關(guān)益生菌、益生元、共生元的相關(guān)有益證據(jù)已經(jīng)獲取，但其中一些結(jié)果在不同實(shí)驗(yàn)、臨床實(shí)驗(yàn)中有差異。考慮到腸道內(nèi)大量細(xì)菌數(shù)量和組成，這里有許多明確的因素可以導(dǎo)致同一益生菌治療結(jié)果的不一致，比如益生菌制備工藝、宿主基因、飲食、生活習(xí)慣等。同時(shí)，也包括微生物靶向治療結(jié)果的檢測(cè)準(zhǔn)確度，這些需要進(jìn)一步試驗(yàn)和大規(guī)模的臨床調(diào)查。

4 總結(jié)

隨著DNA測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多與NAFLD相關(guān)的特異性菌種將被逐步發(fā)現(xiàn)，從而進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)病機(jī)制的研究。然而，現(xiàn)有研究在所得結(jié)果之間有著巨大差異，可能是由于樣本量小，患者隊(duì)列的變異性，不同的采樣技術(shù)以及分析方法等原因。為進(jìn)一步說(shuō)明腸道菌群與NAFLD之間的關(guān)系，需要進(jìn)行大規(guī)模前瞻性研究以及連續(xù)性采樣，此外也要充分考慮飲食、藥物使用、抽樣法等其他可能導(dǎo)致差異的原因。腸道菌群在NAFLD發(fā)病中起著重要的作用，其相互影響機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。