腸黏膜屏障改變對非酒精性脂肪性肝病的影響*

施鈴靈 曹 亮 張振中 卞兆連 邵建國#

南通大學醫(yī)學院1(226001) 南通大學附屬第三人民醫(yī)院消化內(nèi)科2

Gut-Liver Axis

目前非酒精性脂肪肝性肝病(NAFLD)在全球普遍流行，我國的發(fā)病率逐年上升。NAFLD代表一系列進展性發(fā)展的肝病，包括單純性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，其可進展為肝硬化和潛在的肝細胞性肝癌[1-2]。目前NAFLD的公認發(fā)病機制主要為“多次打擊”學說，首次打擊是指脂肪在肝臟實質(zhì)細胞內(nèi)的過度積聚導致肝臟脂肪變性，從而增加了肝臟對炎性損傷的敏感性。第2次打擊是在首次打擊的基礎上，各種氧化代謝產(chǎn)物、脂肪細胞因子、脂質(zhì)過氧化物、炎性介質(zhì)等產(chǎn)生的活性氧及其代謝產(chǎn)物增加，當產(chǎn)量明顯超過機體自身代謝、代償能力時，兩者動態(tài)平衡失調(diào)，最終導致肝臟實質(zhì)細胞由單純的脂肪變性向肝細胞炎癥、壞死以及纖維化方向發(fā)展。第3次打擊是指肝臟免疫功能紊亂所導致的肝纖維化和肝硬化[3]。NAFLD 的發(fā)生與腸黏膜屏障功能密切相關。腸黏膜屏障是由完整的腸上皮細胞和相鄰腸上皮細胞間的連接構成，能防止腸腔內(nèi)的有害物如細菌、毒素等穿過腸黏膜進入體內(nèi)。腸黏膜屏障包括機械屏障、化學屏障、生物屏障以及免疫屏障，其在NAFLD的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[2,4-5]。

一、機械屏障

腸道機械屏障包括黏液層、腸上皮細胞以及上皮間緊密連接。其結(jié)構基礎是腸黏膜上皮的完整性和再生能力，能有效阻止細菌和毒素大分子物質(zhì)穿透黏膜進入體內(nèi)其他部位。當腸上皮細胞間緊密連接的完整性受損時，腸黏膜通透性增高，腸道內(nèi)革蘭陰性菌細胞壁成分脂多糖可大量涌入門靜脈系統(tǒng)，當其釋放的內(nèi)毒素超過肝臟清除能力時，內(nèi)毒素經(jīng)門靜脈系統(tǒng)進入體循環(huán)，形成腸源性內(nèi)毒素血癥[6]。內(nèi)毒素除對肝細胞具有直接毒性作用外，亦可與脂多糖結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)結(jié)合，通過膜表面受體CD14激活肝臟Kupffer細胞、單核細胞釋放如腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、一氧化氮(NO)、白三烯等促炎介質(zhì)，從而間接損害肝細胞[7]。研究[6]發(fā)現(xiàn)NAFLD和肝硬化患者的門靜脈中脂多糖水平明顯高于正常人。亦有臨床試驗表明NAFLD患兒血漿細菌內(nèi)毒素和LBP水平明顯升高，且其與一些促炎介質(zhì)如纖溶酶原激活物抑制劑-1、C-反應蛋白、IL-6等的水平呈正相關[8]。其中，TNF-α具有關鍵性作用，其可干擾胰島素信號轉(zhuǎn)導，抑制胰島素刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運，誘發(fā)胰島素抵抗，進而破壞胰島素對脂肪代謝的調(diào)節(jié)作用，使肝細胞內(nèi)三酰甘油合成增多、分解減少，引起肝細胞脂肪變性，形成脂肪肝，此是NAFLD發(fā)病的重要始動因素之一。腸緊密連接在調(diào)節(jié)腸黏膜通透性方面具有重要作用，構成緊密連接的蛋白包括occludin、claudin家族、黏附分子以及連接子蛋白如ZO-1等[9]。有研究[10]探討NAFLD患者腸上皮緊密連接蛋白ZO-1和occludin的表達變化及其在腸黏膜屏障功能減退中的作用，結(jié)果表明NAFLD患者腸黏膜完整性的破壞可導致腸黏膜通透性增加，ZO-1和occludin表達增加，并與肝脂肪沉積密切相關。Li等[1]的研究發(fā)現(xiàn)，喂予16周高脂飼料的大鼠模型肝臟脂肪變性明顯，肝組織勻漿丙二醛(MDA)水平明顯高于喂予普通飼料的大鼠，而超氧化物歧化酶(SOD)水平明顯降低。高脂飲食大鼠的末端回腸黏膜形態(tài)和小腸上皮細胞緊密連接超微結(jié)構未見明顯異常，但腸上皮細胞凋亡明顯增加，小腸ZO-1和occludin蛋白表達水平均顯著下降。Rahman等[11]研究發(fā)現(xiàn)，NAFLD小鼠腸黏膜上皮屏障功能減退可能與小腸上皮細胞緊密連接蛋白ZO-1和occludin表達異常有關，緊密連接破壞可導致嚴重的脂肪變性，使腸黏膜機械屏障功能降低，此可能與NAFLD的發(fā)生密切相關。

由此可見，NAFLD患者腸緊密連接蛋白occludin、ZO-1等表達的變化將直接導致腸道機械屏障破壞，腸黏膜通透性增加，從而誘導脂多糖產(chǎn)生內(nèi)毒素水平，同時激活炎性因子，加重肝臟脂肪變性，進而導致脂肪肝甚至肝纖維化。

二、化學屏障

腸道化學屏障主要由消化系統(tǒng)中的胃酸、膽汁、溶菌酶、消化酶、糖蛋白、黏多糖等組成，亦包括腸腺體和杯狀細胞產(chǎn)生的黏液。腸道化學屏障的改變可抑制肝細胞極低密度脂蛋白(VLDL)和低密度脂蛋白(LDL)的合成和分泌，導致肝臟三酰甘油沉積。關于腸道化學屏障，目前研究最多的是關于肝臟分泌的膽汁酸與NAFLD間的關系[12]。肝臟分泌膽汁酸與棕色脂肪細胞表面受體G蛋白偶聯(lián)受體家族成員G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1結(jié)合，激活核受體法尼酯衍生物X受體(farnesoid X receptor, FXR)表達，從而可通過小異二聚體伴侶負調(diào)節(jié)膽固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白1c，繼而調(diào)節(jié)脂肪形成相關基因，如乙酰輔酶A羧化酶1、乙酰輔酶A羧化酶2、脂肪酸合成酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶等的表達，并調(diào)節(jié)肝臟三酰甘油代謝，從而減輕NAFLD[13-14]。給予小鼠口服高選擇性腸道FXR抑制劑可導致高脂飲食誘導的肥胖、胰島素抵抗和肝臟脂質(zhì)沉積，此過程與抑制腸道神經(jīng)酰胺合成進而促進脂肪棕色化過程有關。同時，膽汁酸可抑制小腸細菌過度生長(small intestinal bacterial overgrowth, SIBO)和細菌移位的發(fā)生，從而參與腸黏膜屏障功能和機體代謝環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。

腸黏膜化學屏障中膽汁酸等物質(zhì)的變化可通過影響FXR表達，調(diào)節(jié)相關基因引起肝臟三酰甘油的代謝改變，導致肝臟脂肪沉積，從而加速NAFLD的發(fā)展進程。在NAFLD的發(fā)生、發(fā)展過程中，膽汁酸的代謝失衡起有重要作用。膽汁酸與FXR結(jié)合，在維持膽汁酸、葡萄糖以及脂質(zhì)的信號通路中均發(fā)揮關鍵作用。多種信號通路的改變會影響膽汁酸代謝，從而導致能量失衡，肝臟脂肪沉積，促進肝臟炎癥以及纖維化的發(fā)展。

三、免疫屏障

腸道免疫屏障包括細胞免疫屏障和體液免疫屏障。腸上皮細胞、腸上皮內(nèi)淋巴細胞、固有層淋巴細胞、Peyer集合淋巴結(jié)、腸系膜淋巴結(jié)組成了腸道細胞免疫屏障[15]。體液免疫屏障由肝臟膽管細胞和腸上皮細胞共同分泌的分泌性免疫球蛋白A(sIgA)組成。在免疫方面，腸道和肝臟均對抗原有耐受能力，同時具備有效的抗菌反應。肝臟對經(jīng)過腸道進入的病原體進行免疫監(jiān)視，腸道來源的抗原和細胞因子可通過門靜脈進入肝臟，使其對腸源性細菌產(chǎn)物產(chǎn)生反應，誘導肝臟產(chǎn)生免疫耐受或免疫反應[16]。腸上皮可表達固有免疫的重要分子Toll 樣受體(Toll-like receptors, TLRs)[17]。有研究[15]表明，人體腸道內(nèi)微生物來源的病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)與相應的TLRs結(jié)合，可通過激活核因子-κB(NF-κB)和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號轉(zhuǎn)導通路，上調(diào)促炎因子如TNF-α、IL-6等的表達。除TLRs外, 腸道分泌的IgA亦是腸黏膜免疫屏障的重要組分[18]。IgA可控制細菌過度生長，對病原體和腸道細菌產(chǎn)生應答，刺激淋巴組織產(chǎn)生促炎因子，從而遏制病原體在黏膜表面的黏附，減少病原體的生長，調(diào)節(jié)微生物穩(wěn)態(tài)。IgA的減少可影響腸道細菌的定植力，從而導致細菌移位[13]。研究[2]發(fā)現(xiàn)給予8周高脂飲食的大鼠與普通飲食大鼠的內(nèi)毒素、血糖、血清sIgA含量無明顯差異，但第12周末時，高脂飲食大鼠發(fā)展為脂肪性肝炎，且其內(nèi)毒素和血糖水平明顯升高，血清sIgA水平明顯降低。此研究結(jié)果提示大鼠腸黏膜免疫屏障被破環(huán)，可能是NAFLD的重要促成因素。

由細胞免疫和體液免疫構成的腸道免疫屏障主要通過改變TLRs和sIgA的表達影響腸道微生物菌群，誘導肝臟和腸道的免疫應答過程，上調(diào)促炎因子表達，加重肝臟炎癥和胰島素抵抗，也是NAFLD由脂肪變性、脂肪性肝炎及其纖維化一系列發(fā)展過程中的重要因素之一。

四、生物屏障

腸道生物屏障主要由腸道微生物構成，是能量吸收、儲存的重要環(huán)境因素。胃腸道微生物失衡是導致包括NAFLD在內(nèi)的多種疾病發(fā)生的重要因素[19-20]。寄居于腸腔內(nèi)或定植于腸黏膜表面的腸道常駐菌群是一個相互依賴又相互作用的微生態(tài)系統(tǒng)，有益菌與致病菌相互制約、依存，在質(zhì)和量上形成生態(tài)平衡, 調(diào)節(jié)腸上皮細胞的增殖和凋亡，控制炎性因子的表達，維護腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。有研究[21]發(fā)現(xiàn)，NAFLD患者具有腸道菌群失調(diào)、SIBO、小腸黏膜通透性增加等變化，而上述改變與單純性脂質(zhì)沉積向NASH進展相關。目前認為生物屏障的主要影響因素包括下述幾個方面。

1. 腸道菌群失調(diào)：腸道菌群具有調(diào)節(jié)肝臟脂肪合成、代謝和儲存的功能。腸道菌群失調(diào)可使單糖轉(zhuǎn)變?yōu)槎替溨舅徇M入肝臟，刺激肝臟中脂肪代謝相關的酶合成三酰甘油，導致過量三酰甘油在肝內(nèi)蓄積[10]。此外，腸道菌群失調(diào)亦會影響腸道食物的代謝，降低膽堿的生物利用率，促進內(nèi)源性乙醇的產(chǎn)生，使黏膜屏障受損，腸道通透性增加，導致細菌移位[22]。內(nèi)毒素如脂多糖通過門靜脈進入肝臟，循環(huán)至肝臟代謝為乙醛，引起腸源性內(nèi)毒素血癥，激活腸上皮細胞的炎癥相關細胞因子或肝臟巨噬細胞，通過“腸-肝軸”誘發(fā)肝臟炎癥[13,23-25]，而“肝-腸軸”在多種肝臟、腸道疾病的發(fā)病、治療中的重要作用已得到充分證實。研究[26]表明內(nèi)毒素水平與腸黏膜通透性、脂肪性肝炎以及NAFLD的進展均密切相關。

2. TLRs和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構域受體(NOD-like receptors, NLRs)通路：TLRs是細胞膜上受體家族，在肝細胞、Kupffer細胞以及星狀細胞中均有所表達，通過PAMPs識別微生物分子[6]。家族蛋白通路是除TLRs外在細胞膜上識別PAMPs的重要結(jié)合受體，又稱為炎癥體，可誘發(fā)免疫失調(diào)和炎癥激活, 是胃腸道菌群失調(diào)導致NAFLD的另一關鍵受體。其可刺激炎性細胞因子的激活和分泌，誘導胰島素抵抗和NAFLD的發(fā)生，并可通過改變腸道菌群引起代謝綜合征[13]。

3. SIBO：SIBO是指上段小腸的需氧細菌數(shù)目超過105/mL[27]。SIBO時腸道菌群的變化將通過影響能量、脂肪的代謝促進胰島素抵抗的發(fā)生，進而參與NAFLD的發(fā)病過程[28-29]。研究[28]發(fā)現(xiàn)NAFLD患者存在SIBO，且與肝臟脂肪變性程度呈正相關。有學者對35例經(jīng)活檢確診的NAFLD患者、27例未經(jīng)治療的慢性腹瀉患者(作為高腸道黏膜通透性模型)以及24名健康志愿者進行研究，通過葡萄糖呼氣試驗評估細菌過度生長，檢測尿液51Cr-EDTA含量判斷腸道通透性，免疫組化法分析十二指腸活檢標本ZO-1表達判斷腸道緊密連接完整性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NAFLD患者腸黏膜通透性和SIBO的發(fā)生率均較正常人明顯升高，但低于未治療的慢性腹瀉患者。此外，NAFLD患者腸黏膜通透性和SIBO的發(fā)生率與肝臟脂肪變性的嚴重程度相關[10]。

由腸道菌群構成的腸道生物屏障受損是NAFLD發(fā)生機制中的重要因素，腸道菌群失調(diào)導致內(nèi)毒素、內(nèi)源性乙醇產(chǎn)生、SIBO、腸黏膜通透性增加等變化，可通過“腸-肝軸”影響脂肪代謝、胰島素抵抗等過程誘導肝臟脂質(zhì)沉積，炎癥反應發(fā)生，從而導致NAFLD發(fā)生、發(fā)展[30-31]。

五、結(jié)語

綜上所述，腸黏膜屏障改變與NAFLD的發(fā)病機制密切相關，但作用機制尚未完全闡明。機械屏障、化學屏障、免疫屏障、生物屏障之間相互聯(lián)系、相互依存，與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關，任一屏障破壞必會影響其他屏障的功能。如腸黏膜緊密連接所致的機械屏障破壞，將導致腸黏膜通透性增加，脂多糖大量進入門靜脈系統(tǒng)，內(nèi)毒素產(chǎn)生增多，造成腸源性內(nèi)毒素血癥，而內(nèi)毒素對肝臟亦有損害，通過“腸-肝軸”促使肝臟免疫激活和炎癥反應發(fā)生。同時，肝臟膽汁酸代謝紊亂和IgA分泌減少將無法抑制腸道細菌過度生長，從而加重炎癥和免疫反應，最終導致脂肪肝向炎癥和纖維化方向進展。相反，NAFLD發(fā)展至一定階段亦會影響腸黏膜屏障。肝病患者出現(xiàn)惡心、嘔吐等消化道癥狀時，其腸道菌群的營養(yǎng)不足，膽汁分泌減少，腸道內(nèi)膽鹽缺乏，門靜脈回流受阻，將激活肝臟免疫反應和炎癥反應，釋放一系列炎性因子，從而導致腸黏膜屏障進一步受損，造成惡性循環(huán)[31]。目前，早期干預黏膜屏障功能，如補充腸道益生菌、糞菌移植、給予利膽劑等調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、維護腸黏膜屏障功能，可改善NAFLD的發(fā)生、發(fā)展。進一步的臨床研究有望為NAFLD防治提供新理念，實現(xiàn)向臨床應用的轉(zhuǎn)化。