嗜黏蛋白阿克曼氏菌與肝損傷關(guān)系的研究進(jìn)展

劉利敏，姚明解，胡端敏

1 蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院 消化內(nèi)科，江蘇 蘇州215000； 2 鹽城市第一人民醫(yī)院 消化內(nèi)科，江蘇 鹽城 224001； 3 北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)系，北京 100191

肝損傷主要由病毒及非病毒因素引起，進(jìn)而引起的肝硬化及肝癌等終末期肝病仍是全球面臨的重要健康問題。目前對(duì)肝損傷的診治有了較大進(jìn)步，但爆發(fā)性肝衰竭、肝癌等終末期肝病病死率很高，目前仍缺乏長期有效的預(yù)防或治療措施。新的證據(jù)[1]表明腸道菌群與肝病之間有很強(qiáng)的聯(lián)系，不同的微生物群落可能參與肝臟疾病的發(fā)生和發(fā)展，嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila，Akk菌)在肝損傷的發(fā)展及預(yù)后中發(fā)揮著重要作用。

1 關(guān)于Akk菌

Akk菌隸屬疣微菌門，最初由健康成人的糞便中分離而得，是一種革蘭陰性厭氧菌[2]，其最佳生長溫度和pH分別為37 ℃和6.5[3]，影響Akk菌生長的另一個(gè)因素是氧氣的存在，其被發(fā)現(xiàn)能夠耐受甚至受益于液體培養(yǎng)基中納摩爾濃度的氧氣[4]。有研究發(fā)現(xiàn)在生命早期Akk菌就定植于腸道，并在1年內(nèi)達(dá)到接近成人的水平[5-6]，至少占人類糞便細(xì)菌總數(shù)的1%，在其他哺乳動(dòng)物中也能檢測(cè)到這種現(xiàn)象[7]。一些研究還發(fā)現(xiàn)了Akk菌的存在，本文主要探討腸道Akk菌。

研究表明Akk菌能降解黏蛋白，黏蛋白是黏液層的主要成分，它能使細(xì)菌與黏液下的腸細(xì)胞緊密接觸[8]，黏蛋白降解也為其在腸道共生提供營養(yǎng)，并產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)(乙酸、丙酸、丁酸等)[7]，丁酸和丙酸均與腸內(nèi)分泌淋巴細(xì)胞上表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPR)-43和GPR-41結(jié)合，從而刺激腸肽的分泌，如胰高血糖素樣肽-1和肽YY。這種作用有助于減少食物攝入和改善葡萄糖代謝。丙酸還可以與淋巴細(xì)胞表達(dá)的GPR-43結(jié)合以維持適當(dāng)?shù)拿庖叻烙?。丁酸激活過氧化物酶增殖物激活受體γ，導(dǎo)致β氧化和氧消耗，這一現(xiàn)象有助于維持腸腔內(nèi)的厭氧狀態(tài)[9]。已證明腸道內(nèi)氧含量極低(即厭氧狀態(tài))是防止沙門菌或大腸桿菌等假兼性厭氧病原菌擴(kuò)張所必需的條件[10]。在代謝紊亂期間，腸道微生物群的變化與黏液厚度降低、抗菌防御能力下降以及丁酸和丙酸的產(chǎn)生降低有關(guān)。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)活化的缺乏將導(dǎo)致黏膜附近的微生物有更高的氧可用，并且增加腸桿菌科細(xì)菌的增殖。丙酸的減少也有助于腸道固有層中特異性T淋巴細(xì)胞[(黏膜相關(guān)不變T淋巴細(xì)胞(MAIT)和調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞)(Treg)]的降低?？傊?，這種變化會(huì)導(dǎo)致血液中內(nèi)毒素(LPS)等病原體相關(guān)分子模式的滲漏，并引發(fā)低度炎癥[9]。

Akk菌除了與肝病有關(guān)外，近期有研究[11-14]表明，Akk菌與炎癥性腸病、闌尾炎、肥胖癥、自閉癥呈負(fù)相關(guān)，此外，Akk菌的治療可以減輕動(dòng)脈粥樣硬化并在動(dòng)物模型中預(yù)防高脂飲食誘導(dǎo)的代謝紊亂[15-17]。腸道菌群已成為各種肝病的主要參與者[1]，越來越多的證據(jù)表明腸道菌群參與了其發(fā)病機(jī)制和肝臟疾病的進(jìn)展，下面就Akk菌在免疫介導(dǎo)的肝損傷、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病(ALD)中的作用及潛在機(jī)制作一綜述。

2 Akk菌與肝病

2.1 Akk菌與免疫介導(dǎo)的肝損傷 刀豆蛋白A(Con A)注射用于建立類似于自身免疫性肝病和病毒性肝炎的肝損傷模型，其特征是由T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的肝細(xì)胞死亡和炎性浸潤[18]。多種促炎細(xì)胞因子(包括IFNγ、TNFα、IL-12和IL-2)可能引起肝損傷[19]。許多趨化因子[如單核細(xì)胞趨化因子-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)，巨噬細(xì)胞炎癥蛋白(macrophage inflammatory protein，MIP)1a、MIP-1b和化學(xué)趨化因子]以各種方式吸引中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞進(jìn)入肝臟，從而加速疾病的進(jìn)展。有研究[20]發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)小鼠經(jīng)口給Akk菌可降低血清ALT和AST，并減輕由Con A引起的肝臟組織病理學(xué)損害，血清促炎性細(xì)胞因子和趨化因子(IL-2、IFNγ、IL-12p40、MCP-1、MIP-1a、MIP-1b)基本降低了，與血清學(xué)結(jié)果一致，Akk菌組肝臟中的IFNγ表達(dá)顯著降低。肝臟標(biāo)本免疫組織化學(xué)染色證明，Akk菌組嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤減少[20]。

凋亡在急性肝損傷中普遍存在[21]，有研究[22-23]提出包括FasL/Fas和TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體/DR5在內(nèi)的細(xì)胞毒性因子參與T淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)的肝細(xì)胞死亡。體外實(shí)驗(yàn)[24]進(jìn)一步鑒定了DR5在肝細(xì)胞凋亡中的有害作用。Akk菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)基因轉(zhuǎn)錄有很強(qiáng)的影響，大多數(shù)基因與代謝和細(xì)胞死亡體信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)[8,25]。有研究指出，升高的IFNγ可與IFNγ受體結(jié)合并抑制Bcl-2的轉(zhuǎn)錄，而Bcl-2被認(rèn)為是有效的抗凋亡因子，對(duì)Con A激活的肝細(xì)胞死亡具有保護(hù)作用[21]，而Akk菌可使Bcl-2表達(dá)增加，使Fas和DR5降低，肝細(xì)胞凋亡也明顯降低[20]。

越來越多的證據(jù)[15，26]表明Akk菌在代謝和免疫疾病中的有益作用。多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)慢性肝病中腸道通透性增大、細(xì)菌移位增多[1,27-28]，腸道微生物群參與調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的肝損傷的易感性，腸道來源的致病菌會(huì)加劇Con A引起的肝損傷[20]。有研究[16]發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)，Akk菌可以促進(jìn)黏液補(bǔ)充，改善腸黏膜屏障受損，從而緩解全身炎癥。先前的研究[3,29]發(fā)現(xiàn)，Akk菌的膜蛋白之一Amuc_1100可以特異性激活Toll樣受體2，其可以調(diào)節(jié)上皮屏障功能。據(jù)報(bào)道，大麻素受體1參與控制腸道通透性，并與LPS水平呈正相關(guān)[15,30]，而Akk菌能抑制大麻素受體1，從而增強(qiáng)腸屏障和降低全身LPS水平[20]。糞便16S rRNA序列分析表明，Akk菌增加了微生物的豐富性和多樣性[20]。Akk菌利用黏蛋白產(chǎn)生寡糖和SCFA，這些代謝物也是某些腸道菌食物的能量來源，這可能反過來改變依賴SCFA的微生物的相對(duì)豐度，并調(diào)節(jié)菌群的相互作用[7]。SCFA已被廣泛證明對(duì)先天免疫細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞具有抗炎作用[31-32]。Akk菌通過降低厚壁菌門與擬桿菌門的比例，恢復(fù)腸道菌群的多樣性，可能在維持腸道環(huán)境平衡中發(fā)揮作用，這可能是由于黏蛋白分解產(chǎn)生的丙酸和醋酸等SCFA起作用的，由此說明，Akk菌的有益作用不僅由細(xì)菌本身介導(dǎo)，而且還由其誘導(dǎo)的保護(hù)性細(xì)菌特征介導(dǎo)，而Akk菌可以通過重塑腸道微生物群落，使之具有更好的保護(hù)作用[20]。這表明，Akk菌在調(diào)節(jié)腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)中具有復(fù)雜的作用，Akk菌對(duì)肝功能的有益作用部分取決于加強(qiáng)腸黏膜屏障和改變腸道菌群的組成及功能[20]。

2.2 Akk菌與ALD ALD是由于長期大量飲酒導(dǎo)致的中毒性肝損害，包括酒精性脂肪肝、酒精性肝炎、酒精性肝纖維化和肝硬化，是發(fā)達(dá)國家肝硬化的主要病因，在我國也日趨增加，目前位居肝硬化病因的第二位。

有研究[33]表明，乙醇暴露可減少小鼠和人類腸道Akk菌的豐度，預(yù)防使用Akk菌可減少肝損傷、脂肪變性和中性粒細(xì)胞浸潤。Akk菌還可以防止乙醇誘導(dǎo)的腸道滲漏，使黏液厚度和緊密連接表達(dá)增加，進(jìn)而促進(jìn)腸屏障完整性并改善實(shí)驗(yàn)性ALD肝損傷。Akk菌對(duì)ALD發(fā)揮有益作用的可能潛在機(jī)制是：Akk菌減少了炎癥因子的表達(dá)(如IL-1β、TNFα)，并顯著減少了髓過氧化物酶陽性( myeloperoxidase was positive，MPO) +中性粒細(xì)胞的浸潤，降低ALD血清中的內(nèi)毒素水平，減少LDP水平，從而改善ALD的腸黏膜屏障功能[33]。Akk菌可以通過重塑腸道微生物群落對(duì)ALD起到保護(hù)作用[20]?？傊?，Akk菌補(bǔ)充可以減少乙醇誘導(dǎo)的肝損傷、脂肪變性和MPO+中性粒細(xì)胞的浸潤，這些是ALD關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)[34]。

然而，酒精對(duì)Akk菌耗竭的機(jī)制尚不明，并且Akk菌對(duì)ALD的有益作用可能還存在其他機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.3 Akk菌與NAFLD NAFLD是一種無過量飲酒史，以肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞脂肪變性和脂肪貯積為特征的臨床病理綜合征，主要包括單純性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎、非酒精性脂肪性肝纖維化和肝硬化。NAFLD與代謝綜合征的關(guān)系密切，隨著肥胖癥和代謝綜合征在全球的流行，NAFLD增長迅速且呈低齡化發(fā)展趨勢(shì)。

腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持對(duì)于宿主維持免疫狀態(tài)很重要，它可以防止可能損害肝組織的細(xì)菌產(chǎn)物漏出[35]。有研究[36]表明Akk菌的治療可以預(yù)防肥胖小鼠的脂肪肝。chREBP和SREBP基因參與肝臟中甘油三酯的合成。肝臟響應(yīng)高脂飲食誘導(dǎo)的炎癥而分泌炎性細(xì)胞因子，例如IL-6[37]。研究[36]證實(shí)經(jīng)Akk菌處理，SREBP的表達(dá)下降，肥胖小鼠中IL-6的表達(dá)降低。腸道屏障完整性的降低可引發(fā)細(xì)菌和脂多糖從腸道漏到其他器官，這種移位刺激了肝臟的脂肪生成和炎癥反應(yīng)，誘發(fā)了NAFLD[38-39]，通過Akk菌處理增加腸道微生物群的多樣性和腸道穩(wěn)態(tài)，會(huì)減少細(xì)菌及其代謝物質(zhì)的異位，并可能阻止脂肪肝的發(fā)展[36]。在NAFLD患者肝臟中發(fā)現(xiàn)DR5表達(dá)上調(diào)，并與游離脂肪酸和膽汁酸相關(guān)。此外，體外實(shí)驗(yàn)[24]進(jìn)一步證實(shí)了DR5在肝細(xì)胞凋亡中的作用。

綜上，Akk菌通過調(diào)節(jié)肝臟中的血清甘油三酯合成、減少炎癥因子(如IL-6)生成、減少肝細(xì)胞凋亡以及維持腸道穩(wěn)態(tài)來預(yù)防NAFLD。

3 小結(jié)

Akk菌可降低宿主的炎癥因子，Akk菌及其代謝產(chǎn)物可減少凋亡信號(hào)表達(dá)、增加抗凋亡因子表達(dá)，Akk菌可恢復(fù)腸道菌群的多樣性，可能在維持腸道穩(wěn)態(tài)、內(nèi)環(huán)境平衡中發(fā)揮作用。Akk菌的上述作用表明其對(duì)肝損傷具有有益作用，補(bǔ)充Akk菌或許能成為預(yù)防和治療肝損傷的一個(gè)新選擇。

然而，由于Akk菌是目前所分離的疣微菌門的唯一代表，它表達(dá)的蛋白質(zhì)具有典型性和唯一性，在微生物群中沒有同系物。有報(bào)道[40]已鑒定出八種不同的阿克曼氏物種，支持人類腸道微生物群中存在未經(jīng)探索的Akk菌多樣性。而且，目前對(duì)于Akk菌的認(rèn)識(shí)大多聚焦在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及其與宿主關(guān)系的關(guān)聯(lián)研究，還需要進(jìn)一步研究Akk菌與肝損傷的具體聯(lián)系，特別是在人類，還需要更多復(fù)雜的研究和分析以超越目前關(guān)于Akk菌與肝病之間簡單的關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究，以期接近最終的因果關(guān)系。隨著人們對(duì)Akk菌研究的深入，相信其將來會(huì)為肝損傷等疾病的預(yù)防及治療提供新的方向和選擇。

作者貢獻(xiàn)說明：劉利敏負(fù)責(zé)課題設(shè)計(jì)，搜集資料，撰寫論文；姚明解參與資料收集，修改論文；胡端敏指導(dǎo)撰寫論文并定稿。