腸源性高血氨在非酒精性脂肪性肝炎發(fā)病中的作用*

潘 勤，范建高

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)是與遺傳易感和代謝功能障礙密切相關(guān)的脂肪性肝病，疾病譜包括單純性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver, NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)及其相關(guān)肝纖維化和肝硬化[1]。隨著全球肥胖和代謝綜合征的流行，NAFLD已成為包括我國(guó)在內(nèi)的全球第一大慢性肝病。與歐美人種不同，亞洲人在相同體質(zhì)指數(shù)(body mass index, BMI)的情況下，有更多的體內(nèi)脂肪含量和相對(duì)較少的骨骼肌含量。即使采取種族特異性BMI標(biāo)準(zhǔn)診斷肥胖，非肥胖人群NAFLD患病率在亞洲可能仍高于歐美人群，而NAFLD相關(guān)肝纖維化發(fā)病率卻無(wú)種族差異[1-3]。在肝活檢證實(shí)的NAFLD患者中，非肥胖組NASH和肝纖維化檢出率并不顯著低于肥胖組[3]。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，同樣與老齡化和久坐少動(dòng)密切相關(guān)的肌肉衰減綜合征(肌少癥)在NAFLD患者中并不少見，并可部分解釋非肥胖患者胰島素抵抗和NAFLD高發(fā)的原因。來(lái)自韓國(guó)的系列研究發(fā)現(xiàn)，肌少癥獨(dú)立于肥胖、胰島素抵抗、代謝紊亂，與NASH和肝纖維化密切相關(guān)[4-8]。流行病學(xué)調(diào)查表明，肌少癥與NAFLD擁有許多共同的危險(xiǎn)因素，兩者之間還可能互相影響并形成惡性循環(huán)。

NAFLD，特別是其嚴(yán)重類型NASH，不僅是肝硬化、肝細(xì)胞癌、肝功能衰竭的重要原因，還與2型糖尿病和心腦血管疾病的高發(fā)密切相關(guān)[6，7]。肝硬化患者肌少癥非常常見，并存的肌少癥是導(dǎo)致肝硬化和肝移植患者預(yù)后不良的重要因素[8]。然而，至今國(guó)內(nèi)外尚無(wú)治療NASH和肌少癥的特效藥物。基于減肥和應(yīng)用抗炎保肝抗纖維化藥物治療NASH的效果并不理想，在隨訪過(guò)程中盡管部分患者體質(zhì)量在下降，但其胰島素抵抗、代謝紊亂和脂肪性肝炎等諸多指標(biāo)并未改善，究其原因可能為腸道菌群紊亂和肌少癥在加重有關(guān)，提示NASH及其相關(guān)的代謝或心血管并發(fā)癥的有效防治必須兼顧防治肥胖和肌少癥，加強(qiáng)腸道微生態(tài)平衡及其與肝臟、骨骼肌對(duì)話的研究，找出導(dǎo)致肌少癥和NASH發(fā)病的共同機(jī)制，可望為合并肌少癥的NASH肝纖維化患者的防治提供更為精準(zhǔn)和有效的干預(yù)靶點(diǎn)。

近來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，以“腸道菌群-肝臟對(duì)話”為基礎(chǔ)的“腸-肝軸”在肝臟尿素代謝和尿素的肝腸循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的調(diào)控作用。NAFLD患者“腸-肝軸”功能紊亂引起氨在肝臟積聚并加重肝臟損傷和纖維化，后者進(jìn)一步導(dǎo)致肝細(xì)胞對(duì)氨的處理能力下降并誘發(fā)高氨血癥。NAFLD患者肝臟釋放的某些因子與高血氨通過(guò)肌細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡誘發(fā)肌少癥[9]，肌少癥又可通過(guò)加劇胰島素抵抗和糖脂代謝紊亂，或肌肉與肝臟之間的丙氨酸-葡萄糖循環(huán)受損，導(dǎo)致氨的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙，促進(jìn)NASH進(jìn)展并加劇高氨血癥。由此可見，高血氨干擾“腸道-肝臟-骨骼肌”對(duì)話可能是肌少癥和NASH共同的重要的病理生理學(xué)發(fā)生機(jī)制，而靶向腸道菌群及其代謝產(chǎn)物則可能兼顧防治NASH和肌少癥。

1 NAFLD伴隨的腸肝循環(huán)紊亂導(dǎo)致腸源性高血氨

腸道來(lái)源的氨是機(jī)體血氨的主要來(lái)源。在正常情況下，肝臟有強(qiáng)大的能力將氨通過(guò)鳥氨酸-三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩胤置谌胙?，以維持血氨處于低濃度狀態(tài)。15%以上血氨經(jīng)腸粘膜分泌入腸腔，細(xì)菌的尿素酶將其分解為氨，重新吸收入血。在腸道菌群紊亂和短鏈脂肪酸生成減少(腸道內(nèi)容物pH值增高)、腸粘膜通透性增加(“腸漏”)或食物腐敗分解產(chǎn)氨增多時(shí)，大量的氨經(jīng)門靜脈進(jìn)入肝臟重新合成尿素，從而導(dǎo)致尿素腸肝循環(huán)負(fù)擔(dān)加重[10-12]。給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物長(zhǎng)期高脂飲食會(huì)導(dǎo)致結(jié)腸粘膜通透性增加和腸道細(xì)菌總量增多或菌群結(jié)構(gòu)改變[10，13-15]，表現(xiàn)為變形桿菌、嗜熱鏈球菌等尿素酶陽(yáng)性菌占比升高，而丁酸梭菌等合成短鏈脂肪酸的益生菌比例下降[13,14]，結(jié)果導(dǎo)致腸道氨的產(chǎn)生和吸收增多，從而誘發(fā)腸源性高氨血癥。采用長(zhǎng)/短/嬰兒雙歧桿菌、嗜酸/植物/干酪/保加利亞乳桿菌等益生菌干預(yù)，或給予混合菌群(altered schaedler flora，ASF)移植，則能降低模型動(dòng)物腸道菌群尿素酶的活性并減少腸道氨的形成[15]。

近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是NASH患者還是高脂飲食誘發(fā)的NASH大鼠，肝臟鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶(ornithine transcarbamoylase，OTC)和氨基甲酰磷酸合成酶(cabamoylphosphate synthetase，CPS)的表達(dá)都較對(duì)照組顯著下降，可能的原因?yàn)楦渭?xì)胞脂肪變和長(zhǎng)鏈脂肪酸增多及其線粒體功能受損，導(dǎo)致OTC等基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化修飾增強(qiáng)和mRNA轉(zhuǎn)錄受抑[16,17]。肥胖和NAFLD時(shí)結(jié)腸菌群紊亂和粘膜通透性增加導(dǎo)致腸源性氨產(chǎn)生增多，而NASH時(shí)肝細(xì)胞參與尿素循環(huán)的關(guān)鍵酶活性不足導(dǎo)致腸源性血氨清除率降低，結(jié)果引起肝臟和血液氨濃度顯著增高[10，16-18]。上述研究結(jié)果表明，高脂飲食引起的NAFLD及其相關(guān)腸菌紊亂，一方面導(dǎo)致腸源性血氨產(chǎn)生增多，另一方面又影響肝臟尿素合成，從而導(dǎo)致尿素的腸肝循環(huán)受阻和腸源性高血氨。最近我們的預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高氨血癥有可能是NASH肝纖維化和肌少癥的特征性病理生理表現(xiàn)，進(jìn)一步闡明腸源性高氨血癥的作用機(jī)制和干預(yù)方法具有重要的臨床意義。

2 高血氨通過(guò)干擾“腸道-肝臟-骨骼肌對(duì)話”誘發(fā)肌少癥

肌少癥是指進(jìn)行性和全身性骨骼肌質(zhì)量減少和/或強(qiáng)度下降或生理功能減退。諸多研究證實(shí)，腸道菌群的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸入血可以增強(qiáng)骨骼肌功能[19-22]。乙酸、丙酸促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取利用，激活過(guò)氧化物酶增殖體活化受體δ，并增強(qiáng)線粒體的生物合成[19,20]。丙酸還能促進(jìn)線粒體脂肪酸的β氧化[19,20]，丁酸及其衍生物(β-羥基-β-甲基丁酸)則通過(guò)抑制骨骼肌細(xì)胞的組蛋白去乙酰化酶活性、提高胰島素敏感性、減輕炎癥反應(yīng)等機(jī)制，改善老年小鼠骨骼肌的質(zhì)量[21,22]。在腸道菌群紊亂和NAFLD時(shí)，一方面短鏈脂肪酸生成減少，另一方面腸源性血氨生成增多[10-12]。腸源性高血氨通過(guò)抑制α-酮戊二酸干擾三羧酸循環(huán)，引起骨骼肌細(xì)胞能量代謝障礙以及線粒體功能和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)受損，伴肌細(xì)胞肌抑素的表達(dá)和細(xì)胞自噬增強(qiáng)，從而誘發(fā)和加劇肌少癥[23,24]。采用乳果糖、利福昔明、L-鳥氨酸L-天冬氨酸(L-ornithine L-aspartate, LOLA)等藥物降低血氨，則有助于逆轉(zhuǎn)腸源性高血氨所致的骨骼肌質(zhì)量減少[25.26]。體外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氨呈時(shí)間依賴性的抑制肌管細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成[23,24]。C2C12肌管細(xì)胞經(jīng)歷氨暴露3 h后，通過(guò)激活一般性調(diào)控阻遏蛋白激酶2(general control nonderepressible 2 kinase，GCN2)，上調(diào)其下游eIF2α磷酸化水平，降低胞內(nèi)eIF2-GTP-Met-tRNAi三元復(fù)合物濃度，進(jìn)而借助全局蛋白翻譯速率的降低，減少肌細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成[23,24-27]。此時(shí)，對(duì)肌蛋白合成發(fā)揮正向調(diào)控作用的雷帕霉素靶蛋白C1(mammalian target of rapamycin C1，mTOR C1)及P70S6K和S6Ribo等下游激酶的磷酸化水平則顯著降低，從而進(jìn)一步加劇肌細(xì)胞的蛋白合成障礙[23,24,27,28]。這些研究的結(jié)果表明，腸道菌群紊亂時(shí)血液中腸菌代謝產(chǎn)物失調(diào)，例如短鏈脂肪酸減少和氨增多，通過(guò)影響肌細(xì)胞能量代謝和肌細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)以及肌細(xì)胞因子表達(dá)紊亂，從而在結(jié)構(gòu)和功能兩方面誘發(fā)或加劇肌少癥。肌少癥時(shí)骨骼肌與肝臟之間丙氨酸-葡萄糖循環(huán)受損影響氨的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而導(dǎo)致高血氨與肌少癥之間形成惡性循環(huán)。

3 高血氨通過(guò)肝臟-骨骼肌對(duì)話參與肌少癥和NASH的發(fā)病

現(xiàn)已明確，骨骼肌是肝臟來(lái)源的胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)的靶器官。IGF-1通過(guò)激活骨骼肌的生長(zhǎng)激素/IGF-1軸，促進(jìn)肌球蛋白重鏈等蛋白合成，從而維持骨骼肌的質(zhì)量和力量[29]。隨著年齡的老化和體力活動(dòng)的減少，肝細(xì)胞脂質(zhì)從頭合成能力逐漸增強(qiáng)，而肝細(xì)胞功能則緩慢下降，骨骼肌質(zhì)量和肌力進(jìn)行性減少，而肝細(xì)胞脂肪沉積增加，結(jié)果導(dǎo)致NAFLD和肌少癥發(fā)病率增高[4,5，30]。韓國(guó)成人健康營(yíng)養(yǎng)調(diào)查顯示，骨骼肌質(zhì)量處于下四分位者NAFLD患病風(fēng)險(xiǎn)較上四分位者增高5.2倍。反映機(jī)體骨骼肌減少程度的骨骼肌質(zhì)量指數(shù)(skeletal muscle mass index，SMI)還與血清甘油三酯水平呈正相關(guān)，而與胰島素抵抗指數(shù)呈負(fù)相關(guān)[4,5,31-33]。有為期7年的隨訪研究顯示，1年內(nèi)SMI增加0%～1%可使包括NAFLD在內(nèi)的代謝綜合征組分的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低13%，增加1%以上者發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低33%[34]，提示正常的肝細(xì)胞功能有助于延緩肌少癥的發(fā)病，而維持骨骼肌的質(zhì)量也有助于維持肝臟糖脂代謝穩(wěn)態(tài)和防治NAFLD。

晚近研究發(fā)現(xiàn)，鳶尾素、白介素13(interleukin 13，IL-13)、IL-15、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)等肌細(xì)胞因子(myokine)介導(dǎo)“骨骼肌-肝臟對(duì)話”，增強(qiáng)肌肉和肝臟的糖脂代謝，從而改善胰島素抵抗和血脂紊亂，并可減輕肝脂肪變程度[35-40]。在腸源性高血氨誘發(fā)肌少癥的狀態(tài)下，骨骼肌中對(duì)肝臟糖脂代謝有保護(hù)作用的鳶尾素、IL-13、IL-15、BDNF表達(dá)顯著降低，而有抑制作用的肌抑素水平則顯著提高[41-43]，結(jié)果導(dǎo)致肝臟胰島素抵抗和脂肪性肝病[38-40]。通過(guò)LOLA等藥物降低血氨則可使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物肌源性因子表達(dá)失調(diào)恢復(fù)正常，伴肝脂肪變程度減輕[39-41]。然而，氨對(duì)肝細(xì)胞脂肪變和炎癥損傷的直接作用，以及肌少癥與NAFLD患者肝臟炎癥損傷和肝纖維化相互關(guān)聯(lián)的機(jī)制至今仍鮮見有研究報(bào)道。

除“骨骼肌-肝臟對(duì)話”異常引起機(jī)體糖脂代謝紊亂和NAFLD以外，“腸道-肝臟-骨骼肌軸”功能紊亂所致的高血氨具有顯著肝臟毒性和促肝纖維化作用。體外試驗(yàn)顯示，氨呈濃度依賴性誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell, HSC)活化和增殖，從而誘發(fā)肝纖維化。高濃度氨還可引起HSC收縮導(dǎo)致門靜脈高壓和肝病進(jìn)展加速，而通過(guò)苯乙酸鳥氨酸酯降低血氨則可減輕膽管結(jié)扎小鼠肝纖維化及門靜脈高壓的程度。在高脂飲食飼養(yǎng)小鼠NAFLD發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，體循環(huán)血氨水平隨著肝臟尿素循環(huán)關(guān)鍵酶表達(dá)失活而逐漸增高，進(jìn)而出現(xiàn)HSC活化和進(jìn)行性肝纖維化。給予苯乙酸鳥氨酸酯干預(yù)則可以上調(diào)尿素循環(huán)關(guān)鍵酶的表達(dá)，減少肝組織氨的含量，伴肝臟炎癥和纖維化程度減輕。這些研究提示高血氨與肌少癥相互作用共同參與肝臟代謝紊亂、炎癥損傷和肝纖維化的發(fā)生及發(fā)展。

總之，既往NASH的研究主要聚焦遺傳、表觀遺傳、生活方式、腸道微生態(tài)和肥胖等因素對(duì)肝臟的影響，鮮見從腸道-肝臟-骨骼肌三者之間內(nèi)在聯(lián)系和互相影響的角度探討肌少癥與NASH發(fā)生發(fā)展的共同機(jī)制及其防治對(duì)策?！澳c道-肝臟-骨骼肌對(duì)話”對(duì)維持肝臟和骨骼肌的生理功能具有重要作用，“腸-肝軸”功能紊亂引起的高血氨破壞“腸道-肝臟-骨骼肌對(duì)話”，可能是糖脂代謝紊亂、肌少癥及其相關(guān)NAFLD(目前更名為代謝相關(guān)脂肪性肝病)發(fā)生發(fā)展的共同病理生理機(jī)制，而靶向干預(yù)腸道菌群和血氨則可能兼顧防治肌少癥和NASH肝纖維化。