腸道菌群代謝物與非酒精性脂肪性肝病相關(guān)研究進(jìn)展

李惠 馬臻棋 王學(xué)紅 馬文霞 楊麗萍

非酒精性脂肪性肝?。∟onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是脂肪代謝異常綜合征的一種肝功能表現(xiàn)，常見于合并肥胖、血脂異常及胰島素抵抗（Insulin resistance，IR）[1]。疾病譜包括非酒精性單純性脂肪肝（NAFL）、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）及其相關(guān)肝硬化和肝細(xì)胞癌[2]。NAFLD 也是西方國(guó)家最常見的慢性肝病病因，預(yù)計(jì)到2030年NAFLD將成為肝器官移植最常見的病因適應(yīng)證[3]。為了有效診斷及治療，相關(guān)醫(yī)學(xué)專家將NAFLD 重新更名為代謝相關(guān)脂肪性肝?。∕etabolic associated fatty liver disease，MAFLD），其臨床診斷治療標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)成一致意見[4]。由于相關(guān)參考文獻(xiàn)仍引用NAFLD，故以下仍以NAFLD 進(jìn)行闡述。相關(guān)研究顯示腸道菌群失調(diào)與NAFLD 的發(fā)展密切相關(guān)，并且已經(jīng)確定了腸道微生物區(qū)系中的幾個(gè)高度可變的種類。腸道微生物群通過(guò)肝-腸軸、腸道微生物成分和微生物代謝產(chǎn)物的異常調(diào)節(jié)直接參與NAFLD 發(fā)生、發(fā)展，并直接影響腸道膽汁酸的異常分泌。由于這類腸道微生物在NAFLD 治療中的重要作用，它被廣泛認(rèn)為是用于NAFLD 的臨床藥理研究和臨床藥物治療的潛在重要靶點(diǎn)。腸道內(nèi)的菌群及其代謝物如短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）、內(nèi)源性乙醇、膽汁酸（Bile acids，BAs）、氧化三甲胺（Trimethylamine N-oxide，TMAO）等微生物代謝產(chǎn)物在NAFLD 發(fā)病中均具有一定作用。

1 腸道菌群與NAFLD

人類的微生物群有相同數(shù)量的細(xì)胞和大約100倍于人體的基因[5]。這些生物基因可以編碼廣泛的代謝途徑，產(chǎn)生從人類飲食或生物代謝活動(dòng)前體液中衍生的各種生物活性物質(zhì)分子[6]。雖然人體腸道中的微生物群具有許多有益的營(yíng)養(yǎng)功能，如從其他難以直接消化的主要膳食食物纖維中可以提取到的能量，但越來(lái)越多的科學(xué)證據(jù)已經(jīng)表明，腸道中的微生物及其主要代謝物與某些慢性疾病的早期發(fā)展過(guò)程有關(guān)，包括肥胖、代謝不良綜合征和NAFLD[7]。人體腸道內(nèi)常常存在著大量的兼性需氧菌和厭氧菌，彼此之間寄生、共生，是機(jī)體適應(yīng)腸道內(nèi)環(huán)境不可或缺的一部分，受人體宿主細(xì)胞基因型及體內(nèi)環(huán)境雙重因素調(diào)節(jié)，共同維持機(jī)體穩(wěn)定[8]。細(xì)菌菌門數(shù)量龐大，主要由擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、變形菌門、疣微菌門等構(gòu)成，以前兩種為主(數(shù)量約占細(xì)菌總體的90%)[9]，在較大程度上直接影響著整個(gè)機(jī)體菌群的生理功能和細(xì)菌宿主的正常生長(zhǎng)發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能和基本生理能量新陳代謝，對(duì)機(jī)體各項(xiàng)正常生理過(guò)程和病理康復(fù)過(guò)程都發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[10]。為了解釋腸道微生物在NAFLD 中的作用，相關(guān)學(xué)者提出了幾種機(jī)制[11，12]：一種可能是微生物區(qū)系的失調(diào)獲得更多能量進(jìn)而促進(jìn)肝臟脂肪的沉積，或微生物組成的變化可能導(dǎo)致產(chǎn)生更多的有毒代謝副產(chǎn)物(例如乙醇)，從而增加肝臟的化學(xué)負(fù)擔(dān)，另一種可能是菌群失調(diào)促進(jìn)炎癥發(fā)生，導(dǎo)致腸道屏障功能減弱，細(xì)菌內(nèi)毒素移位，以及全身免疫反應(yīng)[13，14]。

2 SCFAs 與NAFLD

SCFAs 是人類腸道中菌群分解出的碳水化合物或其他氨基酸的一種代謝化合產(chǎn)物，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、異丁酸、異戊酸、異己酸等，其中乙酸、丙酸、丁酸的含量相對(duì)較高。正常原生菌群每日攝入可同時(shí)產(chǎn)生50～100mmol/L 的SCFAs，為腸道上皮細(xì)胞提供能量[15]。SCFAs 可通過(guò)降低結(jié)腸pH、抑制病原體生長(zhǎng)、促進(jìn)水鈉吸收等途徑參與腸道免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。雖然臨床研究結(jié)果表明SCFAs影響了NAFLD 的進(jìn)展[15]，但其具體機(jī)制尚不清楚。也有證據(jù)表明，SCFAs 在維持腸道功能和代謝方面發(fā)揮著重要作用[8]。目前研究認(rèn)為，人體腸道內(nèi)的SCFAs 影響NAFLD 發(fā)生表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①調(diào)節(jié)人體脂肪和白細(xì)胞的生理能量新陳代謝。與正常脂肪飲食小鼠相比，在高脂飲食肥胖小鼠的乳白色中性脂肪細(xì)胞組織中，GPCR43 表達(dá)明顯增加。GPCR109A 能有效激活體內(nèi)脂肪組織細(xì)胞中的巨噬細(xì)胞，抑制脂肪三酰甘油的大量蓄積，發(fā)揮調(diào)節(jié)體內(nèi)脂質(zhì)水平穩(wěn)態(tài)的作用。②保護(hù)胃腸道及黏膜再生屏障。產(chǎn)丁酸菌(MIYAIRI588)可有效促進(jìn)胃與腸道緊密連接相關(guān)蛋白的正常表達(dá)，降低腸道內(nèi)毒素分泌水平。③調(diào)節(jié)胃腸道運(yùn)動(dòng)。SCFAs 通過(guò)與位于腸道的細(xì)胞內(nèi)膜表面受體GPCR41 或受體GPCR43作用，促進(jìn)人體腸道激素大量分泌，如5-羥色胺(5-HT)、胰高血糖素樣肽(GLP-1)和酪酪肽(PYY)等，從而有效改善NAFLD[16]。乙酸鹽可用于減輕NASH 并使小鼠的肺臟和肝臟粘膜脂肪細(xì)胞變性和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，并可以降低小鼠血清中TG、游離反式脂肪酸和游離膽固醇的濃度水平；氨基丙酸鹽也可通過(guò)酯酶抑制β細(xì)胞大量凋亡，增強(qiáng)對(duì)葡萄糖酶的刺激，進(jìn)而促進(jìn)胰島素大量釋放[17]；另外補(bǔ)充氨基丁酸鈉可促進(jìn)胃與腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，減輕肝損傷，抑制小鼠NASH 的進(jìn)展[18]。一項(xiàng)臨床研究表明，丙酸能顯著抑制體重增加和減少肝內(nèi)脂肪含量，防止胰島素敏感性惡化[19]。基礎(chǔ)研究表明，丁酸產(chǎn)生的益生菌能糾正高脂飲食引起的小鼠腸肝免疫失調(diào)和減輕脂肪性肝炎，這是通過(guò)SCFAs 介導(dǎo)的[20～22]。已有動(dòng)物研究表明，丁酸鈉可以減輕高脂飲食引起的NASH，其機(jī)制可能與糾正腸道微生物群的失調(diào)和改善胃腸屏障有關(guān)，從而抑制腸源性內(nèi)毒素進(jìn)入肝臟[23]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，NAFLD 患者肝GLP-1 受體的表達(dá)明顯下調(diào)，補(bǔ)充丁酸鈉可通過(guò)抑制組蛋白去乙酰化酶-2 和激活A(yù)MP 激活蛋白激酶(AMPK)增強(qiáng)NASH 小鼠肝臟GLP-1 受體的表達(dá)。這些研究表明丁酸鹽可能是一種GLP-1敏化劑，并能阻止NAFL 向NASH 進(jìn)展[24]。

3 內(nèi)源性乙醇與NAFLD

眾所周知，乙醇是一種可導(dǎo)致肝臟脂肪變性和炎癥并增加肝纖維化和肝癌風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)[25]。目前有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可能存在產(chǎn)生乙醇的各類毒性細(xì)菌，主要有脆弱類桿菌、青春雙歧桿菌等[26]。細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的內(nèi)源性乙醇刺激NAFLD 的氧化應(yīng)激，加重肝臟炎癥，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)[27]。一項(xiàng)研究表明，NAFLD 患者乙醇水平的升高可能是由于胰島素依賴的肝臟乙醇脫氫酶活性的損害，而不是內(nèi)源性乙醇合成的增加[28]。雖然這些研究并沒(méi)有產(chǎn)生一致的結(jié)果，但內(nèi)源性乙醇可能在NASH 的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。Engstler 等[28]比較了49 例兒童，其中包括具有NAFLD 特征的20 例兒童和29名健康兒童，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者的空腹時(shí)血液中乙醇升高水平與胰島素過(guò)度抵抗的主要標(biāo)志物呈顯著正相關(guān)，且顯著不同于后者，但前者飲食營(yíng)養(yǎng)類型和小腸內(nèi)的細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)抑制情況與后者卻基本無(wú)明顯差異。這或許提示了在NAFLD 發(fā)展的不同時(shí)期，內(nèi)源性乙醇可能起著不同的抑制作用。在體外培養(yǎng)的肝細(xì)胞中，乙醇本身對(duì)細(xì)胞凋亡無(wú)明顯影響，但能使肝細(xì)胞對(duì)TGF-b 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡產(chǎn)生敏化作用[29]。除了對(duì)小鼠肝臟細(xì)胞有潛在的細(xì)胞毒性抑制作用外，腸道細(xì)菌產(chǎn)生的乙醇還能通過(guò)增加腸道的通透性和肝臟門靜脈中的脂多糖抗體水平，激活小鼠肝臟細(xì)胞TLR 和肝臟炎癥小鼠抗體級(jí)聯(lián)，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重肝臟慢性損傷[30]。關(guān)于這種內(nèi)源性乙醇與NAFLD 發(fā)生、發(fā)展的相互關(guān)系還需要更多更深入的研究。

4 BAs 與NAFLD

BAs 是由位于肝臟細(xì)胞中的兩種膽固醇分子合成的兩親性脂質(zhì)分子，是膽汁的一種成分。膽汁主要儲(chǔ)存在人的膽囊中，進(jìn)食后膽囊中的收縮素（CCK）輸送到十二指腸，CCK 是在十二指腸內(nèi)分泌并在細(xì)胞中轉(zhuǎn)化合成的一種多肽類激素。BAs 有助于飽和脂肪酸的乳化和固體脂肪及其他脂溶性維生素的消化吸收。BAs 首先與BAs 受體結(jié)合并激活核激素分子受體（NHR），而后調(diào)節(jié)其他受體途徑，如法尼醇X 分子受體（FXR）、維生素D 受體（VDR）和孕烷X 受體（PXR）。BAs 作為FXR 的配體，明顯有助于調(diào)節(jié)BAs 池和脂質(zhì)代謝。與野生型（WT）小鼠相比，F(xiàn)XR-KO 小鼠表現(xiàn)出血清BAs 增加、BAs 池增加和血脂譜增加[31]。最近一項(xiàng)針對(duì)人類的研究發(fā)現(xiàn)，與NAFLD 患者相比，NASH 患者中FXR、SHP 和NTCP 的蛋白水平降低，這表明FXR在NAFLD 向NASH 的進(jìn)展中起到保護(hù)作用[32]。使用小鼠模型的研究也證明了這種保護(hù)作用，與野生型小鼠相比，F(xiàn)XR-KO 小鼠更瘦，更能抵抗體重增加，具有更好的糖耐量，但也具有更高的肝臟重量、血清總BAs、ALT 以及肝臟脂肪變性和炎癥增加[33]。因此，雖然FXR 似乎介導(dǎo)體重增加，但它也表現(xiàn)出肝臟保護(hù)作用，F(xiàn)XR 激動(dòng)劑可能在延緩NAFLD 進(jìn)展中發(fā)揮作用。然而，一項(xiàng)評(píng)估GW4064（一種合成FXR 激動(dòng)劑）作用的研究顯示，喂食高脂的小鼠體重增加和胰島素抵抗增加，但當(dāng)飲食中添加BA 時(shí)，這些作用會(huì)逆轉(zhuǎn)[34]。一項(xiàng)研究顯示，在NAFLD 的小鼠模型中，與對(duì)照組相比，腸特異性FXR 破壞的動(dòng)物腸道微生物群發(fā)生變化，與高脂飲食引起的甘油三酯積累減少有關(guān)。在用此類抗生素進(jìn)行治療的肝病小鼠中，小鼠結(jié)合膽汁酸的代謝物增加，抑制小鼠腸道內(nèi)的FXR 信號(hào)[35]。GPBAR1 信號(hào)通路也被認(rèn)為是持續(xù)減重和改善袖狀胃切除術(shù)小鼠脂肪肝所必需的[36]。表明FXR 激動(dòng)劑實(shí)際上可能不是保護(hù)性的，如上所述，增加的BAs 反而對(duì)NASH的發(fā)展起到保護(hù)作用。

5 TMAO 與NAFLD

許多臨床研究結(jié)果表明，TMAO 是一種存在于腸道中對(duì)菌群高度依賴的乙酰膽堿毒性代謝物,可能會(huì)增加心血管疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)。研究顯示NAFLD 的嚴(yán)重程度與TMAO 升高有關(guān)，在醫(yī)院和社區(qū)的中國(guó)成年人中，TMAO 循環(huán)水平與NAFLD 的嚴(yán)重程度有關(guān)[37]。膽堿能被進(jìn)入腸道中的微生物群轉(zhuǎn)化生成為三甲胺(TMA),然后被肝臟的單加氧酶系氧化,在人體肝臟中水解生成三甲胺N-氧化物(TMAO)，TMAO 隨后被釋放到循環(huán)中[38]。在高脂喂養(yǎng)的129S6 小鼠中，微生物群將較高水平的膽堿轉(zhuǎn)化為TMAO，從而降低了膽堿的生物利用度[39]。TMAO 還可能直接作用于肝臟，并有助于NAFLD的發(fā)展。腸道微生物可以將飲食中的L-肉堿轉(zhuǎn)化為TMAO，從而減少膽固醇在腸腔和肝臟中的吸收。飲食中添加TMAO 還可降低膽汁酸合成酶，從而減少膽固醇的清除[40]。臨床研究表明，NAFLD 患者血清TMAO 水平高于健康人，且與脂肪變性水平呈正相關(guān)[37]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，T2DM 患者血清TMAO水平升高與NASH 顯著相關(guān)[41]。然而，目前尚不清楚血清TMAO 是否可作為NAFLD 或其他類型代謝疾病的生物標(biāo)志物[42]。一項(xiàng)研究顯示，TMAO 可調(diào)節(jié)腸道微生物，抑制腸道膽固醇吸收，減輕膽固醇超載時(shí)肝臟氧化應(yīng)激和細(xì)胞死亡，從而減輕高脂高膽固醇（HFHC）飲食誘導(dǎo)的脂肪性肝炎[43]。

6 小結(jié)

越來(lái)越多的研究表明，腸道微生物群的組成、功能和（或）代謝產(chǎn)物的變化與NAFLD 有關(guān)[39，40]。 動(dòng)物模型和人類研究都支持腸道微生物群與NAFLD 的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。通過(guò)影響胃腸道內(nèi)壁屏障膜的功能、膽堿酸的代謝、膽汁酸的合成、SCFAs等，腸道微生物群在NAFLD 的進(jìn)展中起著重要的多因素作用。但是，盡管在技術(shù)和生物信息學(xué)分析方面取得了進(jìn)展，但具體的機(jī)制尚未清楚。未來(lái)需要進(jìn)行大規(guī)模、縱向、前瞻性的研究，以更好地確定脂肪肝發(fā)病過(guò)程中的多因素宿主-微生物群關(guān)系。明確腸道菌群代謝物在NAFLD 中的作用不僅有助于了解其發(fā)生發(fā)展，而且有助于發(fā)現(xiàn)NAFLD 更加有效的治療措施。