腸道菌群和膽汁酸在非酒精性脂肪肝病中的交互作用

何萍，林以寧

(中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院，江蘇 南京 211198)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)現(xiàn)已成為一種全球性疾病，據(jù)估計(jì)，全世界每4名成人中就有1名受其影響[1]。由于人口老齡化以及肥胖和糖尿病發(fā)病率的增加，NAFLD、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝硬化的患病率預(yù)計(jì)將隨之增加。NAFLD是一種與胰島素抵抗和遺傳易感性相關(guān)的代謝應(yīng)激性肝損傷，是導(dǎo)致肝臟和心臟代謝性疾病死亡的重要危險(xiǎn)因素，目前NAFLD已經(jīng)成為我國最常見的慢性肝病之一，且發(fā)病年齡逐漸趨于低齡化[2-3]。而對(duì)于NAFLD仍沒有效果確切的干預(yù)措施，且其發(fā)病機(jī)制也尚未完全闡明。因此，本文就國內(nèi)外近5年的文獻(xiàn)，綜述了膽汁酸(BAs)與腸道菌群的相互作用，以及它們對(duì)NAFLD的影響，希望能為NAFLD的治療提供一些新的思路。

1 腸道菌群對(duì)NAFLD的影響

腸道菌群是以共生方式存在于人體胃腸道中的復(fù)雜細(xì)菌群落，在宿主消化、代謝、免疫等方面發(fā)揮極其重要的作用[4-5]。在某項(xiàng)研究中，8例肝病患者移植了健康捐贈(zèng)者的糞便，隨訪1年后發(fā)現(xiàn)，與未接受糞便移植的患者相比，接受糞便移植的患者總體生存率高出54.2%，可見腸道菌群在肝病的病理機(jī)制中發(fā)揮著重要作用[4，6]。而腸道菌群主要通過生成一系列代謝產(chǎn)物以及影響相關(guān)信號(hào)通路，影響NAFLD發(fā)生和發(fā)展[7]。

1.1 影響能量代謝 腸道菌群可以通過改變其代謝產(chǎn)物影響能量代謝。研究認(rèn)為，腸道菌群通過多種酶將未消化的多糖代謝成單糖和短鏈脂肪酸(SCFAs)，促進(jìn)單糖吸收和能量攝取，單糖激活肝臟中的碳水化合物應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(ChREBP)，促進(jìn)脂肪生成相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄[8-9]。SCFAs主要包括乙酸、丙酸和丁酸。丁酸是結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量來源，丙酸和乙酸是脂肪生成和糖異生的前體，而糖異生是NAFLD發(fā)病過程中的重要環(huán)節(jié)[10]。此外，SCFAs能激活G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，例如腸和脂肪組織中的GPR41和GPR43[8]。激活GPR41使腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的胰高血糖素樣肽1(GLP1)和肽YY(PYY)增多，PYY能減慢腸道蠕動(dòng)，加強(qiáng)營養(yǎng)吸收和能量獲取[7-8]。激活GPR43能抑制脂肪分解和脂肪細(xì)胞分化，增加肝臟脂肪生成，促進(jìn)NAFLD的發(fā)生發(fā)展[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖人群的總SCFAs含量明顯高于非肥胖人群，且肥胖人群的厚壁菌(Firmicutes)和擬桿菌(Bacteroides)的比例發(fā)生變化[10]。

BAs是腸道菌群的另一主要代謝產(chǎn)物，可以促進(jìn)脂溶性食物的消化和吸收[11]。腸道菌群可顯著影響B(tài)As的代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)，尤其是可以直接調(diào)控初級(jí)BAs向次級(jí)BAs轉(zhuǎn)化，顯著影響B(tài)As的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及BAs池的穩(wěn)態(tài)，從而影響機(jī)體的糖脂代謝，其失調(diào)可導(dǎo)致NAFLD[2，10，12]。有研究表明，給予抗生素能改善NAFLD的發(fā)展，并改變BAs池的組成及法尼醇X受體(FXR)信號(hào)通路[8]?？梢姡旱母淖兛梢杂绊態(tài)As代謝，從而影響糖脂代謝和肝功能。此外，腸道菌群還通過代謝膽堿影響能量代謝。膽堿是極低密度脂蛋白(VLDL)合成所需的關(guān)鍵營養(yǎng)素，VLDL是內(nèi)源性TG由肝運(yùn)往全身的主要形式。腸道菌群能代謝膽堿，減少自由膽堿的生物利用度，體內(nèi)膽堿缺乏使分泌的VLDL減少，導(dǎo)致肝臟脂肪蓄積[8-9]。

腸道菌群還能抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路使脂肪酸氧化受阻，并下調(diào)腸內(nèi)禁食誘導(dǎo)脂肪因子的表達(dá)，增加脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性，促進(jìn)肝臟攝取游離脂肪酸并促使脂肪細(xì)胞內(nèi)甘油三酯(TG)沉積，導(dǎo)致肥胖[8，12]。腸道菌群通過降低小腸血管生成素樣蛋白的合成和分泌，提高LPL的活性，進(jìn)而增加肝臟脂肪的儲(chǔ)存，導(dǎo)致NAFLD的形成[9]。此外，腸道菌群通過增加小腸絨毛毛細(xì)血管的密度并影響腸道運(yùn)動(dòng)，從而增加從食物中攝取的熱量[12]。

1.2 影響免疫炎癥 革蘭陰性細(xì)菌產(chǎn)生的脂多糖(LPS)能激活Toll樣受體4(TLR4)，誘導(dǎo)腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素1β(IL-1β)和IL-6等炎癥細(xì)胞因子的大量合成和釋放，誘發(fā)炎癥、氧化應(yīng)激以及胰島素抵抗，并提高血清中趨化因子的水平，促進(jìn)NAFLD的發(fā)展[8-10]。腸道菌群的變化會(huì)影響循環(huán)中的LPS水平，其主要原因是小腸細(xì)菌過度生長，一些腸道菌群產(chǎn)生的乙醇和乙醛損傷腸道屏障，增加腸通透性，使LPS過度吸收[9，11]。有研究證實(shí)與健康個(gè)體相比，NASH患者腸道內(nèi)的大腸埃希菌(Escherichiacoli)數(shù)量及乙醇血漿濃度均顯著升高，大腸埃希菌可刺激機(jī)體產(chǎn)生內(nèi)源性乙醇，后者代謝為乙醛[8]。乙醛可以通過影響緊密連接蛋白的功能，破壞腸道屏障完整性，增加腸道通透性，進(jìn)而提高門靜脈LPS含量。高水平LPS通過招募炎癥細(xì)胞導(dǎo)致肝損傷，并誘發(fā)代謝性內(nèi)毒素血癥，而NAFLD發(fā)展的后期通常與血液中較高濃度的細(xì)菌內(nèi)毒素有關(guān)[2，7-10]。

腸道菌群通過調(diào)節(jié)BAs影響免疫炎癥反應(yīng)。BAs可以激活巨噬細(xì)胞M1和M2表面的G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)，分別起到促炎和抗炎作用，而腸道菌群能夠通過影響B(tài)As代謝改變巨噬細(xì)胞M1和M2分泌的兩類細(xì)胞因子的水平，進(jìn)而影響肝臟的免疫平衡[2]。腸道菌群產(chǎn)生的次級(jí)BAs過少，會(huì)導(dǎo)致FXR活性降低，加劇機(jī)體的炎癥；而次級(jí)BAs過多，會(huì)通過產(chǎn)生活性氧(ROS)造成細(xì)胞DNA損傷，導(dǎo)致肝細(xì)胞癌的發(fā)生[9]。此外，腸道菌群通過調(diào)節(jié)BAs代謝可進(jìn)一步激活A(yù)MPK和膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP-1c)等氧化應(yīng)激和脂質(zhì)代謝相關(guān)信號(hào)通路，影響NAFLD的發(fā)生和發(fā)展[7]。

腸道菌群還通過代謝膽堿影響免疫炎癥反應(yīng)。膽堿缺乏使VLDL輸出水平降低，β氧化減少，肝細(xì)胞脂肪酸和膽固醇堆積、氧化應(yīng)激改變、細(xì)胞因子等的釋放，導(dǎo)致肝臟出現(xiàn)炎癥和纖維化；并且腸道菌群催化膽堿轉(zhuǎn)化成有毒的甲胺，后者在肝臟中被氧化成三甲胺氧化物，促進(jìn)肝臟炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致肝損傷[2，8-9]。此外，腸道菌群的代謝產(chǎn)物丁酸鹽可以通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)以及抑制NOD樣受體P3(NLRP3)炎癥信號(hào)通路，降低氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，從而改善NAFLD[7]。有基礎(chǔ)研究表明，產(chǎn)生丁酸鹽的益生菌可以糾正腸肝免疫失調(diào)并減輕脂肪性肝炎[10]。

2 BAs對(duì)NAFLD的影響

BAs是代謝途徑網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在肝臟和腸道基因表達(dá)中起關(guān)鍵作用[13]。初級(jí)BAs是在肝細(xì)胞內(nèi)由膽固醇經(jīng)細(xì)胞色素P450介導(dǎo)合成，包括膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)。在小腸和結(jié)腸，初級(jí)BAs被菌群代謝成為次級(jí)BAs，如脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)[2，8]。BAs除了能促進(jìn)脂肪吸收，還起到信號(hào)分子的作用，通過激活FXR和TGR5等核受體，影響下游碳水化合物和脂質(zhì)的代謝以及炎癥反應(yīng)，激活FXR還可影響VLDL輸出TG以及糖異生，進(jìn)而調(diào)節(jié)糖脂和能量代謝[2，8-9，14]。

2.1 影響FXR信號(hào)通路 FXR是參與調(diào)節(jié)BAs腸肝循環(huán)和生物合成的重要核受體，在肝臟、腸道等組織中高水平表達(dá)[13]。FXR受體能啟動(dòng)多種靶基因表達(dá)，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、BAs代謝和糖脂代謝等生理過程[7]。

BAs是FXR最有效的內(nèi)源性配體，BAs可通過FXR介導(dǎo)的信號(hào)途徑廣泛參與糖脂代謝與能量代謝[13，15]。BAs通過肝臟中的FXR-小異二聚體配偶體(SHP)信號(hào)通路，以及腸道中的FXR-成纖維細(xì)胞生長因子15/19(FGF15/19)信號(hào)通路，負(fù)反饋調(diào)節(jié)自身的分泌、合成和轉(zhuǎn)運(yùn)等，以維持機(jī)體內(nèi)BAs的代謝穩(wěn)態(tài)，而BAs失調(diào)與NAFLD有密切聯(lián)系[13-14，16]。BAs可以通過激活腸道內(nèi)分泌L細(xì)胞中的FXR，抑制糖酵解并降低ChREBP的活性，從而抑制前胰高血糖素原基因表達(dá)以減少GLP1的分泌，改善血糖。此外，BAs還能通過激活胰島β細(xì)胞中的FXR，促進(jìn)胰島素的分泌，調(diào)節(jié)血糖[15]。

BAs激活FXR可以通過調(diào)節(jié)PPARγ活性和干擾Wnt/β-catenin途徑來調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化，進(jìn)而影響能量代謝[15]。而在脂質(zhì)代謝過程中，BAs激活FXR后可通過抑制肝臟脂肪酸從頭合成并刺激脂肪酸β氧化，抑制SREBP-1c以及FXR依賴性PPARα的表達(dá)，從而減少脂質(zhì)在肝臟的積累[15-16]。此外，F(xiàn)XR受體被BAs激活后能夠通過與胱冬肽酶-1相互作用抑制NLRP3炎癥信號(hào)通路的激活，減少IL-1β等炎癥細(xì)胞因子的釋放，改善NAFLD[7]。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，激活FXR可以減輕NAFLD小鼠的脂肪變性和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，改善NAFLD[7，15]。

2.2 影響TGR5信號(hào)通路 TGR5受體是種可以被BAs激活的G蛋白偶聯(lián)受體，在人體多個(gè)器官中均有表達(dá)，尤其是脂肪組織、腸道和胰腺[7，15]。BAs是TGR5受體最有效的配體，可以直接激活和調(diào)節(jié)多種GPCR的信號(hào)傳導(dǎo)，在調(diào)節(jié)糖脂代謝和能量代謝等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]。

在小鼠模型中，BAs激活TGR5后，誘導(dǎo)編碼2型脫碘酶(D2)的2型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶(Dio2)基因的轉(zhuǎn)錄，將甲狀腺激素(T4)轉(zhuǎn)化為更活躍的三碘甲狀腺原氨酸(T3)，后者可以激活甲狀腺素受體，進(jìn)而增加基礎(chǔ)代謝和能量消耗，促進(jìn)棕色脂肪組織和肌肉組織的能量代謝[5，16]。BAs激活腸內(nèi)分泌細(xì)胞上的TGR5后，可以誘導(dǎo)GLP1的分泌，GLP1可以增加胰島素的合成和釋放，保護(hù)胰島β細(xì)胞凋亡并促進(jìn)β細(xì)胞增殖，進(jìn)而改善血糖[5，16]。此外，BAs激活胰腺α細(xì)胞中的TGR5后，可以誘導(dǎo)前胰高血糖素原轉(zhuǎn)變?yōu)镚LP1，以增強(qiáng)胰島β細(xì)胞的功能[15]。TGR5還存在于肝臟的Kupffer細(xì)胞等單核細(xì)胞中，激活后通過抑制核因子κB的核易位和相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生發(fā)揮抗炎作用；并且TGR5可以調(diào)節(jié)肝臟和脂肪組織中巨噬細(xì)胞的趨化和浸潤，減輕炎癥[15]。有研究顯示，在BAs激活肝Kupffer細(xì)胞中的TGR5后，細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷水平升高，抑制了LPS誘導(dǎo)的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥細(xì)胞因子的上調(diào)[5]。因此，調(diào)節(jié)BAs代謝和TGR5受體信號(hào)通路也可以作為治療NAFLD的潛在策略。

3 腸道菌群和BAs的相互作用

3.1 腸道菌群對(duì)膽汁酸代謝的影響 腸道菌群與BAs之間的聯(lián)系主要是通過腸道菌群影響B(tài)As代謝實(shí)現(xiàn)。腸道菌群可通過一系列酶促反應(yīng)，使初級(jí)BAs轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)BAs，在BAs代謝中發(fā)揮重要作用[17]。腸道菌群中的擬桿菌、雙歧桿菌(Bifidobacterium)、梭菌(Clostridium)、乳酸桿菌(Lactobacillus)等產(chǎn)生的BSH可以水解結(jié)合型BAs形成游離BAs；梭菌、假單胞菌(Pseudomonas)等可以催化BAs的脫硫作用；擬桿菌、梭菌、消化鏈球菌(Peptostreptococcus)等可以通過菌屬羥基類固醇脫氫酶(HSD)，使初級(jí)BAs脫羥基形成次級(jí)BAs，降低BAs的毒性[7，14]。

有研究顯示，喂食高脂肪飲食的小鼠具有更高水平的次級(jí)BAs，這可能是由于其腸道內(nèi)擬桿菌和梭菌數(shù)量的增加，以及雙歧桿菌的減少[5，18]。而無菌小鼠比傳統(tǒng)飼養(yǎng)的動(dòng)物表現(xiàn)出更大的BAs池，這可能與?；悄懰?TCA)介導(dǎo)的回腸末端FXR拮抗作用有關(guān)，該拮抗作用可降低FGF15的表達(dá)并提高肝臟中CYP7A1的活性?？梢?，腸道菌群可能通過改變酶活性(如BSH、HSD等)影響B(tài)A池大小和組成，進(jìn)而改變BAs的化學(xué)和信號(hào)特性[5，19]。

3.2 BAs對(duì)腸道菌群的影響 越來越多研究表明BAs對(duì)菌群膜和腸黏膜都有負(fù)面影響[14]。腸道中的各種BAs均可以通過直接或間接的方式抑制腸道菌群的生長，而由于不同細(xì)菌對(duì)不同BAs的敏感度具有差異，所以BAs的變化可以顯著影響腸道菌群的種類和數(shù)量[7]。

研究表明，BAs可通過改變腸道菌群引起疾病[5]。給大鼠喂食CA后，會(huì)導(dǎo)致厚壁菌和擬桿菌的比例增加[7]。而被喂食TCA的小鼠，不僅其體內(nèi)的腸道菌群結(jié)構(gòu)被改變，甚至產(chǎn)生肝臟炎癥和肝纖維化，可見BAs代謝可能通過引起肝臟的免疫反應(yīng)，進(jìn)而間接影響腸道菌群結(jié)構(gòu)[20]。越來越多的研究證實(shí)BAs不僅具有直接的抗菌作用，而且還通過影響核受體FXR間接影響菌群[14]。FXR能通過上調(diào)回腸黏膜防御基因防止細(xì)菌過度生長，有研究顯示激活FXR可以抑制小鼠體內(nèi)回腸和盲腸中細(xì)菌的生長[5]。而CDCA與FXR結(jié)合后，能夠促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞分泌具有廣譜抗菌活性的抗菌肽，進(jìn)一步發(fā)揮抗菌作用[7]。此外，BAs還會(huì)刺激特定細(xì)菌的生長。例如，TCA和CA是艱難梭菌(Clostridiumdifficile)孢子的主要萌發(fā)物[14]?？梢夿As可以從多個(gè)方面影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，腸道菌群和BAs確實(shí)在NAFLD發(fā)生發(fā)展中至關(guān)重要，且兩者間的交互作用極其復(fù)雜。而雖然很多實(shí)驗(yàn)性研究探討了腸道菌群和BAs對(duì)NAFLD的影響，但大多數(shù)僅建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系。仍需開發(fā)一種將宿主、腸道菌群、BAs結(jié)合起來的研究方法，在系統(tǒng)水平上闡明它們之間復(fù)雜的交互作用，并明確其因果關(guān)系。且大部分研究都停留在動(dòng)物研究階段，而目前尚不清楚動(dòng)物和人類腸道細(xì)菌種類的差異如何影響微生物的代謝。因此，尚需對(duì)人類進(jìn)行進(jìn)一步的研究。盡管現(xiàn)今研究證實(shí)，能夠影響腸道菌群和BAs的藥物在NAFLD的治療上具有一定前景，但開發(fā)出安全有效的治療藥物仍面臨許多挑戰(zhàn)，例如藥物對(duì)FXR/TGR5的選擇性、化合物的組織特異性以及安全性問題，尤其是長期用藥的有關(guān)問題。