腸道菌群在非酒精性脂肪性肝病發(fā)生發(fā)展中的作用

艾 燕 葉 進(jìn) 楚慧款

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 (湖北 武漢， 430022)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)指除外酒精和其他明確損肝因素所致的、以肝細(xì)胞脂肪變性和脂質(zhì)沉積為特征的臨床病理綜合征。其組織學(xué)亞型——非酒精性脂肪肝炎(NASH)可逐漸進(jìn)展為肝硬化，甚至肝癌等終末期肝病。目前NAFLD已經(jīng)成為最普遍的慢性肝病之一，并且研究表明NAFLD 是一種多系統(tǒng)疾病，NAFLD患者2型糖尿病、心血管疾病及慢性腎病的患病風(fēng)險(xiǎn)增高[1]。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)全球NAFLD患病率為25.24%，亞洲人NAFLD患病率27.37%[2]。隨著生活方式的變化，我國NAFLD患病率呈明顯上升趨勢[3]，因此明確其發(fā)病機(jī)制并積極進(jìn)行防治十分重要。

1 腸道菌群概述

人類腸道是微生物群的生物反應(yīng)器，包括成百上千個(gè)細(xì)菌類群，其中兩類有益細(xì)菌在人的腸道中占主導(dǎo)地位，即擬桿菌和硬毛菌[4]。與正常人相比，肥胖人群中擬桿菌的相對比例降低，并且該比例隨著體重減輕而增加[5]。研究發(fā)現(xiàn)NAFLD患者的小腸細(xì)菌過度生長(SIBO)發(fā)生率也更高，且與脂肪變性的嚴(yán)重程度相關(guān)[6]。腸道微生物群會(huì)通過影響飲食中能量的獲取效率及能量的存儲和使用方式來影響能量平衡。人類腸道菌群對飲食的變化也可做出快速反應(yīng)，短期食用完全由動(dòng)物或植物產(chǎn)品組成的飲食會(huì)改變微生物群落結(jié)構(gòu)，并淹沒微生物基因表達(dá)的個(gè)體差異。腸道菌群將飲食中的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物，飲食會(huì)影響腸道菌群的組成進(jìn)而影響腸道菌群的代謝潛力和對宿主的影響。研究表明肥胖與微生物群的門靜脈水平變化、細(xì)菌多樣性降低以及細(xì)菌基因和代謝途徑的表達(dá)改變有關(guān)[7]。表明肥胖與腸道微生物密切相關(guān)，微生物成分可能具有潛在的治療意義。

2 NAFLD發(fā)病機(jī)制

目前NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚未明確，“多重打擊模型”認(rèn)為第一次打擊仍是由胰島素抵抗(IR)引發(fā)肝臟脂質(zhì)沉積，但第二次打擊僅由氧化應(yīng)激及脂質(zhì)過氧化損傷概括難以解釋NAFLD的復(fù)雜性。胰島素抵抗使胰島素抑制脂肪分解作用減弱，引起血漿游離脂肪酸(FFA)濃度升高，被肝細(xì)胞攝取后甘油三酯合成增多，促使脂質(zhì)沉積[8]。肝臟積累的脂質(zhì)分子又通過干擾細(xì)胞胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)加重IR，IR與脂代謝紊亂相互影響[9]，共同推動(dòng) NAFLD 病程進(jìn)展。在胰島素抵抗與FFA增多的基礎(chǔ)上，微粒體內(nèi)的脂質(zhì)過氧化物酶上調(diào)，線粒體內(nèi)的β氧化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致肝臟對氧化應(yīng)激更加敏感，從而增加了肝臟受損的程度[10]。

此外，F(xiàn)FA水平上升可導(dǎo)致脂毒性和胰島素抵抗，并與其他因素(如腸源性內(nèi)毒素)一起促進(jìn)炎癥因子IL-6、TNF-α、IL-4等的釋放，肝臟長期暴露于高水平炎癥因子可導(dǎo)致與NASH相似的組織學(xué)變化[11]。菌群失調(diào)或腸道屏障破壞會(huì)增加細(xì)菌流入肝臟，從而通過激活TLR和其他模式識別受體來促進(jìn)炎癥反應(yīng)[12]。此外，NAFLD發(fā)病還與飲食因素及遺傳因素相關(guān)。這些因素相互影響、共同作用，導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生。

3 腸道菌群對非酒精性脂肪肝的影響

腸道內(nèi)的微生物數(shù)量在1014以上，是人類細(xì)胞數(shù)量的10倍[13]。腸道微生物群對宿主脂質(zhì)代謝的影響可以通過腸道微生物群產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，例如短鏈脂肪酸、次級膽汁酸和三甲胺來介導(dǎo)，也可通過腸道細(xì)菌的自身成分，例如脂多糖、肽聚糖、DNA和細(xì)胞外囊泡來介導(dǎo)[14]，這些生物活性物質(zhì)會(huì)通過門靜脈與宿主肝細(xì)胞相互作用。肝對來自腸道細(xì)菌的生物活性物質(zhì)的反應(yīng)的潛在機(jī)制與糖脂代謝、免疫反應(yīng)和氧化還原穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)有關(guān)。

3.1 脂多糖 脂多糖(LPS)也稱為內(nèi)毒素，是革蘭氏陰性細(xì)菌的主要外膜成分，與宿主先天免疫系統(tǒng)的激活有關(guān)。由LPS引發(fā)的慢性低度炎癥被認(rèn)為是NAFLD進(jìn)展的關(guān)鍵因素，有研究證實(shí)NAFLD患者血漿的腸通透性和內(nèi)毒素水平顯著升高[15]。研究發(fā)現(xiàn)針對革蘭氏陰性細(xì)菌的抗生素多粘菌素B治療后，有效降低了腫瘤壞死因子(TNF)的產(chǎn)生和血漿LPS水平，從而導(dǎo)致肝脂肪變性的逆轉(zhuǎn)[16]。NAFLD患者的主要緊密連接蛋白ZO-1表達(dá)降低，從而導(dǎo)致較高的腸通透性。腸道通透性的嚴(yán)重程度與NAFLD的嚴(yán)重程度相關(guān)[17]。一旦腸屏障被破壞，內(nèi)毒素通過腸肝軸循環(huán)，導(dǎo)致與TLR(TLR2、TLR4、TLR5、TLR9等)結(jié)合的PAMP和DAMP含量增加，從而釋放出炎癥炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-8、IL-1β)可以被啟動(dòng)，并且脂質(zhì)刺激肝細(xì)胞中的脂質(zhì)蓄積和細(xì)胞死亡可導(dǎo)致NAFLD、NASH[18]。LPS誘導(dǎo)的TLR4的激活會(huì)導(dǎo)致Kupffer細(xì)胞分泌炎性因子IL-6、IL-1β和TNF-α及趨化因子，導(dǎo)致肝損傷和NASH[19]。

3.2 短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸(SCFA)主要通過腸道中的微生物對可溶性膳食纖維和不易消化的碳水化合物的發(fā)酵而產(chǎn)生，是厭氧性腸道微生物群發(fā)酵膳食纖維的最終產(chǎn)物。乙酸和丙酸的生產(chǎn)者大部分是擬桿菌屬，而丁酸主要由厚壁菌提供[20]。研究證實(shí)了腸道菌群通過其代謝產(chǎn)物SCFA參與NAFLD的調(diào)節(jié)，且在NAFLD患者中由腸道細(xì)菌產(chǎn)生的SCFA含量較高[21]。SCFA降低了肝膽固醇和脂肪酸的合成，同時(shí)增加肝脂質(zhì)氧化[22]。乙酸和丙酸的增加可通過影響循環(huán)免疫系統(tǒng)而維持低度炎癥。丁酸通過調(diào)節(jié)腸道菌群、腸屏障功能、胰高血糖素樣肽1受體(GLP-1R)表達(dá)上調(diào)和炎癥信號的下調(diào)來減輕脂肪性肝炎以及肝臟氧化損傷[23]。與長鏈脂肪酸(LCFA)相比，SCFA可以肉堿非依賴性方式滲透到線粒體內(nèi)膜。并且SCFA在線粒體中的質(zhì)子作用較弱，對呼吸鏈中電子傳輸?shù)钠茐妮^小。這些獨(dú)特的功能使SCFA在脂肪生成、脂肪酸氧化和ROS產(chǎn)生中十分重要[24]。

3.3 膽汁酸 膽汁酸可調(diào)節(jié)多種生理和病理過程，不僅促進(jìn)腸道內(nèi)脂質(zhì)的吸收，還具有調(diào)節(jié)葡萄糖和脂質(zhì)代謝的作用[25]。膽汁酸穩(wěn)態(tài)由腸道菌群調(diào)節(jié)，微生物組通過調(diào)節(jié)膽汁酸合成酶的表達(dá)參與膽酸和鵝脫氧膽酸的合成[26]。腸道菌群將人類遠(yuǎn)端小腸和結(jié)腸中的膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，例如脫氧膽酸(DCA)、石膽酸(LCA)和熊去氧膽酸(UDCA)[27]。此外，膽汁酸可以通過激活小腸中的先天免疫基因直接或間接地調(diào)節(jié)腸道微生物的組成。膽汁酸還有助于維持腸屏障的完整性，從而防止肝臟中與腸道菌群相關(guān)的炎癥級聯(lián)反應(yīng)。

膽汁酸還可以通過法尼酯X受體(FXR)和TGR5信號通路減少肝臟炎癥和纖維化[28]。FXR是回腸和肝臟中廣泛存在的核受體家族成員，調(diào)節(jié)多種代謝途徑中的基因表達(dá)。FXR信號的調(diào)節(jié)已成為預(yù)防和治療脂肪肝及相關(guān)代謝紊亂的潛在策略。FXR通過下調(diào)LXR和SREBP-1C的表達(dá)來減少肝臟中脂肪酸和甘油三酯的合成[29]。膽酸通過激活FXR抑制肝臟中與糖異生相關(guān)的多個(gè)基因的表達(dá)來降低葡萄糖水平[30]。FXR通過抑制脂肪酸從頭合成、增加脂肪酸氧化和調(diào)節(jié)參與甘油三酯穩(wěn)態(tài)的基因表達(dá)，從而減少脂肪變性并下調(diào)糖異生。FXR還上調(diào)肝糖原合成，并調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT-4)和胰高血糖素樣肽1(GLP-1)的表達(dá)，這會(huì)影響與NAFLD密切相關(guān)的胰島素敏感性[31]。FXR主要由初級膽汁酸活化，而TGR5主要由次級膽汁酸活化[31,32]。TGR是另一種經(jīng)典的膽汁酸受體，研究表明向小鼠補(bǔ)充膽汁酸有助于跨膜G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)依賴性方式消耗棕色脂肪組織中的能量[33]。TGR5還通過誘導(dǎo)GLP-1分泌而影響葡萄糖代謝，這會(huì)增加能量消耗并減輕飲食引起的肥胖。

3.4 內(nèi)源性酒精 即使沒有飲酒，NAFLD患者的血清乙醇水平也較高，NAFLD患者內(nèi)源性乙醇的合成增加[34]，并且產(chǎn)生乙醇的細(xì)菌數(shù)量增加[35]。隨著乙醇生產(chǎn)菌的增加，大量自由基和活性氧會(huì)導(dǎo)致致線粒體功能障礙、肝細(xì)胞炎癥和損傷[35]。乙醇在NAFLD發(fā)育中起重要作用的其他機(jī)制包括下調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)、上調(diào)新生脂質(zhì)生成、減少脂肪酸氧化以及減少從肝臟輸出的極低密度脂蛋白(VLDL)[26]。

4 展望

綜上，目前許多研究已證實(shí)腸道菌群紊亂與NAFLD發(fā)病密切相關(guān)，腸道微生物的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸、膽汁酸、酒精等在NAFLD發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，但腸道菌群紊亂引起NAFLD的機(jī)制仍有待繼續(xù)探索，這對找到NAFLD潛在的治療靶標(biāo)具有重大意義。