腸道屏障功能受損與非酒精性脂肪性肝病的研究進(jìn)展

胡安印，王經(jīng)琳，任昊楨，施曉雷

(南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院普外科，南京 210008)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是在無(wú)過(guò)量飲酒或無(wú)其他肝病原因(如慢性肝炎病毒感染)情況下，5%以上的肝細(xì)胞出現(xiàn)三酰甘油積累的一種慢性肝病；根據(jù)病理組織是否存在氣球樣脂肪變肝細(xì)胞分為單純性非酒精性脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)，后者是一種炎癥形式，其特征是存在肝細(xì)胞損傷和可能導(dǎo)致不同程度肝硬化的進(jìn)行性肝纖維化，甚至可發(fā)展為肝癌[1-2]。NAFLD的高流行率及其所致的終末期肝病負(fù)擔(dān)加劇對(duì)全球公共健康構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)NAFLD發(fā)病和防治的研究已成為肝病領(lǐng)域的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)[3]。

目前，NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚不完全明確，Day和James[4]首次提出“二次打擊”學(xué)說(shuō)，包括環(huán)境和遺傳因素、胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激、炎癥和免疫反應(yīng)、“腸-肝軸”紊亂等多重打擊導(dǎo)致的NAFLD理論得到廣泛認(rèn)可[5-7]，其中“腸-肝軸”紊亂與NAFLD的研究備受關(guān)注，多數(shù)認(rèn)為高脂飲食、肥胖等因素使健康的腸道微生態(tài)發(fā)生紊亂，腸道屏障功能受損，失衡的微生物及其代謝產(chǎn)物經(jīng)受損的腸道屏障和門(mén)靜脈進(jìn)入肝臟，通過(guò)激活肝臟Toll樣受體導(dǎo)致炎癥因子釋放，引起胰島素抵抗等代謝紊亂，最終導(dǎo)致NAFLD/NASH的發(fā)生[5]。腸道屏障作為腸道與肝臟交互的防線，限制了腸道微生物和毒素的系統(tǒng)性傳播，同時(shí)允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)并到達(dá)肝臟，在“腸-肝軸”的穩(wěn)態(tài)中起重要作用[8]?，F(xiàn)對(duì)腸道屏障與NAFLD發(fā)病機(jī)制及相關(guān)治療策略的研究進(jìn)展予以綜述，以期為“腸-肝軸”與NAFLD的研究提供參考。

1 腸道屏障概述

腸道黏膜是一種具有復(fù)雜功能的半透膜屏障，一方面可吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和進(jìn)行免疫感應(yīng)，另一方面限制著有害抗原和微生物的移位，防止其侵害機(jī)體，動(dòng)態(tài)地維持腸道屏障的完整性和免疫穩(wěn)態(tài)[9]。經(jīng)典腸道屏障主要由微生物屏障、化學(xué)屏障、機(jī)械屏障及免疫屏障組成[10]，近年來(lái)有學(xué)者提出“腸-血管屏障(gut-vascular barrier，GVB)”的概念[11]。腸道各屏障一旦發(fā)生破壞、功能受損，腸道中各類抗原、有害物質(zhì)和病原微生物經(jīng)門(mén)靜脈入血，除產(chǎn)生肝臟損害之外，也會(huì)導(dǎo)致其他多系統(tǒng)和臟器損傷。

2 腸道屏障功能障礙在NAFLD發(fā)病機(jī)制中的作用

既往認(rèn)為，經(jīng)典腸道屏障的功能障礙參與了NAFLD的發(fā)病[10,12]，隨著對(duì)“腸-肝軸”的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，腸-血管屏障受損也被認(rèn)為是NAFLD發(fā)病的基本條件[11]。越來(lái)越多的研究表明，腸道屏障功能障礙引發(fā)的微生物失調(diào)、菌群代謝產(chǎn)物及其信號(hào)通路異常和腸道通透性改變可能在NAFLD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[13-14]。

2.1腸道微生物屏障與NAFLD 腸道微生物屏障由厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、放線菌門(mén)、變形菌門(mén)和瘤胃球菌門(mén)等腸道微生物構(gòu)成，正常情況下上述菌群以一定比例共存并維持腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)，參與食物消化、膽汁酸代謝、腸道黏膜免疫等作用[15]。研究顯示，NAFLD小鼠模型和NAFLD患者中均存在腸道菌群組分和種屬的失調(diào)，提示腸道菌群所構(gòu)成的微生物屏障破壞可能參與了NAFLD的發(fā)病過(guò)程[16]。對(duì)健康人群和NAFLD患者糞便菌群的分析發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，NAFLD患者小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，且革蘭陰性菌(如擬桿菌屬)更豐富[17]。Da Silva等[18]的研究表明，NAFLD與腸道菌群紊亂有關(guān)，NAFLD患者糞球/桿菌屬、瘤胃球菌屬豐度降低，同時(shí)擬桿菌屬豐度降低。導(dǎo)致上述研究中NAFLD患者擬桿菌屬豐度差異的原因可能與NAFLD患者入組標(biāo)準(zhǔn)、疾病程度有關(guān)，故腸道微生物屏障失衡與NAFLD疾病程度的相互關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

腸道微生物參與的分子改變?cè)贜AFLD中起重要作用，通過(guò)影響內(nèi)源性乙醇產(chǎn)生、攝入能量吸收、膽堿/膽汁酸和短鏈脂肪酸代謝等方式促進(jìn)NAFLD[16]。Yuan等[19]從嚴(yán)重NASH和腸道發(fā)酵綜合征(自釀綜合征)患者腸道內(nèi)分離鑒定出產(chǎn)乙醇的肺炎克雷伯菌，進(jìn)一步對(duì)其他NAFLD患者的肺炎克雷伯菌進(jìn)行分離發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)肺炎克雷伯菌與疾病程度密切相關(guān)，證實(shí)腸道內(nèi)肺炎克雷伯菌通過(guò)產(chǎn)生內(nèi)源性乙醇誘發(fā)線粒體損傷和氧化應(yīng)激，進(jìn)一步誘導(dǎo)脂肪變性，促進(jìn)NAFLD。腸道菌群產(chǎn)生的內(nèi)源性乙醇也可通過(guò)直接破壞黏膜屏障增加腸道通透性，促使細(xì)菌移位，最終導(dǎo)致門(mén)靜脈中脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)水平升高，激活LPS/Toll樣受體4通路，促進(jìn)NAFLD[8]。此外，飲食中的膽堿作為肝臟極低密度脂蛋白產(chǎn)生和肝脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵物質(zhì)，在預(yù)防NAFLD發(fā)生中起重要作用，因此蛋氨酸-膽堿缺乏飲食被廣泛用于NASH動(dòng)物模型的制備[16]。飲食中的膽堿主要被腸道中的桿菌屬Proteus penneri(彭氏變形桿菌)、Proteus mirabilis(奇異變形桿菌)、Escherichia fergusonii(費(fèi)格森埃希菌)和其他能夠斷裂C-N鍵的細(xì)菌代謝為三甲胺，而三甲胺進(jìn)一步被環(huán)加氧酶氧化為三甲胺氮氧化物[20]。既往研究認(rèn)為，拮抗腸道法尼醇X受體信號(hào)通路有助于改善肥胖、胰島素抵抗及NAFLD[21]。但Tan等[22]發(fā)現(xiàn)，三甲胺氮氧化物可通過(guò)上調(diào)膽固醇7α-羥化酶(細(xì)胞色素P450家族成員7A1)調(diào)節(jié)膽汁酸代謝，抑制法尼醇X受體信號(hào)通路，上調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c及其靶基因Fas的表達(dá)，加重肝臟脂肪變性。膽汁酸的另一主要受體Takeda G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor，GPR)5通過(guò)環(huán)腺苷酸依賴通路抑制LPS介導(dǎo)下庫(kù)普弗細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α]對(duì)肝臟炎癥的調(diào)節(jié)，還可通過(guò)誘導(dǎo)胰高血糖素樣肽-1的表達(dá)調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)[13]，提示腸道微生物介導(dǎo)的膽汁酸代謝是影響肝臟脂肪蓄積和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵信號(hào)分子，進(jìn)一步研究膽汁酸代謝(特別是對(duì)其下游法尼醇X受體和Takeda GPR5信號(hào)的研究)對(duì)明確NAFLD的機(jī)制有重要意義。此外，短鏈脂肪酸作為腸道菌群的代謝產(chǎn)物之一，被認(rèn)為是一種益生元，包括乙、丙、丁酸酯等，通過(guò)激活GPR41/43或直接抑制組蛋白去乙酰酶參與脂質(zhì)調(diào)節(jié)，改善胰島素抵抗和預(yù)防NAFLD[20]。另有研究表明，短鏈脂肪酸可通過(guò)激活GPR41/43使胃腸肽YY釋放增加、胃腸蠕動(dòng)減慢，進(jìn)而增加能量攝入，促進(jìn)NAFLD[23]。

綜上，腸道微生物屏障受損與NAFLD聯(lián)系密切，盡管目前研究結(jié)果尚不一致，但對(duì)腸道屏障尤其是微生物屏障的研究，有助于更好地理解NAFLD的發(fā)病機(jī)制并探究其靶向治療措施。

2.2腸道化學(xué)屏障與NAFLD 腸道化學(xué)屏障由胃液、膽汁、黏液、黏蛋白、黏多糖、各種消化酶、溶菌酶和胃腸道分泌的其他化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成[10]，其中胃液可保護(hù)腸黏膜免受酶、酸性或堿性物質(zhì)的侵蝕，從而有助于維持黏膜屏障的完整性。黏液層是腸道化學(xué)屏障的重要組成部分，而腸道黏液中的黏蛋白2是黏液層的主要成分[24]。在腸道黏蛋白功能與NAFLD的研究中，Hartmann等[25]通過(guò)敲除高脂飲食小鼠小腸黏蛋白2誘導(dǎo)構(gòu)建NAFLD模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黏蛋白2敲除小鼠的糖耐量改善、胰島素敏感性提高、肝臟脂肪變性程度降低、脂解關(guān)鍵酶表達(dá)增加，提示腸道黏蛋白2的敲除對(duì)飲食誘導(dǎo)的NAFLD起保護(hù)作用。但在使用植物衍生的高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD中，上述保護(hù)作用消失[24]。既往研究報(bào)道，IL-22在調(diào)節(jié)腸道抗菌屏障，誘導(dǎo)抗生素Reg3b、Reg3g和黏蛋白方面起重要作用[26]。通過(guò)測(cè)定循環(huán)中IL-22的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)，敲除黏蛋白2小鼠血漿IL-22的表達(dá)水平明顯高于野生型對(duì)照組，解釋了黏蛋白2缺陷對(duì)代謝癥候群特征的保護(hù)作用[27]。腸道上皮中的Paneth細(xì)胞還分泌多種參與腸黏液層形成和微生物多樣性調(diào)節(jié)的抗菌肽，包括防御素、組織蛋白酶、溶菌酶等，保護(hù)腸道上皮隱窩免受外來(lái)微生物等抗原的刺激，以維持腸上皮穩(wěn)態(tài)[27]。研究表明，外源性給予人類Paneth細(xì)胞防御素5能夠改善飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠的血脂異常、減輕胰島素抵抗、延緩肝臟脂肪變性、調(diào)節(jié)腸道微生物群(包括增加雙歧桿菌的豐度)[28]，這為使用Paneth細(xì)胞防御素5改善NAFLD提供了方向。

腸道化學(xué)屏障依靠腸腔分泌的消化液稀釋毒素及清潔腸腔，使致病菌難以黏附于腸壁，其中的黏蛋白或抗生素可黏附抗原，使其更易被蛋白酶水解。腸道化學(xué)屏障對(duì)維持整個(gè)腸屏障穩(wěn)態(tài)以及預(yù)防NAFLD的重要性得到廣泛認(rèn)可，但敲除黏蛋白2有利于保護(hù)NAFLD的深層機(jī)制需要進(jìn)一步探究，該機(jī)制的明確有助于進(jìn)一步闡明腸道化學(xué)屏障與NAFLD發(fā)病的聯(lián)系。

2.3腸道機(jī)械屏障與NAFLD 腸道機(jī)械屏障主要由黏膜層上皮細(xì)胞及其間的細(xì)胞連接復(fù)合物組成，包括緊密連接(如閉合蛋白o(hù)ccludin和claudins)、緊密連接蛋白、黏附連接和橋粒，兩者動(dòng)態(tài)維持機(jī)械屏障完整性[11]。研究表明，腸道屏障的通透性升高引起細(xì)菌移位和門(mén)靜脈中LPS增加，通過(guò)激活肝臟Toll樣受體信號(hào)促進(jìn)庫(kù)普弗細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類并釋放細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致NAFLD發(fā)生，一方面，炎癥趨化因子作用于肝細(xì)胞，使其成為脂質(zhì)體；另一方面，炎癥趨化因子引起肝星狀細(xì)胞活化和增殖，造成肝臟炎癥和纖維化[29]。臨床研究顯示，NAFLD患者出現(xiàn)小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，十二指腸緊密連接蛋白-1表達(dá)下降，腸道通透性增加[30]。在大鼠NAFLD模型中，腸道閉合蛋白o(hù)ccludin和claudin1/4、緊密連接蛋白-1均下調(diào)，腸道通透性增加[31]。腸道上皮細(xì)胞的翻譯后修飾對(duì)于精準(zhǔn)調(diào)控腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)十分重要，Zhao等[32]研究發(fā)現(xiàn)，腸道上皮細(xì)胞內(nèi)的一種蛋白翻譯后修飾——O-糖苷鍵連接的N-乙酰葡萄糖胺修飾(O-linked β-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)及催化酶O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶(O-GlcNAc transferase，OGT)在維護(hù)腸道屏障方面起重要作用，在小鼠腸道上皮細(xì)胞中特異性敲除OGT導(dǎo)致上皮屏障破壞、Paneth細(xì)胞功能障礙。O-GlcNAc及OGT在不同組織的作用可能不同，Xu等[33]研究發(fā)現(xiàn)，OGT通過(guò)誘導(dǎo)棕櫚酸和激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激促進(jìn)NAFLD相關(guān)肝癌；另有研究表明，蛋氨酸-膽堿缺乏飲食誘導(dǎo)的NASH小鼠的O-GlcNAc修飾增強(qiáng)[34]。關(guān)于腸道O-GlcNAc和OGT修飾介導(dǎo)的屏障穩(wěn)態(tài)在NAFLD發(fā)病機(jī)制的作用有待進(jìn)一步研究。

2.4腸道免疫屏障與NAFLD 腸道免疫屏障受損被認(rèn)為是“腸-肝軸”紊亂引起NAFLD的原因之一[10]。腸上皮黏膜固有層包含Peyer′s結(jié)和來(lái)自先天性及適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的免疫細(xì)胞，如T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞及巨噬細(xì)胞，它們與Paneth細(xì)胞分泌的抗菌肽、漿細(xì)胞分泌的分泌型免疫球蛋白A(secretory IgA，sIgA)共同參與腸道屏障的免疫防御機(jī)制[9]。對(duì)腸道黏膜免疫與NAFLD的臨床研究表明，NAFLD患者十二指腸黏膜固有層CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞的數(shù)量均少于健康受試者，而腫瘤壞死因子-α和IL-6升高，提示腸道免疫屏障受損，表明黏膜炎癥參與了NAFLD的發(fā)病過(guò)程[35]。另有研究表明，腸道黏膜酪氨酸激酶偶聯(lián)受體Mincle和酪氨酸激酶信號(hào)通路將Peyer′s結(jié)中樹(shù)突狀細(xì)胞對(duì)黏膜相關(guān)細(xì)菌的感知和IL-6/IL-23的產(chǎn)生聯(lián)系起來(lái)，后者通過(guò)腸道中T細(xì)胞和先天淋巴細(xì)胞調(diào)節(jié)IL-22和IL-17的產(chǎn)生，這種相互作用促進(jìn)腸道免疫屏障，限制了微生物的移位以及系統(tǒng)性炎癥及其產(chǎn)生的代謝后果[36]。Lee等[37]發(fā)現(xiàn)，腸道IL-17能夠調(diào)節(jié)緊密連接蛋白o(hù)ccludin的細(xì)胞定位，證實(shí)γδT細(xì)胞是起腸道保護(hù)作用的IL-17的主要來(lái)源，提示產(chǎn)生IL-17的γδT細(xì)胞對(duì)于維持和保護(hù)腸黏膜上皮屏障具有重要作用。在伴刀豆球蛋白A誘導(dǎo)的肝炎模型中，IL-17受體信號(hào)通過(guò)腸道菌群衍生產(chǎn)物限制肝臟炎癥[38]。此外，sIgA也是免疫屏障的重要組成部分，其通過(guò)黏附細(xì)菌或通過(guò)黏液層包裹細(xì)菌阻止細(xì)菌與上皮細(xì)胞的接觸，且免疫球蛋白的結(jié)合能夠降低細(xì)菌的毒力或改變某些細(xì)菌基因的表達(dá)[39]。同時(shí)，sIgA與菌群的結(jié)合使其更易被Peyer′s結(jié)捕獲，導(dǎo)致B細(xì)胞和T細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的強(qiáng)烈應(yīng)答。研究表明，NAFLD中腸道sIgA含量降低，提示sIgA與NAFLD的發(fā)展之間可能存在聯(lián)系，如sIgA降低引起腸道抗定植能力下降，細(xì)菌移位促進(jìn)NAFLD[40]。但有關(guān)腸道sIgA對(duì)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的具體調(diào)控及其對(duì)NAFLD影響的機(jī)制研究較有限，需要進(jìn)一步深入探索。

2.5GVB與NAFLD 除上述基本腸道屏障外，近年GVB對(duì)NAFLD發(fā)病機(jī)制的影響也被提出[8]。Cheng等[41]探究腸道炎癥導(dǎo)致NASH的進(jìn)展的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，伴腸道炎癥NAFLD小鼠的GVB通透性增加，且GVB的破壞加劇了肝臟炎癥和纖維化，表明GVB的破壞在NASH的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用。臨床研究發(fā)現(xiàn)，NASH患者的GVB滲漏增加[12]。小鼠實(shí)驗(yàn)表明，在NASH發(fā)展和炎癥驅(qū)動(dòng)的胰島素抵抗和肥胖過(guò)程中持續(xù)存在GVB破壞，提示微生物驅(qū)動(dòng)的GVB破壞是NASH發(fā)展的前提[41]。目前關(guān)于GVB破壞和NAFLD發(fā)病機(jī)制的研究尚少，闡明GVB對(duì)NAFLD發(fā)病機(jī)制的影響將為NAFLD治療提供新靶點(diǎn)。

3 腸道屏障修復(fù)成為NAFLD潛在的治療方式

腸道屏障與NAFLD發(fā)病的密切聯(lián)系，使得基于腸道屏障修復(fù)治療NAFLD的新思路成為可能，通過(guò)改善腸道屏障的干預(yù)措施治療NAFLD的機(jī)制主要包括：①調(diào)節(jié)腸道菌群組成；②調(diào)節(jié)腸道菌群代謝產(chǎn)物信號(hào)；③減輕腸道炎癥；④改善腸道通透性[8,42]。例如，抗生素通過(guò)抑制小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)減少細(xì)菌移位，從而改善NAFLD的脂肪積累和炎癥反應(yīng)[43]；糞便微生物移植通過(guò)恢復(fù)微生物多樣性改善腸屏障功能，進(jìn)而緩解NAFLD[44]。益生菌和益生元作為可積極改善腸道菌群的膳食補(bǔ)充劑，用于NAFLD的治療研究[45]。短鏈脂肪酸成分中的丁酸鹽作為腸道菌群的代謝產(chǎn)物之一，在高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD中通過(guò)糾正細(xì)菌比例失調(diào)、增加腸道緊密連接蛋白-1的表達(dá)來(lái)改善NAFLD中肝臟炎癥損傷和代謝紊亂[46]。此外，通過(guò)激活膽汁酸的受體Takeda GPR5和法尼醇X受體抑制肝臟脂肪生成、改善高膽固醇血癥，進(jìn)而逆轉(zhuǎn)NAFLD的代謝紊亂[47]。近年來(lái)草本植物提取物通過(guò)改善腸道屏障發(fā)揮NAFLD治療作用的研究相繼報(bào)道，如甘草酸二銨和姜黃素可通過(guò)增加產(chǎn)短鏈脂肪酸的細(xì)菌，改善腸道炎癥和腸屏障通透性，減輕NAFLD[48-49]。

綜上，基于腸道屏障修復(fù)的療法為探尋NAFLD的治療措施提供了新的思路，但目前大多數(shù)研究?jī)H處于動(dòng)物模型研究階段，藥物的不良反應(yīng)及其具體作用機(jī)制尚未完全明了，需要進(jìn)一步研究的確定。

4 小結(jié)與展望

構(gòu)成腸道屏障的微生物屏障、化學(xué)屏障、機(jī)械屏障、免疫屏障以及GVB之間密切聯(lián)系，共同維持腸上皮的完整性，其中任一屏障功能障礙都可能影響其他屏障的功能，導(dǎo)致NAFLD的發(fā)生發(fā)展。同時(shí)，在一定程度上NAFLD的發(fā)展也會(huì)影響腸道屏障功能，形成惡性循環(huán)[50]。在腸道屏障功能影響NAFLD的發(fā)病機(jī)制中，菌群失調(diào)和滲透性增加是最基本的腸道改變，前者通過(guò)影響其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)形成，后者使腸道細(xì)菌移位及門(mén)靜脈中LPS增加，激活肝臟下游信號(hào)，引起炎癥和損傷[8]，腸道屏障修復(fù)有望為NAFLD的治療提供新思路。隨著對(duì)“腸-肝軸”認(rèn)識(shí)的不斷深入，腸道菌群和腸道屏障功能障礙在NAFLD發(fā)病及其進(jìn)展中的作用逐漸被發(fā)現(xiàn)。微生物或其代謝產(chǎn)物作為NAFLD肝損傷和疾病進(jìn)展的標(biāo)志，在恢復(fù)腸道微生態(tài)、修復(fù)腸屏障、治療NAFLD中具有廣闊的應(yīng)用前景。