腸道菌群與兒童非酒精性脂肪性肝病的研究進(jìn)展

廖星晨綜述 李明，譚詩(shī)云審校

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指除外酒精和其他明確的肝損傷因素所致的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過(guò)度沉積為主要特征的臨床病理綜合征，其疾病譜包括非酒精性肝脂肪變、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)及其相關(guān)肝纖維化、肝硬化和肝細(xì)胞癌[1]。據(jù)報(bào)道，NAFLD的全球患病率約為25%，其中中東和南美洲的發(fā)病率最高，非洲最低，包括中國(guó)在內(nèi)的亞洲大多數(shù)國(guó)家患病率高達(dá)27%[2]。

已知肥胖是NAFLD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，研究統(tǒng)計(jì)2016年全球有4 100萬(wàn)5歲以下的兒童及3.4億5～19歲的兒童和青少年超重或肥胖[3]。研究發(fā)現(xiàn),亞洲及中國(guó)兒童的NAFLD患病率分別為6.3%和3.4%，在超重和肥胖兒童中NAFLD患病率顯著升高[4]。近年來(lái)，NAFLD已成為我國(guó)最常見(jiàn)的肝臟疾病，且發(fā)病率在兒童中逐年升高。研究表明,腸道菌群在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，本文旨在對(duì)腸道菌群與兒童NAFLD相關(guān)性作相關(guān)綜述。

1 腸道菌群概述

人體腸道寄居著復(fù)雜的以細(xì)菌為主的微生物群落，統(tǒng)稱為腸道菌群。腸道菌群多由厭氧菌組成，擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)占主導(dǎo)地位，而變形菌門(mén)、疣菌門(mén)、放線菌門(mén)、梭桿菌門(mén)和藍(lán)藻門(mén)僅占很小的比例。研究人員發(fā)現(xiàn),腸道菌群的分布并不均一，在胃和十二指腸最少，結(jié)腸最多，健康個(gè)體的小腸富含厚壁菌門(mén)和放線菌，而擬桿菌門(mén)在結(jié)腸中更為普遍[5]。研究表明,腸道菌群的建立起始于子宮，并在整個(gè)生命過(guò)程中隨著時(shí)間、地理等因素動(dòng)態(tài)變化。據(jù)估計(jì)，腸道菌群在種類上超過(guò)1 000種，在數(shù)量上超過(guò)100萬(wàn)億，其基因數(shù)量是人類基因組的150倍[6]，其數(shù)量及多樣性與人類健康密切相關(guān)。正常情況下，腸道菌群處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，一旦各種原因?qū)е缕胶鉅顟B(tài)被打破，腸道菌群失調(diào)，則會(huì)導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生[7]。

2 腸道菌群與兒童NAFLD

嬰兒腸道菌群的建立與分娩途徑、母乳喂養(yǎng)及抗生素的應(yīng)用有關(guān)，至2～3歲時(shí)，兒童腸道菌群即與成人相似。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究揭示了腸道菌群失調(diào)與代謝綜合征、肥胖、2型糖尿病及NAFLD之間的關(guān)系[8]。Le Roy等[9]的一項(xiàng)研究顯示,無(wú)菌小鼠接受了NAFLD易感菌群后，出現(xiàn)了高血糖、高胰島素血癥和肝脂肪變性，提示NAFLD的發(fā)生可通過(guò)腸道菌群移植傳播。除此之外，不少研究也致力于探尋腸道菌群與兒童NAFLD的關(guān)聯(lián)。凌劍蓉等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，與健康兒童相比，NAFLD患兒存在代謝異常及腸道菌群紊亂，其擬桿菌屬和雙歧桿菌屬比例降低，普氏菌屬比例顯著升高，而這些差異菌屬有可能通過(guò)功能基因的差異表達(dá)改變相關(guān)代謝途徑進(jìn)而影響脂質(zhì)代謝過(guò)程，參與NAFLD的發(fā)生發(fā)展。Schwimmer等[11]針對(duì)87例經(jīng)活檢證實(shí)為NAFLD的兒童和37例非NAFLD的肥胖兒童(對(duì)照組)進(jìn)行了前瞻性、觀察性、橫斷面研究，發(fā)現(xiàn)NAFLD兒童糞便菌群組的α多樣性低于對(duì)照組，NASH兒童糞便菌群組的α多樣性最低，且高豐度普氏菌與更嚴(yán)重的纖維化相關(guān)。一項(xiàng)薈萃分析表明，擬桿菌屬和乳酸桿菌屬是導(dǎo)致嬰兒超重最常見(jiàn)的菌群[12]。而嬰兒腸道菌群的組成和發(fā)育受母親的BMI、體質(zhì)量和孕期體質(zhì)量增加的影響?？刂朴绊憢雰涸缙谀c道菌群的因素，可以預(yù)防兒童后期超重和肥胖，降低兒童NAFLD的危險(xiǎn)因素。

3 腸道菌群介導(dǎo)NAFLD發(fā)生的可能機(jī)制

NAFLD發(fā)病機(jī)制的最初理論基于“二次打擊學(xué)說(shuō)”?！暗谝淮未驌簟奔锤闻K三酰甘油蓄積或脂肪變性，增加了肝臟對(duì)“第二次打擊”如炎性因子、脂肪因子、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激介導(dǎo)的損傷的易感性，進(jìn)而導(dǎo)致脂肪性肝炎和/或肝纖維化。相比于以往被廣泛接受的“二次打擊”學(xué)說(shuō)，現(xiàn)在被廣泛接受的理論是“多重打擊學(xué)說(shuō)”，涉及更廣泛的遺傳和環(huán)境因素的相互作用及包括脂肪組織、胰腺、腸道和肝臟等不同器官和組織之間的相互串?dāng)_[13]。腸道菌群可以通過(guò)多種機(jī)制，包括改變腸道的通透性；增加膽汁酸合成及降低膽堿代謝；在腸內(nèi)產(chǎn)生乙醇等介導(dǎo)NAFLD的發(fā)生發(fā)展。

3.1 腸道通透性改變 健康的腸道上皮形成了一個(gè)緊密封閉的物理屏障，將宿主和腸道內(nèi)容物隔開(kāi)，包括黏液層、抗菌肽和緊密連接蛋白在內(nèi)的多個(gè)因素共同作用維持腸道屏障的功能。在正常情況下，腸內(nèi)只有少量細(xì)菌產(chǎn)物通過(guò)門(mén)脈循環(huán)進(jìn)入肝臟。然而，腸道菌群失調(diào)可以破壞腸上皮屏障的完整性，增加腸道的通透性，導(dǎo)致細(xì)菌和細(xì)菌產(chǎn)物如脂多糖和內(nèi)毒素進(jìn)入門(mén)脈循環(huán)最后進(jìn)入肝臟。這些細(xì)菌成分通過(guò)激活Toll樣受體和Kupffer細(xì)胞中的其他模式識(shí)別受體來(lái)啟動(dòng)炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，釋放炎性因子，刺激肝細(xì)胞的脂質(zhì)蓄積和細(xì)胞死亡，導(dǎo)致NAFLD和NASH。研究表明，NAFLD患者的緊密連接蛋白表達(dá)降低，腸道通透性變高。一項(xiàng)包含128例NAFLD患者的薈萃分析表明，與健康對(duì)照組相比，NAFLD 和 NASH 患者更可能發(fā)生腸道通透性改變[14]。而且在針對(duì)兒童的研究中，Giorgio等[15]發(fā)現(xiàn)，非酒精性脂肪肝患兒的腸道通透性增加，并且與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)。

3.2 內(nèi)源性乙醇 研究表明，內(nèi)源性乙醇的升高會(huì)促進(jìn)NAFLD的發(fā)展[16]。即使在沒(méi)有飲酒的情況下，腸道菌群也會(huì)將飲食中的碳水化合物源源不斷的發(fā)酵成乙醇，而富含糖分的飲食，可能會(huì)導(dǎo)致血液中乙醇濃度升高。有研究表明，與非NASH肥胖兒童相比，患有NASH的兒童及患有NAFLD的成人血液中乙醇水平上升，同時(shí)產(chǎn)生乙醇細(xì)菌豐度增加[17]。并且在沒(méi)有攝入任何乙醇的條件下，肥胖小鼠和患有NASH的肥胖成人呼吸中仍能檢測(cè)到乙醇[18]。正常情況下內(nèi)源性合成的乙醇會(huì)通過(guò)肝臟中的乙醇脫氫酶途徑代謝。當(dāng)乙醇脫氫酶活性受到抑制，內(nèi)源性乙醇增多，產(chǎn)生大量自由基和活性氧，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙、肝細(xì)胞炎性反應(yīng)和損傷[17]。NAFLD患者多伴有胰島素抵抗，而胰島素抵抗顯著影響肝臟乙醇脫氫酶活性。以上研究表明，內(nèi)源性乙醇與NAFLD密切相關(guān)。

3.3 膽汁酸 初級(jí)膽汁酸由肝臟合成，分泌到膽囊，并在進(jìn)食后釋放到十二指腸。在腸道中，初級(jí)膽汁酸被腸道菌群代謝為次級(jí)膽汁酸，然后被重新吸收入門(mén)靜脈，大部分膽汁酸被肝臟捕獲再循環(huán)，但有些仍留在血液中并充當(dāng)信號(hào)分子。膽汁酸通過(guò)乳化脂肪并促進(jìn)小腸中脂質(zhì)和脂溶性維生素的吸收，從而影響肝臟脂質(zhì)蓄積和炎性反應(yīng)。因此，膽汁酸是一種在功能上連接腸道和肝臟的關(guān)鍵信號(hào)分子。膽汁酸的穩(wěn)態(tài)受腸道菌群調(diào)控。腸道菌群通過(guò)調(diào)節(jié)膽汁酸合成酶的表達(dá)參與初級(jí)膽汁酸、膽酸和鵝去氧膽酸的合成，還通過(guò)影響關(guān)鍵酶或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)影響膽汁酸在肝臟中的結(jié)合、回腸末端的重吸收、小腸中的解離、結(jié)腸中轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸及腸肝循環(huán)等代謝過(guò)程[19]。因此，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的膽汁酸穩(wěn)態(tài)破壞會(huì)促進(jìn)NAFLD的發(fā)生發(fā)展。一項(xiàng)研究表明，NAFLD患兒血清膽汁酸水平和產(chǎn)生次級(jí)膽汁酸的腸道菌群豐度升高[20]。另一項(xiàng)針對(duì)兒童的研究報(bào)道，NAFLD患兒早期血清膽汁酸水平降低，但會(huì)隨著纖維化程度的增加而增加[21]。

膽汁酸受體也稱為法尼醇X受體(Farnesoid X receptor,FXR)，在肝臟和腸道中高度表達(dá)，其通過(guò)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)膽汁酸的合成。FXR和G蛋白偶聯(lián)受體5(takeda G protein-coupled receptor 5,TGR5)共同調(diào)節(jié)肝臟的代謝和炎性反應(yīng)，前者主要由初級(jí)膽汁酸激活，而后者主要由次級(jí)膽汁酸激活[22]。FXR除了抑制脂肪從頭生成，增加脂肪酸氧化，調(diào)節(jié)參與三酰甘油穩(wěn)態(tài)基因的表達(dá)，減少脂肪變性和糖異生，還能上調(diào)肝糖原合成并調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4和胰高血糖素樣肽1的表達(dá)，從而影響與NAFLD密切相關(guān)的胰島素敏感性[22]。膽汁酸還可以通過(guò)FXR和TGR5信號(hào)通路減少肝臟炎性反應(yīng)和纖維化。一些膽汁酸類似物已用作FXR或TGR5激動(dòng)劑，它們可以通過(guò)下調(diào)促炎基因的表達(dá)并產(chǎn)生更多的單核細(xì)胞和IL-10改善肝臟炎性反應(yīng)、脂肪變性和纖維化[23]。一項(xiàng)研究表明，NAFLD患兒的肝臟FXR介導(dǎo)的膽汁酸信號(hào)傳導(dǎo)受到抑制[20]。同時(shí)在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，高脂飼料誘導(dǎo)的幼豬NASH與腸道菌群失調(diào)、次級(jí)膽汁酸水平增加及FXR信號(hào)通路受損有關(guān)[24]?？傊懼岱€(wěn)態(tài)的破壞被認(rèn)為是兒童和青少年腸道菌群失調(diào)介導(dǎo)的NAFLD的核心。

3.4 膽堿 人體內(nèi)約70%的膽堿由外源性飲食提供，其余部分則在體內(nèi)合成?？色@得的膽堿量取決于飲食中的膽堿量，以及腸道菌群對(duì)膽堿的代謝，而腸道菌群也受膽堿水平的調(diào)節(jié)。膽堿缺乏飲食是常用的NASH小鼠模型，這一點(diǎn)充分證實(shí)了膽堿缺乏對(duì)NAFLD和NASH發(fā)展的影響。腸道菌群可以將膽堿代謝為三甲胺，三甲胺會(huì)被含有單加氧酶的肝黃素進(jìn)一步氧化并轉(zhuǎn)化為三甲胺-N-氧化物(trimethylamine N-oxide,TMAO)，導(dǎo)致膽堿水平降低及TMAO水平增加[25]。膽堿在極低密度脂蛋白合成過(guò)程中起關(guān)鍵作用，并促進(jìn)肝臟脂質(zhì)輸出。因此，膽堿缺乏會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞中三酰甘油的積累。一項(xiàng)早期的小型病例研究表明，不補(bǔ)充膽堿的長(zhǎng)期全腸外營(yíng)養(yǎng)會(huì)導(dǎo)致肝脂肪變性，而在接受含有氯化膽堿的腸外營(yíng)養(yǎng)液6周后，受試者的肝脂肪變性完全改善。研究人員還發(fā)現(xiàn)，TMAO會(huì)增加胰島素抵抗，促進(jìn)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激，血清TMAO水平越高NAFLD的嚴(yán)重程度越高[25]。

4 腸道菌群在兒童NAFLD中的治療潛力

兒童NAFLD大多處于單純性脂肪肝階段,可無(wú)任何臨床表現(xiàn),僅有少部分進(jìn)展為NASH,伴嚴(yán)重肝損害時(shí)才表現(xiàn)出慢性肝病相關(guān)臨床癥狀，早期識(shí)別是兒童NAFLD管理的關(guān)鍵。目前肝臟活檢仍是確診兒童NAFLD的金標(biāo)準(zhǔn)[26]，但肝活檢操作不方便且創(chuàng)傷大，患者尤其青少年患兒肝臟活檢接受度低。鑒于腸道菌群與NAFLD的密切聯(lián)系，研究人員越來(lái)越關(guān)注腸道菌群作為NAFLD新的治療靶點(diǎn)，以腸道菌群作為一種與NAFLD/NASH嚴(yán)重程度相關(guān)的非侵入性診斷工具作為目標(biāo)，并開(kāi)發(fā)了包括益生菌、益生元和糞便菌群移植在內(nèi)的多種治療方案。

4.1 益生菌 益生菌是一種非致病性微生物，通過(guò)恢復(fù)正常的菌群來(lái)緩解腸道疾病，并為宿主提供全面的健康益處。這些有益菌可以改善腸道菌群組成，并通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子-α、核轉(zhuǎn)錄因子-κB和膠原的表達(dá)水平，減少脂質(zhì)蓄積、內(nèi)毒素血癥、氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)，延緩肝臟疾病的進(jìn)展。益生菌對(duì)小鼠脂肪肝模型顯示出顯著的治療效果，給高脂飲食的小鼠服用益生菌，顯著減緩了肝臟脂肪變性和纖維化的進(jìn)展[27]。一項(xiàng)對(duì)患有NAFLD的超重兒童進(jìn)行的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，在接受包含8種益生菌菌株的VSL3制劑治療后，患兒的脂肪肝狀況和BMI有顯著改善[28]。

4.2 益生元 益生元是不易消化的碳水化合物，可被細(xì)菌發(fā)酵。益生元能促進(jìn)腸道中有益菌群的生長(zhǎng)，積極有效地改善腸道菌群，從而促進(jìn)健康。益生元還能減少細(xì)菌肝毒素、增強(qiáng)腸道上皮屏障功能、減少炎性反應(yīng)、減少脂肪從頭生成、改善食欲和飽腹感及增強(qiáng)血糖控制，所有這些影響都可能使NAFLD改善。研究發(fā)現(xiàn)，高脂飼料喂養(yǎng)的肥胖小鼠給予乳果糖6周后，其炎性反應(yīng)和肝臟損傷降低。另有臨床試驗(yàn)也證明了益生元可通過(guò)調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝對(duì)NAFLD/NASH的進(jìn)展起治療作用[29-30]。在一項(xiàng)納入了44例兒童的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)益生元可以選擇性地改變腸道菌群，顯著降低體質(zhì)量、體脂百分比、軀干脂肪百分比和血清白介素6水平[31]。另一項(xiàng)納入了38例兒童的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于安慰劑組，益生元組的腸道通透性有所改善，雙歧桿菌豐度顯著增加，血糖控制得到改善[32]。這些研究顯示了益生元治療兒童NAFLD的潛力。

4.3 糞便菌群移植(fecal microbiota transplantation,FMT) 除了上述益生菌及益生元補(bǔ)充劑，糞便菌群移植已被證明可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)減輕小鼠高脂飲食誘導(dǎo)的脂肪性肝炎。糞便菌群移植是將健康個(gè)體糞便中的功能性菌群轉(zhuǎn)移到腸道菌群失調(diào)患者的胃腸道中，以重新建立平衡的腸道菌群組成。研究表明，移植瘦小鼠或肥胖小鼠的腸道菌群，可誘導(dǎo)受體與宿主相似的表型，瘦供體的菌群可顯著降低肥胖小鼠的肥胖程度[33]。多項(xiàng)研究也已經(jīng)證實(shí)，F(xiàn)MT對(duì)2型糖尿病和潰瘍性結(jié)腸炎患者的治療效果，其與恢復(fù)健康的菌群、血脂水平的正?；透纳埔葝u素抵抗有關(guān)[34-35]。一項(xiàng)納入了87例肥胖青少年的研究表明，接受來(lái)自瘦供體的FMT后，受試者腹部肥胖減輕，腸道菌群組成改變及代謝綜合征改善，但尚需要進(jìn)一步的試驗(yàn)來(lái)證實(shí)這些結(jié)果及機(jī)制[36]。根據(jù)這些研究，可以推測(cè)FMT可以成為一種包括NAFLD在內(nèi)代謝性疾病的未來(lái)治療方法。

5 小 結(jié)

綜上所述，NAFLD是一種常見(jiàn)的慢性肝病。腸道菌群變化與兒童NAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其主要作用機(jī)制可能與增加腸道通透性，調(diào)節(jié)膽汁酸、膽堿及內(nèi)源性乙醇等代謝產(chǎn)物，促進(jìn)炎性反應(yīng)及胰島素抵抗密切相關(guān)。相較于傳統(tǒng)抗生素，益生菌、益生元和FMT可以有效逆轉(zhuǎn)與兒童NAFLD相關(guān)的腸道菌群失調(diào)，是治療兒童NAFLD安全有效的潛在替代品，具有廣闊的發(fā)展前景。如今，以腸道菌群為重點(diǎn)的研究，為探究NAFLD的發(fā)病機(jī)制,針對(duì)肥胖及NAFLD兒童提供更優(yōu)化的早期篩查和非侵入性診斷方法，以及開(kāi)發(fā)新的個(gè)性化治療方案提供了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。