短鏈脂肪酸與非酒精性脂肪性肝病的研究進(jìn)展

馬茜茗綜述，劉志峰審校

0 引 言

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病因引起的以肝內(nèi)脂肪過(guò)度沉積為主要特征的肝臟病變，包括非酒精性肝脂肪變及非酒精性脂肪性肝炎等多種肝損傷，發(fā)病機(jī)制多與高脂飲食、胰島素抵抗、腸道菌群紊亂、代謝障礙或遺傳等因素有關(guān)，常出現(xiàn)肝細(xì)胞變性壞死、纖維化，嚴(yán)重時(shí)可能演變?yōu)楦斡不痆1]。近年來(lái)，隨著飲食習(xí)慣、環(huán)境因素的改變及就診意識(shí)的提高，NAFLD在全球流行率逐年升高，已成為中國(guó)第一大慢性肝病，是生化指標(biāo)異常的首要病因，但目前仍缺乏有效的治療方案[2]。多項(xiàng)研究證明在NAFLD群體中，腸道菌群的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)種類(lèi)和豐度較健康群體顯著改變。而添加SCFA可延緩NAFLD的疾病進(jìn)程，具體機(jī)制尚未完全明確，可能通過(guò)改善腸道損傷，減少肝細(xì)胞脂肪變性，減輕肝臟炎癥刺激和氧化損傷等機(jī)制發(fā)揮積極作用。本文就SCFA在NAFLD中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 SCFA概述

SCFA是一類(lèi)含有一到六個(gè)碳的單鏈脂肪酸，是由結(jié)腸和盲腸內(nèi)特定的腸道菌群通過(guò)酵解膳食纖維、抗性淀粉等難以消化的碳水化合物或黏蛋白而產(chǎn)生。在健康人群腸道中，SCFA以乙酸、丙酸和丁酸為主，三者的摩爾比約為3∶1∶1，總濃度于結(jié)腸近端最高，約70～140 mmol/L，并向遠(yuǎn)端呈遞減趨勢(shì)[3]。約90%～95%的SCFA通過(guò)擴(kuò)散或經(jīng)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸被腸上皮迅速吸收后，一部分參與腸道細(xì)胞的生理活動(dòng)，大部分通過(guò)門(mén)靜脈循環(huán)到達(dá)肝進(jìn)行代謝，少量被動(dòng)員到其他器官；剩余5%～10%的SCFA經(jīng)糞便排泄。目前可用于研究腸道SCFA的生物樣本有糞便、血漿、呼出氣體等，樣本間具有相關(guān)性。由于糞便易獲得、成本低，且在生理狀態(tài)下所含SCFA相對(duì)穩(wěn)定，其變化可直接、靈敏地反應(yīng)病理狀態(tài)時(shí)腸道微生態(tài)的情況，故最常用于腸道SCFA的定性定量研究[4]。

2 SCFA在NAFLD中的表達(dá)

與健康者相比，NAFLD群體的腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂，SCFA的組成和豐度均發(fā)生明顯改變。兒童NAFLD患者糞便甲酸、乙酸和戊酸含量顯著低于健康兒童，可能與腸道γ-變形桿菌、普雷沃菌豐度增加及內(nèi)源性乙醇增多有關(guān)[5]。在成人中，輕中度NAFLD患者糞便SCFA總濃度高于健康者，該現(xiàn)象亦存在于肥胖成人及高脂飲食喂養(yǎng)的動(dòng)物模型中，且肝內(nèi)SCFA受體表達(dá)上調(diào)，但進(jìn)展到晚期肝纖維化時(shí)，糞便總SCFA及丁酸含量顯著減少[6]。這提示SCFA與脂肪肝的嚴(yán)重程度存在關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步的研究顯示，外源性補(bǔ)充SCFA可以降低NAFLD患者的肝臟活動(dòng)度積分及血清肝酶指標(biāo)，并促進(jìn)腸黏膜微結(jié)構(gòu)的修復(fù)，證明SCFA在緩解NAFLD肝損傷中發(fā)揮重要作用[7]。

3 SCFA與NAFLD的作用機(jī)制

3.1 SCFA改善腸道損傷NAFLD患者常存在腸黏膜屏障損傷，而炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激更加劇屏障完整性的破壞。由于腸-肝軸的存在，腸道微生物及有害代謝產(chǎn)物通過(guò)受損的屏障進(jìn)入門(mén)靜脈循環(huán)到達(dá)肝臟，激活肝巨噬細(xì)胞，觸發(fā)Toll樣受體4的炎癥信號(hào)通路，最終破壞肝細(xì)胞[8-9]。

而SCFA通過(guò)抗炎、抗氧化途徑，顯著減少有害物對(duì)腸道的打擊，并通過(guò)促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)，阻止細(xì)菌移位和內(nèi)毒素血癥的發(fā)生。

研究表明，SCFA通過(guò)激活腸道G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPR)43和GPR109a，誘導(dǎo)腸黏膜幼稚細(xì)胞分化為產(chǎn)白介素(interleukin，IL)-10的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，并促進(jìn)腸道IgA的生成和IL-8的分泌，從而增強(qiáng)抗炎活性，調(diào)節(jié)腸穩(wěn)態(tài)[10-12]。另外，SCFA通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞中的組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)和核轉(zhuǎn)錄因子-κB信號(hào)通路的活性，進(jìn)一步抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α等炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，抑制脂多糖誘導(dǎo)的NLRP3炎性體活性，進(jìn)而減少腸道炎性損傷[13]。

SCFA通過(guò)降低結(jié)腸髓過(guò)氧化物酶活性，提高谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶的活性，增加自由基清除蛋白的表達(dá)，抑制中性粒細(xì)胞釋放活性氧，可有效減少腸道氧化損傷[14]。另外，補(bǔ)充丁酸鹽可保護(hù)近端結(jié)腸的免疫反應(yīng)，減少內(nèi)源性乙醇引起的氧化應(yīng)激[15]。

腸上皮細(xì)胞緊密連接及腸道菌群是腸黏膜屏障的重要組成部分。SCFA不僅上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)，還通過(guò)促進(jìn)鈣離子內(nèi)流激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，加速緊密連接的構(gòu)建過(guò)程，從而阻止微生物及內(nèi)毒素從細(xì)胞間隙穿越[16-17]。此外，SCFA降低腸腔pH值，有助于益生菌生長(zhǎng)，減少有害菌相對(duì)豐度。益生菌調(diào)節(jié)黏液層結(jié)構(gòu)，在參與丁酸代謝過(guò)程中消耗氧氣，并產(chǎn)生缺氧誘導(dǎo)因子，這均有助于維持腸上皮屏障[18]。但也有研究認(rèn)為丁酸在低濃度時(shí)保護(hù)腸黏膜屏障，高濃度則可能通過(guò)誘導(dǎo)腸細(xì)胞凋亡起破壞作用[19]。

3.2 SCAF減輕肝細(xì)胞脂肪變性NAFLD的顯著特征為肝細(xì)胞的脂肪變性，這與脂類(lèi)食物攝入過(guò)多、機(jī)體糖脂代謝異常及脂蛋白運(yùn)輸障礙等異常有關(guān)，而SCAF能多途徑有效減少肝細(xì)胞胞漿脂質(zhì)堆積。

SCFA可從根本上減少食物攝入，控制肥胖而降低血脂，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)腸-腦軸內(nèi)的GPR信號(hào)通路，增加飽腹感[20]。其中乙酸還能通過(guò)激活線粒體中檸檬酸循環(huán)，影響下丘腦食欲調(diào)節(jié)神經(jīng)肽，以降低食欲。SCFA改善胰島素抵抗方面，在腸道，SCFA激活GRP41、GPR43受體，促進(jìn)腸道L細(xì)胞分泌5-羥色胺、酪酪肽、腸抑胃肽及胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)，其中GLP-1誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞分泌更多胰島素，改善胰島素抵抗及全身葡萄糖代謝，最終降低肝臟脂質(zhì)堆積的風(fēng)險(xiǎn)，并改善全身慢性炎癥[21]。此外SCFA通過(guò)抑制HDAC2可上調(diào)肝細(xì)胞中GLP-1受體的表達(dá)，因此增加肝臟對(duì)GLP-1的敏感性[22]，還可激活肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IRE1α-JNK通路，抑制甚至逆轉(zhuǎn)高脂飲食誘導(dǎo)的肝細(xì)胞脂肪變性[23]。

Chambers等[24]發(fā)現(xiàn)在NAFLD患者中補(bǔ)充SCFA可增加肝脂質(zhì)氧化，并減少肝脂質(zhì)生成，這主要是通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪代謝相關(guān)基因表達(dá)而發(fā)揮作用[25-26]。①SCFA上調(diào)肝脂質(zhì)氧化基因的表達(dá)：一方面，SCFA通過(guò)抑制HDAC1，上調(diào)肝肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1A(carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT-1A)啟動(dòng)子表達(dá)，并增強(qiáng)啟動(dòng)子活性，從而增加CPT-1A，使更多的脂肪酸進(jìn)入肝線粒體進(jìn)行β氧化[27]；另一方面，SCFA上調(diào)肝AMPK，通過(guò)促進(jìn)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔活化子-1的表達(dá)，提高過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體、肝X受體和法尼醇X受體的活性，進(jìn)而加速脂質(zhì)氧化[28]。②SCFA下調(diào)肝脂質(zhì)合成基因的表達(dá)：SCFA通過(guò)激活線粒體解偶聯(lián)蛋白2-AMPK-乙酰輔酶A羧化酶通路，顯著減少肝內(nèi)乙酰輔酶A、脂肪酸合成酶等生成，進(jìn)而減少脂質(zhì)合成[29]。

SCFA在改善脂蛋白運(yùn)輸方面也起作用。Du等[30]發(fā)現(xiàn)，SCFA可上調(diào)人類(lèi)高密度脂蛋白受體溶酶體整合膜蛋白-II類(lèi)似物-1的表達(dá)，增加膽固醇的轉(zhuǎn)出及高密度脂蛋白的再攝入。另外，丁酸通過(guò)上調(diào)ATP結(jié)合盒A亞家族成員1表達(dá)，也加速膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[31]。但另有研究認(rèn)為乙酸參與脂肪酸合成，丙酸是糖異生的前體，在肝內(nèi)過(guò)量時(shí)易引起三酰甘油積累，參與脂肪肝發(fā)生，反而起到負(fù)面作用[32]。

4 SCFA減輕肝炎癥及氧化損傷

近年來(lái)研究認(rèn)為，SCFA除通過(guò)改善腸-肝軸來(lái)減少肝炎癥反應(yīng)，還能直接調(diào)節(jié)肝免疫細(xì)胞，減少肝內(nèi)促炎因子(單核細(xì)胞趨化蛋白-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、干擾素-γ)的釋放，增加抗炎因子(IL-4、IL-10)的表達(dá)[33]。Cresci等[34]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期酒精喂養(yǎng)的小鼠經(jīng)丁酸處理后，肝Toll樣受體和TNF表達(dá)明顯減少，且門(mén)靜脈周?chē)鷧^(qū)的白細(xì)胞及凋亡肝細(xì)胞顯著減少。由于SCFA經(jīng)門(mén)靜脈進(jìn)入肝，故考慮其可能通過(guò)抵消該區(qū)域中性粒細(xì)胞的炎癥效應(yīng)，從而起到局部保護(hù)作用。

NAFLD患者游離脂肪酸氧化時(shí)生成大量活性氧，腸道菌群紊亂產(chǎn)生氧自由基，肝內(nèi)胰島素依賴(lài)的酒精脫氫酶活性受損引起血漿內(nèi)源性乙醇濃度升高，這些因素均可引起肝氧化損傷[35]。而丁酸至少可通過(guò)三種途徑降低肝氧化應(yīng)激反應(yīng)：①通過(guò)調(diào)節(jié)核因子NF-E2相關(guān)因子途徑，編碼更多的抗氧化酶[36]；②通過(guò)增加腸細(xì)胞中褪黑激素的水平，顯著降低巨噬細(xì)胞中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和硝酸鹽水平的表達(dá)[37]；③降低肝氧化應(yīng)激標(biāo)志物4-羥基-2-壬烯醛[38]。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，NAFLD流行率逐年上升，眾多研究發(fā)現(xiàn)SCFA通過(guò)影響腸道菌群、機(jī)體代謝、免疫等多種因素，參與延緩NAFLD的發(fā)生發(fā)展。雖然具體機(jī)制尚未完全明確，但這為預(yù)防和治療提供了新思路。目前國(guó)內(nèi)外研究多以動(dòng)物模型為研究對(duì)象，在臨床上的探討仍有待深入，并進(jìn)一步闡明作用機(jī)制，繼續(xù)研究添加藥物、膳食纖維及益生菌的方式，改變腸道內(nèi)及門(mén)靜脈循環(huán)中SCFA的類(lèi)型及濃度，以減輕肝細(xì)胞損害。