腸道菌群代謝產(chǎn)物在非酒精性脂肪性肝病發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

劉印聰，羅金波，張玉亭，馬秀英，王文學(xué)，耿嘉蔚

1 昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院感染性疾病及肝病科，昆明 650032；2 云南省第一人民醫(yī)院感染性疾病及肝病科

非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）是一種代謝相關(guān)的肝臟疾病，包括非酒精性脂肪肝（NAFL）及非酒精性脂肪性肝炎（NASH），主要特征是在沒有過量飲酒的情況下，肝臟脂質(zhì)積聚超過5%［1］。腸道菌群是人體內(nèi)微生物群的重要組成部分，可通過一系列生理功能為宿主提供多種益處，如增強(qiáng)腸道完整性或塑造腸上皮細(xì)胞屏障，收獲能量，抵御病原體和調(diào)節(jié)宿主免疫力等［2］。由于肝臟和腸道密切的解剖和生理關(guān)系，腸道的代謝產(chǎn)物和免疫因子可以通過門靜脈進(jìn)入肝臟進(jìn)行一系列復(fù)雜的生理過程，這種聯(lián)系通過腸肝軸（GLA）進(jìn)行［3］。腸道菌群可以通過GLA參與NAFLD的發(fā)病過程，其機(jī)制主要表現(xiàn)為影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收；改變腸黏膜通透性使有毒物質(zhì)進(jìn)入肝臟，增加肝臟負(fù)擔(dān)；產(chǎn)生有毒物質(zhì)間接影響代謝等［4］。而腸道菌群代謝產(chǎn)物作為這一系列宿主—微生物相互作用的關(guān)鍵因素，發(fā)揮著不同的生理功能［2］。與NAFLD相關(guān)的代謝產(chǎn)物包括短鏈脂肪酸（SCFA）、膽汁酸、細(xì)菌成分、內(nèi)源性乙醇、膽堿等。近年來有報道表明，腸道菌群分泌的代謝產(chǎn)物在NAFLD發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)就腸道菌群代謝產(chǎn)物在非酒精性脂肪性肝病發(fā)病中的作用機(jī)制作一綜述，以期為NAFLD的治療提供新的靶點及策略。

1 SCFA在NAFLD發(fā)病中的作用機(jī)制

SCFA是腸道菌群發(fā)酵膳食纖維所產(chǎn)生的一類重要的信號分子，包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等［5］。大多數(shù)SCFA在腸道中被利用（尤其是丁酸鹽），可為腸上皮細(xì)胞提供大約70%的能量。少量SCFA通過單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1和鈉偶聯(lián)單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1受體進(jìn)入門靜脈，隨后浸潤肝臟，觸發(fā)三羧酸循環(huán)，進(jìn)一步促進(jìn)肝臟糖異生，影響脂質(zhì)合成的過程［6］。

SCFA能夠通過激活G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）中GPR41和GPR43的表達(dá)促進(jìn)NAFLD發(fā)生發(fā)展。SAMUEL等［7］通過比較GPR41-/-小鼠和無菌野生型小鼠，發(fā)現(xiàn)SCFA結(jié)合GPR41-/-可能通過調(diào)節(jié)腸道菌群對宿主肥胖產(chǎn)生影響。SCFA通過激活GPR41-/-和GPR43-/-亞型進(jìn)而刺激肽酪氨酸分泌，后者會抑制腸道蠕動并減慢腸道中物質(zhì)運輸，從而導(dǎo)致從飲食中獲取的營養(yǎng)和能量增加，最終促進(jìn)肝臟脂肪生成。激活GPCR會促進(jìn)胰高血糖素樣肽1的分泌，后者能夠激活肝細(xì)胞中調(diào)節(jié)脂肪酸β氧化和胰島素敏感性相關(guān)基因，從而促進(jìn)NAFLD的發(fā)生［8］。

SCFA對腸道屏障的改善是目前研究的熱點，多項研究表明，SCFA有益于維持腸道屏障的完整性，能夠防止腸道毒素侵入肝臟，進(jìn)而減輕肝臟炎癥水平。在結(jié)腸上皮細(xì)胞中，SCFA通過與GPR43結(jié)合激活NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NLRP3）炎癥小體，導(dǎo)致含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1（Caspase-1）激活和白細(xì)胞介素18（IL-18）釋放，促進(jìn)上皮炎癥修復(fù)［9］。丁酸鹽可通過降低Toll樣受體4（TLR4）的表達(dá)改善腸道生態(tài)失調(diào)和腸道屏障功能，進(jìn)而降低內(nèi)毒素水平和肝臟炎癥［1O］。丁酸鹽還能通過抑制組蛋白脫乙酰酶來調(diào)節(jié)腸道巨噬細(xì)胞的功能，下調(diào)炎癥介質(zhì)如一氧化碳、IL-6、IL-12的生成［11］。因此，SCFA對NAFLD的發(fā)展既有促進(jìn)作用也有抑制作用，這可能取決于SCFA激活的信號通路有所不同。

2 膽汁酸在NAFLD發(fā)病中的作用機(jī)制

膽汁酸是膽汁的重要組成部分，參與脂肪代謝過程，包括初級膽汁酸和次級膽汁酸。腸道菌群可以通過其生物轉(zhuǎn)化作用將初級膽汁酸（膽酸及鵝去氧膽酸）代謝為次級膽汁酸來影響膽汁酸池的穩(wěn)態(tài)，參與NAFLD形成過程中的脂質(zhì)調(diào)節(jié)和能量代謝［12］。其中，初級膽汁酸參與膽固醇代謝，促進(jìn)膳食脂肪和脂溶性小分子的吸收；次級膽汁酸不僅調(diào)節(jié)膽固醇、甘油三酯和脂溶性維生素的消化和吸收，而且可通過激活肝臟、腸道、肌肉和棕色脂肪組織中的法尼醇X受體（FXR）和膽汁酸G蛋白偶聯(lián)受體5（TGR5）在調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖代謝中發(fā)揮關(guān)鍵的信號分子作用［13］。

除了調(diào)節(jié)糖脂代謝，F(xiàn)XR信號通路的激活還可抑制脂肪生成，促進(jìn)脂肪酸氧化，同時影響膽固醇的運輸。在肝臟中，F(xiàn)XR能夠激活小異二聚體伴侶（SHP），與肝臟受體同源物1（LRH-1）形成多聚體，從而抑制膽固醇7α羥基化酶（CYP7A1）的活性［14］。在腸道中，F(xiàn)XR促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長因子15/19（FGF15/19）的表達(dá)，并進(jìn)一步激活肝細(xì)胞中的成纖維細(xì)胞生長因子受體4（FGFR4）和β-klotho蛋白表達(dá)，從而抑制膽汁酸合成，降低肝脂肪變性和胰島素抵抗［15］。此外，F(xiàn)XR還可以通過激活過氧化物增殖激活受體α（PPARα）抑制固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白SREBP-1c的表達(dá)來抑制肝臟脂肪生成［16］。TGR5存在于肝臟非實質(zhì)肝細(xì)胞、棕色脂肪組織、白色脂肪組織等部位中，具有調(diào)節(jié)肝臟炎癥的作用。膽汁酸可以通過TGR5/cAMP依賴性途徑抑制脂多糖誘導(dǎo)的肝臟Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生IL-1α、IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子等細(xì)胞因子［17］。

腸道菌群失調(diào)會導(dǎo)致膽汁酸代謝紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致FXR和TGR5激活不足，最終導(dǎo)致脂肪生成和炎癥發(fā)生。FUNABASHI等［12］研究發(fā)現(xiàn)，給予小鼠TGR5或FXR激動劑可抑制脂質(zhì)生成，改善高膽固醇血癥，誘導(dǎo)能量消耗和減少肝臟炎癥，從而降低NAFLD的發(fā)生發(fā)展。腸道菌群失調(diào)還可導(dǎo)致膽汁酸組成成分發(fā)生改變，如脫氧膽酸與鵝去氧膽酸的比值升高可以抑制FXR的激活過程，從而通過降低FGF15/19的表達(dá)水平促進(jìn)CYP7A1表達(dá)［18］。腸道菌群參與膽汁酸代謝具有雙向性，這取決于所生成的次級膽汁酸的形式和數(shù)量。腸道菌群影響膽汁酸的產(chǎn)生、膽汁酸池的大小和結(jié)構(gòu)以及膽汁酸的腸肝循環(huán)，而膽汁酸則影響腸道菌群的豐度和生物多樣性。綜上所述，膽汁酸與腸道菌群之間的相互關(guān)系影響著宿主的代謝以及NAFLD進(jìn)程。因此，膽汁酸及其衍生物的代謝組學(xué)研究可以被用作評價NAFLD病情和治療患者預(yù)后的非侵入性標(biāo)志物。

3 細(xì)菌成分在NAFLD發(fā)病中的作用機(jī)制

腸道屏障功能的破壞促進(jìn)細(xì)菌過度生長及其產(chǎn)物移位到黏膜和循環(huán)系統(tǒng)，從而引發(fā)或增強(qiáng)肝臟炎癥。在NAFLD患者中，腸道通透性和小腸細(xì)菌過度生長導(dǎo)致的患病率與脂肪變性的嚴(yán)重程度有關(guān)。相關(guān)的細(xì)菌成分包括脂多糖（LPS）、DNA、RNA等，這種腸源性潛在有害物質(zhì)被稱為病原相關(guān)分子模式（PAMP），是引起組織炎癥的誘因［19］。

目前，研究最廣泛的PAMP是LPS。有研究顯示，NAFLD患者腸道中沃氏嗜膽菌、奇異菌屬、耳蝸形梭菌的增加和雙歧桿菌、擬桿菌屬和真桿菌的減少可以導(dǎo)致血清LPS濃度增加［20］。目前認(rèn)為這是由于腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致腸道通透性改變，從而促進(jìn)PAMP、損傷相關(guān)分子模式（DAMP）和LPS進(jìn)入門靜脈循環(huán)，通過TLR4信號傳導(dǎo)導(dǎo)致NLRP3的激活和肝臟炎癥。腸源性LPS的水平增加可以激活肝Kupffer細(xì)胞和星狀細(xì)胞上的TLR4及NLRP3表達(dá)，進(jìn)一步參與炎癥反應(yīng)過程［22］。TLR4活化過程可以激活髓樣分化因子88（MyD88）及下游的MyD88依賴性信號通路激活核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB），從而導(dǎo)致促炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-6、IL-8和IL-12及單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）的表達(dá)，加劇炎癥發(fā)展［21］。由于腸道菌群失調(diào)而導(dǎo)致的TLR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)還可導(dǎo)致外周血和實質(zhì)細(xì)胞中產(chǎn)生炎癥小體，其中NLRP3和NLRP6與腸道菌群失調(diào)引起的NASH密切相關(guān)。此外，由于活性氧（ROS）過度產(chǎn)生和內(nèi)源性抗氧化劑分子的缺乏，NAFLD中的氧化應(yīng)激增加，LPS和TLR4之間的相互作用促進(jìn)了氧化應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)NASH發(fā)病進(jìn)程［22］。

由于腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的腸道通透性增加，包括LPS在內(nèi)的各種有害細(xì)菌成分能夠通過腸道屏障進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，并進(jìn)一步激活各類促炎癥細(xì)胞因子，產(chǎn)生氧化應(yīng)激物質(zhì)、炎癥小體等，從而加劇NAFLD的炎癥發(fā)展和肝損傷。

4 內(nèi)源性乙醇在NAFLD發(fā)病中的作用機(jī)制

微生物組成特征的改變，尤其是大腸桿菌和其他腸桿菌科所引起的腸道菌群失調(diào)會增加其代謝產(chǎn)物內(nèi)源性乙醇的產(chǎn)生［23］。內(nèi)源性乙醇的增加能夠影響腸道通透性并破壞腸道緊密連接，使LPS和乙醇活化炎癥小體觸發(fā)TLR信號，從而進(jìn)一步刺激肝組織的炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致肝臟損傷［23］。內(nèi)源性乙醇還能通過形成ROS和活性氮引起氧化損傷和肝細(xì)胞壞死，并且對三羧酸循環(huán)產(chǎn)生抑制，從而增加乙酸鹽水平，促進(jìn)肝細(xì)胞甘油三酯的累積并加重肝損傷。在肝臟中，乙醇脫氫酶將乙醇代謝為有毒的乙醛，對肝臟產(chǎn)生不良作用［24］。

NAFLD引發(fā)的腸道菌群失調(diào)與埃希菌、擬桿菌、雙歧桿菌和肺炎克雷伯菌等可產(chǎn)生酒精的細(xì)菌有關(guān)［25］。ZHU等［26］研究了NAFLD患者腸道內(nèi)內(nèi)源性乙醇的產(chǎn)生，并觀察到與健康受試者或肥胖的非NASH患者相比，NASH患者的乙醇水平大幅增加。臨床研究表明，患有NAFLD的兒童血清中乙醇含量顯著升高，這與γ-變形菌和普雷沃菌豐度增加有關(guān)［27］。此外，由于乙醛的親電子特性，其易與細(xì)胞中蛋白質(zhì)和其他分子形成加合物，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能喪失。比如，細(xì)胞色素P450（CYP2E1）能夠代謝多種分子，將乙醇代謝的乙醛轉(zhuǎn)化為乙酸，積累有毒中間體，與肝臟中氧化應(yīng)激反應(yīng)水平密切相關(guān)［28］。

5 膽堿在NAFLD發(fā)病中的作用機(jī)制

膽堿是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要組成成分，對維持人體生長發(fā)育和行使代謝功能十分重要。膽堿參與肝臟脂質(zhì)和膽固醇代謝以及膽汁酸腸肝循環(huán)中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可以通過促進(jìn)極低密度脂蛋白向肝臟外轉(zhuǎn)運，進(jìn)一步促進(jìn)內(nèi)源性甘油三酯的運輸，而膽堿的缺乏導(dǎo)致肝臟中脂質(zhì)的積累［29］。通過腸道菌群的作用，可以將膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺（TMA），促進(jìn)NAFLD進(jìn)程。在膽堿缺乏時，TMA通過降低膽汁酸池的大小影響脂質(zhì)代謝和膽固醇穩(wěn)態(tài)，可以誘發(fā)NAFLD［30］。

TMA通過門靜脈循環(huán)在肝臟中與加單氧酶（FMOs）發(fā)生氧化反應(yīng)生成三甲胺-N-氧化物（TMAO）［31］。TMAO能夠通過增加血清炎癥細(xì)胞因子C-C基序趨化因子配體2（CCL2）的水平，促進(jìn)胰島素抵抗和脂肪組織炎癥［32］。有研究發(fā)現(xiàn)，TMAO能夠通過抑制膽汁酸介導(dǎo)的肝臟FXR信號通路，調(diào)控從頭脂肪生成基因SREBP-1c，加重NAFLD脂肪變性［33］。而TMAO也可以通過抑制參與膽汁酸代謝的兩種關(guān)鍵酶CYP7A1、細(xì)胞色素P450家族成員27A1誘導(dǎo)總膽汁酸池減少，從而進(jìn)一步加重NAFLD［34］。因此，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的膽堿缺乏會影響脂質(zhì)代謝，主要通過TMA和TMAO進(jìn)一步影響NAFLD進(jìn)程。

綜上所述，腸道菌群代謝產(chǎn)物SCFA、膽汁酸、細(xì)菌成分、內(nèi)源性乙醇、膽堿在NAFLD的發(fā)病過程中均起到重要作用。隨著RNA測序和宏基因組學(xué)等技術(shù)的飛速發(fā)展，更多的代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)NAFLD的機(jī)制將被挖掘出來，這對于通過調(diào)控腸道菌群代謝產(chǎn)物的方式改善NAFLD的進(jìn)展過程至關(guān)重要。但遺憾的是目前腸道菌群代謝產(chǎn)物與NAFLD相關(guān)的基礎(chǔ)性和臨床研究仍然不足夠，今后仍然需要更多基礎(chǔ)性和臨床性研究獲得更多的證據(jù)及結(jié)果來驗證在嚙齒動物模型上進(jìn)行的實驗結(jié)果，為研究調(diào)控腸道菌群改善NAFLD病情提供更多研究基礎(chǔ)和理論依據(jù)。