腸-微生物群-肝軸與代謝相關(guān)脂肪性肝病的研究進(jìn)展

楊小雄, 楊 帆, 魏小果

(1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;2. 甘肅省人民醫(yī)院干部消化科,甘肅 蘭州 730000)

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肝損害因素的,以肝臟脂肪變性為特征的病理綜合征,其疾病譜包括非酒精性肝脂肪變、非酒精性脂肪性肝炎、肝硬化和肝細(xì)胞癌。目前關(guān)于NAFLD患者過量飲酒的定義尚不明確,2020年經(jīng)亞太肝病學(xué)會研究決定將NAFLD重命名為代謝相關(guān)脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease, MAFLD)[1]。關(guān)于MAFLD發(fā)病機(jī)制尚不明確,目前比較認(rèn)可的是多重打擊學(xué)說,即胰島素抵抗、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、腸道菌群失調(diào)等多種因素共同作用于遺傳易感者。主要表現(xiàn)為當(dāng)機(jī)體能量攝入和消耗間出現(xiàn)不平衡時,會使各組織產(chǎn)生胰島素抵抗和腸道微生物群的改變,進(jìn)而加速肝臟中的脂肪堆積,導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷、肝臟炎癥、纖維化和癌變等。據(jù)統(tǒng)計,MAFLD的患病率已累及全球約25%的人口[2]。研究發(fā)現(xiàn),腸-肝軸紊亂、腸道微生物群失調(diào)與MAFLD發(fā)病密切相關(guān),包括腸黏膜屏障破壞、腸道細(xì)菌移位、膽汁酸(bile acids,BAs)代謝紊亂、肝臟炎性反應(yīng)等[3]。因此,本文基于腸-肝軸,對腸-微生物群-肝軸在MAFLD患者的發(fā)病機(jī)制及疾病防治中的重要作用展開綜述。

1 腸-微生物群-肝軸基本概念

腸-肝軸是指腸道和肝臟之間的一條經(jīng)膽管、門靜脈和體循環(huán)進(jìn)行雙向交流的通路。肝臟可將BAs和許多生物活性介質(zhì)通過門靜脈釋放體循環(huán)中,或通過膽道與腸道相通[4]。同時腸道將消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)、腸道細(xì)菌及其產(chǎn)物、內(nèi)毒素和炎性介質(zhì)等多種腸源性因子通過門靜脈系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到肝臟。近年來,隨著對腸道微生物群的不斷深入研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物群作為一個新的概念,被當(dāng)作一個“虛擬的代謝器官”,與腸-肝軸有著密切的聯(lián)系,二者共同參與機(jī)體的多項病理生理過程,其結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定對維持腸道和肝臟的正常功能至關(guān)重要[5]。腸-微生物群-肝軸失衡引起MAFLD,主要表現(xiàn)為微生物群落之間的不平衡、腸道與宿主之間共生關(guān)系的破壞,以及腸道通透性增加和肝臟炎癥的發(fā)生等[6]。因此,在腸道、微生物群和肝臟之間建立穩(wěn)定的聯(lián)系是很有必要的,維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)及肝臟代謝的平衡,可防止腸道通透性的增加、微生物及其產(chǎn)物的易位,從而延緩MAFLD的進(jìn)展。

2 腸-微生物群-肝軸與MAFLD的相關(guān)性肝損害

2.1腸-微生物群-肝軸與腸道屏障功能的變化 腸道屏障主要包括物理屏障、生化屏障和免疫屏障,是機(jī)體外環(huán)境和宿主內(nèi)部環(huán)境之間的界面[4]。而腸道微生物群在維持上皮屏障完整性方面具有重要意義,腸道屏障中的一種或多種成分的分解會破壞其完整性,導(dǎo)致腸道通透性增加。促使腸道通透性增加的主要驅(qū)動因素包括腸道炎癥和微生物群失調(diào)[7],這與高脂肪飲食、長期飲酒、長期使用抗生素[8],以及免疫介導(dǎo)的炎癥性疾病[9],如MAFLD、炎癥性腸病等有關(guān)。在MAFLD中,腸道微生物群失調(diào)和腸道通透性增加導(dǎo)致微生物及其產(chǎn)物易位,主要包括由細(xì)胞壁成分脂多糖和細(xì)菌DNA等組成的病原體相關(guān)分子模式,它們通過門靜脈系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到肝臟后,可特異性與肝Kupffer細(xì)胞和星狀細(xì)胞上的模式識別受體相結(jié)合從而誘導(dǎo)局部炎癥,最終導(dǎo)致肝臟炎癥和損傷,同時促進(jìn)肝臟纖維化的發(fā)生[10]。因此,由微生物群代謝產(chǎn)物介導(dǎo)的炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)以及肝臟炎癥反應(yīng)與MAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[11],所以維持腸道屏障的完整性,減少微生物群及其代謝產(chǎn)物易位對于MAFLD的診治具有重要的意義。

2.2腸道微生物群代謝產(chǎn)物的變化

2.2.1膽堿和膽堿相關(guān)代謝物 膽堿主要從飲食中獲得,肝臟也可少量產(chǎn)生。臨床研究已證實,膽堿是人體所必需的營養(yǎng)素,它的缺乏是導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生MAFLD的主要原因,因為膽堿在維持肝功能的同時參與機(jī)體的新陳代謝[12]。其中磷脂酰膽堿通過促進(jìn)極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)從肝臟中排泄和膽鹽的溶解、分泌,從而減少甘油三酯在肝臟中積累及肝臟脂肪變性的發(fā)生[13-15]。研究表明,異常VLDL介導(dǎo)的甘油三酯分泌是MAFLD發(fā)生的主要機(jī)制[16]。因此,肝細(xì)胞中VLDL排泄的減少可降低體內(nèi)的膽堿水平從而導(dǎo)致MAFLD的發(fā)生[17]。另外,膽堿在腸道細(xì)菌相關(guān)酶的作用下轉(zhuǎn)化為三甲胺,經(jīng)門靜脈循環(huán)到達(dá)肝臟后轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺,大量氧化三甲胺的產(chǎn)生導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生的磷脂酰膽堿水平降低,加劇甘油三酯在肝臟中的累積,導(dǎo)致MAFLD等肝損傷相關(guān)性疾病的發(fā)生[18]。

2.2.2BAs BAs是以肝細(xì)胞中的膽固醇為原料合成的兩親性類固醇分子,經(jīng)腸道細(xì)菌相關(guān)酶代謝,對于維持腸道微生物群穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)代謝、胰島素敏感性和機(jī)體固有免疫至關(guān)重要,在腸-微生物群-肝軸的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)BAs通過十二指腸到達(dá)小腸時,可結(jié)合膽道中的其他成分促進(jìn)甘油三脂、膽固醇和脂溶性維生素等的乳化和吸收,大約95%的BAs在回腸末端被重吸收并運(yùn)回肝臟,其余5%被腸道微生物群分解形成次級BAs,經(jīng)被動運(yùn)輸進(jìn)入門靜脈循環(huán)最后到達(dá)肝臟,肝臟回收BAs并將其分泌到膽道,完成BAs的“肝腸循環(huán)”[19]。BAs除了具有維持腸上皮屏障完整性從而防止腸道細(xì)菌過度生長的抗菌特性,還可與相應(yīng)受體結(jié)合,如法尼醇X受體(farnesoid X receptor,FXR)和G蛋白偶聯(lián)受體(g -protein-coupled receptor,GPCR),作為信號分子來調(diào)節(jié)糖脂代謝和能量穩(wěn)態(tài)[20]。BAs與腸細(xì)胞中表達(dá)的FXR結(jié)合,促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長因子19的轉(zhuǎn)錄,成纖維細(xì)胞生長因子19通過門靜脈到達(dá)肝臟,抑制肝細(xì)胞中膽固醇轉(zhuǎn)化為BAs的限速酶(膽固醇7α羥化酶)的表達(dá),從而導(dǎo)致肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇和血清低密度脂蛋白水平升高,形成調(diào)節(jié)BAs產(chǎn)生的反饋系統(tǒng)[21-22]。當(dāng)BAs代謝紊亂則無法抑制腸道細(xì)菌的過度生長,從而加重肝臟的炎癥免疫反應(yīng),最終導(dǎo)致肝臟的脂肪變性向炎癥和纖維化方向進(jìn)展。雖然BAs激活受體被視為治療代謝紊亂性疾病的潛在治療靶點,但具體機(jī)制尚不清楚[23]。腸道微生物群與腸-肝軸通過復(fù)雜的相互作用及嚴(yán)格的調(diào)控機(jī)制維持BAs代謝的平衡,但二者在體內(nèi)如何相互影響及其在MAFLD致病過程中的具體機(jī)制尚不明確,可能與FXR的激活有關(guān),仍需進(jìn)一步探索。

2.2.3短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA) SCFA是飲食與腸道微生物群間相互作用的產(chǎn)物,是宿主的主要能量來源,可通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的增殖、分化以及內(nèi)分泌等功能,從而影響腸道運(yùn)動,加強(qiáng)腸道屏障功能和宿主代謝。目前關(guān)于腸道微生物群與MAFLD之間的研究多涉及腸道產(chǎn)生的SCFA的變化,最常見的如丙酸鹽和丁酸鹽[24]。丙酸鹽可與GPCR43結(jié)合,維持機(jī)體的免疫防御系統(tǒng)[25]。丁酸鹽具有雙重作用,又稱“丁酸鹽悖論”,它既可誘導(dǎo)結(jié)腸細(xì)胞增殖,影響結(jié)腸上皮再生,從而調(diào)節(jié)腸道屏障的完整性,也可通過調(diào)節(jié)腸內(nèi)神經(jīng)元直接影響腸道運(yùn)動[26-27]。最新研究發(fā)現(xiàn),循環(huán)中SCFA的增加與脂肪細(xì)胞脂解增加和脂肪生成的減少有關(guān)[28],如單獨使用丙酸鹽可減少肝臟脂肪的增加[29]。SCFA通過與游離脂肪酸受體2結(jié)合從而抑制胰島素刺激脂肪細(xì)胞的脂質(zhì)積累,導(dǎo)致脂肪細(xì)胞的敏感性增高,從而減少脂肪細(xì)胞的炎癥浸潤[30]。SCFA也可特異性結(jié)合在脂肪組織和肝臟中表達(dá)GPCR,如GPCR41和GPCR43,從而抑制脂肪細(xì)胞中的胰島素信號傳導(dǎo),減少脂肪組織中的脂肪堆積并促進(jìn)其他組織中的糖脂代謝[31]。SCFA通過作用于腸道,促進(jìn)腸L細(xì)胞分泌更多的胰高血糖素樣肽-1,從而誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞分泌胰島素,改善胰島素抵抗及全身葡萄糖代謝,降低肝臟脂質(zhì)堆積的風(fēng)險,并改善全身慢性炎癥[32]。另外,SCFA除了可上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá),還可加速緊密連接的形成,從而阻止細(xì)菌或其細(xì)胞壁成分的易位,降低肥胖和胰島素抵抗相關(guān)的代謝性疾病的炎癥級聯(lián)反應(yīng)[33]。綜上,腸道微生物群失調(diào)促使腸道SCFA含量進(jìn)一步減少,從而加速代謝相關(guān)性疾病的進(jìn)展。然而有研究發(fā)現(xiàn),大量SCFA的產(chǎn)生加速機(jī)體從食物殘渣中吸收更多的能量,導(dǎo)致肥胖的發(fā)生[34]。關(guān)于大量SCFA的產(chǎn)生對于MAFLD的預(yù)后是否有益,目前尚無定論。

2.2.4乙醇 乙醇在腸道表達(dá)的酒精代謝酶如醇脫氫酶、醛脫氫酶等的作用下,代謝為乙醛及乙酸鹽,肝臟可通過調(diào)節(jié)乙醇代謝途徑影響機(jī)體乙醇的循環(huán)水平[35]。大多數(shù)MAFLD患者伴有內(nèi)源性乙醇及其代謝物如乙醛和乙酸鹽循環(huán)水平的增加,這些代謝物獨立地與肝損傷性疾病有關(guān)[36]。其中乙醛除了與腸道屏障的破壞及微生物產(chǎn)物易位有關(guān),還與下調(diào)腸道中抗菌肽的表達(dá)有關(guān)[37],從而引發(fā)全身炎癥和適應(yīng)性宿主免疫反應(yīng),加速代謝相關(guān)性疾病的進(jìn)展[38]。乙酸在MAFLD中具有刺激和抑制食欲的雙重作用,但二者如何在體內(nèi)保持動態(tài)平衡及參與代謝性疾病的相關(guān)機(jī)制,我們目前尚不清楚。通過無菌小鼠的實驗發(fā)現(xiàn),乙醇代謝相關(guān)基因在肝臟中的表達(dá)增加,從而使肝臟脂肪變性加劇。因此推測腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物乙醇等在MAFLD中的扮演重要角色[39]。

3 MAFLD基于腸-微生物群-肝軸的治療

3.1鐵代謝及鐵死亡抑制劑 鐵死亡是指鐵過度積累和脂質(zhì)過氧化,其特征是鐵依賴性脂質(zhì)過氧化引起的細(xì)胞程序性死亡的一種新形式。研究表明,鐵超載在MAFLD患者中普遍存在,鐵誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化是MAFLD的主要誘因之一[40]。在MAFLD中,肝細(xì)胞中蓄積的大量脂質(zhì)誘導(dǎo)肝細(xì)胞中的鐵以細(xì)胞外囊泡的形式排出,然后進(jìn)入鄰近的肝星形細(xì)胞,最終使肝細(xì)胞缺鐵和肝星狀細(xì)胞鐵超載。缺鐵的肝細(xì)胞沿缺氧誘導(dǎo)因子-2α(hypoxia inducible factors-2α,HIF-2α)-ATF4信號傳導(dǎo),增強(qiáng)肝細(xì)胞脂肪生成和胰島素抵抗。在肝星形細(xì)胞中,鐵超載引起活性氧水平升高和氧化應(yīng)激,從而促進(jìn)鐵死亡和肝纖維化的進(jìn)程[41]。Das等[42]通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn),腸道微生物群可通過抑制HIF-2α的表達(dá)來限制鐵的吸收。因為鐵的吸收主要受HIF-2α的調(diào)節(jié)[43]。此外,腸道微生物群也可以通過抑制HIF2α-ATF4信號傳導(dǎo)減輕肝細(xì)胞脂肪生成和胰島素抵抗。而鐵超載會改變腸道微生物群多樣性,使其抑制HIF2α的能力減弱。到目前為止,鐵死亡在MAFLD中的作用尚未完全闡明。Tong等[44]通過研究鐵死亡抑制劑利普他汀-1在 MAFLD小鼠模型中的治療效果,發(fā)現(xiàn)利普他汀-1可降低MAFLD小鼠模型的肝脂肪變性、線粒體參與的氧化應(yīng)激,減輕肝損傷和纖維化的程度。一些以鐵死亡為靶標(biāo)的藥物,如索拉非尼、柳氮磺吡啶等也被廣泛報道,這使得鐵死亡可能成為治療MAFLD的關(guān)鍵靶點[45]。這些證據(jù)表明,鐵死亡在MAFLD的病理進(jìn)展中起關(guān)鍵作用,抑制鐵死亡可能有助于維持腸-微生物群-肝軸的穩(wěn)定以及延緩MAFLD的進(jìn)展。

3.2微生態(tài)制劑 腸道微生物群失衡和腸源性內(nèi)毒素可改變腸道通透性,進(jìn)而使腸源性內(nèi)毒素通過肝腸循環(huán)吸收入血,最終導(dǎo)致肝臟炎癥和MAFLD。益生菌、益生元及合生元等相互作用,共同參與腸道微生物群穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié),為MAFLD提供了一個可能的治療靶點。目前最常用的是傳統(tǒng)益生菌,包括雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬。周響等[46]通過臨床研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,加用益生菌輔助治療2個月的MAFLD人群肝功能和炎癥因子水平明顯改善,肝脂肪變程度下降。這與鐘明月等[47]的研究結(jié)果相一致,外源性補(bǔ)充益生菌可能起到輔助治療MAFLD的作用。薈萃分析發(fā)現(xiàn),益生菌與谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶水平的降低密切相關(guān),這表明益生菌補(bǔ)充劑可能通過調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成和代謝對肝功能起保護(hù)作用[48]。在最近的小鼠實驗中發(fā)現(xiàn),人工益生菌如表達(dá)人ADH1B的益生菌,可減少腸道對酒精的吸收,減輕酒精引起的肝損害[49]。有關(guān)小鼠血清的非靶向代謝組學(xué)分析表明,羅伊乳桿菌作為一種腸道益生菌,可以顯著增加腸道微生物衍生的代謝產(chǎn)物,如吲哚及其衍生物,從而調(diào)節(jié)cGMP/cAMP信號軸的作用途徑,在減輕肝臟炎癥、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和抑制肥胖方面發(fā)揮的重要作用[49]。此外,益生菌還可以通過產(chǎn)生SCFA來改善MAFLD[50]。最新研究發(fā)現(xiàn),一類名為NGPs新型益生菌在治療MAFLD方面顯示出巨大的治療潛力,但還需要大量的臨床實驗去證實[51]。

3.3抗T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng) 目前,除了胰島素抵抗、氧化應(yīng)激和脂肪毒性等常見致病因素外,免疫細(xì)胞,特別是T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)在MAFLD中的作用越來越受到重視。MAFLD和T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)之間的這種相互作用也與肝-腸免疫串?dāng)_和腸道微生物群失衡有關(guān)。臨床試驗表明,益生菌可減輕腸道CD8+T細(xì)胞對肝臟的影響,進(jìn)而改善輕度、中度、重度MAFLD患者的肝脂肪變性[52]。動物實驗中,益生菌表面的脂質(zhì)抗原促進(jìn)了小鼠肝臟自然殺傷細(xì)胞的增殖,進(jìn)而改善小鼠肝臟脂質(zhì)積累和胰島素抵抗[53]。綜上,說明通過T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)調(diào)控腸道微生物群是治療MAFLD的潛在靶點。

4 小結(jié)與展望

腸道微生物群參與機(jī)體多種生命活動,如腸道屏障的形成、糖脂代謝及全身抗炎免疫的調(diào)節(jié)。它不僅向鄰近的器官和組織發(fā)出信號,而且向機(jī)體遠(yuǎn)處的器官和組織發(fā)出信號,并干擾例如腦-腸軸、肝-腸軸以及宿主的免疫系統(tǒng)。宿主和腸道微生物群之間的共同代謝產(chǎn)物,如膽堿、BAs、SCFA 、乙醇等的肝腸循環(huán)參與許多腸-肝軸疾病的發(fā)病機(jī)制,最典型的如MAFLD。因此,應(yīng)用抗生素選擇性地消耗不同的微生物群或使用鐵死亡抑制劑、微生態(tài)制劑,甚至糞菌移植來調(diào)節(jié)腸道微生物群將可能成為預(yù)防和治療MAFLD的潛在新靶點。腸道微生物群作為導(dǎo)致MAFLD患者腸道和肝臟損害的核心因素,試圖通過腸-微生物群-肝軸的這樣一個較為全面的概念,使我們對腸道微生物群在MAFLD患者肝損害致病過程中的重要作用有了新的認(rèn)識,并為理解MAFLD的發(fā)病機(jī)制和防治措施提供新思路。