非酒精性脂肪性肝病患者腸道菌群及其代謝產物的作用

孫婷婷

隨州市中心醫院消化內鏡室 (湖北 隨州市， 441300)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除酒精和其他明確因素如病毒性肝炎、藥物性脂肪肝等所致,與胰島素抵抗以及代謝綜合征密切相關的疾病, 包括單純性脂肪肝(NAFL)及由其演變的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化、肝硬化以及肝癌。NAFLD發病呈全球化流行趨勢，近年來其發病率逐年提高并呈低齡化起病。2016年一項對22個國家的86項研究的薈萃分析結果顯示，NAFLD的總體患病率為25.24 %(22.10 %～28.65 %)，中東和南美的患病率最高，非洲的患病率最低。2014年我國流行病研究的薈萃分析結果發現，NAFLD的患病率為20.09 %[1]。但NAFLD的發病機制尚未完全清楚，肝臟作為門靜脈血流的首過器官，與腸道菌群和腸源性物質不僅在解剖上而且在功能上有著密切的聯系，腸道微生態系統含有人體最大的貯菌庫及內毒素池，菌種達500～1 000余種，總重量約1 000 g，基因組更是人體基因組的150多倍[2]，隨著檢測手段的發展，越來越多的研究結果顯示，腸道菌群失衡參與NAFLD的發生和發展，而恢復腸道微生態平衡則有望成為防治NASH的新策略。

1 脂肪性變和脂肪性肝炎

目前對脂肪性變或脂肪性肝炎患者腸道菌群組成的檢測研究有限，實驗結果也不盡相同。Mouzaki等[2]通過對膳食脂肪攝入和IBM進行線性回歸調整后，對糞便菌群進行qPCR檢測，結果提示與單純性脂肪肝患者及健康對照組相比，NASH患者糞便中的擬桿菌門百分比是下降的，而其他菌屬(包括梭狀芽孢菌、雙歧桿菌屬、埃希氏桿菌屬和古生菌)在兩組之間無明顯差異性。然而，Zhu等[3]的一篇文章顯示擬桿菌的豐度又是有所增加的，在其實驗中分別對NASH、肥胖、健康對照組的腸道菌群進行16SrRNA焦磷酸測序，結果顯示擬桿菌門與正常對照組相比，在肥胖和NASH組中成6倍值的增加。而雙歧桿菌屬的豐度在健康對照組、肥胖組、NASH組是逐漸減少的；厚壁菌門的豐度與健康對照組相比，在肥胖和NASH組中是降低的；梭菌屬在所有組中具有相近的表達；變形桿菌門、腸桿菌科、埃希氏桿菌屬的過表達在肥胖和NASH患者微生物群里存在一致性顯著性差異。另一個實驗卻揭示了在NAFLD患者中厚壁菌屬含量的增加，Raman等[4]在這個試驗中通過多標記焦磷酸測序對肥胖NAFLD患者和健康對照組的糞便微生物進行檢測，結果提示在NAFLD患者中乳酸桿菌屬和厚壁菌屬的過表達差異有統計學意義。

Malaguarnera M等[5]將66例NASH患者隨機分為共生元組(即長雙歧桿菌和益生元)和對照組，經過24周的治療發現共生元組的炎癥標志物(即腫瘤壞死因子-α，C反應蛋白)以及脂肪變性和NASH活性指數顯著下降。研究表明體重增加、脂肪堆積、脂肪性肝炎之間存在因果關系，無菌飼養的小鼠體內脂肪總量低于攜帶正常腸道微生物的小鼠，將正常小鼠的腸道菌群移植至無菌小鼠腸道內，其甘油三酯可增加兩倍，肝臟的脂肪從頭生成表達更高[6]。腸道菌群的改變減少了肝臟脂肪生成和血漿甘油三酯，從而顯示出人類中微生物群和肝臟之間的第一個代謝聯系之一。腸道菌群的發酵作用增加了盲腸和門靜脈血液中短鏈脂肪酸的豐度，其中乙酸鹽和丙酸鹽的濃度都加倍，丙酸鹽可以穿過腸屏障并通過門靜脈血液到達肝臟，通過作用于脂肪生成中涉及的幾種限速酶的轉錄而抑制脂肪生成，而乙酸鹽可作為膽固醇或脂肪酸合成的前體[7]。腸道中的細菌可發酵碳水化合物而產生短鏈脂肪酸(SCFAs),其中以乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽總含量為最高，三者約占短鏈脂肪酸的90%～95%，短鏈脂肪酸不僅具有氧化供能的作用，而且還有維持水電解質平衡、抗病原微生物及抗炎、調節腸道菌群平衡、改善腸道功能、調節免疫、抗腫瘤和調控基因表達等重要作用。

Zhu和Raman 等[3，4]分別對外周血乙醇進行監測以及糞便揮發性有機化合物(VOC)進行氣相色譜分析-質譜分析，結果顯示與對照組相比，實驗組外周血以及糞便中的乙醇含量顯著性升高。Zhu[3]等研究了NASH兒童和肥胖兒童相比，血液中乙醇濃度顯著性升高，而腸道中變形菌門、腸桿菌科、埃希氏菌屬的豐度亦顯著增加，結合對微生物豐度的表達，考慮系產乙醇細菌的過度生長可能導致了實驗組血乙醇含量的增加。而內源性乙醇的產生促進了自由脂肪酸和氧化應激，加強了產乙醇細菌在NAFLD病理過程中的角色[8]。乙醇的高毒性代謝產物——乙醛及其代謝衍生物，可損害各種細胞器和酶的結構功能；刺激免疫系統，誘發免疫反應性肝損害；損害線粒體脂肪酸的β氧化，引起脂質過氧化反應，抑制谷胱甘肽的生物合成，減弱超過氧化物酶等抗氧化功能[9]。也可通過引起緊密連接的重新分布以及改變細胞內信號傳導途徑，導致腸黏膜上皮細胞緊密連接破壞和大分子的細胞旁通透性升高，從而破壞腸黏膜屏障。由于腸黏膜屏障的破壞，所以內生性乙醇的增多往往伴隨著腸源性內毒素通過門靜脈進入肝臟的增加，導致肝臟的損害[10]。

2 肝纖維化和肝硬化

Minicis等[11]通過結扎介導肝纖維化小鼠模型，對無菌小鼠經口灌腸分別移植高脂飲食和正常對照小鼠腸道菌群后觀察得出，高脂飲食組小鼠肝纖維化程度比對照組增加，其腸系膜淋巴結活檢顯示一個高密度的感染，提示高脂飲食組小鼠腸道細菌移位。通過焦磷酸測序檢測，顯示高脂飲食組小鼠腸道G-變形桿菌比例較對照組增加，雙歧桿菌比例較對照組減少。與健康者相比，肝硬化患者腸道致病菌比例更高，原著細菌比例更低。Liu等[12]通過基于16SrRNA的PCR-變性梯度凝膠電泳檢測了正常人和肝硬化患者腸道所有菌群，并證實其差異有統計學意義。且通過實時PCR檢測證實了與健康對照組相比，肝硬化組腸桿菌科和腸球菌科的增加有顯著性差異。Bajaj等[13]通過對肝硬化代償期和失代償期患者腸道菌群進行對比發現，失代償期患者毛螺菌科、瘤胃菌科、梭狀芽胞桿菌等原著細菌分類顯著減少，而葡萄球菌科、腸桿菌科等致病菌顯著增多。與健康對照組相比，肝硬化惡化患者的紫單胞菌科含量是顯著性下降。Kakiyama等[14]通過與對照組相比，肝硬化患者腸道致病菌腸桿菌科的豐度是更高的，毛螺菌科、瘤胃菌科的豐度是降低的。

大量實驗證實肝纖維化時G-菌等致病菌含量增多，其中變形桿菌和厚壁菌屬是兩種專性產酶菌，可催化膽堿轉化為甲胺，三甲胺經腸粘膜吸收入肝臟，在肝臟內氧化代謝為氧化三甲胺。血漿氧化三甲胺通過促進前膽固醇轉運和抑制膽固醇逆向轉運加速動脈硬化。而且，氧化三甲胺加速糖耐量損傷，阻礙肝臟胰島素信號，促進脂肪組織炎癥，已有大量研究證實血漿氧化三甲胺與腎功能損傷、結直腸癌、冠心病有明確的相關性[15]。氧化三甲胺含量增多和膽堿含量的減少均可引起機體損傷。膽堿是細胞膜和線粒體膜的重要組成部分，乙酰膽堿在脂質代謝、第二信使信號轉導、膽固醇和膽汁酸的肝腸循環代謝等生理過程中起著重要作用，因此，膽堿缺乏可引起脂肪肝的形成[16]。Melanie等[17]研究了低膽堿飲食介導脂肪肝及腸道微生態的改變之間的聯系。在這個研究中，15名健康女性接受為期2個月的不同膽堿水平的飲食干預，其中包括10 d的正常飲食(包含550 mg膽堿，50 mg甜菜堿/70 kg體重)，42 d的低膽堿飲食(<50 mg膽堿，6 mg甜菜堿/70 kg體重)。結果顯示低膽堿飲食干預后腸道菌群的組成與脂肪肝的形成具有相關性。以甲硫氨酸-膽堿缺乏的飲食喂養小鼠4周后可以復制NAFLD或NASH的模型，表現為肝酶升高、肝臟甘油三酯沉積和脂質過氧化發生。在動物實驗中，高脂喂養小鼠可以刺激腸道菌群膽堿轉化為酶的活性增強，從而導致宿主膽堿生物利用度的下降，發生NAFLD[18]。

肝纖維化時原著菌群減少導致膽汁酸的代謝紊亂。膽汁酸的早期解離、7α-脫羥基以及脫氫依賴于細菌。無菌小鼠膽汁酸的合成增多，同時糞便膽汁酸減少，膽汁酸池的蓄積增多，這進一步論證了膽汁酸的合成、代謝以及在回腸末端的吸收與腸道細菌有關。回腸細菌分泌的成纖維細胞生長因子19(Fgf19)通過門靜脈循環至肝臟減少膽固醇7-α羥化酶(Cyp7A1)的轉錄，膽固醇7-α羥化酶(Cyp7A1)是膽汁酸合成的限速酶[19]。膽汁酸除了促進脂肪、膽固醇、脂溶性維生素在小腸內的吸收，也作為一種信號分子調節一系列的生理過程。這些過程包括膽汁酸自身代謝的平衡、脂蛋白和葡萄糖的代謝等，因此，膽汁酸和它們的代謝物在肝臟內甘油三酯、膽固醇和葡萄糖的平衡中起著重要的作用。膽汁酸平衡及其調節信號途徑的失調促進了NALFD的發展[20]。膽汁酸有強效的抗菌活性，然而腸道菌群的組成對膽汁酸的代謝也產生了強大的影響。例如小鼠體內膽酸(CA)含量的增加可以促進梭狀芽胞桿菌豐度的增加[2]。高脂飲食介導的代謝改變了包括膽汁酸改變，而這些改變是與腸道菌群的重塑有關，同時膽汁酸的失調也改變了腸道菌群的組成，腸道菌群的改變通過影響脂質和能量代謝又促進了NAFLD的形成[21]。此外腸道微生物組介導的膽汁酸代謝可通過NKT細胞調節肝癌。改變小鼠體內共生腸道細菌可誘導肝臟NKT細胞增加及干擾素α 增加，體內研究表明NKT細胞介導肝臟的選擇性腫瘤抑制作用。NKT細胞的聚集由肝竇內皮細胞通過CXCL16的表達調控，而CXCL16的表達是由腸道微生物介導的初級到次級膽汁酸的轉化控制[22]。

3 腸道菌群定向治療NAFLD

越來越多NAFLD形成中腸道菌群功能的證據對腸道菌群定向預防或治療NAFLD策略提供了重要的基本原理。最常用的腸道菌群干預方法包括補充益生菌、益生元和合生元，或者是抗生素的治療。

在臨床，益生菌VSL#3或者是與其他益生菌的合用體被用于NAFLD患者的治療，結果顯示血漿中轉氨酶、TNF-a和氧化應激在治療3個月后較前好轉。此外，除了直接調控，益生菌也可以抑制有害細菌在小腸黏膜的粘附，減少炎癥反應，加強宿主免疫功能，而這些在肝臟慢性損傷的治療中也有療效[23]。

益生元是一類不可降解食物作料，包括果聚糖、低聚糖、乳果糖、抗解淀粉等其他。這些食物作料不能直接被人體吸收和利用。他們必須在腸道細菌作用下轉化成可吸收代謝分子比如短鏈脂肪酸SCFAs(乙酸、丙酸、丁酸)，益生元能刺激有益菌的生長例如乳酸桿菌和雙歧桿菌，達到保護宿主代謝的作用[24]。此外益生元可以調控宿主的食欲和能量代謝，通過改變各種腸道多肽的釋放。在肥胖動物，飲食果聚糖增加10 %可使腸道厭食神經多肽(PYY，GLP-1)的釋放增加，同時使刺激食欲的饑餓素減少。在GLP-1受體缺陷的動物模型中益生元調節的飽腹感被進一步證實。益生元能提高腸道內源性大麻素，降低腸壁通透性，減弱內毒素代謝和最終減少脂肪積累，阻止肥胖和NAFLD的形成[25]。

共生元是益生菌和益生元的結合。在NASH患者中，研究者通過持續的雙歧桿菌和低聚果糖治療6個月，觀察患者血清ALT、AST變化，結果表明共生元治療的患者AST水平與對照組相比是顯著性降低的，這表明共生元在治療NASH患者中的潛在優勢[26]。

盡管有關益生菌、益生元、共生元的相關有益證據已經獲取，但其中一些結果在不同實驗、臨床實驗中有差異。考慮到腸道內大量細菌數量和組成，這里有許多明確的因素可以導致同一益生菌治療結果的不一致，比如益生菌制備工藝、宿主基因、飲食、生活習慣等。同時，也包括微生物靶向治療結果的檢測準確度，這些需要進一步試驗和大規模的臨床調查。

4 總結

隨著DNA測序技術的快速發展，越來越多與NAFLD相關的特異性菌種將被逐步發現，從而進一步帶動發病機制的研究。然而，現有研究在所得結果之間有著巨大差異，可能是由于樣本量小，患者隊列的變異性，不同的采樣技術以及分析方法等原因。為進一步說明腸道菌群與NAFLD之間的關系，需要進行大規模前瞻性研究以及連續性采樣，此外也要充分考慮飲食、藥物使用、抽樣法等其他可能導致差異的原因。腸道菌群在NAFLD發病中起著重要的作用，其相互影響機制有待于進一步研究。