腸道菌群與非酒精性脂肪肝關系的研究進展

劉曉貞 徐積兄

(南昌大學第一附屬醫院，江西 南昌 330006)

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是代謝綜合征的肝臟表現，是全球最常見的慢性肝病。腸道菌群在NAFLD發病機制中發揮重要作用。腸道菌群可通過影響能量代謝、誘導內毒素血癥、產生內源性乙醇、調節膽汁酸和膽堿代謝等多種機制促進NAFLD的發病。益生菌和益生元等腸道菌群靶向治療在許多動物研究中已獲得積極的療效。本研究對腸道菌群與NAFLD關系的研究進展進行綜述。

1 NAFLD概述

NAFLD是指排除過量飲酒、病毒感染或其他肝臟疾病，以肝臟脂肪異常累積為特點的臨床病理綜合征。NAFLD由一系列肝臟疾病組成，包括單純肝脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及NASH相關性肝硬化和肝細胞癌〔1〕。隨著全球肥胖的流行，NAFLD的發病率不斷上升，現已成為世界范圍內最常見的慢性肝病〔2〕。NAFLD是一種與胰島素抵抗和遺傳易感性相關的肝臟疾病，其確切機制目前尚不十分清楚。Day等〔3〕首次提出“二次打擊”學說，第一次打擊是肝臟中三酰甘油(TG)累積增加，而第二次打擊是脂質氧化應激誘發肝實質炎癥，最終導致NASH。研究人員還提出“多因素共同打擊”學說，即在單純脂肪變性之前或之后，炎癥可能與多種因素如脂毒性、氧化應激、線粒體功能障礙和鐵超載共同促進NASH的發生〔4〕。迄今為止，沒有任何藥物制劑已被許可用于特定的NAFLD治療。推薦的NAFLD治療仍然局限于改變生活方式，包括調整飲食和適當的體力活動〔5〕。因此，探索NAFLD發病的確切機制，鑒定NAFLD治療的新靶點具有重要的臨床意義。

2 腸道菌群與NAFLD

腸道微生物群是一組與宿主協同作用的共生微生物群。成人腸道微生物群由細菌、病毒、原生動物、古細菌、真核生物、酵母和寄生蟲組成，其中大部分為細菌，稱為腸道菌群。腸道菌群包含超過1014個細胞，超過1 000種不同的細菌種類，基因組數量多達30萬個基因，是人類基因組數量的150倍〔6〕，被稱為“人體第二基因組”。人體內的腸道菌群并非固定不變，它很容易受到遺傳、飲食、藥物及衛生環境等多種因素的影響。Liu等〔7〕通過給予SD大鼠不同類型的飲食發現，高脂肪和高糖飲食對NAFLD的誘導作用與熱量攝入無關，而與腸道菌群的變化有關，提示腸道菌群可能在NAFLD的發病中起重要作用。

由于肝臟和腸道通過門靜脈相連，使肝臟更容易暴露于易位的細菌，細菌產物，脂多糖和炎癥介質中。在正常的生理條件下，腸道屏障可阻止腸腔內細菌及細菌衍生產物或毒素向腸腔外轉移。然而，在某些病理條件下，腸道屏障的破壞可導致細菌及其代謝產物的易位和免疫系統的異常活化，引發肝臟炎癥和損傷。腸道與肝臟之間的相互作用，也被稱為腸-肝軸。因此，作為連接腸道與肝臟的重要結構，腸-肝軸在NAFLD的發病機制中起關鍵作用〔8〕。

3 腸道菌群參與NAFLD發病的機制

3.1腸道菌群與能量代謝 腸道菌群在人類和嚙齒動物能量代謝中發揮重要作用。動物研究顯示，將來自常規飼養小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠體內，無菌小鼠的體內脂肪量在2 w內增加了60%〔9〕。該團隊進一步研究發現，腸道菌群通過小腸黏膜促進單糖的吸收，后者可加速脂肪酸從頭合成并抑制腸細胞中空腹誘導的脂肪細胞因子(Fiaf)，導致脂肪細胞中TG累積，表明腸道菌群可作為重要的環境因素促進宿主能量儲存與吸收。

此外，腸道菌群還能將難消化的膳食多糖加工成短鏈脂肪酸(SCFAs)，主要包括乙酸、丙酸、丁酸，在調節宿主能量代謝中發揮重要作用。一方面，SCFAs可為宿主提供能量。研究發現，丁酸鹽是結腸上皮細胞的重要能量來源〔10〕，從腸道吸收的SCFAs可提供身體總熱量的10%。另一方面，SCFAs還可通過調節胃腸肽的分泌增加宿主能量吸收。SCFAs通過結合G蛋白耦聯受體(GPR)43，刺激胰高血糖素樣肽(GLP)-1產生和釋放，抑制胃腸蠕動，胃腸轉運時間延長，使宿主從飲食吸收的能量增加〔11〕。因此，腸道微生物及其代謝產生的SCFAs通過增加宿主能量吸收，促進肥胖及其相關代謝性疾病如NAFLD的發病。

3.2腸道菌群與內毒素血癥 最近的一項研究發現，內毒素血癥與一般人群中NAFLD的發病相關〔12〕。最早的動物實驗顯示，給野生型小鼠連續輸注低劑量脂多糖(LPS)可導致肝脂肪變性，肝臟胰島素抵抗和肝臟重量增加〔13〕。腸道菌群失調可引起腸道屏障功能受損，使腸道滲透性增加，導致細菌及細菌產物(尤其是LPS)由腸腔易位至血液。易位的微生物及其產物由門靜脈進入肝臟，激活肝臟內不同細胞(包括Kupffer細胞、星狀細胞和肝細胞)上的Toll樣受體(TLR)，誘導產生一系列炎性細胞因子如腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-1、IL-6等，刺激肝臟促炎和促纖維化途徑〔14～16〕，最終促進NAFLD的發病。

此外，小腸細菌過度生長(SIBO)也被認為與NAFLD的發病有關。SIBO中異位微生物群可導致小腸上皮細胞間連接松散，使腸道屏障通透性增加，促進細菌副產物(如LPS)流入門靜脈系統中，誘發肝臟炎癥和脂肪變性。一項納入38例確診為NASH的患者和12例無脂肪肝的腸易激綜合征患者的臨床研究發現，與對照組相比，低度SIBO在NAFLD患者中患病率更高〔17〕。Kapil等〔18〕的研究發現，在32例NAFLD患者中，有12例(37.5%)檢測到SIBO，與沒有SIBO的患者相比，SIBO患者的內毒素水平及TLR4信號基因表達顯著增加。因此，腸道菌群可通過誘導代謝性內毒素血癥促進NAFLD的發病。

3.3腸道菌群與膽汁酸代謝 膽汁酸在肝臟脂質代謝中發揮重要作用。除了促進腸道中脂肪，膽固醇和脂溶性維生素的吸收外，膽汁酸還可以作為信號分子調節各種生理過程〔19,20〕。膽汁酸主要通過激活其下游的法尼醇X受體(FXR)調節機體代謝，FXR激活可降低肝臟TG含量和血清TG水平，改善胰島素抵抗和高血糖〔21〕。一項隨機、安慰劑對照臨床研究發現，給予FXR激動劑奧曲膽酸口服治療72 w可明顯改善NAFLD患者的生物化學和組織學特征〔22〕。因此，膽汁酸受體通過調節肝脂質平衡、葡萄糖代謝和調節膽汁酸穩態，影響NAFLD的發病。

腸道菌群富含膽汁酸水解酶(BSH)，可使結合膽汁酸解耦聯從而直接影響膽汁酸代謝。此外，腸道菌群還可通過激活FXR間接影響膽汁酸代謝。在動物模型中觀察到，腸道菌群失調可導致非結合膽汁酸水平升高，抑制FXR信號傳導，導致產生脂質毒性和促進脂肪酸合成的神經酰胺的產生增加〔23〕。然而，也有研究發現，腸道FXR拮抗劑可減輕肝脂肪變性，減少神經酰胺和固醇調節原件結合蛋白(SREBP1)信號傳導〔23〕。動物研究顯示，用抗生素或tempol治療的小鼠肝臟TG累積減少。由于結合膽汁酸代謝物顯著增加，抑制腸類FXR信號傳導，引起小鼠的回腸和血清中神經酰胺水平的降低，導致肝臟SREBP1C的下調和從頭脂肪生成減少〔24〕。腸道菌群通過影響膽汁酸代謝，調節膽汁酸受體功能來影響NAFLD的發病。

3.4腸道菌群產生內源性乙醇 內源性乙醇與NAFLD的發病密切相關。內源性乙醇是許多腸道細菌物種的代謝物，被腸道吸收后通過門靜脈到達肝臟，在肝臟經乙醇脫氫酶氧化，形成乙酸和乙醛。其中乙酸是脂肪酸合成的底物，而乙醛可產生活性氧，促進脂質過氧化。因此，乙醇代謝可誘導TG在肝臟中累積和肝臟脂質的氧化應激，從而實現“二次打擊”假說的兩個步驟，最終促進NAFLD的發病〔25〕。此外，乙醇也可能通過增加腸道黏膜通透性，誘導內毒素血癥來促進NAFLD〔26〕。

嚙齒動物實驗模型顯示，肥胖小鼠呼吸乙醇含量增加，用新霉素處理后消失〔27〕。在NASH患者中也檢測到乙醇水平升高，該研究還發現，NASH患者的微生物組中酒精生產細菌(特別是大腸桿菌)的數量增加與血液中乙醇濃度升高有關，表明腸道菌群是造成NAFLD患者內源性乙醇產生增加的原因〔28〕。此外，還有研究發現，在NASH患者肝臟中檢測到乙醇代謝相關酶即乙醇脫氫酶，過氧化氫酶和醛脫氫酶的表達明顯增加〔29〕。這些結果表明，腸道菌群產生的內源性乙醇可作為肝毒素促進NAFLD的發病。

3.5腸道菌群與膽堿代謝 膽堿是存在于細胞膜中的一種重要的磷脂成分，可通過膳食攝入及內源性合成。膽堿是肝臟合成磷脂酰膽堿的甲基供體之一，而后者是極低密度脂蛋白(VLDL)合成和分泌所必需的。因此，膽堿在肝臟脂質轉運中起著至關重要的作用〔30〕。膽堿缺乏使VLDL合成和分泌受阻，導致TG在肝臟中累積增加，促進NAFLD發病〔31〕。

腸道菌群可代謝膳食中的膽堿并改變其生物利用度，導致膽堿缺乏。Spencer等〔32〕在對嚴格控制飲食的健康女性進行的縱向實驗研究中顯示，膽堿缺乏導致肝臟脂質積聚，該團隊還發現，腸道菌群中的γ-變形菌減少和腸肝菌的增加與肝臟脂肪的變化直接相關。腸道菌群通過產生催化膽堿轉化為甲胺的酶而參與膽堿代謝，當被肝臟吸收時可誘發炎癥。由腸道菌群產生的酶可催化膳食膽堿轉化為有毒的甲胺(二甲胺和三甲胺)，這些有毒性的甲胺被肝臟攝取轉化為三甲胺-氮氧化物(TMAO)，后者可誘發肝臟炎癥〔33〕。因此，腸道菌群失調可以通過降低膽堿水平和增加毒性甲胺來促進NAFLD。

4 益生菌和益生元

益生菌是指活性微生物，當給予足夠量時，對宿主帶來健康益處。在小鼠和嚙齒動物的模型中，用鼠李糖乳桿菌GG 和干酪乳桿菌菌株Shirota干預后，肝臟脂肪變性在生物化學和組織學水平均改善，揭示了這兩種乳桿菌菌株在飲食誘導NAFLD/NASH中潛在的保護作用〔34〕。最近一項包含134例NAFLD/NASH患者的隨機試驗的薈萃分析表明，益生菌療法可以減少NAFLD患者的肝臟轉氨酶，總膽固醇，TNF-α，并改善胰島素抵抗〔35〕。另一項隨機臨床試驗表明，益生菌“共生因子”可降低NAFLD患者的肝臟脂肪，轉氨酶活性及TNF-α和IL-6水平〔36〕。因此，益生菌可調節腸道菌群并阻止NAFLD的進展。

益生元是指一組非消化性食物成分，可選擇性地改變結腸中某些細菌的生長或活性，對人體健康產生益處。動物研究顯示，在蛋氨酸-膽堿缺乏小鼠模型中，補充膳食果寡糖可使胃腸微生物群和腸上皮屏障功能恢復正常，并減少脂肪性肝炎〔37〕。一項安慰劑對照試驗發現，低聚果糖補充可改善NASH患者組織學證實的肝脂肪變性〔38〕。這些結果表明益生菌和益生元在治療NAFLD方面的巨大潛力，為其臨床治療治療提供了新的方向和途徑。

綜上，腸道菌群及其代謝產物可通過上述多種機制影響NAFLD的發病。益生菌和益生元等腸道微生物靶向治療已在動物模型獲得積極療效，但目前相關的臨床研究較少。由于腸道菌群易受各種外界因素的影響，并且不同患者間腸道菌群組成存在差異，因此需要更大樣本量的研究明確腸道菌群影響NAFLD的確切機制。隨著現代研究技術的進步，調節腸道菌群有望成為臨床NAFLD治療的新方法。