腸道菌群和膽汁酸通路在非酒精性脂肪性肝病發病中的作用

孫夢園， 向曉星

1 揚州大學 醫學院， 江蘇 揚州 225009； 2 揚州大學臨床醫學院 消化內科， 江蘇 揚州 225001

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是除外酒精性肝病、病毒性肝炎、藥物性肝損傷等可導致肝脂肪變性的明確病因、經組織病理學或影像學證實肝脂肪過度沉積的一組疾病，包括非酒精性單純性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)以及相關肝纖維化、肝硬化和肝細胞癌[1]。NALFD與肥胖、胰島素抵抗、代謝綜合征關系密切，被認為是代謝綜合征的相關肝臟病變，國際上已主張更名為代謝相關脂肪性肝病(MAFLD),也有研究[2-3]證明NALFD是促進代謝綜合征發生發展的始動因素。NALFD的發病機制較為復雜，除代謝相關因素外，鑒于腸道菌群失調與宿主多種疾病的發展相關，肝臟與腸道在解剖及功能上相互關聯，已有多項研究證明腸道菌群可能通過多種途徑參與NAFLD的病理發生，包括與膽汁酸代謝的相互作用[4]。膽汁酸不僅可以促進脂質物質的吸收，還可作為信號分子與多種受體結合調節自身合成、葡萄糖與脂質代謝、能量代謝及免疫細胞功能[5]。NALFD患者膽汁酸組成發生變化，并伴有特定菌群改變，提示膽汁酸代謝參與NALFD發生發展[6]。

1 腸道菌群與膽汁酸的相互作用

1.1 腸道菌群調節膽汁酸合成與代謝 肝細胞以膽固醇為原料通過多步復雜的酶促反應生成初級游離膽汁酸(膽酸和鵝脫氧膽酸，在小鼠體內為膽酸和β-鼠膽酸)，主要通過兩種途徑實現，即經典途徑和替代途徑，經典途徑為人類肝臟合成膽汁酸的主要途徑，膽固醇7α羥化酶(cholesterol 7a-hydroxylase，CYP7A1)為其限速酶，CYP7A1的水平和活性可控制膽汁酸池容量[7]。法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)主要分布于肝臟及回腸，膽汁酸可作為其內源性配體，鵝脫氧膽酸為FXR的最適配體，回腸FXR接受膽汁酸刺激后可分泌產生成纖維細胞生長因子19/15(fibroblast growth factor 19/15，FGF19/15)，隨后經門靜脈進入肝臟與成纖維細胞生長因子受體4結合激活細胞外信號調節激酶(ERK1/2)，抑制CYP7A1基因的轉錄從而減少膽汁酸的生成[5]。腸道細菌可調節回腸FXR活性，常規喂養的小鼠與無菌小鼠相比，其膽汁酸池容量明顯減少，研究發現無菌小鼠體內存在較高水平的牛磺-β-鼠膽酸，其可作為FXR的抑制劑參與調控FXR-FGF15途徑，且經抗生素處理后的常規喂養小鼠體內?；?β-膽酸水平顯著升高[7]。

膽酸和鵝脫氧膽酸可分別與甘氨酸或?；撬峤Y合生成相應的結合型膽汁酸，然后作為膽汁的重要成分分泌儲存至膽囊中，餐后隨著膽囊收縮進一步分泌入腸道，大部分結合型膽汁酸在回腸末端通過頂端鈉離子依賴性膽汁酸轉運體被主動重吸收經門靜脈重新入肝，腸道細菌可通過刺激GATA4轉錄因子抑制頂端鈉離子依賴性膽汁酸轉運體的表達，從而減少膽汁酸的重吸收[8]。少部分結合型膽汁酸在腸道微生物產生的膽鹽水解酶(bile salt hydrolase, BSH)作用下去結合為游離膽汁酸，BSH分布于腸道微生物種群所有主要門和古生菌中，主要為雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、梭菌屬(Clostridium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、李斯特菌屬(Listeria)和擬桿菌屬(Bacteroides)[9]。去結合的膽酸和鵝脫氧膽酸可在結腸細菌7α脫羥化酶作用下分別生成脫氧膽酸和石膽酸，研究發現具有7α脫羥化酶活性的細菌主要是梭菌屬和真桿菌屬(Eubacterium)，部分腸道菌群還可產生羥基類固醇脫氫酶，其可逆性氧化和差向異構化C3、C7和C12上的羥基，在體內，鵝脫氧膽酸7α羥基可經氧化和差向異構化后生成熊去氧膽酸，差向異構化作用減少了疏水性膽汁酸對肝臟的毒性損害[9-10]。脫氧膽酸和少量石膽酸在結腸部位重吸收，剩余石膽酸直接經糞便排出。

1.2 膽汁酸調節腸道菌群組成 膽汁酸對腸道菌群有雙重作用，其可抑制膽汁酸敏感細菌的生長和促進膽汁酸耐受細菌的增殖，表現為特定膽汁酸菌株特異性，現認為革蘭陰性菌較革蘭陽性菌具有更強的膽汁耐受性。膽汁酸可破壞敏感菌細胞膜的完整性，表現為濃度依賴性[11]。含有兩個羥基的膽汁酸較其他膽汁酸具有更強的細胞毒性，且α羥基型膽汁酸較其氧代衍生物和β羥基型差向異構體的殺菌活性更強[12]。膽鹽可引起細菌體內氧化性DNA損傷[13]。此外，膽汁酸還可激活受體FXR誘導一氧化氮合酶和抗菌肽基因表達從而產生間接抑菌作用[14]。

膽汁酸可參與膽汁酸耐受細菌的生長過程和增強其生物學功能，?；悄懰岷胸S富的有機硫，其可促進沃氏嗜膽菌(Bilophilawadsworthia)的大量增殖[15]。膽汁酸可促進沙門氏菌(Salmonella)、單核細胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)等致病菌生物膜的形成，從而有助于其抵抗機體防御系統或抗生素的作用，另外膽汁酸也可刺激腸道共生菌乳桿菌和雙歧桿菌菌株生物膜的生成[16]。口服?；悄懰岷透拾蹦懰崾沟脭M桿菌門(Bacteroidetes)豐度下降和厚壁菌門(Firmicutes)豐度升高，其與高脂飲食誘導的腸道菌群的變化具有相似性，高脂飲食可促進膽汁酸釋放，以初級結合膽汁酸升高為主，高脂飲食通過誘導特定膽汁酸的生成改變腸道菌群的組成，而耐受細菌對膽汁酸的耐受能力也存在差異，某些細菌(如擬桿菌屬)表現為短期或低濃度耐受，長期或高濃度敏感[17]。

2 腸道菌群在NAFLD中的作用

部分研究發現NASH患者小腸細菌過度生長，以革蘭陰性菌為主，伴有腸道通透性增加，導致細菌及其代謝產物脂多糖經門靜脈進入肝臟，脂多糖通過識別Kupffer細胞、肝星狀細胞表面的Toll樣受體以及細胞內NOD樣受體促進炎癥細胞因子的釋放，誘導炎癥反應、胰島素抵抗和肝纖維化，NAFLD患者腸道內可產生內源性乙醇的細菌增多，如埃希氏菌屬(Escherichia)，內源性乙醇可能通過破壞腸道屏障和促進氧化應激引起肝損傷[18]。 厚壁菌門和變形菌門(Proteobacteria)在NAFLD中的豐度升高，這兩種菌門具有代謝膽堿產生三甲胺的作用，隨后經肝臟氧化生成氧化三甲胺，引起的膽堿生物利用度降低可減少極低密度脂蛋白的合成和釋放，而增加的氧化三甲胺可增加胰島素抵抗及促進肝臟對外部脂肪酸的攝取[18-19]。NAFLD患者腸道菌群組成改變、多樣性降低，大部分研究顯示其中擬桿菌門與厚壁菌門的豐度比值降低，目前研究發現NAFLD中埃希菌屬、Dysgonomonas和嗜膽菌屬(Bilophila)豐度升高，這些腸道條件致病菌調節NAFLD的機制包括增加內毒素血癥、產生內源性乙醇、促進炎癥反應和胰島素抵抗等，而普拉梭菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、Alistipes、雙歧桿菌、Akkermansiamuciniphila在NAFLD中的豐度下降，它們通過促進短鏈脂肪酸的生成或尚未明確的機制維持腸道黏膜的完整性、抑制病原菌的生長和抗炎癥反應來改善NAFLD，而普氏菌屬(Prevotella)也可促進短鏈脂肪酸的生成從而增加能量攝入和保護腸上皮屏障，但普氏菌屬在成年和兒童NAFLD患者中分別表現出降低和增加風險的作用，考慮年齡可影響其功能變化[20-23]。腸道菌群對多種因素敏感，因此，在今后的研究中需要考慮種族、年齡、服用藥物、并發疾病等混雜因素的影響。

3 膽汁酸代謝調節NAFLD的機制

膽汁酸池容量及膽汁酸組成受到催化酶活性、膽汁酸受體、腸肝循環次數及腸道菌群等的影響，在肝臟中，膽汁酸激活FXR誘導小異源二聚體伴侶轉錄，進一步抑制CYP7A1有效轉錄因子肝臟同系物1的轉錄活性，從而引起CYP7A1活性降低，減少膽汁酸合成，另外，小異源二聚體伴侶還可作用于肝細胞核因子4α從而抑制膽酸合成分支酶，即甾醇12α羥化酶的表達[24]。有研究發現，NAFLD患者糞便、血清及肝臟內總膽汁酸水平升高，但也有研究顯示NAFLD患者與非NAFLD對照之間的血漿總膽汁酸水平無明顯差異，可能與疾病診斷和分期的評估方法不一致有關，部分研究缺乏病理學證據，一致的是隨著肝纖維化程度的加重，血清膽汁酸水平逐步升高[25-26]。因此，NAFLD膽汁酸池容量的變化可能與NAFLD嚴重程度呈正相關。膽汁酸通過激活FXR參與脂質及葡萄糖代謝，在肝臟中，激活FXR可通過誘導過氧化物酶體增殖物激活受體α和肉堿棕櫚酰轉移酶的表達以促進脂肪酸氧化，促進小異源二聚體伴侶表達可抑制甾醇調節元件結合蛋白1c和脂肪合成關鍵基因的表達從而抑制脂肪從頭合成，抑制炎癥反應，此外，FXR還可調節脂蛋白脂肪酶調節劑的表達促進甘油三酯清除，并可能通過促進FGF21的釋放調節能量、物質代謝[24,27]。腸道FXR激活促進FGF19釋放，FGF19進入肝臟后可減少脂質生成、脂質凋亡和內質網應激，分泌至外周脂肪組織中可增強其生熱作用[24]。高血糖和胰島素抵抗為NAFLD的危險因素，高水平葡萄糖通過激活碳水化合物反應元件結合蛋白上調肝臟中脂肪合成基因的表達，研究發現，FXR誘導產生的FGF15/19可促進肝糖原的生成以及抑制糖異生基因調節因子cAMP反應元件結合蛋白的活性從而抑制糖異生，空腹血糖受損及2型糖尿病患者血漿中FGF19明顯下降，證明其在肝臟葡萄糖代謝中具有重要作用[27-28]。鵝脫氧膽酸激活FXR可逆轉抗炎癥脂肪因子和促炎癥因子之間的失衡狀態來改善胰島素敏感性，減少肝臟異常脂肪沉積[29]。G蛋白偶聯受體5(G protein-coupled receptor5，TGR-5)為膽汁酸另一受體，其分布于腸道及腸外多種組織，石膽酸具有最強的激活能力。TGR-5可增強脂肪組織的生熱作用增加能量代謝，促進腸道內分泌L細胞釋放胰高血糖素樣肽-1改善胰島素抵抗以及抑制細菌產物誘導的巨噬細胞激活[5]。

4 腸道菌群與膽汁酸相互作用對NAFLD的影響

研究發現，NASH患者血清脫氧膽酸相對含量明顯升高，而鵝脫氧膽酸相對含量明顯下降，伴有甘氨酸和?；撬岽x細菌豐度增加以及FGF19水平下降，細菌代謝產物脫氧膽酸的增加可能通過抑制肝臟FXR信號加重肝內脂質代謝紊亂[30]。NAFLD患者血清甘氨膽酸和甘氨脫氧膽酸的相對含量增高，且與進展期肝纖維化獨立相關，伴隨毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)的豐度增高，梭菌簇XIVa中的某些菌群屬于毛螺旋菌科，其可代謝初級膽汁酸為次級膽汁酸，異常增多的脫氧膽酸可增加腸道通透性及促進炎癥因子的釋放從而引起肝損傷[31]。血漿總膽酸與總鵝脫氧膽酸的比值在NASH患者中明顯升高，且具有較高水平的脫氧膽酸，結合型膽酸水平與肝脂肪變性、小葉炎癥、肝纖維化嚴重程度呈正相關，膽酸激活FXR的能力較鵝脫氧膽酸弱，FXR信號通路表達受到抑制[32]。腸道菌群代謝產物氧化三甲胺可增加高脂飲食小鼠血清?；悄懰岬乃剑渫ㄟ^抑制肝臟FXR信號促進肝臟脂肪變性[33]。沉默甾醇12α羥化酶使膽酸水平下降，可減少高脂飲食小鼠腸道脂質的吸收以及促進膽固醇的清除分解，從而減少肝臟脂肪從頭合成[34]。合生元可降低肝臟中膽酸和脫氧膽酸水平，增加FXR和TGR5最適配體鵝脫氧膽酸和石膽酸水平，增加西方飲食喂養的FXR敲除小鼠胰島素敏感性，減少肝臟脂肪沉積和炎癥反應[35]。腸道特異性FXR激動劑可增加腸道中Acetatifactor和擬桿菌屬的豐度，二者可通過水解和脫羥基化反應促進石膽酸的生成，進一步激活TGR5/cAMP信號促進能量代謝及白色脂肪組織棕色化，胰高血糖素樣肽-1的釋放增加有利于改善肝臟胰島素敏感性和脂質代謝[36]。

不同腸道菌群所具有的膽鹽水解酶和7α脫羥化酶的活性不同，代謝膽汁酸的能力存在差別，且可能對結合膽酸及結合鵝脫氧膽酸的敏感性存在差異，特定菌群豐度的變化引起其敏感膽汁酸轉化生成的終產物水平發生改變，最終導致膽汁酸組成失衡，并可能通過抑制FXR和TGR5信號通路、增加腸道通透性促進內毒素血癥加重肝脂肪變性和纖維化。因此，需要進一步研究不同菌群酶解活性和對不同膽汁酸的敏感性，以更準確的闡述腸道菌群調節各級膽汁酸作用于NAFLD的機制。

膽汁酸改變同樣可影響腸道菌群組成及功能從而參與NAFLD發生發展，膽汁淤積可引起小腸細菌過度生長，予以?；悄懰岷透拾蹦懰嵛故车男∈笫饶懢鷮俸妥冃尉T等機會致病菌的豐度升高，而部分有益菌(如Akkermansiamuciniphila)的豐度降低[17]。?；悄懰岽龠M沃氏嗜膽菌生長，沃氏嗜膽菌可加重高脂飲食小鼠葡萄糖代謝紊亂、誘導腸道黏膜及全身炎癥反應并損害腸道屏障，肝組織表現為脂肪含量增加[37]。NASH患者腸血管屏障破壞，且早于肝脂肪變性，FXR激動劑可激活WNT/β-catenin信號通路修復損害的腸道屏障從而減少細菌及其毒性產物的移位[38]。

5 小結

NAFLD已成為慢性肝病的主要病因，其發病機制尚未完全闡明，近年來腸道菌群、膽汁酸及二者相互作用對NAFLD的影響受到關注，腸道菌群通過調節膽汁酸組成及其受體功能促進脂質、葡萄糖、能量代謝紊亂和促炎癥狀態，繼發的膽汁酸變化進一步促進機會致病菌的生長及損害腸道屏障引發內毒素血癥(圖1)，但具體作用機制仍需進一步探討，靶向腸道菌群及膽汁酸治療具有潛在的臨床價值。

作者貢獻聲明：孫夢園負責撰寫論文；向曉星負責指導撰寫文章、修改論文、經費支持。