腸道菌群-過氧化物酶體增殖物激活受體信號通路及其在代謝相關脂肪性肝病發病中的作用研究進展

劉應莉，王艷榮，張秋瓚

(天津市第四中心醫院 南開大學附屬第四中心醫院消化科，天津 300140)

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是除外過量飲酒和其他明確肝損害因素導致的肝內脂肪過度沉積，分型上包括非酒精性單純性脂肪肝(NAFL)和非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、脂肪性肝硬化，是全身性代謝性疾病的一部分。NALFD全球流行率約25%[1]，其中約10%～25%為NASH，高達25%的NASH可進展為肝硬化、肝衰竭、肝細胞癌[2]，NAFLD已成為人類健康的一大威脅，相關治療藥物的臨床研究均未通過三期臨床實驗，故目前對NAFLD缺少特異性的治療方法。2020年國際肝病專家組提出，用代謝相關脂肪性肝病(Metabolic associated fatty liver disease，MAFLD)替代1980年沿用至今的NAFLD，并提出新的MAFLD診斷標準：基于肝臟脂肪沉積(肝細胞脂肪變性)的組織學(肝活檢)、影像學和血液生物指標證據，且合并以下3項條件之一：超重或肥胖，2型糖尿病，代謝功能障礙[3]。傳統觀點認為，MAFLD發生機制為“二次打擊學說”。現有研究[4]表明，脂質代謝障礙、氧化應激、免疫炎癥反應和胰島素抵抗在MAFLD的發生與發展過程中有著重要的作用。MAFLD發病首要環節是脂質代謝紊亂，過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR)是調節脂質和糖代謝的關鍵性受體，在MAFLD的發病中具有重要作用。近年來，隨著對腸道菌群研究的深入，發現腸道菌群與NAFLD發病關系密切，并與PPAR之間相互作用。現就腸道菌群和PPAR在MAFLD發病中的作用進行綜述。

1 腸道菌群作用

人體腸道菌群主要由細菌、病毒和真菌構成，其微生物數量約3.8×1013個[5]。消化道內定植細菌種類超過1000種，其基因組數量是人類的10倍[6]。存在于人體消化道內的細菌主要分為厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門4個門類，約占所有菌群的99%以上，健康成人的腸道中以擬桿菌門和厚壁菌門為主[7]。消化道內定植于黏膜表面的菌群與人體免疫系統相關，而管腔內的腸道菌群與食物的消化吸收相關[8]。不同人群因其年齡、飲食結構、壓力和地理位置等因素差異，其腸道菌群豐度亦存在明顯差異，并處于動態平衡[9-10]。腸道菌群在調控腸道發育，調節宿主營養和代謝、膽汁酸代謝，防止病原菌定植，維持腸道屏障和免疫功能等方面均有重要作用，與肥胖、糖尿病、炎癥性腸病、代謝綜合征、MAFLD、心血管疾病等關系密切[11]，是近年來研究熱點。

2 PPAR作用

PPAR隸屬于核受體家族，在機體生長發育、炎癥和代謝過程中起重要作用。PPAR包括PPAR-α、PPAR-β/δ以及PPAR-γ。PPAR-α激活后的靶基因多參與組織中脂質和糖代謝，尤其在肝臟、肌肉、心臟等高耗氧組織，進一步增加極低密度脂蛋白的脂解作用，上調參與促進膽固醇流出和膽固醇逆向轉運的轉運蛋白表達，增強脂肪酸的攝取氧化和抗炎，減少極低密度脂蛋白微粒的生成，降低血漿甘油三酯水平，參與膽汁淤積、脂肪變性、糖代謝異常等肝臟代謝性疾病的病理生理過程[12]。PPAR-α常作為治療肝臟代謝性疾病藥物靶點之一。PPAR-β/δ在骨骼肌、胃腸道、心臟、脂肪組織中表達，可以調節骨骼肌脂肪酸分解代謝，改善脂肪組織脂質代謝。PPAR-γ在脂肪組織、結腸和免疫細胞中表達，主要功能為調節脂質吸收、沉積以及脂肪細胞因子分泌，改善胰島素抵抗[13]。

3 腸道菌群-PPAR信號通路概述

在機體內PPAR的表達和腸道菌群的組成均具有晝夜節律性特點。腸道菌群的節律性變化引起腸道內營養物質的改變，進一步調節編碼肝臟轉錄因子的節律性表達，腸道菌群紊亂可造成肝臟PPAR基因表達網絡和肝臟晝夜節律的紊亂[14]，對宿主能量代謝、免疫炎癥反應和腸黏膜屏障功能產生影響。腸道菌群可以直接或間接作用于PPAR：厚壁菌門和梭桿菌門是強有效的PPAR-γ激活因子；放線菌可部分激活PPAR-γ；Akk菌可以降低PPAR-γ表達；玫瑰桿菌、腸玫瑰桿菌和舟形梭桿菌通過產生丁酸激活PPAR-γ[15]。經抗生素處理的小鼠，其腸道內厚壁菌門和梭桿菌門等產丁酸菌群減少，下調PPAR-γ的信號傳導，引起結腸內硝酸鹽水平升高，限制氧在腸腔內的生物利用度(造成腸道厭氧環境改變)，造成腸上皮能量代謝異常(丁酸鹽β-氧化減少)，引起腸道黏膜屏障功能障礙，繼而出現消化不良[16]。腸道內革蘭陰性菌細胞壁成分脂多糖(LPS)能夠與機體內的Toll樣受體(TLR)結合，進一步調控生物鐘相關基因的表達，造成腸上皮細胞晝夜節律紊亂，引起PPAR-α表達下調，造成機體高皮質醇分泌狀態，影響宿主新陳代謝[17]。動物和細胞實驗證實，PPAR-γ還可以抑制LPS激活的TLR-4/核轉錄因子κB(NF-κB)信號通路，抑制炎癥反應[18]。PPAR-γ激活后還可以誘導單核巨噬細胞向M2型抗炎巨噬細胞分化[19]。M2型巨噬細胞激活對于保護小鼠免受飲食誘導的肥胖是必需的[20]。另一項實驗[21]也證實，PPAR-γ激活可以通過抑制NF-κB信號通路降低高脂飲食誘導的M1極化，最終減少肝臟局部炎癥和肝脂肪變性。可以看出，腸道菌群-PPAR-γ信號通路在維持腸道菌群穩態、調節機體能量代謝、維持腸道黏膜屏障功能、調節免疫反應中起著重要作用。

4 腸道菌群-PPAR信號通路在MAFLD發病中的作用

4.1 調節MAFLD機體能量和脂質代謝 臨床研究[22]顯示，約77% NASH患者存在腸道細菌過度生長，而正常人群只有31%存在腸道細菌過度生長。腸道菌群可以發酵宿主不能消化的碳水化合物，增加宿主對食物營養物質的吸收[23]，造成肝臟新生脂肪增加，機體肝臟脂質供應增加，最終引起肝細胞內質網應激，從而導致肝細胞損傷；同時，線粒體β-氧化和酯化作用異常，形成高甘油三酯血癥，引起MAFLD的發生[24]。肝細胞PPAR-α缺失引起脂肪酸分解代謝障礙，造成全身脂肪酸代謝紊亂以及肝臟脂質沉積，引起MAFLD的發生，提示肝細胞PPAR-α對全身脂肪酸穩態是必需的，對MAFLD有保護作用[25]。在高脂飲食(HFD)小鼠MAFLD模型中，肝臟PPAR-α基因表達上調了2倍，移植正常小鼠糞菌后，HFD喂養的小鼠PPAR-α表達顯著降低，表明腸道微生物群與PPAR-α表達水平之間存在關聯[26]。外源性補充乳酸菌可以上調PPAR-α的表達，進而促進脂肪酸β-氧化，同時還可以降低炎癥介質如TLR4、白介素-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平，以減輕脂肪變性，從而有效地治療MAFLD[27]，提示調節腸道菌群-PPAR-α信號通路具有治療MAFLD的作用。

4.2 參與調節腸道黏膜屏障功能和免疫炎癥反應 腸道黏膜屏障功能破壞可引起腸黏膜通透性增加，引起LPS入血增多[28]。血液中LPS可被細胞膜上TLR和細胞內核苷酸寡聚化結構域樣受體識別，其中TLR4激活將啟動幾種不同的細胞內信號級聯反應，誘導合成多種炎性細胞因子(特別是TNF-α)，進一步引起炎癥反應、氧化應激和胰島素抵抗[29]。此外，LPS還可以激活肝內枯否細胞表面的TLR4，激活肝臟星狀細胞，造成肝纖維化[30]。研究[31]證實，腸道黏膜屏障功能障礙參與了MAFLD的發生。通過研究高脂飼料喂養的MAFLD小鼠模型發現，肝臟脂肪變性與厚壁菌門、變形菌門和疣菌門的增加有關，與桿菌屬、乳酸菌屬、副擬桿菌屬菌群減少有關，而補充乳酸菌屬可以增加腸道內擬桿菌和擬副桿菌數量，提高肝臟PPAR-α的表達，降低β-羥基-β-甲基戊二酰輔酶A還原酶和甾醇調節蛋白的表達，從而逆轉內毒素血癥和肝臟脂肪變性，并上調腸緊密連接蛋白閉鎖蛋白和閉鎖連接蛋白-1的表達，增強上皮屏障的完整性，改善腸道屏障功能[32]。干酪乳桿菌可以通過上調肝臟PPAR-γ表達來抑制促炎性TLR4信號級聯反應，防止果糖誘導的MAFLD的發生。乳酸菌也可以增加PPAR-γ的表達，進一步抑制細胞外信號調節激酶、c-Jun N末端激酶、p38和絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化過程，減少炎性介質的產生，防止腸道黏膜損傷[33]，起到保護肝細胞的作用。

4.3 腸道菌群代謝產物通過PPAR作用于MAFLD機體 不同腸道菌群可產生不同代謝產物。腸球菌和類桿菌與糞便中氨基酸濃度呈負相關；擬桿菌屬與膽堿含量呈正相關；普雷沃菌屬和梭菌屬與糞便中膽堿含量呈負相關；類桿菌屬、丹毒桿菌屬、沙門菌屬和腸球菌屬與糞便中脫氧膽酸水平呈正相關；普雷沃菌屬、巴氏桿菌屬、Alistipes與脫氧膽酸濃度呈負相關；普雷沃菌屬、巴氏桿菌屬、Alistipes與糞便中短鏈脂肪酸(SCFAs)濃度呈正相關；擬桿菌屬、腸球菌屬、丹毒桿菌屬與糞便中SCFAs呈負相關[34]。SCFAs通過調節PPAR-γ信號通路的腺苷一磷酸(AMP)活化蛋白激酶共同調節肝臟中脂質和葡萄糖穩態[35]，對MAFLD具有治療作用。乙酸可以通過上調AMP蛋白激酶信號通路激活PPAR-α，從而阻止肝臟脂肪沉積[36]。此外，腸道菌群產生的丙酸鹽和丁酸鹽可以通過激活PPAR-γ進一步激活AMP蛋白激酶通路，上調解偶聯蛋白-2的表達，促進肝細胞自噬，維持肝臟正常內環境[37]。

5 結 語

MAFLD的發病是多因素、多環節、多通路共同作用的結果。其中，脂質代謝紊亂為其首要發病環節，可進一步引起氧化應激、炎癥反應和胰島素抵抗等病理過程。腸道菌群-PPAR信號通路具有維持腸道菌群穩態、調節機體能量代謝、維持腸道黏膜屏障功能、調節免疫反應等作用。在MAFLD發病過程中，調節腸道菌群-PPAR信號通路可以促進脂肪酸β-氧化，調節脂質代謝紊亂，維護腸道黏膜屏障功能的完整性，減少LPS吸收入血，抑制免疫炎癥反應，逆轉內毒素血癥和肝臟脂肪變性。此外，腸道菌群代謝產物亦可以作用于PPAR，進一步調節肝臟脂質和葡萄糖穩態，阻止肝臟脂肪沉積。研究該信號通路有助于加深對MAFLD的發病機制的認識，并為MAFLD的治療提供新思路。