腸道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的研究進(jìn)展

辜雪蓮 李俊峰 毛小榮

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)被認(rèn)為是全球范圍內(nèi)最常見的慢性肝臟疾病，它是導(dǎo)致肝轉(zhuǎn)氨酶升高、隱源性肝硬化和肝細(xì)胞癌(HCC)的重要原因[1]。據(jù)報(bào)道NAFLD影響全球約1/4的人口，過(guò)去20年間我國(guó)NAFLD的發(fā)病率總體呈逐年上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)截至2030年我國(guó)NAFLD患病人數(shù)將達(dá)31 458萬(wàn)例[1-2]。NAFLD相關(guān)HCC發(fā)病率增長(zhǎng)迅速并造成沉重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，美國(guó)成人肝移植數(shù)據(jù)表明2002～2012年NAFLD相關(guān)HCC肝移植需求增加近10倍[3]。然而NAFLD發(fā)病機(jī)制仍不明確，研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群是導(dǎo)致肝毒性氧化應(yīng)激的潛在來(lái)源。腸道微生物在NAFLD診斷及治療方面亦具潛力。本文就腸道菌群導(dǎo)致NAFLD發(fā)病機(jī)制及臨床應(yīng)用前景進(jìn)行綜述。

一.腸道菌群與NAFLD

腸道菌群是指定居在胃腸道的細(xì)菌群落，腸道中有超過(guò)100萬(wàn)億的細(xì)菌，其復(fù)雜的基因組是人類基因組的150倍[4]。2011年Arumugam M等首次依據(jù)腸道優(yōu)勢(shì)菌群分布豐度的不同提出了腸道微生物分型的概念，他們將復(fù)雜的菌群組成劃分為擬桿菌、瘤胃球菌和普氏菌3種腸型[5]。研究發(fā)現(xiàn)NAFLD患者腸道微生物優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生改變并且微生物組成豐度及多樣性降低[6]。相對(duì)于健康人群NAFLD患者腸道中擬厚壁菌、變形桿菌水平顯著增加[6, 7]。此外擬桿菌及厚壁桿菌比例失調(diào)可能與NAFLD發(fā)病相關(guān)，但其具體比例在不同人種存在差異[8]。腸道菌群組成與NAFLD分期有一定相關(guān)性。研究證實(shí)擬桿菌和埃希菌豐度增加與NAFLD晚期纖維化密切相關(guān)[9]。厚壁菌在輕、中度NAFLD(G1)組豐度更高，變形菌在晚期肝纖維化組(G2)豐度更高[6]。

二.腸道菌群介導(dǎo)NAFLD發(fā)病的具體機(jī)制

(一)腸道通透性增加 肝臟與腸道解剖及生理功能通過(guò)門靜脈、膽道系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)，腸道通透性變化與肝臟疾病的發(fā)生及進(jìn)展關(guān)系密切[10]。Miele等首次證明腸道菌群過(guò)度生長(zhǎng)導(dǎo)致腸道通透性增加，這種“腸漏”機(jī)制導(dǎo)致細(xì)菌成分入血形成慢性內(nèi)毒素血癥[11]。在動(dòng)物模型中觀察到細(xì)菌脂多糖(LPS)可降低緊密連接蛋白ZO-1表達(dá)使腸上皮緊密連接受損，導(dǎo)致細(xì)菌跨過(guò)上皮細(xì)胞緊密連接穿梭至肝內(nèi)細(xì)胞[12]。LPS等病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)通過(guò)Toll樣受體(TLR)激活核因子κB(NF-κB)產(chǎn)生TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6等多種炎性細(xì)胞因子介導(dǎo)肝細(xì)胞損傷[13]。PAMPs還參與激活肝星狀細(xì)胞增殖并使單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T細(xì)胞等免疫細(xì)胞在肝內(nèi)的聚集，促進(jìn)NAFLD向肝纖維化甚至肝細(xì)胞癌發(fā)展[14]。

(二)短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸(SCFAs)是腸道微生物對(duì)膳食纖維及不可消化的碳水化合物進(jìn)行發(fā)酵而產(chǎn)生的可溶性脂肪酸，其主要組成包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽[15]。SCFAs可作為脂肪生成和糖異生底物為宿主提供額外能量，并通過(guò)抑制腺苷酸活化蛋白激酶活性促進(jìn)肝臟游離脂肪酸的積累[16]。腸道中的微生物群可將飲食中的果糖分解為乙酸鹽并將其轉(zhuǎn)化為乙酰-CoA為小鼠體內(nèi)脂肪的生成提供原料[17]。與健康受試者相比NAFLD患者糞便SCFAs水平及產(chǎn)SCFAs菌顯著增加，因此SCFAs可能對(duì)NAFLD發(fā)病起積極作用[18]。然而SCFAs與NAFLD的發(fā)病仍有爭(zhēng)議，多項(xiàng)動(dòng)物試驗(yàn)表明丁酸鹽可通過(guò)改善腸道屏障功能、調(diào)節(jié)腸道微生物菌群、上調(diào)胰高血糖素樣肽1受體表達(dá)和下調(diào)炎癥信號(hào)來(lái)減輕非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及肝臟的氧化損傷[19-21]。

(三)內(nèi)源性乙醇 NAFLD、NASH患者中觀察到產(chǎn)酒細(xì)菌如大腸埃希菌、高酒精性肺炎克雷伯菌(HiAlc Kpn)數(shù)量及血清乙醇含量顯著升高，因此腸道微生物可通過(guò)內(nèi)源性乙醇生成導(dǎo)致NAFLD患者肝損傷[22-23]。HiAlc Kpn與我國(guó)60%的NAFLD相關(guān)，通過(guò)灌飼及糞便菌群移植(FMT)將HiAlc Kpn轉(zhuǎn)移至小鼠可完全復(fù)制NAFLD發(fā)病，且表達(dá)譜芯片揭示HiAlc Kpn介導(dǎo)的內(nèi)源性乙醇生成可導(dǎo)致小鼠線粒體功能障礙引發(fā)活性氧自由基積累，從而引起脂質(zhì)過(guò)氧化、細(xì)胞因子過(guò)度生成和細(xì)胞死亡[23]。乙醇代謝產(chǎn)物乙醛與腸道上皮細(xì)胞中蛋白質(zhì)和其他分子形成結(jié)合物可改變腸道緊密連接結(jié)構(gòu)增加腸道通透性，從而引發(fā)內(nèi)毒素血癥[24]。細(xì)菌成分諸如LPS等可通過(guò)TLR促進(jìn)免疫細(xì)胞及免疫活性物質(zhì)向肝臟聚集繼而介導(dǎo)NASH的發(fā)生。此外細(xì)胞色素P4502E1(CYP2E1)可將乙醛轉(zhuǎn)化為乙酸，其在NAFLD患者中表達(dá)上調(diào)[25]。然而當(dāng)該途徑飽和時(shí)CYP2E1介導(dǎo)有毒中間體的積累引發(fā)氧化應(yīng)激和硝化應(yīng)激發(fā)生從而加重NASH及肝纖維化[26]。

(四)膽堿代謝改變 膽堿主要來(lái)源于飲食成分是維持人體機(jī)能必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。膽堿代謝產(chǎn)物諸如磷脂酰膽堿、乙酰膽堿、甜菜堿是體內(nèi)細(xì)胞分子膜、膽堿能神經(jīng)傳遞及DNA的表觀遺傳的重要組分及調(diào)控分子[27]。膽堿在肝脂肪代謝中也起重要作用，它有助于v-LDL的組裝及肝臟脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，在動(dòng)物模型中膽堿缺乏可造成肝脂肪變性[21]。膽堿主要來(lái)源于飲食成分，腸道細(xì)菌可將其裂解成有毒的代謝產(chǎn)物如二甲胺和三甲胺。瘤胃菌科和毛螺旋菌科豐度增加與過(guò)量三甲胺的生成相關(guān)，肝臟吸收這些有毒的甲胺并將其轉(zhuǎn)化為三甲胺-N-氧化物，因此腸道菌群失調(diào)可導(dǎo)致膽堿生物利用障礙引發(fā)肝臟炎癥從而促進(jìn)肝脂肪變[28]。

(五)膽汁酸代謝改變 肝臟通過(guò)經(jīng)典途徑和替代途徑將膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸。經(jīng)典途徑和替代途徑分別通過(guò)CYP7A1(膽固醇7α-羥化酶)、CYP27A1(甾醇27-羥化酶)催化初級(jí)膽酸和鵝去氧膽酸生成[29]。腸道細(xì)菌通過(guò)解聚、脫羥、氧化和差向異構(gòu)將初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)換為次級(jí)膽汁酸[30]。膽汁酸結(jié)合FXR(法尼醇X受體)和TGR5(G蛋白偶聯(lián)受體5)激活膽汁酸相關(guān)的信號(hào)通路參與NAFLD/NASH的發(fā)展和進(jìn)展。NAFLD患者血漿膽汁酸的組成特別是血漿甘膽酸、牛磺膽酸和甘鵝去氧膽酸濃度較健康對(duì)照組顯著升高。乳酸桿菌在腸道中的豐度與血清膽汁酸水平和NAFLD相關(guān)肝損傷有關(guān)，腸道菌群可通過(guò)影響膽汁酸代謝下調(diào)FXR信號(hào)增強(qiáng)脂肪生成并抑制脂肪酸β-氧化而促進(jìn)NAFLD[31]。

三.腸道菌群在NAFLD中的臨床應(yīng)用

(一)腸道菌群無(wú)創(chuàng)診斷NAFLD應(yīng)用展望 NAFLD可分為單純性脂肪肝和NASH，前者被認(rèn)為是非進(jìn)展性亞型，后者被認(rèn)為是進(jìn)展性亞型，可導(dǎo)致肝纖維化、肝硬化、HCC和肝臟相關(guān)死亡。合并肝纖維化、肝硬化是導(dǎo)致NAFLD患者不良預(yù)后的重要危險(xiǎn)因素[32]。NAFLD診斷分期的金標(biāo)準(zhǔn)為肝臟活檢，然而有創(chuàng)性及風(fēng)險(xiǎn)性限制了其臨床應(yīng)用。臨床廣泛應(yīng)用的超聲、肝臟彈性成像判讀結(jié)果則易受到腹水、體質(zhì)量干擾[33]。腸道菌群在NAFLD中的特征性變化，表明其具有成為NAFLD無(wú)創(chuàng)標(biāo)志物的潛力。

對(duì)活檢證實(shí)的72例(0-2期)NAFLD輕度纖維化，14例(3-4期)NAFLD晚期纖維化患者行腸道微生物宏基因組檢測(cè)，運(yùn)用優(yōu)化模型篩查37種相關(guān)菌株并結(jié)合微生物多樣性、患者年齡、BMI構(gòu)建NAFLD診斷模型[6]。驗(yàn)證結(jié)果表明該模型對(duì)于NAFLD分期具有良好的診斷效能其AUC為0.936[6]。此外最近的一項(xiàng)研究表明腸道微生物宏基因組和代謝組學(xué)特征可準(zhǔn)確區(qū)分不同種族NAFLD肝硬化AUC為0.91[34]。

(二)FMT及益生菌治療NAFLD的臨床價(jià)值 FMT是一種將健康供體腸道微生物移植到疾病受體的新興治療方式。基于21名NAFLD患者的研究表明健康個(gè)體FMT可改善NAFLD患者的腸道通透性[35]。此外FMT可使高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD小鼠腸道微生物群紊亂得到糾正，并通過(guò)增加腸緊密連接蛋白ZO-1減輕小鼠內(nèi)毒素血癥，使小鼠肝內(nèi)脂質(zhì)積聚、肝內(nèi)促炎細(xì)胞因子較FTM前顯著降低[36]。對(duì)NAFLD患者使用益生菌混合物或安慰劑進(jìn)行了為期28周的雙盲隨機(jī)臨床試驗(yàn)，結(jié)果表明在兩組人群均遵循能量平衡飲食和體力活動(dòng)的建議時(shí)，益生菌制劑組ALT、AST、γ-GGT、CRP、TNF-α及瞬時(shí)彈性成像纖維化評(píng)分較對(duì)照組下降更為顯著[37]。因此對(duì)于NAFLD的治療而言補(bǔ)充益生菌較單獨(dú)改變生活方式療效更為顯著。

四、小結(jié)

NAFLD發(fā)病率在全球范圍內(nèi)呈逐年上升趨勢(shì)，并已成為導(dǎo)致肝細(xì)胞癌的主要原因。目前NAFLD發(fā)病機(jī)制仍不明確，腸道菌群失調(diào)作為NAFLD多重發(fā)病因素之一可通過(guò)破壞腸道上皮細(xì)胞緊密連接、產(chǎn)生毒性代謝產(chǎn)物、改變膽堿及膽汁酸代謝促進(jìn)NAFLD的發(fā)生及進(jìn)展。腸道菌群可作為NAFLD診斷及分期的潛在標(biāo)志物，并且腸道微生物制劑及FMT在實(shí)驗(yàn)及臨床研究均具良好療效，這為NAFLD臨床診斷、監(jiān)測(cè)及治療提供了新的思路及方法。然而腸道菌群與宿主間關(guān)系繁雜目前還未充分理解，并且多數(shù)臨床研究所含人種及樣本數(shù)量局限。因此在腸道菌群無(wú)創(chuàng)診斷及靶向治療方面尚需更多研究，以精確評(píng)估NAFLD分期并指導(dǎo)臨床個(gè)性化治療。

作者貢獻(xiàn)聲明：辜雪蓮負(fù)責(zé)撰寫論文，李俊峰修改論文，毛小榮負(fù)責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。