飲食對非酒精性脂肪性肝病腸道微生物菌型相關菌群的影響

劉巧紅， 趙 瑜,2,3， 胡義揚,2,3

1 上海中醫藥大學附屬曙光醫院 肝病研究所， 上海 201203； 2 上海市中醫臨床重點實驗室， 上海 201203；3 肝腎疾病病證教育部重點實驗室， 上海 201203

近幾十年來, 生活方式及飲食習慣的改變使非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患病率急劇上升[1]。中國NAFLD患病率自2008年—2018年激增至29.2%[2]。NAFLD患者發生肝細胞癌的風險增加，其推動的肝移植和死亡的發生率也不斷上升[3]。NAFLD公認的危險因素有肥胖、脂質代謝異常以及2型糖尿病，而全球肥胖癥的流行是NAFLD患病率上升的主要原因[4]。研究證實腸道微生物群的生態失調與NAFLD之間存在因果關系，而飲食可能是影響腸道細菌組成和功能的最重要的驅動因素[5]。因此，本綜述強調了不同飲食模式下腸道菌群的差異，探討飲食的差異對NAFLD患者腸道微生物菌型的影響。

1 飲食是NAFLD腸道微生物群的主要驅動因素及強預測因子

不同結構的飲食即使熱量相等，依然能改變不同的腸道微生物群，膳食成份和熱量攝入是影響NAFLD發展的2個獨立因素[6]。同時，飲食因素又是腸道微生物群組成的強預測因子，飲食因素在塑造腸道微生物群組成方面的作用比遺傳因素更重要[5]。短期內調整飲食結構可改變微生物群落，在飲食的快速變化時可以觀察到腸道微生物組成和功能適應性的24 h瞬時變化，且壓倒性消除微生物基因表達的個體化差異，提示微生物群根據飲食模式聚類，且腸道菌群潛在地促進了人類飲食生活方式的多樣性[7]。同時，飲食引發的腸道微生物群的變化可能具有誘導NAFLD表型的“啟動效應”，且在調整飲食后部分效應包含對腸道微生物的影響在短期內并未消失，提示飲食誘導的腸道微生物群的變化可能在一定程度上促成了肝臟的持久性表觀遺傳修飾[8]。

2 人類微生物菌型的分類及NAFLD主要微生物菌型相關菌群的變化

Meta HIT團隊[9]于2011年首次提出腸道微生物菌型(Enterotype，腸型)的概念，即不同的腸型擁有不同的菌群結構和功能基因，腸型不同的人對能量代謝和存貯的方式也不一樣，并且不會受年齡、性別、文化背景和地理位置的影響。每一種腸型存在一種與給定的腸型最相關的指示/驅動類群，將人類腸道微生物群劃分為3種主要的特征集群，以3個屬的水平變化來鑒定，即擬桿菌型(Bact)、瘤胃球菌型(Rum)和普氏菌型(Prev)。2017年全球29位腸道微生物領域的領軍學者根據最大的3個宏基因組數據庫的分析結果進一步對腸型的劃分進行統一，并提出了可操作的腸型分類方案[10]。多篇研究[11-13]指出NAFLD患者與健康人的差異腸道微生物主要表現在厚壁菌門和擬桿菌門成員組成，其次是變形菌門和擬桿菌門。與健康人群相比，NAFLD患者厚壁菌門和擬桿菌門豐度升高，擬桿菌門的豐度降低，厚壁菌門/擬桿菌門(Firmicutes/Bacteroidetes，F/B)值顯著升高[11]。與無非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的單純性脂肪肝患者相比，NASH患者擬桿菌門中普雷沃菌屬降低，擬桿菌屬和瘤胃球菌屬豐度升高[12]。此外， NAFLD中相較肝纖維化F≤2的患者，F>2患者的厚壁菌門降低，變形菌門升高[13]。

3 飲食對NAFLD主要微生物菌型相關菌群的影響

3.1 對F/B值的影響 有研究[14]指出高F/B值是肥胖和較高BMI的重要標志。一項針對歐洲意大利佛羅倫薩(EU)(n=15)和非洲農村布基納法索(BF)(n=14)兒童糞便微生物群的研究[15]發現，飲食中動物蛋白、糖、淀粉和脂肪含量高，纖維含量低的EU兒童的厚壁菌門豐度是BF兒童的2倍，而飲食富含淀粉、纖維和植物蛋白，脂肪和動物蛋白含量低的BF兒童顯示出擬桿菌門的顯著富集和厚壁菌門的消耗。一項研究比較了印度(n=11)和中國(n=5)成年人的細菌組成，雖然這2種人群的飲食都以碳水化合物和蔬菜為主，但印度人群飲食中纖維素攝入量高于中國人群，其擬桿菌門的百分比幾乎是后者的4倍，認為較低的動物產品飲食與較高的擬桿菌門計數有關[16]。

但也有研究結果與上述結果呈相反趨勢。一項臨床研究[7](n=10)指出，短期內完全以動物為基礎的飲食可迅速引起腸道微生物群落的轉移并有利于擬桿菌屬的豐度，且降低了厚壁菌門中有益的參與膳食植物多糖代謝的羅氏菌屬、真桿菌屬rectale、糞桿菌屬spp.和瘤胃球菌屬bromii的豐度。另一項研究[17]將西方飲食的美國兒童與以大米、面包和扁豆為基礎的植物性飲食的孟加拉國兒童的糞便菌群進行了比較。擬桿菌屬是美國兒童微生物區系中的主要屬，美國兒童F/B值比孟加拉國的兒童顯著降低。另一項研究[18]要求參與者(n=430)增加纖維且避免西方飲食，結果顯示F/B值升高。這與既往關于西方飲食可導致F/B值升高的結果相反。故在以植物或以動物為基礎的飲食下對細菌豐度進行分類，F/B值的結果趨勢尚存爭議。

3.2 對擬桿菌屬的影響 擬桿菌腸型與富含動物蛋白、特定類型的氨基酸和飽和脂肪的飲食呈正相關，這可能是因為其能夠耐受膽汁，這種腸型是西方飲食人群的特征[19]。擬桿菌腸型或高豐度的擬桿菌屬通常與較低的微生物多樣性相關，且與NASH、克羅恩病、結腸癌及長期低度感染相關[10]。在上文提到的研究[18]中，與以植物性飲食為主的孟加拉國兒童相比，以西方飲食的美國兒童腸道菌群中擬桿菌屬富集。另一項比較28名埃及地中海飲食青少年與14名典型西方飲食美國青少年腸菌差異的研究[20]發現，美國青少年腸菌中擬桿菌屬的豐度明顯高于埃及青少年。擬桿菌屬的富集與氨基酸發酵產生的支鏈脂肪酸的積累有關，已知支鏈脂肪酸會促進胰島素抵抗，增加NASH風險[21]。并且一項臨床研究[22]指出，擬桿菌屬的富集與NASH獨立相關。

3.3 對普雷沃菌屬的影響 普雷沃菌屬是擬桿菌門的一個屬。農業社會飲食富含纖維、淀粉和植物多糖以及較少的動物產品，可提升普雷沃菌屬的豐度，純素食飲食和高植物性飲食的腸菌具有高豐度的普雷沃菌屬[23]。與西方飲食的意大利兒童相比，普雷沃菌屬只存在于飲食中富含淀粉、纖維和植物蛋白的布基納法索兒童的腸菌中[15]。食用更少動物產品和更多植物性食品的印度人群腸菌中的普雷沃菌屬的豐度明顯高于中國人群[16]。地中海飲食的埃及青少年腸菌中普雷沃菌屬豐度高于西方飲食的美國青少年[20]。與消耗更多肉類蛋白質的非洲裔美國人相比，非洲農村成年人群的腸道細菌中能夠降解多糖并發酵成短鏈脂肪酸(SCFA)的普雷沃菌屬的豐度相當豐富[24]。與泰國36例非素食健康者相比，36例素食者的普雷沃菌屬的豐度顯著升高[25]。與雜食者(n=29)相比，在素食者/素食主義者(n=11/20)中觀察到了普雷沃菌屬的較高豐度[26]。有研究[10]指出，普雷沃菌屬腸型中腸道分解發酵脂肪和蛋白的能力降低。動物研究表明，普雷沃菌屬能通過改善糖原儲存來改善葡萄糖代謝，并且具有抗炎作用[15]，還可以作為能量基板參與纖維競爭并減少其他細菌的生長[27]。

3.4 對瘤胃球菌屬的影響 瘤胃球菌屬是人類腸菌中除外普雷沃菌屬，擬桿菌屬的第3種主要的腸型。在Meta HIT數據[10]中瘤胃球菌屬腸型具有較高的微生物多樣性，能夠降低宿主感染程度，且胰島素抵抗低于平均水平。腸道中瘤胃球菌屬的豐度也受飲食的影響，但飲食的作用似乎很復雜。該復雜作用可能源于瘤胃球菌屬的復雜構成。瘤胃球菌屬包括有益菌和有害菌。例如，已知瘤胃球菌屬bromii對健康具有有益效果[28]。當長期食用水果和蔬菜時，瘤胃球菌屬能夠發酵復合糖類，產生乙酸酯、丙酸鹽以及具有抗炎效益的丁酸鹽[29]。有文獻指出，瘤胃球菌屬與低BMI呈正相關[18]，與較低的內毒素血癥和較低的動脈僵硬有關[30]。

然而，部分瘤胃球菌屬已被證明具有促炎性。以動物為基礎的飲食會增加有害菌瘤胃球菌屬gnavus，減少參與食物中植物多糖代謝的有益菌瘤胃球菌屬bromii和瘤胃球菌屬Callidus的豐度[7]。配方喂養下的新生恒河猴的糞便瘤胃球菌屬的豐度增加，同時伴有支鏈氨基酸增加，高胰島素血癥和炎癥狀態[31]。一項臨床研究[32]指出，與印度地區主要是素食的育齡期婦女相比，定期食用肉類的南非剛果地區育齡期婦女的瘤胃球菌屬顯著高于印度。瘤胃球菌屬也與大學生人群的低膳食纖維攝入量有關[33]。瘤胃球菌屬可能在動物源性膽堿轉化為三甲胺的過程中發揮作用[34]。此外，瘤胃球菌屬gnavus也能夠產生酒精[29]，可能對腸道通透性和肝臟炎癥有害。有研究[22]指出，瘤胃球菌屬豐度的增加與NASH纖維化獨立相關。

3.5 對變形菌門的影響 高脂高糖低纖維的西式飲食可增加與腸道黏膜病原體、炎癥相關的變形菌門的豐度，包含假單胞菌屬spp.，嗜膽菌屬spp.和埃希氏菌屬.coli(AIEC)[35]，可增加有害SCFA的產生，如異丁酸酯和異戊酸[36]。前文提到的研究[15]指出，相較非洲農村兒童，飲食富含脂肪和動物蛋白、淀粉、纖維和植物蛋白低的歐洲兒童的腸菌中變形菌門豐度顯著升高。另一項研究[37]指出肥胖兒童中變形菌門的豐度顯著高于營養不良兒童。而限制糖及脂肪的攝入能夠降低腸道黏膜中促炎相關的變形菌門的豐度[38]，進而減緩腸道炎癥性相關及代謝性疾病[35,39]。

3.6 對放線菌門的影響 相較歐洲兒童，飲食富含淀粉、纖維和植物蛋白，脂肪和動物蛋白含量低的非洲農村兒童的放線菌門富集[15]。另一項臨床研究[40]指出，高纖維適量蛋白質飲食誘導的體質量減輕伴隨著腸菌放線菌門的增加，而與放線菌門增加相關的體質量減輕主要歸功于雙歧桿菌屬spp.的升高及柯林斯菌屬spp.豐度的降低。已知腸道可產生丁酸鹽的雙歧桿菌屬是放線菌門的菌屬，其可通過提高腸屏障功能防御病原體和疾病，與肥胖和內臟脂肪的含量呈負相關[41]。研究[32]表明，雙歧桿菌屬對富含纖維、高碳水化合物飲食的反應有所增加，與定期食用肉類的育齡期婦女相比，雙歧桿菌屬顯著富集于主要是素食的育齡期婦女。

但其他研究卻顯示出相互矛盾的結果。與4周食用高脂肪和高肉質飲食后改用素食的受試者相比，肉食者的雙歧桿菌屬水平較高，一個重要的混雜因素可能是酒精攝入，其可降低雙歧桿菌屬的豐度[42]。此外，研究[43]發現素食主義者腸菌中的雙歧桿菌屬明顯低于雜食對照組，認為雙歧桿菌屬相對減少的原因可能是其他保護性細菌種類(例如普雷沃菌屬)的相對豐富。紅蝽菌科與慢性組織炎癥有關，是放線菌門的菌科，研究[44]表明紅蝽菌科可能在單純性脂肪肝表型中觀察到的壞死性炎癥中起作用。紅蝽菌科柯林斯菌屬在超重孕婦的腸菌中富集，且與胰島素，甘油三酸酯和極低密度脂蛋白的水平升高有關[45]。即使在健康的成年人群中，柯林斯菌屬濃度升高也與膽固醇和低密度脂蛋白升高有關[46]。減肥可降低肥胖的2型糖尿病患者腸菌柯林斯菌屬的水平[47]。

3.7 對其他菌的影響 梭菌屬是厚壁菌門的菌屬，是人類大腸中的主要細菌之一，該屬被分為19個簇。梭菌屬簇Ⅺ應該是大腸中重要的有害細菌之一[48]。有學者[49]認為，碳水化合物，脂肪和蛋白質的大量攝入與2型糖尿病患者糞便中梭菌屬簇Ⅺ細菌的數量增加有關。 此外，高脂飲食喂養對小鼠糞便中梭菌屬簇Ⅺ的刺激與肝細胞癌的發展有關，這是由于源自梭菌屬簇Ⅺ的7α-脫羥基酶誘導脫氧膽酸的增加所致[3]。而梭菌屬的其他簇如Ⅳ和a已被證實對健康有保護效益。梭菌屬簇Ⅳ和a能夠降解膳食多糖并發酵成有益的SCFA。與非洲裔美國人相比，非洲農村成年人群的腸道細菌中的梭菌屬簇Ⅳ和a的豐度相當豐富[24]。食用核桃在降低促炎性次級膽汁酸和血清低密度脂蛋白膽固醇的同時會增加梭菌屬簇a和Ⅳ中包括糞桿菌屬和羅氏菌屬的相對豐度[50]。此外，梭菌屬梭狀梭菌也被認為對健康有保護作用。與雜食者(n=29)相比，素食者/素食主義者(n=11/20)的梭菌屬梭狀梭菌相對豐度更高[26]。糞桿菌屬和艾克曼菌屬也常被提及，兩者均被認為對健康有保護作用。與地中海飲食的青少年相比，典型西方飲食的美國青少年腸菌中與抗炎相關的艾克曼菌屬和糞桿菌屬豐度顯著升高[20]。

綜上所述，飲食是NAFLD患者腸道菌群的主要驅動因素。由此可見，改善飲食進而調節腸道菌群是防治NAFLD的重要策略之一。然而，將腸道微生物的某些門屬與特定飲食廣泛聯系起來十分的困難，分析特定微生物區系的主要挑戰是需要考慮包括整個微生物組的微生物的狀態及其動態地相互作用，故基于腸型的概念進行劃分具有一定的臨床應用價值。但僅僅依靠腸型分類也可能會掩蓋潛在的重要微生物，故在進行飲食與腸菌變化的關聯分析時仍應關注潛在的變異腸菌，且尚需進一步的機制和臨床研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：劉巧紅擬定寫作思路并撰寫論文；趙瑜指導撰寫文章；胡義揚負責修改論文并最后定稿。