腸道菌群和膽汁酸在非酒精性脂肪肝病中的交互作用

何萍，林以寧

(中國藥科大學中藥學院，江蘇 南京 211198)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)現已成為一種全球性疾病，據估計，全世界每4名成人中就有1名受其影響[1]。由于人口老齡化以及肥胖和糖尿病發病率的增加，NAFLD、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝硬化的患病率預計將隨之增加。NAFLD是一種與胰島素抵抗和遺傳易感性相關的代謝應激性肝損傷，是導致肝臟和心臟代謝性疾病死亡的重要危險因素，目前NAFLD已經成為我國最常見的慢性肝病之一，且發病年齡逐漸趨于低齡化[2-3]。而對于NAFLD仍沒有效果確切的干預措施，且其發病機制也尚未完全闡明。因此，本文就國內外近5年的文獻，綜述了膽汁酸(BAs)與腸道菌群的相互作用，以及它們對NAFLD的影響，希望能為NAFLD的治療提供一些新的思路。

1 腸道菌群對NAFLD的影響

腸道菌群是以共生方式存在于人體胃腸道中的復雜細菌群落，在宿主消化、代謝、免疫等方面發揮極其重要的作用[4-5]。在某項研究中，8例肝病患者移植了健康捐贈者的糞便，隨訪1年后發現，與未接受糞便移植的患者相比，接受糞便移植的患者總體生存率高出54.2%，可見腸道菌群在肝病的病理機制中發揮著重要作用[4，6]。而腸道菌群主要通過生成一系列代謝產物以及影響相關信號通路，影響NAFLD發生和發展[7]。

1.1 影響能量代謝 腸道菌群可以通過改變其代謝產物影響能量代謝。研究認為，腸道菌群通過多種酶將未消化的多糖代謝成單糖和短鏈脂肪酸(SCFAs)，促進單糖吸收和能量攝取，單糖激活肝臟中的碳水化合物應答元件結合蛋白(ChREBP)，促進脂肪生成相關蛋白的轉錄[8-9]。SCFAs主要包括乙酸、丙酸和丁酸。丁酸是結腸上皮細胞的能量來源，丙酸和乙酸是脂肪生成和糖異生的前體，而糖異生是NAFLD發病過程中的重要環節[10]。此外，SCFAs能激活G蛋白偶聯受體(GPCR)，例如腸和脂肪組織中的GPR41和GPR43[8]。激活GPR41使腸內分泌細胞分泌的胰高血糖素樣肽1(GLP1)和肽YY(PYY)增多，PYY能減慢腸道蠕動，加強營養吸收和能量獲取[7-8]。激活GPR43能抑制脂肪分解和脂肪細胞分化，增加肝臟脂肪生成，促進NAFLD的發生發展[7-8]。研究發現，肥胖人群的總SCFAs含量明顯高于非肥胖人群，且肥胖人群的厚壁菌(Firmicutes)和擬桿菌(Bacteroides)的比例發生變化[10]。

BAs是腸道菌群的另一主要代謝產物，可以促進脂溶性食物的消化和吸收[11]。腸道菌群可顯著影響BAs的代謝和轉運，尤其是可以直接調控初級BAs向次級BAs轉化，顯著影響BAs的信號轉導以及BAs池的穩態，從而影響機體的糖脂代謝，其失調可導致NAFLD[2，10，12]。有研究表明，給予抗生素能改善NAFLD的發展，并改變BAs池的組成及法尼醇X受體(FXR)信號通路[8]。可見，菌群的改變可以影響BAs代謝，從而影響糖脂代謝和肝功能。此外，腸道菌群還通過代謝膽堿影響能量代謝。膽堿是極低密度脂蛋白(VLDL)合成所需的關鍵營養素，VLDL是內源性TG由肝運往全身的主要形式。腸道菌群能代謝膽堿，減少自由膽堿的生物利用度，體內膽堿缺乏使分泌的VLDL減少，導致肝臟脂肪蓄積[8-9]。

腸道菌群還能抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路使脂肪酸氧化受阻，并下調腸內禁食誘導脂肪因子的表達，增加脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性，促進肝臟攝取游離脂肪酸并促使脂肪細胞內甘油三酯(TG)沉積，導致肥胖[8，12]。腸道菌群通過降低小腸血管生成素樣蛋白的合成和分泌，提高LPL的活性，進而增加肝臟脂肪的儲存，導致NAFLD的形成[9]。此外，腸道菌群通過增加小腸絨毛毛細血管的密度并影響腸道運動，從而增加從食物中攝取的熱量[12]。

1.2 影響免疫炎癥 革蘭陰性細菌產生的脂多糖(LPS)能激活Toll樣受體4(TLR4)，誘導腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素1β(IL-1β)和IL-6等炎癥細胞因子的大量合成和釋放，誘發炎癥、氧化應激以及胰島素抵抗，并提高血清中趨化因子的水平，促進NAFLD的發展[8-10]。腸道菌群的變化會影響循環中的LPS水平，其主要原因是小腸細菌過度生長，一些腸道菌群產生的乙醇和乙醛損傷腸道屏障，增加腸通透性，使LPS過度吸收[9，11]。有研究證實與健康個體相比，NASH患者腸道內的大腸埃希菌(Escherichiacoli)數量及乙醇血漿濃度均顯著升高，大腸埃希菌可刺激機體產生內源性乙醇，后者代謝為乙醛[8]。乙醛可以通過影響緊密連接蛋白的功能，破壞腸道屏障完整性，增加腸道通透性，進而提高門靜脈LPS含量。高水平LPS通過招募炎癥細胞導致肝損傷，并誘發代謝性內毒素血癥，而NAFLD發展的后期通常與血液中較高濃度的細菌內毒素有關[2，7-10]。

腸道菌群通過調節BAs影響免疫炎癥反應。BAs可以激活巨噬細胞M1和M2表面的G蛋白偶聯受體5(TGR5)，分別起到促炎和抗炎作用，而腸道菌群能夠通過影響BAs代謝改變巨噬細胞M1和M2分泌的兩類細胞因子的水平，進而影響肝臟的免疫平衡[2]。腸道菌群產生的次級BAs過少，會導致FXR活性降低，加劇機體的炎癥；而次級BAs過多，會通過產生活性氧(ROS)造成細胞DNA損傷，導致肝細胞癌的發生[9]。此外，腸道菌群通過調節BAs代謝可進一步激活AMPK和膽固醇調節元件結合蛋白1c(SREBP-1c)等氧化應激和脂質代謝相關信號通路，影響NAFLD的發生和發展[7]。

腸道菌群還通過代謝膽堿影響免疫炎癥反應。膽堿缺乏使VLDL輸出水平降低，β氧化減少，肝細胞脂肪酸和膽固醇堆積、氧化應激改變、細胞因子等的釋放，導致肝臟出現炎癥和纖維化；并且腸道菌群催化膽堿轉化成有毒的甲胺，后者在肝臟中被氧化成三甲胺氧化物，促進肝臟炎癥反應，進而導致肝損傷[2，8-9]。此外，腸道菌群的代謝產物丁酸鹽可以通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)以及抑制NOD樣受體P3(NLRP3)炎癥信號通路，降低氧化應激和炎癥反應，從而改善NAFLD[7]。有基礎研究表明，產生丁酸鹽的益生菌可以糾正腸肝免疫失調并減輕脂肪性肝炎[10]。

2 BAs對NAFLD的影響

BAs是代謝途徑網絡中的關鍵調節因子，在肝臟和腸道基因表達中起關鍵作用[13]。初級BAs是在肝細胞內由膽固醇經細胞色素P450介導合成，包括膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)。在小腸和結腸，初級BAs被菌群代謝成為次級BAs，如脫氧膽酸(DCA)和石膽酸(LCA)[2，8]。BAs除了能促進脂肪吸收，還起到信號分子的作用，通過激活FXR和TGR5等核受體，影響下游碳水化合物和脂質的代謝以及炎癥反應，激活FXR還可影響VLDL輸出TG以及糖異生，進而調節糖脂和能量代謝[2，8-9，14]。

2.1 影響FXR信號通路 FXR是參與調節BAs腸肝循環和生物合成的重要核受體，在肝臟、腸道等組織中高水平表達[13]。FXR受體能啟動多種靶基因表達，調節炎癥反應、BAs代謝和糖脂代謝等生理過程[7]。

BAs是FXR最有效的內源性配體，BAs可通過FXR介導的信號途徑廣泛參與糖脂代謝與能量代謝[13，15]。BAs通過肝臟中的FXR-小異二聚體配偶體(SHP)信號通路，以及腸道中的FXR-成纖維細胞生長因子15/19(FGF15/19)信號通路，負反饋調節自身的分泌、合成和轉運等，以維持機體內BAs的代謝穩態，而BAs失調與NAFLD有密切聯系[13-14，16]。BAs可以通過激活腸道內分泌L細胞中的FXR，抑制糖酵解并降低ChREBP的活性，從而抑制前胰高血糖素原基因表達以減少GLP1的分泌，改善血糖。此外，BAs還能通過激活胰島β細胞中的FXR，促進胰島素的分泌，調節血糖[15]。

BAs激活FXR可以通過調節PPARγ活性和干擾Wnt/β-catenin途徑來調節脂肪細胞分化，進而影響能量代謝[15]。而在脂質代謝過程中，BAs激活FXR后可通過抑制肝臟脂肪酸從頭合成并刺激脂肪酸β氧化，抑制SREBP-1c以及FXR依賴性PPARα的表達，從而減少脂質在肝臟的積累[15-16]。此外，FXR受體被BAs激活后能夠通過與胱冬肽酶-1相互作用抑制NLRP3炎癥信號通路的激活，減少IL-1β等炎癥細胞因子的釋放，改善NAFLD[7]。有實驗證實，激活FXR可以減輕NAFLD小鼠的脂肪變性和內質網應激，改善NAFLD[7，15]。

2.2 影響TGR5信號通路 TGR5受體是種可以被BAs激活的G蛋白偶聯受體，在人體多個器官中均有表達，尤其是脂肪組織、腸道和胰腺[7，15]。BAs是TGR5受體最有效的配體，可以直接激活和調節多種GPCR的信號傳導，在調節糖脂代謝和能量代謝等方面發揮關鍵作用[13]。

在小鼠模型中，BAs激活TGR5后，誘導編碼2型脫碘酶(D2)的2型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶(Dio2)基因的轉錄，將甲狀腺激素(T4)轉化為更活躍的三碘甲狀腺原氨酸(T3)，后者可以激活甲狀腺素受體，進而增加基礎代謝和能量消耗，促進棕色脂肪組織和肌肉組織的能量代謝[5，16]。BAs激活腸內分泌細胞上的TGR5后，可以誘導GLP1的分泌，GLP1可以增加胰島素的合成和釋放，保護胰島β細胞凋亡并促進β細胞增殖，進而改善血糖[5，16]。此外，BAs激活胰腺α細胞中的TGR5后，可以誘導前胰高血糖素原轉變為GLP1，以增強胰島β細胞的功能[15]。TGR5還存在于肝臟的Kupffer細胞等單核細胞中，激活后通過抑制核因子κB的核易位和相關細胞因子的產生發揮抗炎作用；并且TGR5可以調節肝臟和脂肪組織中巨噬細胞的趨化和浸潤，減輕炎癥[15]。有研究顯示，在BAs激活肝Kupffer細胞中的TGR5后，細胞內環磷酸腺苷水平升高，抑制了LPS誘導的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥細胞因子的上調[5]。因此，調節BAs代謝和TGR5受體信號通路也可以作為治療NAFLD的潛在策略。

3 腸道菌群和BAs的相互作用

3.1 腸道菌群對膽汁酸代謝的影響 腸道菌群與BAs之間的聯系主要是通過腸道菌群影響BAs代謝實現。腸道菌群可通過一系列酶促反應，使初級BAs轉變為次級BAs，在BAs代謝中發揮重要作用[17]。腸道菌群中的擬桿菌、雙歧桿菌(Bifidobacterium)、梭菌(Clostridium)、乳酸桿菌(Lactobacillus)等產生的BSH可以水解結合型BAs形成游離BAs；梭菌、假單胞菌(Pseudomonas)等可以催化BAs的脫硫作用；擬桿菌、梭菌、消化鏈球菌(Peptostreptococcus)等可以通過菌屬羥基類固醇脫氫酶(HSD)，使初級BAs脫羥基形成次級BAs，降低BAs的毒性[7，14]。

有研究顯示，喂食高脂肪飲食的小鼠具有更高水平的次級BAs，這可能是由于其腸道內擬桿菌和梭菌數量的增加，以及雙歧桿菌的減少[5，18]。而無菌小鼠比傳統飼養的動物表現出更大的BAs池，這可能與牛磺膽酸(TCA)介導的回腸末端FXR拮抗作用有關，該拮抗作用可降低FGF15的表達并提高肝臟中CYP7A1的活性。可見，腸道菌群可能通過改變酶活性(如BSH、HSD等)影響BA池大小和組成，進而改變BAs的化學和信號特性[5，19]。

3.2 BAs對腸道菌群的影響 越來越多研究表明BAs對菌群膜和腸黏膜都有負面影響[14]。腸道中的各種BAs均可以通過直接或間接的方式抑制腸道菌群的生長，而由于不同細菌對不同BAs的敏感度具有差異，所以BAs的變化可以顯著影響腸道菌群的種類和數量[7]。

研究表明，BAs可通過改變腸道菌群引起疾病[5]。給大鼠喂食CA后，會導致厚壁菌和擬桿菌的比例增加[7]。而被喂食TCA的小鼠，不僅其體內的腸道菌群結構被改變，甚至產生肝臟炎癥和肝纖維化，可見BAs代謝可能通過引起肝臟的免疫反應，進而間接影響腸道菌群結構[20]。越來越多的研究證實BAs不僅具有直接的抗菌作用，而且還通過影響核受體FXR間接影響菌群[14]。FXR能通過上調回腸黏膜防御基因防止細菌過度生長，有研究顯示激活FXR可以抑制小鼠體內回腸和盲腸中細菌的生長[5]。而CDCA與FXR結合后，能夠促進腸道上皮細胞分泌具有廣譜抗菌活性的抗菌肽，進一步發揮抗菌作用[7]。此外，BAs還會刺激特定細菌的生長。例如，TCA和CA是艱難梭菌(Clostridiumdifficile)孢子的主要萌發物[14]。可見BAs可以從多個方面影響腸道菌群的結構。

4 總結與展望

綜上所述，腸道菌群和BAs確實在NAFLD發生發展中至關重要，且兩者間的交互作用極其復雜。而雖然很多實驗性研究探討了腸道菌群和BAs對NAFLD的影響，但大多數僅建立了關聯關系。仍需開發一種將宿主、腸道菌群、BAs結合起來的研究方法，在系統水平上闡明它們之間復雜的交互作用，并明確其因果關系。且大部分研究都停留在動物研究階段，而目前尚不清楚動物和人類腸道細菌種類的差異如何影響微生物的代謝。因此，尚需對人類進行進一步的研究。盡管現今研究證實，能夠影響腸道菌群和BAs的藥物在NAFLD的治療上具有一定前景，但開發出安全有效的治療藥物仍面臨許多挑戰，例如藥物對FXR/TGR5的選擇性、化合物的組織特異性以及安全性問題，尤其是長期用藥的有關問題。