腸道菌群在非酒精性脂肪性肝病發生發展中的作用

艾 燕 葉 進 楚慧款

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院 (湖北 武漢， 430022)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)指除外酒精和其他明確損肝因素所致的、以肝細胞脂肪變性和脂質沉積為特征的臨床病理綜合征。其組織學亞型——非酒精性脂肪肝炎(NASH)可逐漸進展為肝硬化，甚至肝癌等終末期肝病。目前NAFLD已經成為最普遍的慢性肝病之一，并且研究表明NAFLD 是一種多系統疾病，NAFLD患者2型糖尿病、心血管疾病及慢性腎病的患病風險增高[1]。流行病學研究發現全球NAFLD患病率為25.24%，亞洲人NAFLD患病率27.37%[2]。隨著生活方式的變化，我國NAFLD患病率呈明顯上升趨勢[3]，因此明確其發病機制并積極進行防治十分重要。

1 腸道菌群概述

人類腸道是微生物群的生物反應器，包括成百上千個細菌類群，其中兩類有益細菌在人的腸道中占主導地位，即擬桿菌和硬毛菌[4]。與正常人相比，肥胖人群中擬桿菌的相對比例降低，并且該比例隨著體重減輕而增加[5]。研究發現NAFLD患者的小腸細菌過度生長(SIBO)發生率也更高，且與脂肪變性的嚴重程度相關[6]。腸道微生物群會通過影響飲食中能量的獲取效率及能量的存儲和使用方式來影響能量平衡。人類腸道菌群對飲食的變化也可做出快速反應，短期食用完全由動物或植物產品組成的飲食會改變微生物群落結構，并淹沒微生物基因表達的個體差異。腸道菌群將飲食中的營養物質轉化為代謝產物，飲食會影響腸道菌群的組成進而影響腸道菌群的代謝潛力和對宿主的影響。研究表明肥胖與微生物群的門靜脈水平變化、細菌多樣性降低以及細菌基因和代謝途徑的表達改變有關[7]。表明肥胖與腸道微生物密切相關，微生物成分可能具有潛在的治療意義。

2 NAFLD發病機制

目前NAFLD的發病機制尚未明確，“多重打擊模型”認為第一次打擊仍是由胰島素抵抗(IR)引發肝臟脂質沉積，但第二次打擊僅由氧化應激及脂質過氧化損傷概括難以解釋NAFLD的復雜性。胰島素抵抗使胰島素抑制脂肪分解作用減弱，引起血漿游離脂肪酸(FFA)濃度升高，被肝細胞攝取后甘油三酯合成增多，促使脂質沉積[8]。肝臟積累的脂質分子又通過干擾細胞胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化和信號轉導加重IR，IR與脂代謝紊亂相互影響[9]，共同推動 NAFLD 病程進展。在胰島素抵抗與FFA增多的基礎上，微粒體內的脂質過氧化物酶上調，線粒體內的β氧化作用增強，導致肝臟對氧化應激更加敏感，從而增加了肝臟受損的程度[10]。

此外，FFA水平上升可導致脂毒性和胰島素抵抗，并與其他因素(如腸源性內毒素)一起促進炎癥因子IL-6、TNF-α、IL-4等的釋放，肝臟長期暴露于高水平炎癥因子可導致與NASH相似的組織學變化[11]。菌群失調或腸道屏障破壞會增加細菌流入肝臟，從而通過激活TLR和其他模式識別受體來促進炎癥反應[12]。此外，NAFLD發病還與飲食因素及遺傳因素相關。這些因素相互影響、共同作用，導致NAFLD的發生。

3 腸道菌群對非酒精性脂肪肝的影響

腸道內的微生物數量在1014以上，是人類細胞數量的10倍[13]。腸道微生物群對宿主脂質代謝的影響可以通過腸道微生物群產生的代謝產物，例如短鏈脂肪酸、次級膽汁酸和三甲胺來介導，也可通過腸道細菌的自身成分，例如脂多糖、肽聚糖、DNA和細胞外囊泡來介導[14]，這些生物活性物質會通過門靜脈與宿主肝細胞相互作用。肝對來自腸道細菌的生物活性物質的反應的潛在機制與糖脂代謝、免疫反應和氧化還原穩態的調節有關。

3.1 脂多糖 脂多糖(LPS)也稱為內毒素，是革蘭氏陰性細菌的主要外膜成分，與宿主先天免疫系統的激活有關。由LPS引發的慢性低度炎癥被認為是NAFLD進展的關鍵因素，有研究證實NAFLD患者血漿的腸通透性和內毒素水平顯著升高[15]。研究發現針對革蘭氏陰性細菌的抗生素多粘菌素B治療后，有效降低了腫瘤壞死因子(TNF)的產生和血漿LPS水平，從而導致肝脂肪變性的逆轉[16]。NAFLD患者的主要緊密連接蛋白ZO-1表達降低，從而導致較高的腸通透性。腸道通透性的嚴重程度與NAFLD的嚴重程度相關[17]。一旦腸屏障被破壞，內毒素通過腸肝軸循環，導致與TLR(TLR2、TLR4、TLR5、TLR9等)結合的PAMP和DAMP含量增加，從而釋放出炎癥炎性細胞因子(TNF-α、IL-8、IL-1β)可以被啟動，并且脂質刺激肝細胞中的脂質蓄積和細胞死亡可導致NAFLD、NASH[18]。LPS誘導的TLR4的激活會導致Kupffer細胞分泌炎性因子IL-6、IL-1β和TNF-α及趨化因子，導致肝損傷和NASH[19]。

3.2 短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸(SCFA)主要通過腸道中的微生物對可溶性膳食纖維和不易消化的碳水化合物的發酵而產生，是厭氧性腸道微生物群發酵膳食纖維的最終產物。乙酸和丙酸的生產者大部分是擬桿菌屬，而丁酸主要由厚壁菌提供[20]。研究證實了腸道菌群通過其代謝產物SCFA參與NAFLD的調節，且在NAFLD患者中由腸道細菌產生的SCFA含量較高[21]。SCFA降低了肝膽固醇和脂肪酸的合成，同時增加肝脂質氧化[22]。乙酸和丙酸的增加可通過影響循環免疫系統而維持低度炎癥。丁酸通過調節腸道菌群、腸屏障功能、胰高血糖素樣肽1受體(GLP-1R)表達上調和炎癥信號的下調來減輕脂肪性肝炎以及肝臟氧化損傷[23]。與長鏈脂肪酸(LCFA)相比，SCFA可以肉堿非依賴性方式滲透到線粒體內膜。并且SCFA在線粒體中的質子作用較弱，對呼吸鏈中電子傳輸的破壞較小。這些獨特的功能使SCFA在脂肪生成、脂肪酸氧化和ROS產生中十分重要[24]。

3.3 膽汁酸 膽汁酸可調節多種生理和病理過程，不僅促進腸道內脂質的吸收，還具有調節葡萄糖和脂質代謝的作用[25]。膽汁酸穩態由腸道菌群調節，微生物組通過調節膽汁酸合成酶的表達參與膽酸和鵝脫氧膽酸的合成[26]。腸道菌群將人類遠端小腸和結腸中的膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)轉化為次級膽汁酸，例如脫氧膽酸(DCA)、石膽酸(LCA)和熊去氧膽酸(UDCA)[27]。此外，膽汁酸可以通過激活小腸中的先天免疫基因直接或間接地調節腸道微生物的組成。膽汁酸還有助于維持腸屏障的完整性，從而防止肝臟中與腸道菌群相關的炎癥級聯反應。

膽汁酸還可以通過法尼酯X受體(FXR)和TGR5信號通路減少肝臟炎癥和纖維化[28]。FXR是回腸和肝臟中廣泛存在的核受體家族成員，調節多種代謝途徑中的基因表達。FXR信號的調節已成為預防和治療脂肪肝及相關代謝紊亂的潛在策略。FXR通過下調LXR和SREBP-1C的表達來減少肝臟中脂肪酸和甘油三酯的合成[29]。膽酸通過激活FXR抑制肝臟中與糖異生相關的多個基因的表達來降低葡萄糖水平[30]。FXR通過抑制脂肪酸從頭合成、增加脂肪酸氧化和調節參與甘油三酯穩態的基因表達，從而減少脂肪變性并下調糖異生。FXR還上調肝糖原合成，并調節葡萄糖轉運蛋白4(GLUT-4)和胰高血糖素樣肽1(GLP-1)的表達，這會影響與NAFLD密切相關的胰島素敏感性[31]。FXR主要由初級膽汁酸活化，而TGR5主要由次級膽汁酸活化[31,32]。TGR是另一種經典的膽汁酸受體，研究表明向小鼠補充膽汁酸有助于跨膜G蛋白偶聯受體5(TGR5)依賴性方式消耗棕色脂肪組織中的能量[33]。TGR5還通過誘導GLP-1分泌而影響葡萄糖代謝，這會增加能量消耗并減輕飲食引起的肥胖。

3.4 內源性酒精 即使沒有飲酒，NAFLD患者的血清乙醇水平也較高，NAFLD患者內源性乙醇的合成增加[34]，并且產生乙醇的細菌數量增加[35]。隨著乙醇生產菌的增加，大量自由基和活性氧會導致致線粒體功能障礙、肝細胞炎癥和損傷[35]。乙醇在NAFLD發育中起重要作用的其他機制包括下調緊密連接蛋白表達、上調新生脂質生成、減少脂肪酸氧化以及減少從肝臟輸出的極低密度脂蛋白(VLDL)[26]。

4 展望

綜上，目前許多研究已證實腸道菌群紊亂與NAFLD發病密切相關，腸道微生物的代謝產物短鏈脂肪酸、膽汁酸、酒精等在NAFLD發生發展中起著重要作用，但腸道菌群紊亂引起NAFLD的機制仍有待繼續探索，這對找到NAFLD潛在的治療靶標具有重大意義。