短鏈脂肪酸與非酒精性脂肪性肝病的研究進展

馬茜茗綜述，劉志峰審校

0 引 言

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明確病因引起的以肝內脂肪過度沉積為主要特征的肝臟病變，包括非酒精性肝脂肪變及非酒精性脂肪性肝炎等多種肝損傷，發病機制多與高脂飲食、胰島素抵抗、腸道菌群紊亂、代謝障礙或遺傳等因素有關，常出現肝細胞變性壞死、纖維化，嚴重時可能演變為肝硬化[1]。近年來，隨著飲食習慣、環境因素的改變及就診意識的提高，NAFLD在全球流行率逐年升高，已成為中國第一大慢性肝病，是生化指標異常的首要病因，但目前仍缺乏有效的治療方案[2]。多項研究證明在NAFLD群體中，腸道菌群的代謝產物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)種類和豐度較健康群體顯著改變。而添加SCFA可延緩NAFLD的疾病進程，具體機制尚未完全明確，可能通過改善腸道損傷，減少肝細胞脂肪變性，減輕肝臟炎癥刺激和氧化損傷等機制發揮積極作用。本文就SCFA在NAFLD中作用的研究進展作一綜述。

1 SCFA概述

SCFA是一類含有一到六個碳的單鏈脂肪酸，是由結腸和盲腸內特定的腸道菌群通過酵解膳食纖維、抗性淀粉等難以消化的碳水化合物或黏蛋白而產生。在健康人群腸道中，SCFA以乙酸、丙酸和丁酸為主，三者的摩爾比約為3∶1∶1，總濃度于結腸近端最高，約70～140 mmol/L，并向遠端呈遞減趨勢[3]。約90%～95%的SCFA通過擴散或經單羧酸轉運蛋白運輸被腸上皮迅速吸收后，一部分參與腸道細胞的生理活動，大部分通過門靜脈循環到達肝進行代謝，少量被動員到其他器官；剩余5%～10%的SCFA經糞便排泄。目前可用于研究腸道SCFA的生物樣本有糞便、血漿、呼出氣體等，樣本間具有相關性。由于糞便易獲得、成本低，且在生理狀態下所含SCFA相對穩定，其變化可直接、靈敏地反應病理狀態時腸道微生態的情況，故最常用于腸道SCFA的定性定量研究[4]。

2 SCFA在NAFLD中的表達

與健康者相比，NAFLD群體的腸道菌群結構紊亂，SCFA的組成和豐度均發生明顯改變。兒童NAFLD患者糞便甲酸、乙酸和戊酸含量顯著低于健康兒童，可能與腸道γ-變形桿菌、普雷沃菌豐度增加及內源性乙醇增多有關[5]。在成人中，輕中度NAFLD患者糞便SCFA總濃度高于健康者，該現象亦存在于肥胖成人及高脂飲食喂養的動物模型中，且肝內SCFA受體表達上調，但進展到晚期肝纖維化時，糞便總SCFA及丁酸含量顯著減少[6]。這提示SCFA與脂肪肝的嚴重程度存在關聯。進一步的研究顯示，外源性補充SCFA可以降低NAFLD患者的肝臟活動度積分及血清肝酶指標，并促進腸黏膜微結構的修復，證明SCFA在緩解NAFLD肝損傷中發揮重要作用[7]。

3 SCFA與NAFLD的作用機制

3.1 SCFA改善腸道損傷NAFLD患者常存在腸黏膜屏障損傷，而炎性反應及氧化應激更加劇屏障完整性的破壞。由于腸-肝軸的存在，腸道微生物及有害代謝產物通過受損的屏障進入門靜脈循環到達肝臟，激活肝巨噬細胞，觸發Toll樣受體4的炎癥信號通路，最終破壞肝細胞[8-9]。

而SCFA通過抗炎、抗氧化途徑，顯著減少有害物對腸道的打擊，并通過促進腸黏膜屏障修復，阻止細菌移位和內毒素血癥的發生。

研究表明，SCFA通過激活腸道G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor，GPR)43和GPR109a，誘導腸黏膜幼稚細胞分化為產白介素(interleukin，IL)-10的調節性T細胞，并促進腸道IgA的生成和IL-8的分泌，從而增強抗炎活性，調節腸穩態[10-12]。另外，SCFA通過抑制中性粒細胞中的組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)和核轉錄因子-κB信號通路的活性，進一步抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α等炎性介質的產生，抑制脂多糖誘導的NLRP3炎性體活性，進而減少腸道炎性損傷[13]。

SCFA通過降低結腸髓過氧化物酶活性，提高谷胱甘肽s-轉移酶的活性，增加自由基清除蛋白的表達，抑制中性粒細胞釋放活性氧，可有效減少腸道氧化損傷[14]。另外，補充丁酸鹽可保護近端結腸的免疫反應，減少內源性乙醇引起的氧化應激[15]。

腸上皮細胞緊密連接及腸道菌群是腸黏膜屏障的重要組成部分。SCFA不僅上調緊密連接蛋白的表達，還通過促進鈣離子內流激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，加速緊密連接的構建過程，從而阻止微生物及內毒素從細胞間隙穿越[16-17]。此外，SCFA降低腸腔pH值，有助于益生菌生長，減少有害菌相對豐度。益生菌調節黏液層結構，在參與丁酸代謝過程中消耗氧氣，并產生缺氧誘導因子，這均有助于維持腸上皮屏障[18]。但也有研究認為丁酸在低濃度時保護腸黏膜屏障，高濃度則可能通過誘導腸細胞凋亡起破壞作用[19]。

3.2 SCAF減輕肝細胞脂肪變性NAFLD的顯著特征為肝細胞的脂肪變性，這與脂類食物攝入過多、機體糖脂代謝異常及脂蛋白運輸障礙等異常有關，而SCAF能多途徑有效減少肝細胞胞漿脂質堆積。

SCFA可從根本上減少食物攝入，控制肥胖而降低血脂，主要是通過調節腸-腦軸內的GPR信號通路，增加飽腹感[20]。其中乙酸還能通過激活線粒體中檸檬酸循環，影響下丘腦食欲調節神經肽，以降低食欲。SCFA改善胰島素抵抗方面，在腸道，SCFA激活GRP41、GPR43受體，促進腸道L細胞分泌5-羥色胺、酪酪肽、腸抑胃肽及胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)，其中GLP-1誘導胰腺β細胞分泌更多胰島素，改善胰島素抵抗及全身葡萄糖代謝，最終降低肝臟脂質堆積的風險，并改善全身慢性炎癥[21]。此外SCFA通過抑制HDAC2可上調肝細胞中GLP-1受體的表達，因此增加肝臟對GLP-1的敏感性[22]，還可激活肝內質網IRE1α-JNK通路，抑制甚至逆轉高脂飲食誘導的肝細胞脂肪變性[23]。

Chambers等[24]發現在NAFLD患者中補充SCFA可增加肝脂質氧化，并減少肝脂質生成，這主要是通過調節脂肪代謝相關基因表達而發揮作用[25-26]。①SCFA上調肝脂質氧化基因的表達：一方面，SCFA通過抑制HDAC1，上調肝肉堿棕櫚酰轉移酶-1A(carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT-1A)啟動子表達，并增強啟動子活性，從而增加CPT-1A，使更多的脂肪酸進入肝線粒體進行β氧化[27]；另一方面，SCFA上調肝AMPK，通過促進過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔活化子-1的表達，提高過氧化物酶體增殖物激活受體、肝X受體和法尼醇X受體的活性，進而加速脂質氧化[28]。②SCFA下調肝脂質合成基因的表達：SCFA通過激活線粒體解偶聯蛋白2-AMPK-乙酰輔酶A羧化酶通路，顯著減少肝內乙酰輔酶A、脂肪酸合成酶等生成，進而減少脂質合成[29]。

SCFA在改善脂蛋白運輸方面也起作用。Du等[30]發現，SCFA可上調人類高密度脂蛋白受體溶酶體整合膜蛋白-II類似物-1的表達，增加膽固醇的轉出及高密度脂蛋白的再攝入。另外，丁酸通過上調ATP結合盒A亞家族成員1表達，也加速膽固醇逆向轉運過程[31]。但另有研究認為乙酸參與脂肪酸合成，丙酸是糖異生的前體，在肝內過量時易引起三酰甘油積累，參與脂肪肝發生，反而起到負面作用[32]。

4 SCFA減輕肝炎癥及氧化損傷

近年來研究認為，SCFA除通過改善腸-肝軸來減少肝炎癥反應，還能直接調節肝免疫細胞，減少肝內促炎因子(單核細胞趨化蛋白-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、干擾素-γ)的釋放，增加抗炎因子(IL-4、IL-10)的表達[33]。Cresci等[34]發現，長期酒精喂養的小鼠經丁酸處理后，肝Toll樣受體和TNF表達明顯減少，且門靜脈周圍區的白細胞及凋亡肝細胞顯著減少。由于SCFA經門靜脈進入肝，故考慮其可能通過抵消該區域中性粒細胞的炎癥效應，從而起到局部保護作用。

NAFLD患者游離脂肪酸氧化時生成大量活性氧，腸道菌群紊亂產生氧自由基，肝內胰島素依賴的酒精脫氫酶活性受損引起血漿內源性乙醇濃度升高，這些因素均可引起肝氧化損傷[35]。而丁酸至少可通過三種途徑降低肝氧化應激反應：①通過調節核因子NF-E2相關因子途徑，編碼更多的抗氧化酶[36]；②通過增加腸細胞中褪黑激素的水平，顯著降低巨噬細胞中誘導型一氧化氮合酶和硝酸鹽水平的表達[37]；③降低肝氧化應激標志物4-羥基-2-壬烯醛[38]。

5 結 語

綜上所述，NAFLD流行率逐年上升，眾多研究發現SCFA通過影響腸道菌群、機體代謝、免疫等多種因素，參與延緩NAFLD的發生發展。雖然具體機制尚未完全明確，但這為預防和治療提供了新思路。目前國內外研究多以動物模型為研究對象，在臨床上的探討仍有待深入，并進一步闡明作用機制，繼續研究添加藥物、膳食纖維及益生菌的方式，改變腸道內及門靜脈循環中SCFA的類型及濃度，以減輕肝細胞損害。