腸道菌群對NAFLD作用機制的研究進展*

吉廣荷,李靖華 綜述,王婧筱 審校

北京中醫藥大學:1.中醫學院;2.第二臨床醫學院;3.生命科學學院,北京100000

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是世界上最常見的慢性肝病,世界患病率為25%[1],而在中國患病率為30%[2]。NAFLD通常包括單純肝脂肪變性和非酒精性脂肪性肝炎(NASH),還可繼發肝硬化和肝細胞癌(HCC)[3]。隨著中國城市化、人口老齡化和肥胖流行,我國NAFLD患者預計將在2030年由2016年的246.33萬例增加至314.58萬例,增長幅度達29.1%,而NAFLD-HCC患者預計從2016年的14 090例上升到2030年的26 240例,增長幅度86%[4]。由此可見NAFLD相關疾病不僅影響患者的生活質量,還可能給我國衛生經濟帶來沉重的負擔[3]。因此,以機制研究為切入點,對NAFLD開展早期預防及干預尤其重要。

目前,主流認可的NAFLD發病機制包括環境因素、營養因素、胰島素抵抗、腸道菌群、基因和表觀遺傳學等多種因素共同作用,其中腸道菌群易受飲食和生活習慣等因素影響,并且可通過包括“腸-肝”軸在內的多種機制影響肝臟脂質代謝和炎癥反應,從而推動NAFLD進展[5],因此近年來愈發受到重視。本文將腸道菌群在NAFLD發病和進展中的作用機制綜述如下。

1 腸道菌群的作用

腸道菌群的定植部位、菌群組成和環境條件等改變,將引發機體的一系列變化,與多種疾病密切相關。細菌是腸道菌群中最重要的組成部分,在維持腸道屏障和調節免疫功能等方面至為關鍵[6]。此外,細菌還可以通過釋放短鏈脂肪酸(SCFAs)、膽汁酸(BAs)和三甲胺-氧化物(TAMO)等代謝物影響“腸-肝”軸和能量代謝,對腸道屏障、黏膜免疫、炎癥反應等有重要意義[7]。

2 腸道菌群對NAFLD的作用機制

腸道菌群主要通過改變其組成和比例、成分和代謝物、腸道屏障功能和膽汁酸系統等機制影響NAFLD發病。

2.1細菌組成和比例 不同NAFLD患者或動物模型腸道菌群物種豐度差異較大,其NAFLD嚴重程度與腸道菌群組成和比例有關。有研究表明,NASH患者擬桿菌門和厚壁菌門數量比例明顯升高[8],擬桿菌屬豐度增加與NASH直接相關,變形菌門和瘤胃球菌豐度增加與肝纖維化程度呈正相關[9],而厚壁菌門則相反[10]。有研究表明,外部移植微生物或調整生活方式(如有氧運動和地中海式飲食)通過調整細菌組成和比例[5,11],可以改善微生物失調,減輕NAFLD。此外,補充益生菌可能對NAFLD產生保護作用。有研究顯示,補充益生菌混合制劑后(包含嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、副干酪乳桿菌、戊糖乳桿菌、乳酸乳桿菌和短乳桿菌),對照組NAFLD患者體質量和肝內脂肪均有所減少,總膽固醇、甘油三酯和腫瘤壞死因子(TNF)-α水平也有所下降[12]。但DEPOMMIER等[13]研究發現,口服經巴氏消毒后的嗜黏蛋白-阿克曼菌3個月后結果顯示總體腸道微生物結構不受影響,但炎癥相關血液標志物水平降低,改善了肝功能障礙。因此,補充益生菌是否能通過改善腸道微生物結構和比例直接影響NAFLD需要進一步闡明。目前,對于腸道菌群組成和比例變化如何影響NAFLD的具體作用機制仍處于初始階段,研究結果尚不一致,但加深對菌群組成和比例的研究,有助于更好地理解NAFLD發病機制和創新治療措施。

2.2細菌成分和代謝物 多種細菌代謝物通過不同受體和代謝通路影響“腸-肝”軸和NAFLD進程。如:吲哚[14]可以抑制肝星狀細胞纖維化,抑制腸道和肝細胞炎癥反應,改善NASH,而TAMO[15]和內源性乙醇[16]則分別通過抑制BAs介導的肝臟法尼醇X受體-成纖維細胞生長因子(FXR-FGF)19信號通路和破壞腸道屏障,誘導和加重NAFLD發展。此外,SCFAs對NAFLD的影響具有兩面性。一方面,SCFAs與TNF-α水平呈負相關[17]。丙酸和丁酸還是維持腸道屏障功能的關鍵因素[18]。此外,通過激活AMP蛋白激酶(AMPK)[19]和內分泌L細胞表面的G蛋白偶聯受體(GPR)41和GPR43[20],刺激腸道激素肽YY、膽囊收縮素和胰高糖素樣肽-1(GLP-1)分泌,抑制巨噬細胞在肝臟內聚集和促炎反應。AMPK通路也有望成為治療NAFLD的藥理靶點[21]。乙酸可以抑制脂肪生成,從而改善NASH[22]。另一方面,乙酸鹽通過興奮副交感神經增加葡萄糖刺激性胰島素和胃饑餓素分泌,促進肥胖、胰島素抵抗和脂肪肝發生[23],還能生成乙酰輔酶A,為肝臟脂肪生成提供原料[24]。肝臟對內毒素高度敏感,微量內毒素也可加劇NAFLD的肝損傷。在腸道菌群中,革蘭陰性桿菌是內毒素的最大來源,內毒素主要成分是脂多糖(LPS),其一方面能破壞腸壁引起炎癥反應,另一方面可以由門靜脈入肝,結合Toll樣受體和核苷酸結合寡聚化結構域受體,誘導NAFLD等多種肝臟炎癥反應。

2.3腸道屏障功能 腸道屏障有物理和生物兩層防御。一方面,黏膜屏障、腸上皮屏障和腸道血管屏障(GVB)為腸道屏障提供物理防御,將腸道菌群與上皮細胞表面分開,保護免受暴露在腸道下細菌的過度炎癥反應[25];另一方面,黏膜下的免疫監視細胞為腸道屏障提供生物防御,既能分泌白細胞介素(IL)-13合成額外的緊密連接(如ZO-1、occludin)以加強上皮屏障,又能產生炎癥反應以對抗入侵的病原微生物。高脂飲食(HFD)通過誘導生物失調破壞腸道屏障,是NAFLD發生的前提。HFD能使小腸細菌過度生長和屏障干擾物種數量增加,病原菌通過Wnt/β-catenin信號通路破壞GVB,驅動細菌及其產物進入肝臟,引發NAFLD[26]。HFD還可以擾亂促進屏障破壞或生成的細菌比例,使屏障破壞因子(如TNF-α、IL-6)和屏障形成因子(如IL-10、IL-17)平衡失調,間接提高腸道通透性[27]。腸道菌群充當腸道屏障與NAFLD的中間環節,在維持腸道屏障和改善NAFLD方面起重要作用。有研究發現,肝硬化患者腸道中的一些條件致病菌(如細孔菌、鏈球菌和阿克曼菌等)富含唾液酸酶[28],可降解腸黏蛋白屏障中的O-聚糖,同時腸道微環境缺乏一些細胞因子(如IL-17),屏障抗菌能力弱,導致慢性炎癥反應。

2.4腸-肝循環和膽汁酸 肝內膽固醇由限速酶細胞色素P450 7A1(CYP7A1)催化合成膽汁酸,隨后分泌入腸道,約有95%的膽汁酸在回腸被重新吸收并通過門靜脈回流到肝臟,這一過程稱為腸-肝循環[29]。腸-肝循環作為BAs信號傳導,以及與腸道菌群相互作用的解剖基礎,在脂質溶解吸收和能量代謝中起關鍵作用。BAs可以作用于核受體產生信號傳導作用,調節能量平衡和影響NAFLD進程。在腸道內,BAs作用于G 蛋白膽汁酸偶聯受體 5釋放GLP-1,促進脂肪褐變。BAs與FXR作用,一方面可以誘導FGF-19和FGF-15產生,降低CYP7A1,減少巨噬細胞聚集和改善肝臟脂肪變性[30];另一方面上調孤兒核受體,抑制固醇調節元件結合蛋白lc的表達,抑制肝臟脂肪合成[31]。BAs與腸道菌群相互作用,一方面,高濃度的結合膽汁酸可以抑制大腸桿菌產生γ干擾素、TNF-α等細胞因子,并與黏膜相關不變性T細胞數量及其釋放的前炎癥因子水平呈負相關,抑制肝內炎癥反應[32];另一方面,腸道菌群和微生物酶參與BAs-核受體調節作用[33]。腸道微生物(如真桿菌、Blautia、瘤胃球菌等)通過FXR-FGF15(或FGF19)信號傳導和分泌膽鹽水解酶、7α-脫羥基酶等微生物酶[34],發揮去連接、去羥基化和氧化等多種活性[34],控制原發性膽汁酸轉化為次級膽汁酸,從而控制膽汁酸的組成和循環膽汁酸池。因此,膽汁酸代謝失調會使腸道生態失調,加重代謝紊亂。腸道菌群失調也會進一步導致膽汁酸數量和組成異常,受體信號活化不足,使能量消耗減少,加重慢性炎癥反應狀態。

3 小 結

腸道生態對維持人體健康至關重要,但作用機制復雜,許多機制尚未完全闡明。“腸-肝軸”是NAFLD發生的關鍵因素。腸道微生物組成和比例異常將影響細菌代謝物水平、膽汁酸代謝,破壞腸道屏障并使腸道通透性增高。一方面促進腸道炎癥反應,腸道激素釋放失常影響脂質和能量代謝,促進肝脂肪變性和炎癥反應;另一方面引起“腸漏”,使LPS、細菌、代謝物等胃腸內容物通過血液循環進入肝臟,引發NAFLD。因腸道菌群失調引起的膽汁酸內穩態破壞又會進一步使菌群紊亂,形成惡性循環。腸道菌群與NAFLD密切相關,腸道菌群可成為治療NAFLD的關鍵潛在靶點。由于細菌及其代謝物種類和數目繁多,作用關系錯綜復雜,目前需要更多系統且深入的基礎研究闡明各種菌群單獨及協同作用機制,同時基于多組學技術進行基于藥物的臨床及基礎研究,以完善NAFLD病理機制并開發創新藥物,彌補臨床藥物空白,滿足NAFLD藥物市場需求。