肠道菌群和内毒素血症与非酒精性脂肪性肝病*

曹 毅 沈 峰 徐雷鸣 范建高

非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）是指除外酒精和其他明确肝脏损伤因素所致的，以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变性为病理特征的临床综合征。随着肥胖、胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）、高脂血症和糖尿病等代谢紊乱的高发，NAFLD的发病率不断升高，现已成为发达国家和中国富裕地区慢性肝病的首要病因。肠源性物质通过门静脉进入体内，作为门静脉首过器官的肝脏与肠道微生态在解剖和功能上有着密切联系，“肝-肠轴”概念的提出为寻找肝病的发病机制和诊疗方法提供了新思路。最近一系列研究显示，肠道菌群结构改变、小肠细菌过度生长（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）以及肠源性内毒素血症在NAFLD的发生发展中起重要作用，而恢复肠道微生态平衡则可能防治NAFLD。为此，本文就此进行综述。

一、肠道菌群改变促进代谢紊乱

正常成年人肠道内含有500～1000种不同类型的细菌。肠腔内容物中包含大量革兰阴性需氧菌和专性厌氧菌，其密度从空肠至回肠末端逐渐递增。由于传统细菌培养手段的局限性，肠菌研究进展很慢。随着分子生物学技术在微生态学的应用，根据细菌小亚基 16S rRNA序列的不同，人类肠道菌群主要为以下三类厌氧菌：革兰阳性的厚壁菌门、放线菌门以和革兰阴性拟杆菌门。厚壁菌门是最大的菌群，包括乳酸菌、支原菌、芽孢杆菌和梭菌等200多种类型；拟杆菌门包括20多种细菌，与放线菌门同属主要肠道菌群[1]。

（一）肠道菌群与肥胖症 肠道菌群数量和结构改变与肥胖的发生发展有一定联系。Backhed等[2]研究显示肠道菌群可调节宿主能量贮备，无菌小鼠摄入热量高出普通小鼠的29%，而全身脂肪含量低于其40%。移植后者肠道菌群至无菌小鼠肠道后，在不改变饲料摄取和能量消耗的条件下，2周内无菌小鼠总脂肪含量增加57%。无菌小鼠能够抵抗饮食诱导肥胖的机理，可能涉及两个独立的调控脂肪酸代谢途径[3]：①禁食诱导脂肪因子（fasting-induced adipose factor，Fiaf）的水平升高。肠粘膜上皮细胞中的Fiaf通过抑制脂蛋白脂肪酶的活性，可减少脂肪酸的摄入和甘油三酯在脂肪组织中的积累；②提高了磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）的活性，进一步激活脂肪酸氧化的关键酶（如乙酰辅酶A羧化酶、肉毒碱棕榈酰转移酶），从而减少脂肪组织合成并增加脂肪酸的氧化。肠道菌群可能通过促进脂肪酸吸收、抑制脂肪酸氧化影响宿主能量平衡，从而导致肥胖。Ley等[4]分析5088条来自于相同饮食结构的ob/ob肥胖小鼠和瘦型小鼠的盲肠微生物16S rRNA基因序列，结果显示肥胖小鼠拟杆菌门数量下降50%，厚壁菌门则相应增加。人类研究结果与之类似，与健康对照相比肥胖者肠道末端微生物拟杆菌减少而厚壁菌增多[5]。这些研究表明肠道菌群中厚壁菌门/拟杆菌门比例的增加可能通过增加肠道能量吸收，促进肥胖的发生。Kalliomaki等[6]一项队列研究测定了婴儿出生时肠道菌群的组成差异并随访至7岁，与体重正常组相比超重/肥胖组出生时双岐杆菌减少而金黄色葡萄球菌增多，提示肠道菌群异常的出现早于肥胖的发生。

（二）肠道菌群与胰岛素抵抗 IR是NAFLD的发病机制之一，表现为整个机体、肝脏、脂肪组织对胰岛素敏感性下降[7]。IR不仅参与脂肪变的发生，而且促进肝细胞损伤和炎症发展[8]。Cani[9]等发现肠源性内毒素血症参与IR的发病，高脂饮食饲养小鼠出现代谢性内毒素血症，促使体重增加和IR。无菌小鼠相对普通小鼠糖耐量提高，餐后胰岛素水平降低，并可抵抗高脂饮食导致的IR[10]。将普通小鼠的菌群移入无菌小鼠肠道后，在饮食不变情况下无菌小鼠可出现明显的IR[2]。5型Toll样受体（TLR5）是表达在肠粘膜细胞上防御感染的一种固有免疫成分，尽管通过饮食控制可预防TLR5缺失小鼠发生肥胖，但难以避免IR，将其肠道菌群植入普通小鼠体内，后者出现了IR表现[11]。肠道细菌结构的变化与血糖稳定同样有关[12]。糖尿病患者的粪便细菌中厚壁菌与梭状芽孢杆菌比例较正常组显著下降，拟杆菌与厚壁菌的比例与血糖变化密切相关[13]。通过抗生素调整高脂饮食饲养小鼠的肠道菌群，结果代谢性内毒素血症得以缓解，表现为糖耐量改善和体重减轻[14]。

二、小肠细菌过度生长与脂肪性肝炎

SIBO又称小肠污染综合征或盲袢综合征，是指结肠内菌群因各种原因移位进入小肠，引起小肠内厌氧菌过度孳生而表现为营养吸收不良、腹胀、腹泻以及小肠动力异常为主的临床综合征。SIBO可能是单纯性脂肪肝发生非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）的重要诱因或“二次打击”。Abu-Shanab等[15]报道80例NASH和32例正常对照组乳果糖呼气试验的结果，发现NASH组SIBO的患病率（77.8%）显著高于对照组（31.3%）。NASH患者在口服环丙沙星抑制肠道细菌生长后，血清胰岛素水平上升，而内生乙醇减少[16]。给高脂饮食诱导的NASH大鼠口服乳果糖或庆大霉素，其血清转氨酶和肝组织炎症坏死程度可显著减轻[17，18]。提示肠道细菌参与调节血清胰岛素和内生乙醇含量，而调节肠道菌群则对NASH可能有治疗作用。

空回肠旁路减肥手术尽管可以显著减轻重度肥胖症患者的体重并改善相关代谢紊乱，但其脂肪性肝炎加重伴肝功能恶化[19]。口服甲硝唑或切除旷置肠道可使肥胖症患者以及实验大鼠肝脏损伤减轻。提示术后废用的肠襻内细菌过度生长以及肠源性内毒素血症是导致小肠旁路术后肝脏损害恶化的重要原因[20]。另一方面，NASH亦可诱导SIBO的发生。NASH患者体内胃饥饿素水平降低，小肠动力减弱，结肠细菌逆流至小肠内繁殖，逐渐发生SIBO[16，21]。此外，NASH患者因迷走神经受损或因其他原因长期服用抑酸药，可通过胃酸分泌低下促进SIBO的发生[16]。

三、内毒素与脂肪性肝炎

内毒素是革兰阴性细菌细胞壁外膜上的一种脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）与微量蛋白质的复合物。LPS是内毒素活性成分，通过TLR4依赖通道移入肠道毛细血管。NAFLD患者血清内毒素水平显著升高[22，23]。

（一）内毒素的代谢功能 内毒素的脂质部分与机体的物质代谢相关。给小鼠连续注射4周LPS后，实验动物体重、肝重和血糖显著增加，伴IR以及脂肪组织巨噬细胞数量和炎性标志物水平升高。高脂饮食饲养小鼠4周除内脏和皮下脂肪含量增加外，血清LPS浓度升高2-3倍。库普弗细胞膜表面的CD14是LPS的受体，给CD14沉默小鼠注射LPS则不出现肥胖、糖尿病和肝细胞脂肪变[8]。不同热量饮食可能对LPS代谢有不同的影响。相比高碳水化合物饮食，高脂饮食喂养小鼠4周后体内LPS浓度显著升高，提示高热量饮食所致代谢性疾病的发生可能与LPS相关[24]。

（二）内毒素的促炎症作用 肝脏脂肪沉积使NAFLD患者在面对损肝因素或附加打击时出现更严重的肝损害，从而发生NASH和肝硬化。ob/ob肥胖伴单纯性脂肪肝小鼠注射少量LPS即可发生NASH，同时肝细胞对肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）敏感性增高[20]。库普弗细胞能增加肝脏甘油三酯沉积，并降低脂肪酸氧化和胰岛素敏感性。高脂或高果糖饮食难以复制库普弗细胞缺失小鼠肝脂肪变和IR[25]。

肠源性LPS结合脂多糖绑定蛋白（LPS binding protein，LBP），通过膜表面受体CD14，激活库普弗细胞并活化核因子（NF-kB），引起 TNF、白细胞介素 -6（interleukin-6，IL-6）、IL-8等促炎因子活化。实验表明在NASH发生时该通路是激活的，血清LBP水平升高，并且肝脏TNF基因表达上调[26]。高脂喂养的ob/ob小鼠若同时予以TNF抗体或益生菌，4周后可发现肝组织学改善，伴肝炎指标下降、IR减轻以及肝脏脂肪酸减少[27]。体外试验也发现只有TNF被抑制后才能减轻库普弗细胞对肝细胞脂肪酸氧化、甘油三酯沉积和胰岛素反应的影响[25]。TLR4是内毒素识别受体，LPS通过TLR4介导的MyD88信号途径活化库普弗细胞，引发细胞内炎症反应。有研究报道TLR4/MyD88信号通道在高脂饮食相关脂肪性肝病发病早期起关键作用，其中游离高迁移率族蛋白框1与TLR4的激活密切相关[28]。Rivera等[29]发现，TLR4沉默小鼠比野生型小鼠肝脏损害程度减轻，脂质沉积减少。Thuy等[30]研究显示，12例NAFLD患者高果糖饮食后血清内毒素水平与肝脏TLR4 mRNA表达均增高，两者之间关系密切。

（三）内毒素导致肠粘膜通透性增高 内毒素可激活肠粘膜上的腺苷环酶，损伤上皮细胞线粒体和溶酶体，导致肠绒毛顶部细胞坏死和上皮细胞自溶；还可激活补体系统、血液凝固系统以及巨噬细胞等直接或间接损伤肠粘膜屏障功能。Markel等[31]研究认为，内毒素通过抑制新生肠上皮细胞的迁徙和减弱细胞修复因子的修复作用，使局部肠粘膜破损，触发炎症瀑布反应，最终肠粘膜局部缺血坏死以及肠屏障受损。Dumas等[32]研究表明ob/ob肥胖小鼠肠道通透性增加与门脉内毒素血症相关。Miele等[33]研究报道NAFLD患者肝损伤的进展与肠道通透性增加有关，慢性肝病患者肠粘膜通透性改变的同时血清炎症因子显著上升。

四、展望

NAFLD与肠道菌群有着密切联系，抗生素和益生菌或许可通过调节肠道菌群达到改善包括NAFLD等代谢性疾病的目的。首先，肠道菌群改变通过对能量代谢的影响增加内脏脂肪蓄积，促进肥胖和IR的发生，从而参与脂肪肝的发生；其次，SIBO及其代谢产物内毒素则可通过肠粘膜通透性增加、细胞内炎症因子释放，从而触发或加剧脂肪性肝炎；最后，给予动物模型及NAFLD患者益生菌或抗生素调整肠道菌群和肠道炎症，则可改善糖脂代谢紊乱、减轻肝脏IR，伴肝脂肪变和炎症程度下降[16～18，27，34，35]。然而至今尚缺乏益生菌和抗生素治疗NAFLD/NASH的随机对照的临床试验。

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