靶向肠道菌群代谢产物防治非酒精性脂肪性肝病*

杨蕊旭，周 达，范建高

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靶向肠道菌群代谢产物防治非酒精性脂肪性肝病*

杨蕊旭，周 达，范建高

非酒精性脂肪性肝病；肠道菌群；益生菌；粪菌移植

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是以肝脏脂质沉积为特点的慢性疾病，疾病谱包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）及其相关肝硬化和肝细胞癌。NASH是NAFLD的严重类型，NASH相关的肝脏炎症很难自行缓解，目前尚缺乏有效的治疗手段[1]。肠道菌群与宿主的代谢状况密切相关[2]，肠道菌群紊乱在NAFLD的发生发展中起着重要作用[3，4]。除了肠道菌群本身，基于肠道菌群分泌、修饰和降解的代谢物是宿主-菌群对话的重要媒介，同时也参与宿主代谢的调节。为此，有可能通过肠道菌群代谢产物来治疗代谢性疾病，肠菌代谢产物介导的菌群-宿主对话参与了NASH的发病与缓解[5]。肠道菌群和（或）代谢产物有可能是治疗包括NAFLD在内的代谢性疾病的有效治疗方法。

1 肠道菌群紊乱参与NAFLD的发病

肠道菌群紊乱与代谢性疾病的发生密切相关。菌群失调可影响膳食能量吸收、增加肠道通透性、诱发内毒素血症和机体免疫功能失衡等，从而参与肥胖和 2 型糖尿病的发病[2，6，7]。近年来，多项基于肝活检证实的研究发现，肠道菌群紊乱也参与NAFLD的发病，NASH患者粪便中拟杆菌门的比例减少[8]。NAFLD患者肠道菌群多样性减少且肠菌组成异常，拟杆菌门减少而厚壁菌门增多[9]。然而，在基于NAFLD儿童的研究中，NASH患者肠道拟杆菌门增多而厚壁菌门减少[10]。另有研究发现，肠道菌群失调与NAFLD的严重程度相关，其中拟杆菌门中拟杆菌属与NASH的严重程度相关，而厚壁菌门中的瘤胃球菌属则与纤维化程度相关[11]。此外，一项益生菌的随机临床试验显示肝脂肪变的改善与拟杆菌门和厚壁菌门丰度的改变具有相关性[12]。这些研究结果的差异可能与样本量小且研究对象的异质性有关，但均提示NAFLD患者存在肠道菌群紊乱，后者通过影响能量吸收，促进肥胖、胰岛素抵抗、小肠细菌过度生长、内源性乙醇生成以及内毒素血症等机制促进NAFLD 的发生和发展[2，10，13]。为此，针对肠道菌群失调的治疗方案可能为NAFLD治疗提供新思路。

2 益生菌、益生元、粪菌移植

早在1910年，诺贝尔奖获得者Elie Metchniko就已提出摄入酸奶中的“有益细菌”可以延年益寿，30余年前益生菌被定义为“可改善宿主肠道微生物平衡的活的微生物补充剂[14]。然而，益生菌的治疗在多种疾病中并没有得到预期的效果。现在人们逐渐认识到菌群-宿主相互作用具有稳定性和可塑性，稳定性指已经定殖的固有菌群对外来菌种具有定殖抵抗性，而可塑性则指肠道微生物的组成和功能存在个体差异[15，16]，这种差异可使益生菌的干预在不同个体中会产生不同的应答效果[17，18]。因此，“一种细菌用于治疗所有患者”的益生菌治疗理念的临床应用价值有限。有一项荟萃分析认为口服益生菌对NAFLD患者的治疗效果并不确切[19]。

整体粪便菌群移植（FMT）指将健康供体的肠道菌群移植到患者体内，以试图取代或纠正致病的肠道菌群，从而治疗某些人类疾病的方法[20]。这种治疗手段已经初步在反复艰难梭菌感染、2型糖尿病、溃疡性结肠炎患者的治疗中有较好的效果[21-23]。通过高脂饮食诱导NASH小鼠模型，8周的FMT干预可有效改善NASH小鼠肠道菌群失调，可以增加肠道中克里斯滕森菌和乳酸杆菌等有益菌的丰度。在该NASH小鼠模型中，FMT组小鼠内毒素血症、肝脂肪变和炎症坏死程度以及肝脏内炎性细胞因子均得到有效改善[24]。该探究提示FMT可能是治疗NASH的潜在方法。目前，FMT作为治疗新方法已在多种疾病中进行临床试验。但是，FMT亦存在相关治疗风险，首先是病原体的感染以及移植微生物带来的不相关的效果和副作用；其次，当外来菌群引入宿主肠道时具有的稳定性有限，可能难以在受体肠道内长期存活；第三，供体的选择对FMT的治疗效果具有潜在的影响[25]。因此，如何选择最佳的FMT供体这一问题至今尚未有效解决。

益生元（Prebiotic）治疗可能作为益生菌和FMT的一种替代方法。任何不能吸收的经肠道微生物代谢后能够影响肠道微生物组的结构和功能从而在宿主体内产生有益效果的物质都可定义为益生元[26]。数项Meta分析提示益生元治疗代谢综合征和肠易激综合征的前景良好[27，28]。徐正婕等研究发现，口服乳果糖显著改善高脂饮食诱导的NASH大鼠血清转氨酶和肝脏组织炎症活动积分，但对肝细胞脂肪变的改善作用不显著，提示通过对肠道细菌过度生长等肠道环境的干预也可能成为治疗NASH的策略之一[29]。然而，口服益生元的治疗效果受宿主的肠道菌群组分差异的影响，单纯应用益生元的疗效，个体差异较大[30]。

3 肠菌代谢产物

近年来，众多研究发现菌群-宿主的相互作用是由肠道菌群或宿主分泌、降解或修饰的各种代谢产物所介导的，包括短链和长链脂肪酸、氨基酸、胆汁酸、维生素以及多糖等代谢产物构成了一个丰富的信号网络，进而影响宿主、菌群及其相互作用和功能，由此衍生了开发基于菌群代谢产物的治疗方法，具体包括补充生物活性调节分子或拮抗治疗。这种干预方法可以在不需要移植整个或部分菌群（FMT或益生菌）的前提下，调控与下游的疾病相关信号通路[5]。基于肠道菌群代谢物治疗，一方面可能直接作用于宿主失衡的信号途径，另一方面补充好的代谢产物也可能会阻止宿主致病菌群的形成，从而向非致病菌群转变。

基于菌群代谢物这一治疗方法的重要观点是通过增强外源菌群在宿主的定殖能力并改变定殖抵抗，从而有助于治疗由病原体介导的相关疾病。代谢物可诱导或抑制细菌的定殖抵抗，纠正肠道菌群代谢产物的成分可能逆转病原菌群的定殖力，从而提高补充益生菌或FMT的治疗效果。其中，研究最多的基于代谢产物治疗疾病的案例是短链脂肪酸（SCFA）。有研究报道，补充SCFA的治疗可能改善癌症[31，32]、代谢性疾病[33-35]等多种疾病。作为菌群 -宿主相互作用的重要介质之一，SCFA由肠道菌群发酵膳食纤维产生，SCFA可激活G蛋白偶联受体和抑制组蛋白脱乙酰基酶活性。同时，SCFA亦可作为肠粘膜上皮细胞能量代谢底物，从而在肠道中参与多个能量代谢通路的调节[36]。在代谢性疾病中，SCFA亦可参与免疫稳态、肠道激素分泌、炎症反应、肠道屏障等功能的调节[37-41]。我们推测，NAFLD时肠道菌群产生的SCFA可通过作用于G蛋白偶联受体41/43（GPR1/43），诱导肝脏5/15-脂加氧酶(5/15-LOX）的表达，上调促炎症消退介质（SPMs），恢复促炎介质与促炎症消退介质的平衡，从而通过诱导肝脏炎症程序性消退有效防治NASH和肝纤维化（图 1）。

图1 短链脂肪酸诱导非酒精性脂肪性肝炎程序性炎症消退

针对SCFA的相关研究发现，补充丙酸盐可通过刺激肠道激素的释放起到减肥、减少肝脏脂肪含量，从而改善胰岛素抵抗及其相关疾病。作为另一种重要的SCFA，丁酸在NAFLD的治疗中亦有很好的前景。研究发现，在高脂饮食诱导的NASH小鼠模型，FMT干预组在肠道菌群紊乱得到纠正的同时，回盲部丁酸含量增多[24]。进一步研究发现，只采用丁酸梭菌进行移植干预亦能够改善高脂饮食诱导的NASH，而丁酸梭菌移植组小鼠肠道回盲部丁酸的水平亦升高，丁酸梭菌移植改善NASH的作用机制部分可能是其产生的丁酸通过促进CD4+T细胞向Th2、Th22和Treg细胞分化，抑制CD4+T细胞向Th1或Th17分化等肠肝免疫调节而实现的。更为重要的是，单一使用丁酸梭菌的代谢产物丁酸来进行干预亦可得到改善NASH的治疗效果，直接补充丁酸钠即可纠正NASH小鼠的肠道菌群失调并通过改善肠粘膜屏障等途径改善NASH。这些研究结果表明，基于肠道菌群代谢产物的治疗尤其是短链脂肪酸类的代谢产物，通过抗炎、调节免疫功能和修复肠粘膜屏障等机制而有效治疗NASH。

4 靶向肠菌及代谢产物的治疗对策

靶向肠道菌群代谢产物治疗策略可克服益生菌和FMT定殖抵抗的缺陷，而实施该方法需要标准化的方法来鉴定与病理过程相关的代谢产物。目前，这一治疗策略仍有许多问题值得进一步研究[5]。首先，宿主的肠道菌群和代谢产物可能发生不可预计的相互作用，可能会加重肠道菌群失调或者使菌群改变其生化特性，将代谢产物转化为无效的甚至是有害的类型。其次，在肠道内改变代谢产物的水平也可能会破坏反馈环路的平衡，从而干扰原有代谢产物的产生。长期补充代谢产物可能促进宿主或者菌群抵抗机制的形成，从而改变代谢产物的治疗靶点。第三，某些代谢产物在粪便中水平较低，并不能反映其在上游发挥有益生理作用部位的水平。需要注意口服补充的代谢物不能被胃肠道近端区域所吸收，从而影响其在远端小肠和结肠的有效浓度。第四，研究代谢产物的药代动力学和药效学以及潜在全身的系统性影响也非常重要。第五，细菌产生的许多小分子具有非常复杂的化学结构，某些代谢产物亦具有挥发性，给实际生产这些代谢产物带来难度。鉴于上述原因，尽管越来越多的具有活性的有益细菌代谢产物具有很好的治疗前景，但将其转化为实际的临床应用还有很多问题亟需解决，而这些问题的解决需要更多的实验研究来探索。

为了应对上述挑战，可考虑基于肠道菌群及代谢物的整合治疗策略，即将益生菌、益生元、FMT和代谢产物等两种或多种治疗方法优势组合[5]。相比于FMT，益生菌因其菌株的高度特异性导致其在不同个体中可能有不同的作用。在益生菌治疗时，加入稳定肠道微环境的代谢产物，可能改善其定殖抵抗从而维持益生菌治疗的长期效果。在个体化的治疗方案中，益生菌治疗还存在另一个问题，那就是如何长期维持新引入微生物的定殖力。为解决这一问题，益生元的辅助治疗应与菌群移植同时进行，从而为新引入的菌群提供持续支持。在这方面，不同个体对益生元补充的反应性很大程度上取决于其本身肠道菌群的组成。在这种情况下，代谢物的补充也可以使移植的微生物更加稳定，同时也可让益生元的作用得到更好的发挥。

总之，基于肠道微生物及代谢产物的治疗将给NAFLD及相关疾病的治疗带来希望。肠菌代谢产物在NAFLD治疗中的应用需要克服与概念和技术等方面的诸多障碍，需要对其活性、作用机制、相互作用等进行进一步的研究。通过优化整合肠菌代谢产物与肠道菌群靶向治疗，有可能克服现有的治疗缺陷，从而实现基于肠菌的NASH精准治疗。

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（收稿：2017-09-05）

（本文编辑：陈从新）

Microbiome-based metabolite in the treatment of patients with non-alcoholic fatty liver diseases

Yang Ruixu，Zhou Da， Fan Jiangao.Center for Fatty Liver Study，Department of Gastroenterology，XinHua Hospital，JiaoTong University School of Medicine，Shanghai 200092，China

Fan Jiangao，E-mail:fanjiangao@xinhuamed.com.cn

Non-alcoholic fatty liverdisease；Gastrointestinalmicrobiome；Probiotics;Fecalmicrobiota transplantation

10.3969/j.issn.1672-5069.2017.06.001

国家重点研发计划“精准医学研究”项目（编号：2017YFSF090203）；国家 973课题（编号：2012CB517501）；国家自然科学基金资助项目（编号：81470840）

200092上海市 上海交通大学医学院附属新华医院消化内科暨脂肪肝诊治中心

杨蕊旭，女，26岁，医学博士。主要从事脂肪肝防治研究。E-mail:ruixu.yang@hotmail.com

范建高，E-mail:fanjiangao@xinhuamed.com.cn