肠道菌群与非酒精性脂肪肝关系的研究进展

刘晓贞 徐积兄

(南昌大学第一附属医院，江西 南昌 330006)

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是代谢综合征的肝脏表现，是全球最常见的慢性肝病。肠道菌群在NAFLD发病机制中发挥重要作用。肠道菌群可通过影响能量代谢、诱导内毒素血症、产生内源性乙醇、调节胆汁酸和胆碱代谢等多种机制促进NAFLD的发病。益生菌和益生元等肠道菌群靶向治疗在许多动物研究中已获得积极的疗效。本研究对肠道菌群与NAFLD关系的研究进展进行综述。

1 NAFLD概述

NAFLD是指排除过量饮酒、病毒感染或其他肝脏疾病，以肝脏脂肪异常累积为特点的临床病理综合征。NAFLD由一系列肝脏疾病组成，包括单纯肝脂肪变性、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及NASH相关性肝硬化和肝细胞癌〔1〕。随着全球肥胖的流行，NAFLD的发病率不断上升，现已成为世界范围内最常见的慢性肝病〔2〕。NAFLD是一种与胰岛素抵抗和遗传易感性相关的肝脏疾病，其确切机制目前尚不十分清楚。Day等〔3〕首次提出“二次打击”学说，第一次打击是肝脏中三酰甘油(TG)累积增加，而第二次打击是脂质氧化应激诱发肝实质炎症，最终导致NASH。研究人员还提出“多因素共同打击”学说，即在单纯脂肪变性之前或之后，炎症可能与多种因素如脂毒性、氧化应激、线粒体功能障碍和铁超载共同促进NASH的发生〔4〕。迄今为止，没有任何药物制剂已被许可用于特定的NAFLD治疗。推荐的NAFLD治疗仍然局限于改变生活方式，包括调整饮食和适当的体力活动〔5〕。因此，探索NAFLD发病的确切机制，鉴定NAFLD治疗的新靶点具有重要的临床意义。

2 肠道菌群与NAFLD

肠道微生物群是一组与宿主协同作用的共生微生物群。成人肠道微生物群由细菌、病毒、原生动物、古细菌、真核生物、酵母和寄生虫组成，其中大部分为细菌，称为肠道菌群。肠道菌群包含超过1014个细胞，超过1 000种不同的细菌种类，基因组数量多达30万个基因，是人类基因组数量的150倍〔6〕，被称为“人体第二基因组”。人体内的肠道菌群并非固定不变，它很容易受到遗传、饮食、药物及卫生环境等多种因素的影响。Liu等〔7〕通过给予SD大鼠不同类型的饮食发现，高脂肪和高糖饮食对NAFLD的诱导作用与热量摄入无关，而与肠道菌群的变化有关，提示肠道菌群可能在NAFLD的发病中起重要作用。

由于肝脏和肠道通过门静脉相连，使肝脏更容易暴露于易位的细菌，细菌产物，脂多糖和炎症介质中。在正常的生理条件下，肠道屏障可阻止肠腔内细菌及细菌衍生产物或毒素向肠腔外转移。然而，在某些病理条件下，肠道屏障的破坏可导致细菌及其代谢产物的易位和免疫系统的异常活化，引发肝脏炎症和损伤。肠道与肝脏之间的相互作用，也被称为肠-肝轴。因此，作为连接肠道与肝脏的重要结构，肠-肝轴在NAFLD的发病机制中起关键作用〔8〕。

3 肠道菌群参与NAFLD发病的机制

3.1肠道菌群与能量代谢 肠道菌群在人类和啮齿动物能量代谢中发挥重要作用。动物研究显示，将来自常规饲养小鼠的肠道菌群移植到无菌小鼠体内，无菌小鼠的体内脂肪量在2 w内增加了60%〔9〕。该团队进一步研究发现，肠道菌群通过小肠黏膜促进单糖的吸收，后者可加速脂肪酸从头合成并抑制肠细胞中空腹诱导的脂肪细胞因子(Fiaf)，导致脂肪细胞中TG累积，表明肠道菌群可作为重要的环境因素促进宿主能量储存与吸收。

此外，肠道菌群还能将难消化的膳食多糖加工成短链脂肪酸(SCFAs)，主要包括乙酸、丙酸、丁酸，在调节宿主能量代谢中发挥重要作用。一方面，SCFAs可为宿主提供能量。研究发现，丁酸盐是结肠上皮细胞的重要能量来源〔10〕，从肠道吸收的SCFAs可提供身体总热量的10%。另一方面，SCFAs还可通过调节胃肠肽的分泌增加宿主能量吸收。SCFAs通过结合G蛋白耦联受体(GPR)43，刺激胰高血糖素样肽(GLP)-1产生和释放，抑制胃肠蠕动，胃肠转运时间延长，使宿主从饮食吸收的能量增加〔11〕。因此，肠道微生物及其代谢产生的SCFAs通过增加宿主能量吸收，促进肥胖及其相关代谢性疾病如NAFLD的发病。

3.2肠道菌群与内毒素血症 最近的一项研究发现，内毒素血症与一般人群中NAFLD的发病相关〔12〕。最早的动物实验显示，给野生型小鼠连续输注低剂量脂多糖(LPS)可导致肝脂肪变性，肝脏胰岛素抵抗和肝脏重量增加〔13〕。肠道菌群失调可引起肠道屏障功能受损，使肠道渗透性增加，导致细菌及细菌产物(尤其是LPS)由肠腔易位至血液。易位的微生物及其产物由门静脉进入肝脏，激活肝脏内不同细胞(包括Kupffer细胞、星状细胞和肝细胞)上的Toll样受体(TLR)，诱导产生一系列炎性细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1、IL-6等，刺激肝脏促炎和促纤维化途径〔14～16〕，最终促进NAFLD的发病。

此外，小肠细菌过度生长(SIBO)也被认为与NAFLD的发病有关。SIBO中异位微生物群可导致小肠上皮细胞间连接松散，使肠道屏障通透性增加，促进细菌副产物(如LPS)流入门静脉系统中，诱发肝脏炎症和脂肪变性。一项纳入38例确诊为NASH的患者和12例无脂肪肝的肠易激综合征患者的临床研究发现，与对照组相比，低度SIBO在NAFLD患者中患病率更高〔17〕。Kapil等〔18〕的研究发现，在32例NAFLD患者中，有12例(37.5%)检测到SIBO，与没有SIBO的患者相比，SIBO患者的内毒素水平及TLR4信号基因表达显著增加。因此，肠道菌群可通过诱导代谢性内毒素血症促进NAFLD的发病。

3.3肠道菌群与胆汁酸代谢 胆汁酸在肝脏脂质代谢中发挥重要作用。除了促进肠道中脂肪，胆固醇和脂溶性维生素的吸收外，胆汁酸还可以作为信号分子调节各种生理过程〔19,20〕。胆汁酸主要通过激活其下游的法尼醇X受体(FXR)调节机体代谢，FXR激活可降低肝脏TG含量和血清TG水平，改善胰岛素抵抗和高血糖〔21〕。一项随机、安慰剂对照临床研究发现，给予FXR激动剂奥曲胆酸口服治疗72 w可明显改善NAFLD患者的生物化学和组织学特征〔22〕。因此，胆汁酸受体通过调节肝脂质平衡、葡萄糖代谢和调节胆汁酸稳态，影响NAFLD的发病。

肠道菌群富含胆汁酸水解酶(BSH)，可使结合胆汁酸解耦联从而直接影响胆汁酸代谢。此外，肠道菌群还可通过激活FXR间接影响胆汁酸代谢。在动物模型中观察到，肠道菌群失调可导致非结合胆汁酸水平升高，抑制FXR信号传导，导致产生脂质毒性和促进脂肪酸合成的神经酰胺的产生增加〔23〕。然而，也有研究发现，肠道FXR拮抗剂可减轻肝脂肪变性，减少神经酰胺和固醇调节原件结合蛋白(SREBP1)信号传导〔23〕。动物研究显示，用抗生素或tempol治疗的小鼠肝脏TG累积减少。由于结合胆汁酸代谢物显著增加，抑制肠类FXR信号传导，引起小鼠的回肠和血清中神经酰胺水平的降低，导致肝脏SREBP1C的下调和从头脂肪生成减少〔24〕。肠道菌群通过影响胆汁酸代谢，调节胆汁酸受体功能来影响NAFLD的发病。

3.4肠道菌群产生内源性乙醇 内源性乙醇与NAFLD的发病密切相关。内源性乙醇是许多肠道细菌物种的代谢物，被肠道吸收后通过门静脉到达肝脏，在肝脏经乙醇脱氢酶氧化，形成乙酸和乙醛。其中乙酸是脂肪酸合成的底物，而乙醛可产生活性氧，促进脂质过氧化。因此，乙醇代谢可诱导TG在肝脏中累积和肝脏脂质的氧化应激，从而实现“二次打击”假说的两个步骤，最终促进NAFLD的发病〔25〕。此外，乙醇也可能通过增加肠道黏膜通透性，诱导内毒素血症来促进NAFLD〔26〕。

啮齿动物实验模型显示，肥胖小鼠呼吸乙醇含量增加，用新霉素处理后消失〔27〕。在NASH患者中也检测到乙醇水平升高，该研究还发现，NASH患者的微生物组中酒精生产细菌(特别是大肠杆菌)的数量增加与血液中乙醇浓度升高有关，表明肠道菌群是造成NAFLD患者内源性乙醇产生增加的原因〔28〕。此外，还有研究发现，在NASH患者肝脏中检测到乙醇代谢相关酶即乙醇脱氢酶，过氧化氢酶和醛脱氢酶的表达明显增加〔29〕。这些结果表明，肠道菌群产生的内源性乙醇可作为肝毒素促进NAFLD的发病。

3.5肠道菌群与胆碱代谢 胆碱是存在于细胞膜中的一种重要的磷脂成分，可通过膳食摄入及内源性合成。胆碱是肝脏合成磷脂酰胆碱的甲基供体之一，而后者是极低密度脂蛋白(VLDL)合成和分泌所必需的。因此，胆碱在肝脏脂质转运中起着至关重要的作用〔30〕。胆碱缺乏使VLDL合成和分泌受阻，导致TG在肝脏中累积增加，促进NAFLD发病〔31〕。

肠道菌群可代谢膳食中的胆碱并改变其生物利用度，导致胆碱缺乏。Spencer等〔32〕在对严格控制饮食的健康女性进行的纵向实验研究中显示，胆碱缺乏导致肝脏脂质积聚，该团队还发现，肠道菌群中的γ-变形菌减少和肠肝菌的增加与肝脏脂肪的变化直接相关。肠道菌群通过产生催化胆碱转化为甲胺的酶而参与胆碱代谢，当被肝脏吸收时可诱发炎症。由肠道菌群产生的酶可催化膳食胆碱转化为有毒的甲胺(二甲胺和三甲胺)，这些有毒性的甲胺被肝脏摄取转化为三甲胺-氮氧化物(TMAO)，后者可诱发肝脏炎症〔33〕。因此，肠道菌群失调可以通过降低胆碱水平和增加毒性甲胺来促进NAFLD。

4 益生菌和益生元

益生菌是指活性微生物，当给予足够量时，对宿主带来健康益处。在小鼠和啮齿动物的模型中，用鼠李糖乳杆菌GG 和干酪乳杆菌菌株Shirota干预后，肝脏脂肪变性在生物化学和组织学水平均改善，揭示了这两种乳杆菌菌株在饮食诱导NAFLD/NASH中潜在的保护作用〔34〕。最近一项包含134例NAFLD/NASH患者的随机试验的荟萃分析表明，益生菌疗法可以减少NAFLD患者的肝脏转氨酶，总胆固醇，TNF-α，并改善胰岛素抵抗〔35〕。另一项随机临床试验表明，益生菌“共生因子”可降低NAFLD患者的肝脏脂肪，转氨酶活性及TNF-α和IL-6水平〔36〕。因此，益生菌可调节肠道菌群并阻止NAFLD的进展。

益生元是指一组非消化性食物成分，可选择性地改变结肠中某些细菌的生长或活性，对人体健康产生益处。动物研究显示，在蛋氨酸-胆碱缺乏小鼠模型中，补充膳食果寡糖可使胃肠微生物群和肠上皮屏障功能恢复正常，并减少脂肪性肝炎〔37〕。一项安慰剂对照试验发现，低聚果糖补充可改善NASH患者组织学证实的肝脂肪变性〔38〕。这些结果表明益生菌和益生元在治疗NAFLD方面的巨大潜力，为其临床治疗治疗提供了新的方向和途径。

综上，肠道菌群及其代谢产物可通过上述多种机制影响NAFLD的发病。益生菌和益生元等肠道微生物靶向治疗已在动物模型获得积极疗效，但目前相关的临床研究较少。由于肠道菌群易受各种外界因素的影响，并且不同患者间肠道菌群组成存在差异，因此需要更大样本量的研究明确肠道菌群影响NAFLD的确切机制。随着现代研究技术的进步，调节肠道菌群有望成为临床NAFLD治疗的新方法。