短链脂肪酸在非酒精性脂肪性肝病发生发展中作用的研究进展

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)具有复杂的疾病谱，包括肝细胞脂肪变性、肝细胞损伤、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝纤维化等，严重危害人类健康。目前认为影响NAFLD进展的危险因素包括遗传易感性、内脏脂肪蓄积、胰岛素抵抗、促炎因子释放等。肠道菌群失调可通过破坏肠道屏障、影响机体胆汁酸与胆碱代谢、增加内源性乙醇等途径参与NAFLD的进展。除了菌群本身，其代谢物也可影响代谢及宿主免疫系统。肠道微生物群可以产生维生素和多种营养素，包括短链脂肪酸(SCFA)。

SCFA是肠道菌群分解碳水化合物或氨基酸的代谢产物，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、异丁酸、异戊酸、异己酸等，其中乙酸、丙酸、丁酸的含量较高。正常菌群每日可产生50～100 mmol/L的SCFA[1]，为肠道上皮细胞提供能量。SCFA可通过降低结肠pH、抑制病原体生长、促进水钠吸收等途径参与肠道免疫稳态的调控。多项研究表明，SCFA影响了NAFLD的进展，但其具体机制尚不清楚[2-4]。本文从肠道屏障、脂代谢、免疫炎性反应、肠道动力学、胆汁酸代谢等方面就SCFA影响NAFLD进展的可能机制作一综述。

1 肠道菌群及SCFA参与了NAFLD的进展

肠道菌群失调在NAFLD的进展中扮演着重要角色。临床样本16srRNA高通量测序结果显示，NAFLD患者的乳杆菌、拟杆菌、普氏菌、γ-变形菌、ε-变形菌、Allisonella等的丰度上升，而厚壁菌、Oscillibacteria、Anaerosporobacter、Faecalibacterium丰度下降，且菌群结构变化与低胆碱饮食诱发脂肪肝的风险相关[5-6]。与对照组C57BL/6J小鼠相比，无菌小鼠接受高脂饮食后，粪便中的脂质更多，胰岛素敏感度升高，血浆肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及胆固醇水平下降，葡萄糖耐量及胰岛素血症得到改善[7]；但无菌小鼠接受NAFLD供体的粪菌移植后，可出现NAFLD的相关表型，如肝脂肪变性、三酰甘油(TG)水平升高、脂肪生成基因表达升高、胰岛素血症等[8]，提示肠道菌群直接参与了NAFLD的进展。有研究指出，肠道微生物群与NAFLD的严重程度有关，其中拟杆菌丰度与NASH相关，而瘤胃球菌丰度与中重度纤维化相关[9]。根据宏基因组谱，NASH及纤维化相关的KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)途径主要涉及碳水化合物代谢以及脂代谢[9]。

SCFA作为肠道菌群酵解碳水化合物的产物，也可影响NAFLD的进展。乙酸盐可减轻NASH小鼠的肝脏脂肪变性和炎性浸润，并降低血清中TG、游离脂肪酸和胆固醇的水平[2]；丙酸可通过抑制β细胞凋亡而增强葡萄糖刺激的胰岛素释放[3]；补充丁酸钠可促进肠道紧密连接蛋白表达，减轻肝损伤，抑制小鼠NASH的进展[4]。

2 SCFA在NAFLD进展过程中的作用

2.1 保护肠道屏障功能

NAFLD伴随着严重的肠道屏障损伤。紧密连接是胃肠道黏膜上皮机械屏障的重要组成部分，位于相邻上皮细胞间，可以阻止肠道微生物及其代谢产物进入门静脉系统[10]。NAFLD患者活组织检查标本可见肠道屏障完整性受损，紧密连接蛋白表达下降，小肠细菌过度生长且与肝脂肪变性的严重程度有关[11]。亚组分析显示，NAFLD和NASH患者的肠道通透性显著高于健康者，此差异可能与肝损伤及TNF-α产生有关[12]。

已有研究证实SCFA可通过多种途径影响肠道屏障功能。SCFA有助于肠道屏障的形成，并可通过抑制炎性小体NLRP3和自噬，减轻肠道屏障损伤[13]；肠道上皮吸收丁酸盐，可通过恢复缺氧诱导因子(HIF-1)的表达，纠正生理性缺氧并维持肠道屏障功能[14]；丁酸盐可抑制MLCK/MLC2通路，促进蛋白激酶CβⅡ(PKCβ2)磷酸化，激活AMPK通路，从而促进紧密连接蛋白重组，上调肠道上皮紧密连接蛋白ZO-1、occludin的表达[15]；丁酸盐也可作为组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂激活信号转导及转录激活因子3(STAT3)通路，诱导白细胞介素-10受体a抗体(IL-10RA)表达升高，下调claudin-2的表达[16]，提高跨膜电阻值(TEER)，促进肠道屏障形成。

2.2 改善脂代谢

在动物模型中，SCFA可调节肝脏脂质代谢。摄入乙酸可促进胆汁酸排泄，抑制肝脏中脂质合成，并且可以降低胆固醇饮食大鼠的血清胆固醇和TG水平[17]。有学者提出，乙酸降低血脂、改善肝脏炎性反应程度、延缓肝纤维化的作用是通过激活法尼醇受体(FXR)来实现的[2]。此外，乙酸与丙酸混合饮食可降低脂肪生成基因的表达，在不影响体质量的条件下降低高脂饮食小鼠肝脏中TG水平，而且丙酸含量越高，胰岛素敏感度的改善越明显[18]。

SCFA调节脂代谢的机制尚不明确。Ge等[19]的研究结果显示，乙酸具有抑制脂肪细胞分解、降低血浆游离脂肪酸、促进脂肪细胞分化的作用，而这些作用与G蛋白偶联受体43(GPR43)的激活有关。丁酸盐可抑制脂肪细胞中的脂解作用[20]，其机制主要涉及胞浆型磷脂酶A2(cPLA2)和环氧合酶(COX)活性的上调，以及前列腺素E2(PGE2)的表达升高[21]。此外，乙酸、丙酸、丁酸的混合饮食可降低过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的表达，使脂肪组织及肝组织由脂肪生成向脂肪酸氧化转变[22]，从而缓解C57BL/6J小鼠高脂饮食诱发的肥胖和胰岛素抵抗。

2.3 调节免疫应答和炎性反应

肠道SCFA可影响免疫应答。丙酸盐可通过激活GPR41受体参与骨髓造血，促进巨噬细胞和树突状细胞前体的产生[23]；丁酸盐可促进Foxp3基因转录并降低树突状细胞内促炎细胞因子的表达，从而诱导结肠固有层中调节性T细胞(Treg)分化，调节黏膜T细胞，抑制炎性反应[24-25]；戊酸盐可通过AKT/mTOR通路抑制CD4+T细胞中HDAC活性，促进IL-10表达，减少IL-17A产生，改善炎性反应[26]。

SCFA可参与调节炎性细胞因子。在脂肪细胞与巨噬细胞的共培养体系中，游离脂肪酸和甘油诱导炎性细胞因子TNF-α、IL-6、人单核细胞趋化蛋白(MCP-1)表达升高，但这一效应可被丁酸盐抑制，这可能是因为丁酸盐抑制了丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化及核因子-κB(NF-κB)的活性[20]。另一项研究指出，db/db小鼠腹腔注射丁酸盐，可通过抑制NLRP3炎性信号通路而下调皮下脂肪组织中IL-1、TNF-α、IL-6 mRNA的表达[27]。体外应用乙酸盐和丁酸盐干预小鼠巨噬细胞系(RAW264.7)可抑制NF-κB和ERK信号通路，升高IL-10表达，下调一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、IL-6的表达[28]。以上研究提示，SCFA在体内外均可参与调节炎性因子的产生，在炎性反应过程中发挥巨大的作用。

2.4 影响肠道动力学

SCFA可通过调节肠源性肽分泌而影响肠道蠕动。结肠注入菊粉丙酸酯可促进胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和酪酪肽(PYY)分泌[29]。NAFLD患者长期补充菊粉丙酸酯可防止体质量及腹腔内脂肪组织增加，减少肝内脂质含量并改善葡萄糖稳态[29]。在GPR41缺陷小鼠模型中，GPR41缺失与PYY表达下调、肠道转运率升高、能量摄取率降低有关[30]。Musso等[31]提出，GPR41和GPR43被乙酸、丙酸盐、丁酸盐等SCFA激活后，可刺激PYY分泌，抑制肠道运动，减慢肠道运输，从而增强营养吸收。

2.5 影响胆汁酸代谢

SCFA影响肝肠循环的途径与FXR有关。胆汁酸是重要的细胞信号分子，可通过FXR、跨膜G蛋白偶联胆汁酸受体5(TGR5)、维生素D受体等影响胆固醇代谢及肠道菌群[32]。肠道菌群可通过改变胆汁酸池的组成及小肠中的FXR天然拮抗机制来抑制胆汁酸合成，在调节胆汁酸平衡中发挥重要作用[33]。有研究指出，FXR受体缺乏的小鼠在接受高脂饮食后，产丁酸盐细菌丰度下降，β-鼠胆酸(β-MCA)和脱氧胆酸(DCA)水平显著升高。而摄入丁酸盐可降低β-MCA和DCA水平，并下调肝脏炎性基因(CCL17、CCL20、CCL2、TIMP1)的表达[34]。以上研究提示丁酸盐对肝脏炎性反应的治疗作用可能与胆汁酸受体FXR相关。

3 结语

随着肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢性疾病的发病率逐年上升，NAFLD已成为威胁人类健康的常见肝病之一。NAFLD的发病机制尚未完全阐明，涉及的关键因子也尚不明确。SCFA作为肠道菌群酵解碳水化合物的产物，具有不可忽视的作用。SCFA可上调紧密连接蛋白表达，促进肠道屏障形成，降低血脂，改善脂代谢，调节免疫应答和炎性反应，影响GLP-1和PYY的分泌而改变肠道蠕动，间接激活FXR受体从而影响胆汁酸代谢，以上途径均可能影响NAFLD的发生发展。因此，SCFA可作为NAFLD新型疗法的潜在靶点。然而，基于SCFA作用机制的新药研发尚需进一步的疗效评估及安全性评估，目前在NAFLD临床研究中的相关报道较少。