粪菌移植治疗非酒精性脂肪性肝病研究进展

薛兰凤，罗文辉，何兴祥，张发明，陈 羽

非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）包括非酒精性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis, NASH）及非酒精性脂肪性肝硬化，是目前最常见的慢性肝病之一[1]。在肠道菌群、饮食、遗传、肥胖等各方面病因的综合作用下，NAFLD可从单纯性脂肪肝演变为肝纤维化、肝硬化，甚至可进展为肝癌[2]。迄今为止，尚无治疗NAFLD的特效药。据预测，至2030年NAFLD将成为肝移植最常见的适应证[3]。因此，改变生活方式，包括体育锻炼、健康饮食和减肥，通常被推荐作为改善及预防NAFLD进展为肝纤维化、肝硬化甚至肝癌的主要临床治疗手段。然而，由于依从性差，无法达到预期疗效的患者比例较大，能够达到足够减肥效果的患者较少，长期维持体质量的患者更少。因此，寻找新的有效的治疗策略是治疗NAFLD的迫切医学问题。

近年来，越来越多的研究发现，肠道菌群在NAFLD发病中扮演了重要角色[4-7]。当肠道菌群生态平衡受到破坏时，肠道菌群通过激活病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs）、损伤相关分子模式（damageassociated molecular patterns, DAMPs）、肝星形细胞以及库夫细胞相关通路，影响NAFLD的进展，导致肝损害。因此，纠正肠道菌群失调可能成为NAFLD的治疗方法。虽然目前已有各种口服的益生菌制剂用于纠正菌群紊乱，但由于菌种单一、菌量少、菌活力低下等原因使得治疗效果有限。粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）是近年来发展起来的一种新型的治疗多种疾病的方法。与口服制剂相比，FMT具有以下优势：①移植菌群种类丰富；②移植菌群数量庞大；③最大限度保留原有功能菌。故FMT能显著改善肠道细菌紊乱，是目前公认的恢复肠道微生态平衡最有效的方法。FMT对NAFLD的治疗作用已在多项动物和临床研究中得到阳性评价[8-11]。肝性脑病是重型肝炎的十大防治并发症之一，研究发现，FMT亦可显著改善肝性脑病病情[12-13]。因此，FMT治疗可能通过改变肠道菌群的组成谱，增加肠道健康菌群的丰度，抑制肠道菌群的过度生长，修复肠道屏障通透性，进一步改善NAFLD患者的病程。然而，FMT治疗NAFLD的临床应用前景仍须进一步验证，同时其潜在的分子机制尚不清楚。本文综述了FMT治疗NAFLD的实验和临床证据，并总结其可能通路的作用机制。

1 FMT的概念和历史

FMT是一种细菌疗法，是将健康个体的粪便菌群移植到受体体内的过程，是恢复肠道微生物多样性的有效策略。FMT最早可追溯到公元4世纪的中国古代，“黄汤”被成功地用于治疗严重食物中毒和腹泻[14]。纵观中国古代医学发展进程，有不少关于人类粪便治疗多种消化道疾病的病例。然而，FMT的治疗作用一开始在西方国家并没有得到太多的认可，被认为是一种令人恶心的“偏方”。2013年，FMT被写入美国治疗难治性复发性难辨梭状芽孢杆菌感染临床指南[15]，这标志着FMT得到了传统医学的认可。除了治疗难辨梭状芽孢杆菌感染，FMT的应用前景广阔，包括治疗代谢疾病、肿瘤免疫、肝性脑病等。研究表明，肠道菌群失衡可导致或加重肝细胞脂肪变性和肝炎[16-18]。近年，肠道菌群已成为一个世界性的研究热点。

2 关键的解剖结构和生理功能——肝-肠轴

肝-肠轴是肠道和肝脏相互联系的关键桥梁，是肠道细菌影响肝功能的主要途径。从解剖学上讲，肝脏70%的血供来自门静脉，肝脏与肠道的接触主要是通过门静脉系统，这使得肝脏容易受到肠道细菌及其内毒素的影响[19]。在生理功能上，一方面，从食物中分解的物质、次级胆汁酸、肠道细菌分解物等代谢产物可被吸收入血液，流入门静脉，然后到达肝脏；另一方面，肝脏产生的胆汁酸、IgA和抗菌分子等物质可分泌到胆道到达肠道。同时，肝脏炎症介质（如IL-1β、三甲胺氧化物等）和肠道代谢产物（如乙醛、丁酸、乙醇等）都可以渗透进入循环，肝脏和肠道功能通过上述方式形成双向沟通[20]。这些解剖结构和生理功能的存在形成了肝-肠轴，当肠道菌群受到破坏时，有害细菌产生的有毒物质通过上述途径进入肝脏，导致肝功能受损。FMT可以削弱肠道内的有害细菌，减少毒素进入肝-肠轴的数量，从而防止对肝脏的进一步损害。因此，肝-肠轴是FMT治疗NAFLD的关键结构。

3 动物实验

多项动物实验探索了FMT对NAFLD的潜在治疗作用（见表1）。Le Roy等[21]的一项研究中，2只体质量相等，对高脂饮食（high fat diet,HFD）反应不同的雄性C57BL/6J小鼠予以HFD饲养，经一段时间后，对HFD分别产生应答和无应答的效果。“应答者”出现高血糖，血浆中促炎细胞因子浓度较高；而“无应答者”血糖正常，全身炎症程度较低。将上述2只小鼠的粪便经胃内灌入8周龄无菌小鼠体内，分为应答者组（n=22）和无应答者组（n=18），再予喂养相同的HFD 16周。结果发现，尽管所有无菌小鼠都出现了类似的肥胖，但应答者组出现了高血糖、胰岛素抵抗及肝脏脂肪变性，而无应答者组则没有。此外，通过16S rRNA测序，2组无菌小鼠的肠道细菌在门、属、种水平上存在差异。

Zhou等[8]将无致病性雄性C57BL/6小鼠随机分为对照组、HFD组和HFD+FMT组（每组12只）。对照组和HFD组分别采用标准饮食与HFD喂养16周，HFD+FMT组则先采用HFD喂养16周，再予FMT治疗8周（收集对照组的粪便，采用灌胃法进行FMT）。16周后与对照组相比，HFD组和HFD+FMT组的肠通透性和肝脂肪变性增加；HFD+FMT组再予FMT饲养8周后，与HFD组相比，肠道通透性和肝脂肪变性明显降低。研究表明，FMT可通过调节肠道菌群，减轻HFD诱导的小鼠脂肪性肝炎。

Soderborg等[22]将孕妇分为肥胖组（n=8）和正常体质量组（n=7），分别收集2组孕妇的2周大婴儿的粪便，用于喂养2组无菌 C57BL/6J小鼠21 d（n=12）。研究结果显示，用肥胖组婴儿粪便喂养的小鼠出现超重现象，且肠道通透性增加，内质网应激和固有免疫相关的肝基因表达增加，门静脉的炎症明显，而用正常体质量组婴儿粪便喂养的小鼠则没有出现该现象。表明母亲的肥胖可能通过菌群影响了婴儿的肥胖和NAFLD的发病。

García-Lezana等[23]用高脂高糖饮食和对照饮食喂养Sprague-Dawley大鼠8周，选择具有代表性的大鼠作为肠道菌群供体。研究者将对照组供体粪便移植到上述高脂高糖饮食的大鼠体内，维持12～14 d。研究者观察到，高脂高糖组大鼠出现肥胖、胰岛素抵抗、无纤维化的NASH、门静脉高压、肝内内皮功能障碍和肠道菌群失调。经过对照组供体FMT后，尽管高脂高糖组大鼠NASH病情没有显著变化，但显著降低了门静脉高压。此外，高脂高糖组大鼠体质量明显下降，胰岛素抵抗得到改善。这些结果表明，FMT可能是治疗NASH门静脉高压症的一种选择。

表1 FMT治疗NAFLD的相关研究Table 1 Experiments on FMT in the treatment of NAFLD

上述实验结果表明，肠道菌群在机体代谢中起着重要作用，肠道菌群紊乱可导致多种代谢疾病的发生，如脂肪肝、肥胖、胰岛素抵抗等。FMT将健康个体的肠道菌群移植到患有代谢性疾病的动物肠道中，可以原位平衡肠道菌群，改善代谢性症状，甚至可以减少肝脏的脂肪沉积。

4 FMT治疗NAFLD的可能分子机制

基础实验证实FMT可用于治疗NAFLD。然而，其背后的分子机制还处于探索阶段，尚未完全明确。如前所述，PAMPs和DAMPs的激活是导致肝损伤的主要致病途径。根据现有的研究成果，推测其可能通过以下机制发挥作用。

4.1 转变肠道菌群构成，减少产内毒素菌并增加益生菌 脂多糖（lipopolysaccharides, LPS）又称内毒素，是革兰阴性菌细胞壁的主要成分，是增加肠道屏障通透性，激活肠道免疫细胞分泌炎症介质，导致自身免疫性肠道炎症发生的主要致病物质。NAFLD患者肠道菌群往往呈现革兰阴性杆菌增多的特点。FMT通过移植健康者体内的整体菌群，转变患者肠内原肠菌构成，使产LPS菌减少，降低血清内毒素水平和减轻LPS引起的炎症反应，再次恢复肠道菌群生态平衡。与此同时，LPS可通过肝-肠轴与肝表面受体结合［如Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）4、IL-17r］，激活免疫细胞分泌炎症因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β），进一步启动肝脏炎症反应[24]。从健康人粪便中提取完整的粪菌予移植，转变患者肠道菌群构成，可减少内毒素的产生和内毒素介导的炎症反应，维持肠道菌群的生态平衡。

另外，FMT还可使乳酸杆菌等益生菌比例增加。这些益生菌可发酵产生丁酸盐等一些重要代谢产物，参与物质合成与分解，促进机体代谢平衡。丁酸盐为一种短链脂肪酸，是免疫调节剂和抗炎物质，具有保护肠黏膜屏障、调节免疫功能、增加胰岛素受体敏感性等作用[25-29]。Zhang等[30]研究发现，将健康人体内提取的产丁酸盐菌移植入动物模型中，其肠内炎症反应明显改善，提示产丁酸盐菌具有抗炎作用。另外，还有一些研究表明丁酸盐是保持肠道屏障和免疫调节的基本条件[28，31]。除了丁酸盐外，益生菌还可产生其他许多保护机体的代谢物质。因此，FMT可转化肠道菌群构成，使得益生菌及其有利代谢物增加，改善肠道屏障功能，减少致病因子进入肝-肠轴，减轻肝内炎症反应。

4.2 增加紧密结合蛋白和丁酸盐，修复肠黏膜屏障 肠黏膜屏障能够有效防止肠内的有害物质如细菌和毒素穿过肠黏膜进入血液循环和人体组织。肠上皮细胞间紧密连接的肠道机械屏障受到破坏，肠黏膜通透性增加，LPS更易透过被破坏的肠黏膜屏障进入门静脉，经肝-肠轴到达肝脏。Zhou等[8]将正常小鼠的粪便移植到HFD诱导的NAFLD小鼠模型体内，经8周的FMT治疗后，NAFLD小鼠不仅肠内乳酸菌等有益菌含量及丁酸盐成分增加，而且肠道紧密结合蛋白ZO-1水平也有所提升，血清LPS水平降低，同时肝内脂质沉积、炎症因子明显减少。这提示FMT可通过增加肠上皮细胞紧密连接蛋白表达，降低肠黏膜通透性，起到修复机械屏障的作用。另外，FMT亦增加产丁酸盐菌，而丁酸盐能够增强肠黏膜免疫屏障作用，从而阻止细菌及其代谢产物等进入血液引起炎症反应。Smith等[28]的动物实验研究证明，饮用含有丁酸钠水的无菌小鼠肠黏膜Treg细胞数量增加，并且增强了Treg细胞对炎症抑制因子IL-10的合成作用。除此之外，丁酸盐亦能够通过调控G蛋白偶联受体、NF-κB、JAK/STAT等炎症相关通路的活性，减少促炎细胞因子的释放，抑制肠道的炎症反应，维持肠道免疫平衡[32-33]，增强肠黏膜免疫屏障功能。总之，FMT可通过增强肠黏膜机械屏障和免疫屏障，改善NAFLD患者病情。

4.3 增加肝内胰岛素受体表达，改善胰岛素抵抗 胰岛素抵抗是肝脏脂质代谢紊乱的发生机制之一，通过影响脂质代谢加重肝内脂质沉积。因此，增加胰岛素受体表达，增强胰岛素敏感性，可改善肝细胞脂质沉积，减少脂质氧化应激引起的炎症反应。Jin等[33]研究表明，给NASH小鼠补充丁酸盐后，其肝内胰岛素受体表达显著增加，可提高胰岛素敏感性，进而改善脂质代谢。FMT可增加肠道产丁酸盐菌的比例，该研究结果进一步证实了FMT可能通过增加丁酸盐来促进胰岛素受体的表达。另外，Zhou等[8]的研究也发现FMT后肠代谢产物丁酸盐明显增加，且随着丁酸盐浓度的增加，肝内炎症前反应因子 TNF-α、MCP-1、IL-1、IL-6等显著减少、调节脂代谢和胰岛素敏感性相关基因（PPAR-α、PPAR-γ）增加，而肝内甘油三酯和胆固醇较FMT前减少。该结果进一步提示FMT可增加胰岛素敏感性这一观点的可靠性。因此，FMT可通过增加产丁酸盐菌来提高肝内胰岛素受体的表达，从而改善胰岛素抵抗，减轻肝细胞脂肪沉积，维持脂质代谢平衡。

4.4 FMT减少DAMPs的活化和迁移 DAMPs是细胞或组织损伤时释放至损伤部位的一系列炎症反应因子，如高迁移率族蛋白B1、S100蛋白、核DNA等，是非感染性炎症反应发生的主要机制[24]，是参与NAFLD发病的机制之一。在NAFLD中，当肝免疫细胞接收来自肝细胞死亡或肠道损伤信号后（如LPS与肝免疫细胞表面的受体结合），活化的免疫细胞将DAMPs分泌至细胞外，迁移至病灶，与其相应受体结合加重肝内炎症反应[34]。只要损伤信号不解除，其引起的炎症作用就持续存在，这也是NAFLD发病的重要环节之一。DAMPs可与晚期糖基化终末产物受体或TLRs结合，参与炎症反应过程以及NAFLD的发生、发展[34]。

LPS和DAMPs存在相同的受体，而FMT治疗可减少LPS产生，起到减少相关免疫细胞损伤信号的作用，随之分泌至胞外的DAMPs亦减少。另外，FMT可使TLR4受体及下游信号通路的MYd88蛋白水平下调，抑制TGF-β1和α-SMA的表达，因此可与DAMPs结合的受体亦相应减少[8，34]。即FMT可通过减少LPS及下调DAMPs受体水平，减轻或阻断持续炎性浸润，改善肝脏损害。

5 总 结

动物实验表明，肠道菌群在NAFLD发生、发展中扮演了重要的角色，FMT可通过降低炎症反应、修复肠道机械屏障和免疫屏障、上调胰岛素受体水平、改善胰岛素抵抗、减弱PAMPs和DAMPs的活化和迁移等途径，改善NAFLD患者的病情。因此，FMT可能成为基于肝-肠轴的NAFLD特异治疗方式之一。然而，该方式目前仍处于基础和动物实验阶段，有待临床应用研究结果的进一步证实。