肠黏膜屏障改变对非酒精性脂肪性肝病的影响*

施铃灵 曹 亮 张振中 卞兆连 邵建国#

南通大学医学院1(226001) 南通大学附属第三人民医院消化内科2

Gut-Liver Axis

目前非酒精性脂肪肝性肝病(NAFLD)在全球普遍流行，我国的发病率逐年上升。NAFLD代表一系列进展性发展的肝病，包括单纯性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，其可进展为肝硬化和潜在的肝细胞性肝癌[1-2]。目前NAFLD的公认发病机制主要为“多次打击”学说，首次打击是指脂肪在肝脏实质细胞内的过度积聚导致肝脏脂肪变性，从而增加了肝脏对炎性损伤的敏感性。第2次打击是在首次打击的基础上，各种氧化代谢产物、脂肪细胞因子、脂质过氧化物、炎性介质等产生的活性氧及其代谢产物增加，当产量明显超过机体自身代谢、代偿能力时，两者动态平衡失调，最终导致肝脏实质细胞由单纯的脂肪变性向肝细胞炎症、坏死以及纤维化方向发展。第3次打击是指肝脏免疫功能紊乱所导致的肝纤维化和肝硬化[3]。NAFLD 的发生与肠黏膜屏障功能密切相关。肠黏膜屏障是由完整的肠上皮细胞和相邻肠上皮细胞间的连接构成，能防止肠腔内的有害物如细菌、毒素等穿过肠黏膜进入体内。肠黏膜屏障包括机械屏障、化学屏障、生物屏障以及免疫屏障，其在NAFLD的发生、发展中发挥重要作用[2,4-5]。

一、机械屏障

肠道机械屏障包括黏液层、肠上皮细胞以及上皮间紧密连接。其结构基础是肠黏膜上皮的完整性和再生能力，能有效阻止细菌和毒素大分子物质穿透黏膜进入体内其他部位。当肠上皮细胞间紧密连接的完整性受损时，肠黏膜通透性增高，肠道内革兰阴性菌细胞壁成分脂多糖可大量涌入门静脉系统，当其释放的内毒素超过肝脏清除能力时，内毒素经门静脉系统进入体循环，形成肠源性内毒素血症[6]。内毒素除对肝细胞具有直接毒性作用外，亦可与脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide binding protein, LBP)结合，通过膜表面受体CD14激活肝脏Kupffer细胞、单核细胞释放如肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8、一氧化氮(NO)、白三烯等促炎介质，从而间接损害肝细胞[7]。研究[6]发现NAFLD和肝硬化患者的门静脉中脂多糖水平明显高于正常人。亦有临床试验表明NAFLD患儿血浆细菌内毒素和LBP水平明显升高，且其与一些促炎介质如纤溶酶原激活物抑制剂-1、C-反应蛋白、IL-6等的水平呈正相关[8]。其中，TNF-α具有关键性作用，其可干扰胰岛素信号转导，抑制胰岛素刺激葡萄糖转运，诱发胰岛素抵抗，进而破坏胰岛素对脂肪代谢的调节作用，使肝细胞内三酰甘油合成增多、分解减少，引起肝细胞脂肪变性，形成脂肪肝，此是NAFLD发病的重要始动因素之一。肠紧密连接在调节肠黏膜通透性方面具有重要作用，构成紧密连接的蛋白包括occludin、claudin家族、黏附分子以及连接子蛋白如ZO-1等[9]。有研究[10]探讨NAFLD患者肠上皮紧密连接蛋白ZO-1和occludin的表达变化及其在肠黏膜屏障功能减退中的作用，结果表明NAFLD患者肠黏膜完整性的破坏可导致肠黏膜通透性增加，ZO-1和occludin表达增加，并与肝脂肪沉积密切相关。Li等[1]的研究发现，喂予16周高脂饲料的大鼠模型肝脏脂肪变性明显，肝组织匀浆丙二醛(MDA)水平明显高于喂予普通饲料的大鼠，而超氧化物歧化酶(SOD)水平明显降低。高脂饮食大鼠的末端回肠黏膜形态和小肠上皮细胞紧密连接超微结构未见明显异常，但肠上皮细胞凋亡明显增加，小肠ZO-1和occludin蛋白表达水平均显著下降。Rahman等[11]研究发现，NAFLD小鼠肠黏膜上皮屏障功能减退可能与小肠上皮细胞紧密连接蛋白ZO-1和occludin表达异常有关，紧密连接破坏可导致严重的脂肪变性，使肠黏膜机械屏障功能降低，此可能与NAFLD的发生密切相关。

由此可见，NAFLD患者肠紧密连接蛋白occludin、ZO-1等表达的变化将直接导致肠道机械屏障破坏，肠黏膜通透性增加，从而诱导脂多糖产生内毒素水平，同时激活炎性因子，加重肝脏脂肪变性，进而导致脂肪肝甚至肝纤维化。

二、化学屏障

肠道化学屏障主要由消化系统中的胃酸、胆汁、溶菌酶、消化酶、糖蛋白、黏多糖等组成，亦包括肠腺体和杯状细胞产生的黏液。肠道化学屏障的改变可抑制肝细胞极低密度脂蛋白(VLDL)和低密度脂蛋白(LDL)的合成和分泌，导致肝脏三酰甘油沉积。关于肠道化学屏障，目前研究最多的是关于肝脏分泌的胆汁酸与NAFLD间的关系[12]。肝脏分泌胆汁酸与棕色脂肪细胞表面受体G蛋白偶联受体家族成员G蛋白偶联胆汁酸受体1结合，激活核受体法尼酯衍生物X受体(farnesoid X receptor, FXR)表达，从而可通过小异二聚体伴侣负调节胆固醇调控元件结合蛋白1c，继而调节脂肪形成相关基因，如乙酰辅酶A羧化酶1、乙酰辅酶A羧化酶2、脂肪酸合成酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶等的表达，并调节肝脏三酰甘油代谢，从而减轻NAFLD[13-14]。给予小鼠口服高选择性肠道FXR抑制剂可导致高脂饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和肝脏脂质沉积，此过程与抑制肠道神经酰胺合成进而促进脂肪棕色化过程有关。同时，胆汁酸可抑制小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth, SIBO)和细菌移位的发生，从而参与肠黏膜屏障功能和机体代谢环境稳态的调控。

肠黏膜化学屏障中胆汁酸等物质的变化可通过影响FXR表达，调节相关基因引起肝脏三酰甘油的代谢改变，导致肝脏脂肪沉积，从而加速NAFLD的发展进程。在NAFLD的发生、发展过程中，胆汁酸的代谢失衡起有重要作用。胆汁酸与FXR结合，在维持胆汁酸、葡萄糖以及脂质的信号通路中均发挥关键作用。多种信号通路的改变会影响胆汁酸代谢，从而导致能量失衡，肝脏脂肪沉积，促进肝脏炎症以及纤维化的发展。

三、免疫屏障

肠道免疫屏障包括细胞免疫屏障和体液免疫屏障。肠上皮细胞、肠上皮内淋巴细胞、固有层淋巴细胞、Peyer集合淋巴结、肠系膜淋巴结组成了肠道细胞免疫屏障[15]。体液免疫屏障由肝脏胆管细胞和肠上皮细胞共同分泌的分泌性免疫球蛋白A(sIgA)组成。在免疫方面，肠道和肝脏均对抗原有耐受能力，同时具备有效的抗菌反应。肝脏对经过肠道进入的病原体进行免疫监视，肠道来源的抗原和细胞因子可通过门静脉进入肝脏，使其对肠源性细菌产物产生反应，诱导肝脏产生免疫耐受或免疫反应[16]。肠上皮可表达固有免疫的重要分子Toll 样受体(Toll-like receptors, TLRs)[17]。有研究[15]表明，人体肠道内微生物来源的病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)与相应的TLRs结合，可通过激活核因子-κB(NF-κB)和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路，上调促炎因子如TNF-α、IL-6等的表达。除TLRs外, 肠道分泌的IgA亦是肠黏膜免疫屏障的重要组分[18]。IgA可控制细菌过度生长，对病原体和肠道细菌产生应答，刺激淋巴组织产生促炎因子，从而遏制病原体在黏膜表面的黏附，减少病原体的生长，调节微生物稳态。IgA的减少可影响肠道细菌的定植力，从而导致细菌移位[13]。研究[2]发现给予8周高脂饮食的大鼠与普通饮食大鼠的内毒素、血糖、血清sIgA含量无明显差异，但第12周末时，高脂饮食大鼠发展为脂肪性肝炎，且其内毒素和血糖水平明显升高，血清sIgA水平明显降低。此研究结果提示大鼠肠黏膜免疫屏障被破环，可能是NAFLD的重要促成因素。

由细胞免疫和体液免疫构成的肠道免疫屏障主要通过改变TLRs和sIgA的表达影响肠道微生物菌群，诱导肝脏和肠道的免疫应答过程，上调促炎因子表达，加重肝脏炎症和胰岛素抵抗，也是NAFLD由脂肪变性、脂肪性肝炎及其纤维化一系列发展过程中的重要因素之一。

四、生物屏障

肠道生物屏障主要由肠道微生物构成，是能量吸收、储存的重要环境因素。胃肠道微生物失衡是导致包括NAFLD在内的多种疾病发生的重要因素[19-20]。寄居于肠腔内或定植于肠黏膜表面的肠道常驻菌群是一个相互依赖又相互作用的微生态系统，有益菌与致病菌相互制约、依存，在质和量上形成生态平衡, 调节肠上皮细胞的增殖和凋亡，控制炎性因子的表达，维护肠道内环境的稳定。有研究[21]发现，NAFLD患者具有肠道菌群失调、SIBO、小肠黏膜通透性增加等变化，而上述改变与单纯性脂质沉积向NASH进展相关。目前认为生物屏障的主要影响因素包括下述几个方面。

1. 肠道菌群失调：肠道菌群具有调节肝脏脂肪合成、代谢和储存的功能。肠道菌群失调可使单糖转变为短链脂肪酸进入肝脏，刺激肝脏中脂肪代谢相关的酶合成三酰甘油，导致过量三酰甘油在肝内蓄积[10]。此外，肠道菌群失调亦会影响肠道食物的代谢，降低胆碱的生物利用率，促进内源性乙醇的产生，使黏膜屏障受损，肠道通透性增加，导致细菌移位[22]。内毒素如脂多糖通过门静脉进入肝脏，循环至肝脏代谢为乙醛，引起肠源性内毒素血症，激活肠上皮细胞的炎症相关细胞因子或肝脏巨噬细胞，通过“肠-肝轴”诱发肝脏炎症[13,23-25]，而“肝-肠轴”在多种肝脏、肠道疾病的发病、治疗中的重要作用已得到充分证实。研究[26]表明内毒素水平与肠黏膜通透性、脂肪性肝炎以及NAFLD的进展均密切相关。

2. TLRs和核苷酸结合寡聚化结构域受体(NOD-like receptors, NLRs)通路：TLRs是细胞膜上受体家族，在肝细胞、Kupffer细胞以及星状细胞中均有所表达，通过PAMPs识别微生物分子[6]。家族蛋白通路是除TLRs外在细胞膜上识别PAMPs的重要结合受体，又称为炎症体，可诱发免疫失调和炎症激活, 是胃肠道菌群失调导致NAFLD的另一关键受体。其可刺激炎性细胞因子的激活和分泌，诱导胰岛素抵抗和NAFLD的发生，并可通过改变肠道菌群引起代谢综合征[13]。

3. SIBO：SIBO是指上段小肠的需氧细菌数目超过105/mL[27]。SIBO时肠道菌群的变化将通过影响能量、脂肪的代谢促进胰岛素抵抗的发生，进而参与NAFLD的发病过程[28-29]。研究[28]发现NAFLD患者存在SIBO，且与肝脏脂肪变性程度呈正相关。有学者对35例经活检确诊的NAFLD患者、27例未经治疗的慢性腹泻患者(作为高肠道黏膜通透性模型)以及24名健康志愿者进行研究，通过葡萄糖呼气试验评估细菌过度生长，检测尿液51Cr-EDTA含量判断肠道通透性，免疫组化法分析十二指肠活检标本ZO-1表达判断肠道紧密连接完整性，结果发现NAFLD患者肠黏膜通透性和SIBO的发生率均较正常人明显升高，但低于未治疗的慢性腹泻患者。此外，NAFLD患者肠黏膜通透性和SIBO的发生率与肝脏脂肪变性的严重程度相关[10]。

由肠道菌群构成的肠道生物屏障受损是NAFLD发生机制中的重要因素，肠道菌群失调导致内毒素、内源性乙醇产生、SIBO、肠黏膜通透性增加等变化，可通过“肠-肝轴”影响脂肪代谢、胰岛素抵抗等过程诱导肝脏脂质沉积，炎症反应发生，从而导致NAFLD发生、发展[30-31]。

五、结语

综上所述，肠黏膜屏障改变与NAFLD的发病机制密切相关，但作用机制尚未完全阐明。机械屏障、化学屏障、免疫屏障、生物屏障之间相互联系、相互依存，与NAFLD的发生、发展密切相关，任一屏障破坏必会影响其他屏障的功能。如肠黏膜紧密连接所致的机械屏障破坏，将导致肠黏膜通透性增加，脂多糖大量进入门静脉系统，内毒素产生增多，造成肠源性内毒素血症，而内毒素对肝脏亦有损害，通过“肠-肝轴”促使肝脏免疫激活和炎症反应发生。同时，肝脏胆汁酸代谢紊乱和IgA分泌减少将无法抑制肠道细菌过度生长，从而加重炎症和免疫反应，最终导致脂肪肝向炎症和纤维化方向进展。相反，NAFLD发展至一定阶段亦会影响肠黏膜屏障。肝病患者出现恶心、呕吐等消化道症状时，其肠道菌群的营养不足，胆汁分泌减少，肠道内胆盐缺乏，门静脉回流受阻，将激活肝脏免疫反应和炎症反应，释放一系列炎性因子，从而导致肠黏膜屏障进一步受损，造成恶性循环[31]。目前，早期干预黏膜屏障功能，如补充肠道益生菌、粪菌移植、给予利胆剂等调节肠道微生态平衡、维护肠黏膜屏障功能，可改善NAFLD的发生、发展。进一步的临床研究有望为NAFLD防治提供新理念，实现向临床应用的转化。