嗜黏蛋白阿克曼氏菌与肝损伤关系的研究进展

刘利敏，姚明解，胡端敏

1 苏州大学附属第二医院 消化内科，江苏 苏州215000； 2 盐城市第一人民医院 消化内科，江苏 盐城 224001； 3 北京大学基础医学院 人体解剖学与组织胚胎学系，北京 100191

肝损伤主要由病毒及非病毒因素引起，进而引起的肝硬化及肝癌等终末期肝病仍是全球面临的重要健康问题。目前对肝损伤的诊治有了较大进步，但爆发性肝衰竭、肝癌等终末期肝病病死率很高，目前仍缺乏长期有效的预防或治疗措施。新的证据[1]表明肠道菌群与肝病之间有很强的联系，不同的微生物群落可能参与肝脏疾病的发生和发展，嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila，Akk菌)在肝损伤的发展及预后中发挥着重要作用。

1 关于Akk菌

Akk菌隶属疣微菌门，最初由健康成人的粪便中分离而得，是一种革兰阴性厌氧菌[2]，其最佳生长温度和pH分别为37 ℃和6.5[3]，影响Akk菌生长的另一个因素是氧气的存在，其被发现能够耐受甚至受益于液体培养基中纳摩尔浓度的氧气[4]。有研究发现在生命早期Akk菌就定植于肠道，并在1年内达到接近成人的水平[5-6]，至少占人类粪便细菌总数的1%，在其他哺乳动物中也能检测到这种现象[7]。一些研究还发现了Akk菌的存在，本文主要探讨肠道Akk菌。

研究表明Akk菌能降解黏蛋白，黏蛋白是黏液层的主要成分，它能使细菌与黏液下的肠细胞紧密接触[8]，黏蛋白降解也为其在肠道共生提供营养，并产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)(乙酸、丙酸、丁酸等)[7]，丁酸和丙酸均与肠内分泌淋巴细胞上表达的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor，GPR)-43和GPR-41结合，从而刺激肠肽的分泌，如胰高血糖素样肽-1和肽YY。这种作用有助于减少食物摄入和改善葡萄糖代谢。丙酸还可以与淋巴细胞表达的GPR-43结合以维持适当的免疫防御。丁酸激活过氧化物酶增殖物激活受体γ，导致β氧化和氧消耗，这一现象有助于维持肠腔内的厌氧状态[9]。已证明肠道内氧含量极低(即厌氧状态)是防止沙门菌或大肠杆菌等假兼性厌氧病原菌扩张所必需的条件[10]。在代谢紊乱期间，肠道微生物群的变化与黏液厚度降低、抗菌防御能力下降以及丁酸和丙酸的产生降低有关。过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)活化的缺乏将导致黏膜附近的微生物有更高的氧可用，并且增加肠杆菌科细菌的增殖。丙酸的减少也有助于肠道固有层中特异性T淋巴细胞[(黏膜相关不变T淋巴细胞(MAIT)和调节性T淋巴细胞)(Treg)]的降低。总之，这种变化会导致血液中内毒素(LPS)等病原体相关分子模式的渗漏，并引发低度炎症[9]。

Akk菌除了与肝病有关外，近期有研究[11-14]表明，Akk菌与炎症性肠病、阑尾炎、肥胖症、自闭症呈负相关，此外，Akk菌的治疗可以减轻动脉粥样硬化并在动物模型中预防高脂饮食诱导的代谢紊乱[15-17]。肠道菌群已成为各种肝病的主要参与者[1]，越来越多的证据表明肠道菌群参与了其发病机制和肝脏疾病的进展，下面就Akk菌在免疫介导的肝损伤、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病(ALD)中的作用及潜在机制作一综述。

2 Akk菌与肝病

2.1 Akk菌与免疫介导的肝损伤 刀豆蛋白A(Con A)注射用于建立类似于自身免疫性肝病和病毒性肝炎的肝损伤模型，其特征是由T淋巴细胞介导的肝细胞死亡和炎性浸润[18]。多种促炎细胞因子(包括IFNγ、TNFα、IL-12和IL-2)可能引起肝损伤[19]。许多趋化因子[如单核细胞趋化因子-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)，巨噬细胞炎症蛋白(macrophage inflammatory protein，MIP)1a、MIP-1b和化学趋化因子]以各种方式吸引中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞进入肝脏，从而加速疾病的进展。有研究[20]发现，实验小鼠经口给Akk菌可降低血清ALT和AST，并减轻由Con A引起的肝脏组织病理学损害，血清促炎性细胞因子和趋化因子(IL-2、IFNγ、IL-12p40、MCP-1、MIP-1a、MIP-1b)基本降低了，与血清学结果一致，Akk菌组肝脏中的IFNγ表达显著降低。肝脏标本免疫组织化学染色证明，Akk菌组嗜中性粒细胞和巨噬细胞浸润减少[20]。

凋亡在急性肝损伤中普遍存在[21]，有研究[22-23]提出包括FasL/Fas和TNF相关凋亡诱导配体/DR5在内的细胞毒性因子参与T淋巴细胞诱导的肝细胞死亡。体外实验[24]进一步鉴定了DR5在肝细胞凋亡中的有害作用。Akk菌及其代谢产物对基因转录有很强的影响，大多数基因与代谢和细胞死亡体信号传导有关[8,25]。有研究指出，升高的IFNγ可与IFNγ受体结合并抑制Bcl-2的转录，而Bcl-2被认为是有效的抗凋亡因子，对Con A激活的肝细胞死亡具有保护作用[21]，而Akk菌可使Bcl-2表达增加，使Fas和DR5降低，肝细胞凋亡也明显降低[20]。

越来越多的证据[15，26]表明Akk菌在代谢和免疫疾病中的有益作用。多项研究已经证实慢性肝病中肠道通透性增大、细菌移位增多[1,27-28]，肠道微生物群参与调节T淋巴细胞介导的肝损伤的易感性，肠道来源的致病菌会加剧Con A引起的肝损伤[20]。有研究[16]发现，在体内，Akk菌可以促进黏液补充，改善肠黏膜屏障受损，从而缓解全身炎症。先前的研究[3,29]发现，Akk菌的膜蛋白之一Amuc_1100可以特异性激活Toll样受体2，其可以调节上皮屏障功能。据报道，大麻素受体1参与控制肠道通透性，并与LPS水平呈正相关[15,30]，而Akk菌能抑制大麻素受体1，从而增强肠屏障和降低全身LPS水平[20]。粪便16S rRNA序列分析表明，Akk菌增加了微生物的丰富性和多样性[20]。Akk菌利用黏蛋白产生寡糖和SCFA，这些代谢物也是某些肠道菌食物的能量来源，这可能反过来改变依赖SCFA的微生物的相对丰度，并调节菌群的相互作用[7]。SCFA已被广泛证明对先天免疫细胞和肠上皮细胞具有抗炎作用[31-32]。Akk菌通过降低厚壁菌门与拟杆菌门的比例，恢复肠道菌群的多样性，可能在维持肠道环境平衡中发挥作用，这可能是由于黏蛋白分解产生的丙酸和醋酸等SCFA起作用的，由此说明，Akk菌的有益作用不仅由细菌本身介导，而且还由其诱导的保护性细菌特征介导，而Akk菌可以通过重塑肠道微生物群落，使之具有更好的保护作用[20]。这表明，Akk菌在调节肠内稳态中具有复杂的作用，Akk菌对肝功能的有益作用部分取决于加强肠黏膜屏障和改变肠道菌群的组成及功能[20]。

2.2 Akk菌与ALD ALD是由于长期大量饮酒导致的中毒性肝损害，包括酒精性脂肪肝、酒精性肝炎、酒精性肝纤维化和肝硬化，是发达国家肝硬化的主要病因，在我国也日趋增加，目前位居肝硬化病因的第二位。

有研究[33]表明，乙醇暴露可减少小鼠和人类肠道Akk菌的丰度，预防使用Akk菌可减少肝损伤、脂肪变性和中性粒细胞浸润。Akk菌还可以防止乙醇诱导的肠道渗漏，使黏液厚度和紧密连接表达增加，进而促进肠屏障完整性并改善实验性ALD肝损伤。Akk菌对ALD发挥有益作用的可能潜在机制是：Akk菌减少了炎症因子的表达(如IL-1β、TNFα)，并显著减少了髓过氧化物酶阳性( myeloperoxidase was positive，MPO) +中性粒细胞的浸润，降低ALD血清中的内毒素水平，减少LDP水平，从而改善ALD的肠黏膜屏障功能[33]。Akk菌可以通过重塑肠道微生物群落对ALD起到保护作用[20]。总之，Akk菌补充可以减少乙醇诱导的肝损伤、脂肪变性和MPO+中性粒细胞的浸润，这些是ALD关键驱动[34]。

然而，酒精对Akk菌耗竭的机制尚不明，并且Akk菌对ALD的有益作用可能还存在其他机制有待进一步研究。

2.3 Akk菌与NAFLD NAFLD是一种无过量饮酒史，以肝实质细胞脂肪变性和脂肪贮积为特征的临床病理综合征，主要包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎、非酒精性脂肪性肝纤维化和肝硬化。NAFLD与代谢综合征的关系密切，随着肥胖症和代谢综合征在全球的流行，NAFLD增长迅速且呈低龄化发展趋势。

肠道内稳态的维持对于宿主维持免疫状态很重要，它可以防止可能损害肝组织的细菌产物漏出[35]。有研究[36]表明Akk菌的治疗可以预防肥胖小鼠的脂肪肝。chREBP和SREBP基因参与肝脏中甘油三酯的合成。肝脏响应高脂饮食诱导的炎症而分泌炎性细胞因子，例如IL-6[37]。研究[36]证实经Akk菌处理，SREBP的表达下降，肥胖小鼠中IL-6的表达降低。肠道屏障完整性的降低可引发细菌和脂多糖从肠道漏到其他器官，这种移位刺激了肝脏的脂肪生成和炎症反应，诱发了NAFLD[38-39]，通过Akk菌处理增加肠道微生物群的多样性和肠道稳态，会减少细菌及其代谢物质的异位，并可能阻止脂肪肝的发展[36]。在NAFLD患者肝脏中发现DR5表达上调，并与游离脂肪酸和胆汁酸相关。此外，体外实验[24]进一步证实了DR5在肝细胞凋亡中的作用。

综上，Akk菌通过调节肝脏中的血清甘油三酯合成、减少炎症因子(如IL-6)生成、减少肝细胞凋亡以及维持肠道稳态来预防NAFLD。

3 小结

Akk菌可降低宿主的炎症因子，Akk菌及其代谢产物可减少凋亡信号表达、增加抗凋亡因子表达，Akk菌可恢复肠道菌群的多样性，可能在维持肠道稳态、内环境平衡中发挥作用。Akk菌的上述作用表明其对肝损伤具有有益作用，补充Akk菌或许能成为预防和治疗肝损伤的一个新选择。

然而，由于Akk菌是目前所分离的疣微菌门的唯一代表，它表达的蛋白质具有典型性和唯一性，在微生物群中没有同系物。有报道[40]已鉴定出八种不同的阿克曼氏物种，支持人类肠道微生物群中存在未经探索的Akk菌多样性。而且，目前对于Akk菌的认识大多聚焦在动物实验及其与宿主关系的关联研究，还需要进一步研究Akk菌与肝损伤的具体联系，特别是在人类，还需要更多复杂的研究和分析以超越目前关于Akk菌与肝病之间简单的关联关系的研究，以期接近最终的因果关系。随着人们对Akk菌研究的深入，相信其将来会为肝损伤等疾病的预防及治疗提供新的方向和选择。

作者贡献说明：刘利敏负责课题设计，搜集资料，撰写论文；姚明解参与资料收集，修改论文；胡端敏指导撰写论文并定稿。