小肠细菌过度生长与脂肪肝的关系

吴婉雯，崔立红

1.南方医科大学第二临床医学院，广东 广州 510280；2.中国人民解放军总医院第六医学中心消化内科

随着人们生活质量的不断改善，脂肪肝已成为全球排名第一的慢性肝脏疾病，并有可能成为肝癌的主要病因[1]。脂肪肝常见类型为非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)、酒精性脂肪性肝病(alcoholic liver disease，ALD)[1]。Xiao等对我国2009年至2017年脂肪肝的流行病学数据进行了分析，其研究结果提示：中国有1.73亿～3.1亿人患有NAFLD，其发病与糖尿病、肥胖症、不健康生活方式息息相关[2]；另外，中国的酒精消费增长速度超过世界其他地区，估计已有6 200万人患ALD[2]。随着人们的生活质量不断改善及生活模式的转变，NAFLD在我国的患病率不断升高：Estes等[3]建立并利用马尔卡夫模型对中国、日本、美国等国家2016年至2030年NAFLD发病的增长率进行预测，该团队发现，我国NAFLD增长率在所有纳入研究国家中排名第一。脂肪肝目前发病机制不清，缺乏有效的治疗方法，将会给我国带来巨大的临床负担及经济负担，对人民健康和社会发展构成严重危害，故需引起足够的重视。

NAFLD现已更名为代谢相关脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease，MAFLD)，为系统性代谢紊乱累及肝脏的表现，与久坐不动，膳食热量高，膳食结构不合理等不健康的习惯密切相关[4]。ALD是由于患者大量摄入酒精以致甘油三酯堆积于肝脏[1]。自Marshall提出“肠-肝轴”后[5]，肠、肝两者联系引起学术界广泛的重视。根据目前的研究可知，肠道与肝脏可通过胆道、门静脉、循环系统进行双向的密切联系[6]。

小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)是由于胃肠道运动减弱、宿主免疫功能受损、胃酸屏障减少等各种因素导致小肠细菌数量增多或细菌种类比例发生改变。而健康的人体肠道内，小肠细菌量一般不超过103CFU/ml，种类以厚壁菌、放线菌、变形菌等为主[7]。而SIBO负载量为105～106CFU/ml，厚壁菌、变形菌等显著增加[7]。

随着研究的深入，发现NAFLD、ALD均与SIBO有着密切的关系。为此本文将分别对NAFLD、ALD与SIBO的相关性进行论述。

1 NAFLD与SIBO

NAFLD的发病与高热量饮食、膳食结构不合理等生活习惯相关。目前已有人体对照试验及动物实验表明：长期高热量、高脂饮食可致SIBO等肠道菌群失调[8-9]。其中，Tomas等[9]发现，喂养小鼠30 d高脂饮食后，回肠细菌的数量增加，其种类构成改变。一篇发表于2020年的荟萃分析中提出，NAFLD与SIBO存在显著相关性[10]。Fialho等[11]通过病例对照研究发现，SIBO阳性患者的NAFLD患病率为45.1%，而SIBO阴性患者的NAFLD患病率为17.3%。在病态肥胖合并NAFLD患者中SIBO患病率仅25%，SIBO患病率与肝脏脂肪变程度相关[12]。另有研究表明，非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)患者中SIBO发病率升高[13]。由此可见，SIBO与NAFLD的发病紧密有关，其可通过以下途径参与到NAFLD的发展中。

1.1 肠道屏障受损SIBO可能通过破坏肠道屏障、增加肠道通透性促进NAFLD的发生、发展[14]。肠道通透性增加与NASH关系密切[15]。肠道屏障主要由物理屏障、化学屏障、免疫屏障、生物屏障、肠血管屏障(gut-vascular barrier，GVB)组成。GVB主要由血管内皮细胞组成，与血脑屏障类似。有研究提出，肠道屏障功能障碍是NAFLD的早期事件[16]。当疾病发展至NASH时，可发现肠道上皮屏障及GVB已被破坏[17]。Mao等[18]利用电镜、细菌培养等手段观察到NAFLD小鼠出现肠上皮微绒毛萎缩、细胞间紧密连接被破坏、SIBO等。另外，Zonulin蛋白被证实与NAFLD脂肪变的程度有显著正相关性[19]。

1.2 细菌易位及内毒素血症在人体健康时，细菌易位是指少量细菌及其产物从肠腔到肠外部位，并未引起全身性炎性反应，是一种正常的生理现象。但当肠道屏障被破坏、肠道微生态失调时，上述的生理过程将转变为病理过程，细菌易位的程度可通过血浆的内毒素浓度来反映。

NASH患者普遍存在低浓度的SIBO，其中最常见的菌群是革兰阴性菌[13]。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是革兰氏阴性菌的细胞壁主要成分，是内毒素的一种。Fei等[20]证实了人类肠道中产生内毒素的无毒菌株可作为NAFLD的病原体，而且LPS与Toll样受体4(TLR4)结合的通路是NAFLD进展过程中最早也是最重要的一环。TLR4是一种跨膜蛋白，在Kupffer细胞内的表达最为丰富。LPS与TLR4结合后，接着与髓样分化分子88(MyD88)结合，激活核转录因子(NF-κB)；激活后的NF-κB通过产生大量促炎因子，使巨噬细胞、中性粒细胞等聚集浸润引发肝脏一系列的炎性反应[21]。

Kapil等[22]发现，NAFLD合并SIBO患者体内的内毒素浓度、TLR4蛋白表达均较SIBO阴性的NAFLD患者高。因此，当NAFLD患者合并SIBO时，SIBO可通过增加内毒素的吸收，对肝脏造成损伤。胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)是NAFLD的主要机制。内毒素不仅可引起肝脏一系列炎性反应，还能促进机体IR的发生[23]。有研究提出，SIBO可导致胰岛素、葡萄糖的浓度升高[24]。当机体处于IR时，胰腺会通过胰岛素的分泌增加和(或)清除减少来促进葡萄糖的摄取；同时，导致体内脂肪代谢增加，产生更多的游离脂肪酸，导致血脂代谢紊乱[25]。

1.3 胆汁酸初级胆汁酸在肝脏生成并形成结合型胆汁酸后，其95%完成肠肝循环，剩下的5%在小肠远端和结肠上段菌群作用下转化为游离型胆汁酸，随后在结肠定植梭菌的作用下转化为次级胆汁酸。肠道菌群主要代谢产物是次级胆汁酸，其较初级胆汁酸、三级胆汁酸有较强的肝毒性[26]。

肠道菌群可通过胆汁酸受体信号传导途径调控胆汁酸代谢，从而间接对NAFLD的进展造成影响。胆汁酸主要的生理活性受体为法尼醇X受体(farnesoid X receptor，FXR)和Takeda G蛋白偶联受体5(Takeda G protein-coupled receptor 5，TGR5)。其中，FXR在回肠以及肝脏中高表达，可诱导回肠表达成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)，在人体为FGF19，在鼠类为其同源蛋白FGF15。FGF15/FGF19通过抑制限速酶胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)基因的表达来抑制胆汁酸的合成[27]。NAFLD患者血清FGF19减少，FXR-FGF15/19-胆汁酸传导途径受损。由于肠道中分解结合型胆汁酸的菌群过度生长，上述情况考虑与次级胆汁酸生成的增多相关[28]。次级胆汁酸是FXR的拮抗剂，可抑制FXR所介导的信号传导[29]。而且当出现SIBO时，肠腔内被水解的结合型胆汁酸增多[30]，转化为次级胆汁酸的量也会相对应地增加。

肠道菌群与胆汁酸之间的关系有双向性，肠道菌群可调节胆汁酸，同样地，胆汁酸对肠道菌群具有调节功能。首先，胆汁酸具有直接抑菌作用。有研究通过使用体内与体外模型系统，提出游离型胆汁酸比结合型的有更强的抗菌活性，对革兰氏阳性菌更敏感[31]。Friedman等[32]在人体和小鼠实验中，发现当抑制内源性胆汁酸合成时会导致小肠内革兰氏阳性菌过度生长。其次，胆汁酸与肠道上皮细胞FXR结合后，可上调肠保护基因[33]或诱导表达FGF19[34]来防止细菌过度生长并促进上皮细胞的完整性，但具体机制尚不明确。NAFLD患者体内FGF19的活性减弱[35]，这可能会促进肠道菌群失调。

肠道菌群与肝脏的相互作用是由代谢产物通过胆道、门静脉、循环系统实现，但目前肝脏与菌群之间是否存在因果性机制尚未明确。当NAFLD患者合并出现SIBO，肠道屏障被破坏的程度加重，机体内的内毒素、次级胆汁酸等代谢产物的量、比例增加推动NAFLD发生、发展的结果是明确的。目前NAFLD的治疗手段主要以改变饮食习惯、加强体育锻炼为主，对合并NASH的患者暂缺乏有效的药物治疗。若加深对肠肝机制的理解，进行针对肠道菌群失衡及其“有害”代谢产物的靶向治疗，可能会成为治疗NAFLD的有效手段。

2 ALD与SIBO

由于ALD主要发生在长期饮用酒精的人群中，因此ALD的诊断关键取决于酒精使用障碍(alcohol use disorder, AUD)的标准。根据2018年ALD的指南可知AUD是指饮酒史≥5年，乙醇量(男)≥40 g/d，乙醇量(女)≥20 g/d；或短期(2周内)大量饮酒，乙醇量>80 g/d[36]。但每个人对ALD的易感性不同，这很大部分原因取决于肠道菌群[37]。一篇荟萃分析提出，大量饮用酒精可导致肠道菌群改变[38]，而且在动物实验及人体研究中发现，长期饮酒可促进SIBO[8，39]。Bode等[40]发现，ALD患者中SIBO的患病率显著升高。SIBO可通过以下途径参与到ALD的发生、发展中。

2.1 肠道屏障破坏机体摄入的乙醇主要由近端小肠吸收后，在肝脏的乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)作用下代谢。在胃肠道内同样地存在ADH，主要位于小肠和大肠，乙醇经过小肠时除了被吸收，同时也在ADH催化下代谢为乙醛。乙醇及其代谢物乙醛可直接损害上皮细胞及其之间紧密连接的完整性，对肠道屏障造成有害影响，导致其通透性增加[41]。

大量饮用酒精的ALD患者出现SIBO，除了与肠道物理屏障被破坏相关，还与抗菌肽分泌减少相关[42]。抗菌肽是由胰腺再生性基因3(Reg3)在肠上皮细胞和Paneth细胞中表达，在回肠中最为丰富，可限制细菌在肠道黏膜表面定植，减少细菌易位，对ALD小鼠起到保护作用[43]。在连续喂食小鼠酒精3周后，可发现其近端小肠内明显出现细菌过度生长，及其Reg3b和Reg3g的表达水平降低[44]。另外，酒精还可诱导肠上皮的缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor, HIF)的表达，HIF是调节肠道屏障保护基因的主要转录因子，当肠道长期暴露于酒精或LPS会降低HIF-1α的mRNA和蛋白表达，可导致肠道通透性降低和肠道营养不良[45]。

2.2 内毒素血症尽管大量饮用酒精是ALD发生和发展的必要条件，但只有20%～25%的AUD患者发展成ALD[46]，而肠道菌群改变及肠道屏障破坏导致的病理性细菌易位、内毒素血症是ALD肝脏发生病变的关键[47]。当合并出现SIBO时，会加重内毒素向肝脏移位，加重对肝脏的影响[48]。

在ALD机体中，肠源性LPS易位到肝脏，与TLR4结合，从而激活NF-κB产生大量的促炎因子，对肝脏造成有害影响[49]。最近有研究[50]发现，NF-κB通路的上游组分NF-κB诱导激酶(NF-κB inducing kinase，NIK)在ALD患者肝脏中异常激活。NIK可通过磷酸化抑制肝脏的过氧化物酶体增生物激活受体α(PPARα)的活性，导致ALD的肝脂肪变[50]。当机体使用利福昔明时可减少内毒素的生成，减轻对ALD的影响[51]。

2.3 胆汁酸有研究指出，ALD患者的胆汁酸明显高于无饮酒史的人[52]。过高的胆汁酸浓度可激活NF-κB引起一系列炎症反应促进ALD的发展[53]。酒精抑制肠道FXR活化[54]，这不仅减弱其通路调控胆汁酸代谢的能力，还减弱其抗菌的能力，导致肠道菌群紊乱。这或许是ALD较健康人SIBO患病率升高的原因。而且，酒精本身可破坏肠道菌群稳态，导致肝毒性的菌群代谢物生成增多，间接加重ALD的进展。ALD患者的次级胆汁酸浓度较高，且具有较强的肝毒性。Hartmann等[55]研究发现，长期喂养小鼠乙醇后，小肠远端和结肠上段菌群表达胆汁酸水解酶的DNA增多，肠腔内游离型胆汁酸浓度升高，导致次级胆汁酸增多。

ALD最有效的治疗手段是戒酒，但对于大部分的ALD患者来说，戒酒是很困难的事情，因此，除了教育患者戒酒以外，还需要通过更多的治疗手段帮助患者减缓病情发展，如调节肠道菌群。上文提到，机体对ALD的易感性主要取决于肠道菌群，且肠道菌群会在ALD病程发展中加重肝脏发生病变。目前还有研究提出，肠道菌群或许会影响酒精的成瘾性[56]，因此加深对ALD患者肠道菌群的了解意义重大。

3 小结与展望

综上所述，NAFLD、ALD均与SIBO关系密切。SIBO可通过改变小肠菌群，破坏肠道屏障，病理性细菌易位，影响胆汁酸调控等方式促进NAFLD和ALD的发展。但由于目前对SIBO认识尚有局限性，SIBO的“金标准”是通过定量培养抽取小肠液的细菌，具有侵入性；而目前常用的呼气试验的诊断方法，虽然具有安全、非侵入性等优点，但目前在技术的细节等方面还有待解决的问题。这些均会给SIBO相关研究带来一定的困难。另外，目前已有多项研究是通过动物实验来了解机制[8-9,18]，考虑到动物与人体的差异性，目前仍缺乏相关人体试验来阐明肝脏与肠道之间复杂的联系。脂肪肝是目前肝脏疾病所占比重最高的慢性肝病，了解肝脏与肠道互相作用，或许能为预防、治疗脂肪肝带来新的预防措施和新的治疗方向。