肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的研究进展

辜雪莲 李俊峰 毛小荣

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)被认为是全球范围内最常见的慢性肝脏疾病，它是导致肝转氨酶升高、隐源性肝硬化和肝细胞癌(HCC)的重要原因[1]。据报道NAFLD影响全球约1/4的人口，过去20年间我国NAFLD的发病率总体呈逐年上升趋势，预计截至2030年我国NAFLD患病人数将达31 458万例[1-2]。NAFLD相关HCC发病率增长迅速并造成沉重的医疗负担，美国成人肝移植数据表明2002～2012年NAFLD相关HCC肝移植需求增加近10倍[3]。然而NAFLD发病机制仍不明确，研究发现肠道菌群是导致肝毒性氧化应激的潜在来源。肠道微生物在NAFLD诊断及治疗方面亦具潜力。本文就肠道菌群导致NAFLD发病机制及临床应用前景进行综述。

一.肠道菌群与NAFLD

肠道菌群是指定居在胃肠道的细菌群落，肠道中有超过100万亿的细菌，其复杂的基因组是人类基因组的150倍[4]。2011年Arumugam M等首次依据肠道优势菌群分布丰度的不同提出了肠道微生物分型的概念，他们将复杂的菌群组成划分为拟杆菌、瘤胃球菌和普氏菌3种肠型[5]。研究发现NAFLD患者肠道微生物优势菌群发生改变并且微生物组成丰度及多样性降低[6]。相对于健康人群NAFLD患者肠道中拟厚壁菌、变形杆菌水平显著增加[6, 7]。此外拟杆菌及厚壁杆菌比例失调可能与NAFLD发病相关，但其具体比例在不同人种存在差异[8]。肠道菌群组成与NAFLD分期有一定相关性。研究证实拟杆菌和埃希菌丰度增加与NAFLD晚期纤维化密切相关[9]。厚壁菌在轻、中度NAFLD(G1)组丰度更高，变形菌在晚期肝纤维化组(G2)丰度更高[6]。

二.肠道菌群介导NAFLD发病的具体机制

(一)肠道通透性增加 肝脏与肠道解剖及生理功能通过门静脉、胆道系统紧密关联，肠道通透性变化与肝脏疾病的发生及进展关系密切[10]。Miele等首次证明肠道菌群过度生长导致肠道通透性增加，这种“肠漏”机制导致细菌成分入血形成慢性内毒素血症[11]。在动物模型中观察到细菌脂多糖(LPS)可降低紧密连接蛋白ZO-1表达使肠上皮紧密连接受损，导致细菌跨过上皮细胞紧密连接穿梭至肝内细胞[12]。LPS等病原体相关分子模式(PAMPs)通过Toll样受体(TLR)激活核因子κB(NF-κB)产生TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6等多种炎性细胞因子介导肝细胞损伤[13]。PAMPs还参与激活肝星状细胞增殖并使单核细胞、中性粒细胞、T细胞等免疫细胞在肝内的聚集，促进NAFLD向肝纤维化甚至肝细胞癌发展[14]。

(二)短链脂肪酸 短链脂肪酸(SCFAs)是肠道微生物对膳食纤维及不可消化的碳水化合物进行发酵而产生的可溶性脂肪酸，其主要组成包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐[15]。SCFAs可作为脂肪生成和糖异生底物为宿主提供额外能量，并通过抑制腺苷酸活化蛋白激酶活性促进肝脏游离脂肪酸的积累[16]。肠道中的微生物群可将饮食中的果糖分解为乙酸盐并将其转化为乙酰-CoA为小鼠体内脂肪的生成提供原料[17]。与健康受试者相比NAFLD患者粪便SCFAs水平及产SCFAs菌显著增加，因此SCFAs可能对NAFLD发病起积极作用[18]。然而SCFAs与NAFLD的发病仍有争议，多项动物试验表明丁酸盐可通过改善肠道屏障功能、调节肠道微生物菌群、上调胰高血糖素样肽1受体表达和下调炎症信号来减轻非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及肝脏的氧化损伤[19-21]。

(三)内源性乙醇 NAFLD、NASH患者中观察到产酒细菌如大肠埃希菌、高酒精性肺炎克雷伯菌(HiAlc Kpn)数量及血清乙醇含量显著升高，因此肠道微生物可通过内源性乙醇生成导致NAFLD患者肝损伤[22-23]。HiAlc Kpn与我国60%的NAFLD相关，通过灌饲及粪便菌群移植(FMT)将HiAlc Kpn转移至小鼠可完全复制NAFLD发病，且表达谱芯片揭示HiAlc Kpn介导的内源性乙醇生成可导致小鼠线粒体功能障碍引发活性氧自由基积累，从而引起脂质过氧化、细胞因子过度生成和细胞死亡[23]。乙醇代谢产物乙醛与肠道上皮细胞中蛋白质和其他分子形成结合物可改变肠道紧密连接结构增加肠道通透性，从而引发内毒素血症[24]。细菌成分诸如LPS等可通过TLR促进免疫细胞及免疫活性物质向肝脏聚集继而介导NASH的发生。此外细胞色素P4502E1(CYP2E1)可将乙醛转化为乙酸，其在NAFLD患者中表达上调[25]。然而当该途径饱和时CYP2E1介导有毒中间体的积累引发氧化应激和硝化应激发生从而加重NASH及肝纤维化[26]。

(四)胆碱代谢改变 胆碱主要来源于饮食成分是维持人体机能必不可少的营养物质。胆碱代谢产物诸如磷脂酰胆碱、乙酰胆碱、甜菜碱是体内细胞分子膜、胆碱能神经传递及DNA的表观遗传的重要组分及调控分子[27]。胆碱在肝脂肪代谢中也起重要作用，它有助于v-LDL的组装及肝脏脂质转运，在动物模型中胆碱缺乏可造成肝脂肪变性[21]。胆碱主要来源于饮食成分，肠道细菌可将其裂解成有毒的代谢产物如二甲胺和三甲胺。瘤胃菌科和毛螺旋菌科丰度增加与过量三甲胺的生成相关，肝脏吸收这些有毒的甲胺并将其转化为三甲胺-N-氧化物，因此肠道菌群失调可导致胆碱生物利用障碍引发肝脏炎症从而促进肝脂肪变[28]。

(五)胆汁酸代谢改变 肝脏通过经典途径和替代途径将胆固醇转化为胆汁酸。经典途径和替代途径分别通过CYP7A1(胆固醇7α-羟化酶)、CYP27A1(甾醇27-羟化酶)催化初级胆酸和鹅去氧胆酸生成[29]。肠道细菌通过解聚、脱羟、氧化和差向异构将初级胆汁酸转换为次级胆汁酸[30]。胆汁酸结合FXR(法尼醇X受体)和TGR5(G蛋白偶联受体5)激活胆汁酸相关的信号通路参与NAFLD/NASH的发展和进展。NAFLD患者血浆胆汁酸的组成特别是血浆甘胆酸、牛磺胆酸和甘鹅去氧胆酸浓度较健康对照组显著升高。乳酸杆菌在肠道中的丰度与血清胆汁酸水平和NAFLD相关肝损伤有关，肠道菌群可通过影响胆汁酸代谢下调FXR信号增强脂肪生成并抑制脂肪酸β-氧化而促进NAFLD[31]。

三.肠道菌群在NAFLD中的临床应用

(一)肠道菌群无创诊断NAFLD应用展望 NAFLD可分为单纯性脂肪肝和NASH，前者被认为是非进展性亚型，后者被认为是进展性亚型，可导致肝纤维化、肝硬化、HCC和肝脏相关死亡。合并肝纤维化、肝硬化是导致NAFLD患者不良预后的重要危险因素[32]。NAFLD诊断分期的金标准为肝脏活检，然而有创性及风险性限制了其临床应用。临床广泛应用的超声、肝脏弹性成像判读结果则易受到腹水、体质量干扰[33]。肠道菌群在NAFLD中的特征性变化，表明其具有成为NAFLD无创标志物的潜力。

对活检证实的72例(0-2期)NAFLD轻度纤维化，14例(3-4期)NAFLD晚期纤维化患者行肠道微生物宏基因组检测，运用优化模型筛查37种相关菌株并结合微生物多样性、患者年龄、BMI构建NAFLD诊断模型[6]。验证结果表明该模型对于NAFLD分期具有良好的诊断效能其AUC为0.936[6]。此外最近的一项研究表明肠道微生物宏基因组和代谢组学特征可准确区分不同种族NAFLD肝硬化AUC为0.91[34]。

(二)FMT及益生菌治疗NAFLD的临床价值 FMT是一种将健康供体肠道微生物移植到疾病受体的新兴治疗方式。基于21名NAFLD患者的研究表明健康个体FMT可改善NAFLD患者的肠道通透性[35]。此外FMT可使高脂饮食诱导的NAFLD小鼠肠道微生物群紊乱得到纠正，并通过增加肠紧密连接蛋白ZO-1减轻小鼠内毒素血症，使小鼠肝内脂质积聚、肝内促炎细胞因子较FTM前显著降低[36]。对NAFLD患者使用益生菌混合物或安慰剂进行了为期28周的双盲随机临床试验，结果表明在两组人群均遵循能量平衡饮食和体力活动的建议时，益生菌制剂组ALT、AST、γ-GGT、CRP、TNF-α及瞬时弹性成像纤维化评分较对照组下降更为显著[37]。因此对于NAFLD的治疗而言补充益生菌较单独改变生活方式疗效更为显著。

四、小结

NAFLD发病率在全球范围内呈逐年上升趋势，并已成为导致肝细胞癌的主要原因。目前NAFLD发病机制仍不明确，肠道菌群失调作为NAFLD多重发病因素之一可通过破坏肠道上皮细胞紧密连接、产生毒性代谢产物、改变胆碱及胆汁酸代谢促进NAFLD的发生及进展。肠道菌群可作为NAFLD诊断及分期的潜在标志物，并且肠道微生物制剂及FMT在实验及临床研究均具良好疗效，这为NAFLD临床诊断、监测及治疗提供了新的思路及方法。然而肠道菌群与宿主间关系繁杂目前还未充分理解，并且多数临床研究所含人种及样本数量局限。因此在肠道菌群无创诊断及靶向治疗方面尚需更多研究，以精确评估NAFLD分期并指导临床个性化治疗。

作者贡献声明：辜雪莲负责撰写论文，李俊峰修改论文，毛小荣负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。