饮食对非酒精性脂肪性肝病肠道微生物菌型相关菌群的影响

刘巧红， 赵 瑜,2,3， 胡义扬,2,3

1 上海中医药大学附属曙光医院 肝病研究所， 上海 201203； 2 上海市中医临床重点实验室， 上海 201203；3 肝肾疾病病证教育部重点实验室， 上海 201203

近几十年来, 生活方式及饮食习惯的改变使非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患病率急剧上升[1]。中国NAFLD患病率自2008年—2018年激增至29.2%[2]。NAFLD患者发生肝细胞癌的风险增加，其推动的肝移植和死亡的发生率也不断上升[3]。NAFLD公认的危险因素有肥胖、脂质代谢异常以及2型糖尿病，而全球肥胖症的流行是NAFLD患病率上升的主要原因[4]。研究证实肠道微生物群的生态失调与NAFLD之间存在因果关系，而饮食可能是影响肠道细菌组成和功能的最重要的驱动因素[5]。因此，本综述强调了不同饮食模式下肠道菌群的差异，探讨饮食的差异对NAFLD患者肠道微生物菌型的影响。

1 饮食是NAFLD肠道微生物群的主要驱动因素及强预测因子

不同结构的饮食即使热量相等，依然能改变不同的肠道微生物群，膳食成份和热量摄入是影响NAFLD发展的2个独立因素[6]。同时，饮食因素又是肠道微生物群组成的强预测因子，饮食因素在塑造肠道微生物群组成方面的作用比遗传因素更重要[5]。短期内调整饮食结构可改变微生物群落，在饮食的快速变化时可以观察到肠道微生物组成和功能适应性的24 h瞬时变化，且压倒性消除微生物基因表达的个体化差异，提示微生物群根据饮食模式聚类，且肠道菌群潜在地促进了人类饮食生活方式的多样性[7]。同时，饮食引发的肠道微生物群的变化可能具有诱导NAFLD表型的“启动效应”，且在调整饮食后部分效应包含对肠道微生物的影响在短期内并未消失，提示饮食诱导的肠道微生物群的变化可能在一定程度上促成了肝脏的持久性表观遗传修饰[8]。

2 人类微生物菌型的分类及NAFLD主要微生物菌型相关菌群的变化

Meta HIT团队[9]于2011年首次提出肠道微生物菌型(Enterotype，肠型)的概念，即不同的肠型拥有不同的菌群结构和功能基因，肠型不同的人对能量代谢和存贮的方式也不一样，并且不会受年龄、性别、文化背景和地理位置的影响。每一种肠型存在一种与给定的肠型最相关的指示/驱动类群，将人类肠道微生物群划分为3种主要的特征集群，以3个属的水平变化来鉴定，即拟杆菌型(Bact)、瘤胃球菌型(Rum)和普氏菌型(Prev)。2017年全球29位肠道微生物领域的领军学者根据最大的3个宏基因组数据库的分析结果进一步对肠型的划分进行统一，并提出了可操作的肠型分类方案[10]。多篇研究[11-13]指出NAFLD患者与健康人的差异肠道微生物主要表现在厚壁菌门和拟杆菌门成员组成，其次是变形菌门和拟杆菌门。与健康人群相比，NAFLD患者厚壁菌门和拟杆菌门丰度升高，拟杆菌门的丰度降低，厚壁菌门/拟杆菌门(Firmicutes/Bacteroidetes，F/B)值显著升高[11]。与无非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的单纯性脂肪肝患者相比，NASH患者拟杆菌门中普雷沃菌属降低，拟杆菌属和瘤胃球菌属丰度升高[12]。此外， NAFLD中相较肝纤维化F≤2的患者，F>2患者的厚壁菌门降低，变形菌门升高[13]。

3 饮食对NAFLD主要微生物菌型相关菌群的影响

3.1 对F/B值的影响 有研究[14]指出高F/B值是肥胖和较高BMI的重要标志。一项针对欧洲意大利佛罗伦萨(EU)(n=15)和非洲农村布基纳法索(BF)(n=14)儿童粪便微生物群的研究[15]发现，饮食中动物蛋白、糖、淀粉和脂肪含量高，纤维含量低的EU儿童的厚壁菌门丰度是BF儿童的2倍，而饮食富含淀粉、纤维和植物蛋白，脂肪和动物蛋白含量低的BF儿童显示出拟杆菌门的显著富集和厚壁菌门的消耗。一项研究比较了印度(n=11)和中国(n=5)成年人的细菌组成，虽然这2种人群的饮食都以碳水化合物和蔬菜为主，但印度人群饮食中纤维素摄入量高于中国人群，其拟杆菌门的百分比几乎是后者的4倍，认为较低的动物产品饮食与较高的拟杆菌门计数有关[16]。

但也有研究结果与上述结果呈相反趋势。一项临床研究[7](n=10)指出，短期内完全以动物为基础的饮食可迅速引起肠道微生物群落的转移并有利于拟杆菌属的丰度，且降低了厚壁菌门中有益的参与膳食植物多糖代谢的罗氏菌属、真杆菌属rectale、粪杆菌属spp.和瘤胃球菌属bromii的丰度。另一项研究[17]将西方饮食的美国儿童与以大米、面包和扁豆为基础的植物性饮食的孟加拉国儿童的粪便菌群进行了比较。拟杆菌属是美国儿童微生物区系中的主要属，美国儿童F/B值比孟加拉国的儿童显著降低。另一项研究[18]要求参与者(n=430)增加纤维且避免西方饮食，结果显示F/B值升高。这与既往关于西方饮食可导致F/B值升高的结果相反。故在以植物或以动物为基础的饮食下对细菌丰度进行分类，F/B值的结果趋势尚存争议。

3.2 对拟杆菌属的影响 拟杆菌肠型与富含动物蛋白、特定类型的氨基酸和饱和脂肪的饮食呈正相关，这可能是因为其能够耐受胆汁，这种肠型是西方饮食人群的特征[19]。拟杆菌肠型或高丰度的拟杆菌属通常与较低的微生物多样性相关，且与NASH、克罗恩病、结肠癌及长期低度感染相关[10]。在上文提到的研究[18]中，与以植物性饮食为主的孟加拉国儿童相比，以西方饮食的美国儿童肠道菌群中拟杆菌属富集。另一项比较28名埃及地中海饮食青少年与14名典型西方饮食美国青少年肠菌差异的研究[20]发现，美国青少年肠菌中拟杆菌属的丰度明显高于埃及青少年。拟杆菌属的富集与氨基酸发酵产生的支链脂肪酸的积累有关，已知支链脂肪酸会促进胰岛素抵抗，增加NASH风险[21]。并且一项临床研究[22]指出，拟杆菌属的富集与NASH独立相关。

3.3 对普雷沃菌属的影响 普雷沃菌属是拟杆菌门的一个属。农业社会饮食富含纤维、淀粉和植物多糖以及较少的动物产品，可提升普雷沃菌属的丰度，纯素食饮食和高植物性饮食的肠菌具有高丰度的普雷沃菌属[23]。与西方饮食的意大利儿童相比，普雷沃菌属只存在于饮食中富含淀粉、纤维和植物蛋白的布基纳法索儿童的肠菌中[15]。食用更少动物产品和更多植物性食品的印度人群肠菌中的普雷沃菌属的丰度明显高于中国人群[16]。地中海饮食的埃及青少年肠菌中普雷沃菌属丰度高于西方饮食的美国青少年[20]。与消耗更多肉类蛋白质的非洲裔美国人相比，非洲农村成年人群的肠道细菌中能够降解多糖并发酵成短链脂肪酸(SCFA)的普雷沃菌属的丰度相当丰富[24]。与泰国36例非素食健康者相比，36例素食者的普雷沃菌属的丰度显著升高[25]。与杂食者(n=29)相比，在素食者/素食主义者(n=11/20)中观察到了普雷沃菌属的较高丰度[26]。有研究[10]指出，普雷沃菌属肠型中肠道分解发酵脂肪和蛋白的能力降低。动物研究表明，普雷沃菌属能通过改善糖原储存来改善葡萄糖代谢，并且具有抗炎作用[15]，还可以作为能量基板参与纤维竞争并减少其他细菌的生长[27]。

3.4 对瘤胃球菌属的影响 瘤胃球菌属是人类肠菌中除外普雷沃菌属，拟杆菌属的第3种主要的肠型。在Meta HIT数据[10]中瘤胃球菌属肠型具有较高的微生物多样性，能够降低宿主感染程度，且胰岛素抵抗低于平均水平。肠道中瘤胃球菌属的丰度也受饮食的影响，但饮食的作用似乎很复杂。该复杂作用可能源于瘤胃球菌属的复杂构成。瘤胃球菌属包括有益菌和有害菌。例如，已知瘤胃球菌属bromii对健康具有有益效果[28]。当长期食用水果和蔬菜时，瘤胃球菌属能够发酵复合糖类，产生乙酸酯、丙酸盐以及具有抗炎效益的丁酸盐[29]。有文献指出，瘤胃球菌属与低BMI呈正相关[18]，与较低的内毒素血症和较低的动脉僵硬有关[30]。

然而，部分瘤胃球菌属已被证明具有促炎性。以动物为基础的饮食会增加有害菌瘤胃球菌属gnavus，减少参与食物中植物多糖代谢的有益菌瘤胃球菌属bromii和瘤胃球菌属Callidus的丰度[7]。配方喂养下的新生恒河猴的粪便瘤胃球菌属的丰度增加，同时伴有支链氨基酸增加，高胰岛素血症和炎症状态[31]。一项临床研究[32]指出，与印度地区主要是素食的育龄期妇女相比，定期食用肉类的南非刚果地区育龄期妇女的瘤胃球菌属显著高于印度。瘤胃球菌属也与大学生人群的低膳食纤维摄入量有关[33]。瘤胃球菌属可能在动物源性胆碱转化为三甲胺的过程中发挥作用[34]。此外，瘤胃球菌属gnavus也能够产生酒精[29]，可能对肠道通透性和肝脏炎症有害。有研究[22]指出，瘤胃球菌属丰度的增加与NASH纤维化独立相关。

3.5 对变形菌门的影响 高脂高糖低纤维的西式饮食可增加与肠道黏膜病原体、炎症相关的变形菌门的丰度，包含假单胞菌属spp.，嗜胆菌属spp.和埃希氏菌属.coli(AIEC)[35]，可增加有害SCFA的产生，如异丁酸酯和异戊酸[36]。前文提到的研究[15]指出，相较非洲农村儿童，饮食富含脂肪和动物蛋白、淀粉、纤维和植物蛋白低的欧洲儿童的肠菌中变形菌门丰度显著升高。另一项研究[37]指出肥胖儿童中变形菌门的丰度显著高于营养不良儿童。而限制糖及脂肪的摄入能够降低肠道黏膜中促炎相关的变形菌门的丰度[38]，进而减缓肠道炎症性相关及代谢性疾病[35,39]。

3.6 对放线菌门的影响 相较欧洲儿童，饮食富含淀粉、纤维和植物蛋白，脂肪和动物蛋白含量低的非洲农村儿童的放线菌门富集[15]。另一项临床研究[40]指出，高纤维适量蛋白质饮食诱导的体质量减轻伴随着肠菌放线菌门的增加，而与放线菌门增加相关的体质量减轻主要归功于双歧杆菌属spp.的升高及柯林斯菌属spp.丰度的降低。已知肠道可产生丁酸盐的双歧杆菌属是放线菌门的菌属，其可通过提高肠屏障功能防御病原体和疾病，与肥胖和内脏脂肪的含量呈负相关[41]。研究[32]表明，双歧杆菌属对富含纤维、高碳水化合物饮食的反应有所增加，与定期食用肉类的育龄期妇女相比，双歧杆菌属显著富集于主要是素食的育龄期妇女。

但其他研究却显示出相互矛盾的结果。与4周食用高脂肪和高肉质饮食后改用素食的受试者相比，肉食者的双歧杆菌属水平较高，一个重要的混杂因素可能是酒精摄入，其可降低双歧杆菌属的丰度[42]。此外，研究[43]发现素食主义者肠菌中的双歧杆菌属明显低于杂食对照组，认为双歧杆菌属相对减少的原因可能是其他保护性细菌种类(例如普雷沃菌属)的相对丰富。红蝽菌科与慢性组织炎症有关，是放线菌门的菌科，研究[44]表明红蝽菌科可能在单纯性脂肪肝表型中观察到的坏死性炎症中起作用。红蝽菌科柯林斯菌属在超重孕妇的肠菌中富集，且与胰岛素，甘油三酸酯和极低密度脂蛋白的水平升高有关[45]。即使在健康的成年人群中，柯林斯菌属浓度升高也与胆固醇和低密度脂蛋白升高有关[46]。减肥可降低肥胖的2型糖尿病患者肠菌柯林斯菌属的水平[47]。

3.7 对其他菌的影响 梭菌属是厚壁菌门的菌属，是人类大肠中的主要细菌之一，该属被分为19个簇。梭菌属簇Ⅺ应该是大肠中重要的有害细菌之一[48]。有学者[49]认为，碳水化合物，脂肪和蛋白质的大量摄入与2型糖尿病患者粪便中梭菌属簇Ⅺ细菌的数量增加有关。 此外，高脂饮食喂养对小鼠粪便中梭菌属簇Ⅺ的刺激与肝细胞癌的发展有关，这是由于源自梭菌属簇Ⅺ的7α-脱羟基酶诱导脱氧胆酸的增加所致[3]。而梭菌属的其他簇如Ⅳ和a已被证实对健康有保护效益。梭菌属簇Ⅳ和a能够降解膳食多糖并发酵成有益的SCFA。与非洲裔美国人相比，非洲农村成年人群的肠道细菌中的梭菌属簇Ⅳ和a的丰度相当丰富[24]。食用核桃在降低促炎性次级胆汁酸和血清低密度脂蛋白胆固醇的同时会增加梭菌属簇a和Ⅳ中包括粪杆菌属和罗氏菌属的相对丰度[50]。此外，梭菌属梭状梭菌也被认为对健康有保护作用。与杂食者(n=29)相比，素食者/素食主义者(n=11/20)的梭菌属梭状梭菌相对丰度更高[26]。粪杆菌属和艾克曼菌属也常被提及，两者均被认为对健康有保护作用。与地中海饮食的青少年相比，典型西方饮食的美国青少年肠菌中与抗炎相关的艾克曼菌属和粪杆菌属丰度显著升高[20]。

综上所述，饮食是NAFLD患者肠道菌群的主要驱动因素。由此可见，改善饮食进而调节肠道菌群是防治NAFLD的重要策略之一。然而，将肠道微生物的某些门属与特定饮食广泛联系起来十分的困难，分析特定微生物区系的主要挑战是需要考虑包括整个微生物组的微生物的状态及其动态地相互作用，故基于肠型的概念进行划分具有一定的临床应用价值。但仅仅依靠肠型分类也可能会掩盖潜在的重要微生物，故在进行饮食与肠菌变化的关联分析时仍应关注潜在的变异肠菌，且尚需进一步的机制和临床研究。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：刘巧红拟定写作思路并撰写论文；赵瑜指导撰写文章；胡义扬负责修改论文并最后定稿。