肠道菌群和胆汁酸在非酒精性脂肪肝病中的交互作用

何萍，林以宁

(中国药科大学中药学院，江苏 南京 211198)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)现已成为一种全球性疾病，据估计，全世界每4名成人中就有1名受其影响[1]。由于人口老龄化以及肥胖和糖尿病发病率的增加，NAFLD、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和肝硬化的患病率预计将随之增加。NAFLD是一种与胰岛素抵抗和遗传易感性相关的代谢应激性肝损伤，是导致肝脏和心脏代谢性疾病死亡的重要危险因素，目前NAFLD已经成为我国最常见的慢性肝病之一，且发病年龄逐渐趋于低龄化[2-3]。而对于NAFLD仍没有效果确切的干预措施，且其发病机制也尚未完全阐明。因此，本文就国内外近5年的文献，综述了胆汁酸(BAs)与肠道菌群的相互作用，以及它们对NAFLD的影响，希望能为NAFLD的治疗提供一些新的思路。

1 肠道菌群对NAFLD的影响

肠道菌群是以共生方式存在于人体胃肠道中的复杂细菌群落，在宿主消化、代谢、免疫等方面发挥极其重要的作用[4-5]。在某项研究中，8例肝病患者移植了健康捐赠者的粪便，随访1年后发现，与未接受粪便移植的患者相比，接受粪便移植的患者总体生存率高出54.2%，可见肠道菌群在肝病的病理机制中发挥着重要作用[4，6]。而肠道菌群主要通过生成一系列代谢产物以及影响相关信号通路，影响NAFLD发生和发展[7]。

1.1 影响能量代谢 肠道菌群可以通过改变其代谢产物影响能量代谢。研究认为，肠道菌群通过多种酶将未消化的多糖代谢成单糖和短链脂肪酸(SCFAs)，促进单糖吸收和能量摄取，单糖激活肝脏中的碳水化合物应答元件结合蛋白(ChREBP)，促进脂肪生成相关蛋白的转录[8-9]。SCFAs主要包括乙酸、丙酸和丁酸。丁酸是结肠上皮细胞的能量来源，丙酸和乙酸是脂肪生成和糖异生的前体，而糖异生是NAFLD发病过程中的重要环节[10]。此外，SCFAs能激活G蛋白偶联受体(GPCR)，例如肠和脂肪组织中的GPR41和GPR43[8]。激活GPR41使肠内分泌细胞分泌的胰高血糖素样肽1(GLP1)和肽YY(PYY)增多，PYY能减慢肠道蠕动，加强营养吸收和能量获取[7-8]。激活GPR43能抑制脂肪分解和脂肪细胞分化，增加肝脏脂肪生成，促进NAFLD的发生发展[7-8]。研究发现，肥胖人群的总SCFAs含量明显高于非肥胖人群，且肥胖人群的厚壁菌(Firmicutes)和拟杆菌(Bacteroides)的比例发生变化[10]。

BAs是肠道菌群的另一主要代谢产物，可以促进脂溶性食物的消化和吸收[11]。肠道菌群可显著影响BAs的代谢和转运，尤其是可以直接调控初级BAs向次级BAs转化，显著影响BAs的信号转导以及BAs池的稳态，从而影响机体的糖脂代谢，其失调可导致NAFLD[2，10，12]。有研究表明，给予抗生素能改善NAFLD的发展，并改变BAs池的组成及法尼醇X受体(FXR)信号通路[8]。可见，菌群的改变可以影响BAs代谢，从而影响糖脂代谢和肝功能。此外，肠道菌群还通过代谢胆碱影响能量代谢。胆碱是极低密度脂蛋白(VLDL)合成所需的关键营养素，VLDL是内源性TG由肝运往全身的主要形式。肠道菌群能代谢胆碱，减少自由胆碱的生物利用度，体内胆碱缺乏使分泌的VLDL减少，导致肝脏脂肪蓄积[8-9]。

肠道菌群还能抑制腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路使脂肪酸氧化受阻，并下调肠内禁食诱导脂肪因子的表达，增加脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性，促进肝脏摄取游离脂肪酸并促使脂肪细胞内甘油三酯(TG)沉积，导致肥胖[8，12]。肠道菌群通过降低小肠血管生成素样蛋白的合成和分泌，提高LPL的活性，进而增加肝脏脂肪的储存，导致NAFLD的形成[9]。此外，肠道菌群通过增加小肠绒毛毛细血管的密度并影响肠道运动，从而增加从食物中摄取的热量[12]。

1.2 影响免疫炎症 革兰阴性细菌产生的脂多糖(LPS)能激活Toll样受体4(TLR4)，诱导肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)和IL-6等炎症细胞因子的大量合成和释放，诱发炎症、氧化应激以及胰岛素抵抗，并提高血清中趋化因子的水平，促进NAFLD的发展[8-10]。肠道菌群的变化会影响循环中的LPS水平，其主要原因是小肠细菌过度生长，一些肠道菌群产生的乙醇和乙醛损伤肠道屏障，增加肠通透性，使LPS过度吸收[9，11]。有研究证实与健康个体相比，NASH患者肠道内的大肠埃希菌(Escherichiacoli)数量及乙醇血浆浓度均显著升高，大肠埃希菌可刺激机体产生内源性乙醇，后者代谢为乙醛[8]。乙醛可以通过影响紧密连接蛋白的功能，破坏肠道屏障完整性，增加肠道通透性，进而提高门静脉LPS含量。高水平LPS通过招募炎症细胞导致肝损伤，并诱发代谢性内毒素血症，而NAFLD发展的后期通常与血液中较高浓度的细菌内毒素有关[2，7-10]。

肠道菌群通过调节BAs影响免疫炎症反应。BAs可以激活巨噬细胞M1和M2表面的G蛋白偶联受体5(TGR5)，分别起到促炎和抗炎作用，而肠道菌群能够通过影响BAs代谢改变巨噬细胞M1和M2分泌的两类细胞因子的水平，进而影响肝脏的免疫平衡[2]。肠道菌群产生的次级BAs过少，会导致FXR活性降低，加剧机体的炎症；而次级BAs过多，会通过产生活性氧(ROS)造成细胞DNA损伤，导致肝细胞癌的发生[9]。此外，肠道菌群通过调节BAs代谢可进一步激活AMPK和胆固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP-1c)等氧化应激和脂质代谢相关信号通路，影响NAFLD的发生和发展[7]。

肠道菌群还通过代谢胆碱影响免疫炎症反应。胆碱缺乏使VLDL输出水平降低，β氧化减少，肝细胞脂肪酸和胆固醇堆积、氧化应激改变、细胞因子等的释放，导致肝脏出现炎症和纤维化；并且肠道菌群催化胆碱转化成有毒的甲胺，后者在肝脏中被氧化成三甲胺氧化物，促进肝脏炎症反应，进而导致肝损伤[2，8-9]。此外，肠道菌群的代谢产物丁酸盐可以通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)以及抑制NOD样受体P3(NLRP3)炎症信号通路，降低氧化应激和炎症反应，从而改善NAFLD[7]。有基础研究表明，产生丁酸盐的益生菌可以纠正肠肝免疫失调并减轻脂肪性肝炎[10]。

2 BAs对NAFLD的影响

BAs是代谢途径网络中的关键调节因子，在肝脏和肠道基因表达中起关键作用[13]。初级BAs是在肝细胞内由胆固醇经细胞色素P450介导合成，包括胆酸(CA)和鹅脱氧胆酸(CDCA)。在小肠和结肠，初级BAs被菌群代谢成为次级BAs，如脱氧胆酸(DCA)和石胆酸(LCA)[2，8]。BAs除了能促进脂肪吸收，还起到信号分子的作用，通过激活FXR和TGR5等核受体，影响下游碳水化合物和脂质的代谢以及炎症反应，激活FXR还可影响VLDL输出TG以及糖异生，进而调节糖脂和能量代谢[2，8-9，14]。

2.1 影响FXR信号通路 FXR是参与调节BAs肠肝循环和生物合成的重要核受体，在肝脏、肠道等组织中高水平表达[13]。FXR受体能启动多种靶基因表达，调节炎症反应、BAs代谢和糖脂代谢等生理过程[7]。

BAs是FXR最有效的内源性配体，BAs可通过FXR介导的信号途径广泛参与糖脂代谢与能量代谢[13，15]。BAs通过肝脏中的FXR-小异二聚体配偶体(SHP)信号通路，以及肠道中的FXR-成纤维细胞生长因子15/19(FGF15/19)信号通路，负反馈调节自身的分泌、合成和转运等，以维持机体内BAs的代谢稳态，而BAs失调与NAFLD有密切联系[13-14，16]。BAs可以通过激活肠道内分泌L细胞中的FXR，抑制糖酵解并降低ChREBP的活性，从而抑制前胰高血糖素原基因表达以减少GLP1的分泌，改善血糖。此外，BAs还能通过激活胰岛β细胞中的FXR，促进胰岛素的分泌，调节血糖[15]。

BAs激活FXR可以通过调节PPARγ活性和干扰Wnt/β-catenin途径来调节脂肪细胞分化，进而影响能量代谢[15]。而在脂质代谢过程中，BAs激活FXR后可通过抑制肝脏脂肪酸从头合成并刺激脂肪酸β氧化，抑制SREBP-1c以及FXR依赖性PPARα的表达，从而减少脂质在肝脏的积累[15-16]。此外，FXR受体被BAs激活后能够通过与胱冬肽酶-1相互作用抑制NLRP3炎症信号通路的激活，减少IL-1β等炎症细胞因子的释放，改善NAFLD[7]。有实验证实，激活FXR可以减轻NAFLD小鼠的脂肪变性和内质网应激，改善NAFLD[7，15]。

2.2 影响TGR5信号通路 TGR5受体是种可以被BAs激活的G蛋白偶联受体，在人体多个器官中均有表达，尤其是脂肪组织、肠道和胰腺[7，15]。BAs是TGR5受体最有效的配体，可以直接激活和调节多种GPCR的信号传导，在调节糖脂代谢和能量代谢等方面发挥关键作用[13]。

在小鼠模型中，BAs激活TGR5后，诱导编码2型脱碘酶(D2)的2型碘甲状腺原氨酸脱碘酶(Dio2)基因的转录，将甲状腺激素(T4)转化为更活跃的三碘甲状腺原氨酸(T3)，后者可以激活甲状腺素受体，进而增加基础代谢和能量消耗，促进棕色脂肪组织和肌肉组织的能量代谢[5，16]。BAs激活肠内分泌细胞上的TGR5后，可以诱导GLP1的分泌，GLP1可以增加胰岛素的合成和释放，保护胰岛β细胞凋亡并促进β细胞增殖，进而改善血糖[5，16]。此外，BAs激活胰腺α细胞中的TGR5后，可以诱导前胰高血糖素原转变为GLP1，以增强胰岛β细胞的功能[15]。TGR5还存在于肝脏的Kupffer细胞等单核细胞中，激活后通过抑制核因子κB的核易位和相关细胞因子的产生发挥抗炎作用；并且TGR5可以调节肝脏和脂肪组织中巨噬细胞的趋化和浸润，减轻炎症[15]。有研究显示，在BAs激活肝Kupffer细胞中的TGR5后，细胞内环磷酸腺苷水平升高，抑制了LPS诱导的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎症细胞因子的上调[5]。因此，调节BAs代谢和TGR5受体信号通路也可以作为治疗NAFLD的潜在策略。

3 肠道菌群和BAs的相互作用

3.1 肠道菌群对胆汁酸代谢的影响 肠道菌群与BAs之间的联系主要是通过肠道菌群影响BAs代谢实现。肠道菌群可通过一系列酶促反应，使初级BAs转变为次级BAs，在BAs代谢中发挥重要作用[17]。肠道菌群中的拟杆菌、双歧杆菌(Bifidobacterium)、梭菌(Clostridium)、乳酸杆菌(Lactobacillus)等产生的BSH可以水解结合型BAs形成游离BAs；梭菌、假单胞菌(Pseudomonas)等可以催化BAs的脱硫作用；拟杆菌、梭菌、消化链球菌(Peptostreptococcus)等可以通过菌属羟基类固醇脱氢酶(HSD)，使初级BAs脱羟基形成次级BAs，降低BAs的毒性[7，14]。

有研究显示，喂食高脂肪饮食的小鼠具有更高水平的次级BAs，这可能是由于其肠道内拟杆菌和梭菌数量的增加，以及双歧杆菌的减少[5，18]。而无菌小鼠比传统饲养的动物表现出更大的BAs池，这可能与牛磺胆酸(TCA)介导的回肠末端FXR拮抗作用有关，该拮抗作用可降低FGF15的表达并提高肝脏中CYP7A1的活性。可见，肠道菌群可能通过改变酶活性(如BSH、HSD等)影响BA池大小和组成，进而改变BAs的化学和信号特性[5，19]。

3.2 BAs对肠道菌群的影响 越来越多研究表明BAs对菌群膜和肠黏膜都有负面影响[14]。肠道中的各种BAs均可以通过直接或间接的方式抑制肠道菌群的生长，而由于不同细菌对不同BAs的敏感度具有差异，所以BAs的变化可以显著影响肠道菌群的种类和数量[7]。

研究表明，BAs可通过改变肠道菌群引起疾病[5]。给大鼠喂食CA后，会导致厚壁菌和拟杆菌的比例增加[7]。而被喂食TCA的小鼠，不仅其体内的肠道菌群结构被改变，甚至产生肝脏炎症和肝纤维化，可见BAs代谢可能通过引起肝脏的免疫反应，进而间接影响肠道菌群结构[20]。越来越多的研究证实BAs不仅具有直接的抗菌作用，而且还通过影响核受体FXR间接影响菌群[14]。FXR能通过上调回肠黏膜防御基因防止细菌过度生长，有研究显示激活FXR可以抑制小鼠体内回肠和盲肠中细菌的生长[5]。而CDCA与FXR结合后，能够促进肠道上皮细胞分泌具有广谱抗菌活性的抗菌肽，进一步发挥抗菌作用[7]。此外，BAs还会刺激特定细菌的生长。例如，TCA和CA是艰难梭菌(Clostridiumdifficile)孢子的主要萌发物[14]。可见BAs可以从多个方面影响肠道菌群的结构。

4 总结与展望

综上所述，肠道菌群和BAs确实在NAFLD发生发展中至关重要，且两者间的交互作用极其复杂。而虽然很多实验性研究探讨了肠道菌群和BAs对NAFLD的影响，但大多数仅建立了关联关系。仍需开发一种将宿主、肠道菌群、BAs结合起来的研究方法，在系统水平上阐明它们之间复杂的交互作用，并明确其因果关系。且大部分研究都停留在动物研究阶段，而目前尚不清楚动物和人类肠道细菌种类的差异如何影响微生物的代谢。因此，尚需对人类进行进一步的研究。尽管现今研究证实，能够影响肠道菌群和BAs的药物在NAFLD的治疗上具有一定前景，但开发出安全有效的治疗药物仍面临许多挑战，例如药物对FXR/TGR5的选择性、化合物的组织特异性以及安全性问题，尤其是长期用药的有关问题。