肠道菌群与儿童非酒精性脂肪性肝病的研究进展

廖星晨综述 李明，谭诗云审校

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指除外酒精和其他明确的肝损伤因素所致的肝细胞内脂肪过度沉积为主要特征的临床病理综合征，其疾病谱包括非酒精性肝脂肪变、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)及其相关肝纤维化、肝硬化和肝细胞癌[1]。据报道，NAFLD的全球患病率约为25%，其中中东和南美洲的发病率最高，非洲最低，包括中国在内的亚洲大多数国家患病率高达27%[2]。

已知肥胖是NAFLD的独立危险因素，研究统计2016年全球有4 100万5岁以下的儿童及3.4亿5～19岁的儿童和青少年超重或肥胖[3]。研究发现,亚洲及中国儿童的NAFLD患病率分别为6.3%和3.4%，在超重和肥胖儿童中NAFLD患病率显著升高[4]。近年来，NAFLD已成为我国最常见的肝脏疾病，且发病率在儿童中逐年升高。研究表明,肠道菌群在NAFLD的发生发展中发挥着重要作用，本文旨在对肠道菌群与儿童NAFLD相关性作相关综述。

1 肠道菌群概述

人体肠道寄居着复杂的以细菌为主的微生物群落，统称为肠道菌群。肠道菌群多由厌氧菌组成，拟杆菌门和厚壁菌门占主导地位，而变形菌门、疣菌门、放线菌门、梭杆菌门和蓝藻门仅占很小的比例。研究人员发现,肠道菌群的分布并不均一，在胃和十二指肠最少，结肠最多，健康个体的小肠富含厚壁菌门和放线菌，而拟杆菌门在结肠中更为普遍[5]。研究表明,肠道菌群的建立起始于子宫，并在整个生命过程中随着时间、地理等因素动态变化。据估计，肠道菌群在种类上超过1 000种，在数量上超过100万亿，其基因数量是人类基因组的150倍[6]，其数量及多样性与人类健康密切相关。正常情况下，肠道菌群处于动态平衡状态，一旦各种原因导致平衡状态被打破，肠道菌群失调，则会导致各种疾病的发生[7]。

2 肠道菌群与儿童NAFLD

婴儿肠道菌群的建立与分娩途径、母乳喂养及抗生素的应用有关，至2～3岁时，儿童肠道菌群即与成人相似。近年来，越来越多的研究揭示了肠道菌群失调与代谢综合征、肥胖、2型糖尿病及NAFLD之间的关系[8]。Le Roy等[9]的一项研究显示,无菌小鼠接受了NAFLD易感菌群后，出现了高血糖、高胰岛素血症和肝脂肪变性，提示NAFLD的发生可通过肠道菌群移植传播。除此之外，不少研究也致力于探寻肠道菌群与儿童NAFLD的关联。凌剑蓉等[10]的研究发现，与健康儿童相比，NAFLD患儿存在代谢异常及肠道菌群紊乱，其拟杆菌属和双歧杆菌属比例降低，普氏菌属比例显著升高，而这些差异菌属有可能通过功能基因的差异表达改变相关代谢途径进而影响脂质代谢过程，参与NAFLD的发生发展。Schwimmer等[11]针对87例经活检证实为NAFLD的儿童和37例非NAFLD的肥胖儿童(对照组)进行了前瞻性、观察性、横断面研究，发现NAFLD儿童粪便菌群组的α多样性低于对照组，NASH儿童粪便菌群组的α多样性最低，且高丰度普氏菌与更严重的纤维化相关。一项荟萃分析表明，拟杆菌属和乳酸杆菌属是导致婴儿超重最常见的菌群[12]。而婴儿肠道菌群的组成和发育受母亲的BMI、体质量和孕期体质量增加的影响。控制影响婴儿早期肠道菌群的因素，可以预防儿童后期超重和肥胖，降低儿童NAFLD的危险因素。

3 肠道菌群介导NAFLD发生的可能机制

NAFLD发病机制的最初理论基于“二次打击学说”。“第一次打击”即肝脏三酰甘油蓄积或脂肪变性，增加了肝脏对“第二次打击”如炎性因子、脂肪因子、线粒体功能障碍和氧化应激介导的损伤的易感性，进而导致脂肪性肝炎和/或肝纤维化。相比于以往被广泛接受的“二次打击”学说，现在被广泛接受的理论是“多重打击学说”，涉及更广泛的遗传和环境因素的相互作用及包括脂肪组织、胰腺、肠道和肝脏等不同器官和组织之间的相互串扰[13]。肠道菌群可以通过多种机制，包括改变肠道的通透性；增加胆汁酸合成及降低胆碱代谢；在肠内产生乙醇等介导NAFLD的发生发展。

3.1 肠道通透性改变 健康的肠道上皮形成了一个紧密封闭的物理屏障，将宿主和肠道内容物隔开，包括黏液层、抗菌肽和紧密连接蛋白在内的多个因素共同作用维持肠道屏障的功能。在正常情况下，肠内只有少量细菌产物通过门脉循环进入肝脏。然而，肠道菌群失调可以破坏肠上皮屏障的完整性，增加肠道的通透性，导致细菌和细菌产物如脂多糖和内毒素进入门脉循环最后进入肝脏。这些细菌成分通过激活Toll样受体和Kupffer细胞中的其他模式识别受体来启动炎性级联反应，释放炎性因子，刺激肝细胞的脂质蓄积和细胞死亡，导致NAFLD和NASH。研究表明，NAFLD患者的紧密连接蛋白表达降低，肠道通透性变高。一项包含128例NAFLD患者的荟萃分析表明，与健康对照组相比，NAFLD 和 NASH 患者更可能发生肠道通透性改变[14]。而且在针对儿童的研究中，Giorgio等[15]发现，非酒精性脂肪肝患儿的肠道通透性增加，并且与疾病的严重程度相关。

3.2 内源性乙醇 研究表明，内源性乙醇的升高会促进NAFLD的发展[16]。即使在没有饮酒的情况下，肠道菌群也会将饮食中的碳水化合物源源不断的发酵成乙醇，而富含糖分的饮食，可能会导致血液中乙醇浓度升高。有研究表明，与非NASH肥胖儿童相比，患有NASH的儿童及患有NAFLD的成人血液中乙醇水平上升，同时产生乙醇细菌丰度增加[17]。并且在没有摄入任何乙醇的条件下，肥胖小鼠和患有NASH的肥胖成人呼吸中仍能检测到乙醇[18]。正常情况下内源性合成的乙醇会通过肝脏中的乙醇脱氢酶途径代谢。当乙醇脱氢酶活性受到抑制，内源性乙醇增多，产生大量自由基和活性氧，从而导致线粒体功能障碍、肝细胞炎性反应和损伤[17]。NAFLD患者多伴有胰岛素抵抗，而胰岛素抵抗显著影响肝脏乙醇脱氢酶活性。以上研究表明，内源性乙醇与NAFLD密切相关。

3.3 胆汁酸 初级胆汁酸由肝脏合成，分泌到胆囊，并在进食后释放到十二指肠。在肠道中，初级胆汁酸被肠道菌群代谢为次级胆汁酸，然后被重新吸收入门静脉，大部分胆汁酸被肝脏捕获再循环，但有些仍留在血液中并充当信号分子。胆汁酸通过乳化脂肪并促进小肠中脂质和脂溶性维生素的吸收，从而影响肝脏脂质蓄积和炎性反应。因此，胆汁酸是一种在功能上连接肠道和肝脏的关键信号分子。胆汁酸的稳态受肠道菌群调控。肠道菌群通过调节胆汁酸合成酶的表达参与初级胆汁酸、胆酸和鹅去氧胆酸的合成，还通过影响关键酶或转运蛋白的表达影响胆汁酸在肝脏中的结合、回肠末端的重吸收、小肠中的解离、结肠中转化为次级胆汁酸及肠肝循环等代谢过程[19]。因此，肠道菌群失调导致的胆汁酸稳态破坏会促进NAFLD的发生发展。一项研究表明，NAFLD患儿血清胆汁酸水平和产生次级胆汁酸的肠道菌群丰度升高[20]。另一项针对儿童的研究报道，NAFLD患儿早期血清胆汁酸水平降低，但会随着纤维化程度的增加而增加[21]。

胆汁酸受体也称为法尼醇X受体(Farnesoid X receptor,FXR)，在肝脏和肠道中高度表达，其通过反馈机制调节胆汁酸的合成。FXR和G蛋白偶联受体5(takeda G protein-coupled receptor 5,TGR5)共同调节肝脏的代谢和炎性反应，前者主要由初级胆汁酸激活，而后者主要由次级胆汁酸激活[22]。FXR除了抑制脂肪从头生成，增加脂肪酸氧化，调节参与三酰甘油稳态基因的表达，减少脂肪变性和糖异生，还能上调肝糖原合成并调节葡萄糖转运蛋白4和胰高血糖素样肽1的表达，从而影响与NAFLD密切相关的胰岛素敏感性[22]。胆汁酸还可以通过FXR和TGR5信号通路减少肝脏炎性反应和纤维化。一些胆汁酸类似物已用作FXR或TGR5激动剂，它们可以通过下调促炎基因的表达并产生更多的单核细胞和IL-10改善肝脏炎性反应、脂肪变性和纤维化[23]。一项研究表明，NAFLD患儿的肝脏FXR介导的胆汁酸信号传导受到抑制[20]。同时在动物模型中发现，高脂饲料诱导的幼猪NASH与肠道菌群失调、次级胆汁酸水平增加及FXR信号通路受损有关[24]。总之，胆汁酸稳态的破坏被认为是儿童和青少年肠道菌群失调介导的NAFLD的核心。

3.4 胆碱 人体内约70%的胆碱由外源性饮食提供，其余部分则在体内合成。可获得的胆碱量取决于饮食中的胆碱量，以及肠道菌群对胆碱的代谢，而肠道菌群也受胆碱水平的调节。胆碱缺乏饮食是常用的NASH小鼠模型，这一点充分证实了胆碱缺乏对NAFLD和NASH发展的影响。肠道菌群可以将胆碱代谢为三甲胺，三甲胺会被含有单加氧酶的肝黄素进一步氧化并转化为三甲胺-N-氧化物(trimethylamine N-oxide,TMAO)，导致胆碱水平降低及TMAO水平增加[25]。胆碱在极低密度脂蛋白合成过程中起关键作用，并促进肝脏脂质输出。因此，胆碱缺乏会导致肝细胞中三酰甘油的积累。一项早期的小型病例研究表明，不补充胆碱的长期全肠外营养会导致肝脂肪变性，而在接受含有氯化胆碱的肠外营养液6周后，受试者的肝脂肪变性完全改善。研究人员还发现，TMAO会增加胰岛素抵抗，促进炎性反应和氧化应激，血清TMAO水平越高NAFLD的严重程度越高[25]。

4 肠道菌群在儿童NAFLD中的治疗潜力

儿童NAFLD大多处于单纯性脂肪肝阶段,可无任何临床表现,仅有少部分进展为NASH,伴严重肝损害时才表现出慢性肝病相关临床症状，早期识别是儿童NAFLD管理的关键。目前肝脏活检仍是确诊儿童NAFLD的金标准[26]，但肝活检操作不方便且创伤大，患者尤其青少年患儿肝脏活检接受度低。鉴于肠道菌群与NAFLD的密切联系，研究人员越来越关注肠道菌群作为NAFLD新的治疗靶点，以肠道菌群作为一种与NAFLD/NASH严重程度相关的非侵入性诊断工具作为目标，并开发了包括益生菌、益生元和粪便菌群移植在内的多种治疗方案。

4.1 益生菌 益生菌是一种非致病性微生物，通过恢复正常的菌群来缓解肠道疾病，并为宿主提供全面的健康益处。这些有益菌可以改善肠道菌群组成，并通过调节肿瘤坏死因子-α、核转录因子-κB和胶原的表达水平，减少脂质蓄积、内毒素血症、氧化应激和炎性反应，延缓肝脏疾病的进展。益生菌对小鼠脂肪肝模型显示出显著的治疗效果，给高脂饮食的小鼠服用益生菌，显著减缓了肝脏脂肪变性和纤维化的进展[27]。一项对患有NAFLD的超重儿童进行的随机对照试验显示，在接受包含8种益生菌菌株的VSL3制剂治疗后，患儿的脂肪肝状况和BMI有显著改善[28]。

4.2 益生元 益生元是不易消化的碳水化合物，可被细菌发酵。益生元能促进肠道中有益菌群的生长，积极有效地改善肠道菌群，从而促进健康。益生元还能减少细菌肝毒素、增强肠道上皮屏障功能、减少炎性反应、减少脂肪从头生成、改善食欲和饱腹感及增强血糖控制，所有这些影响都可能使NAFLD改善。研究发现，高脂饲料喂养的肥胖小鼠给予乳果糖6周后，其炎性反应和肝脏损伤降低。另有临床试验也证明了益生元可通过调节葡萄糖稳态和脂质代谢对NAFLD/NASH的进展起治疗作用[29-30]。在一项纳入了44例儿童的随机对照试验中，发现益生元可以选择性地改变肠道菌群，显著降低体质量、体脂百分比、躯干脂肪百分比和血清白介素6水平[31]。另一项纳入了38例儿童的随机对照试验发现，相对于安慰剂组，益生元组的肠道通透性有所改善，双歧杆菌丰度显著增加，血糖控制得到改善[32]。这些研究显示了益生元治疗儿童NAFLD的潜力。

4.3 粪便菌群移植(fecal microbiota transplantation,FMT) 除了上述益生菌及益生元补充剂，粪便菌群移植已被证明可以通过调节肠道菌群来减轻小鼠高脂饮食诱导的脂肪性肝炎。粪便菌群移植是将健康个体粪便中的功能性菌群转移到肠道菌群失调患者的胃肠道中，以重新建立平衡的肠道菌群组成。研究表明，移植瘦小鼠或肥胖小鼠的肠道菌群，可诱导受体与宿主相似的表型，瘦供体的菌群可显著降低肥胖小鼠的肥胖程度[33]。多项研究也已经证实，FMT对2型糖尿病和溃疡性结肠炎患者的治疗效果，其与恢复健康的菌群、血脂水平的正常化和改善胰岛素抵抗有关[34-35]。一项纳入了87例肥胖青少年的研究表明，接受来自瘦供体的FMT后，受试者腹部肥胖减轻，肠道菌群组成改变及代谢综合征改善，但尚需要进一步的试验来证实这些结果及机制[36]。根据这些研究，可以推测FMT可以成为一种包括NAFLD在内代谢性疾病的未来治疗方法。

5 小 结

综上所述，NAFLD是一种常见的慢性肝病。肠道菌群变化与儿童NAFLD的发生发展密切相关，其主要作用机制可能与增加肠道通透性，调节胆汁酸、胆碱及内源性乙醇等代谢产物，促进炎性反应及胰岛素抵抗密切相关。相较于传统抗生素，益生菌、益生元和FMT可以有效逆转与儿童NAFLD相关的肠道菌群失调，是治疗儿童NAFLD安全有效的潜在替代品，具有广阔的发展前景。如今，以肠道菌群为重点的研究，为探究NAFLD的发病机制,针对肥胖及NAFLD儿童提供更优化的早期筛查和非侵入性诊断方法，以及开发新的个性化治疗方案提供了巨大的机遇和挑战。