肠道菌群及其代谢产物对非酒精性脂肪性肝病发病及治疗影响的研究进展

夏巧云，鲁迪，杨志煜，曹绪坤，曹名波

(郑州大学人民医院/河南省人民医院 消化内科，河南 郑州 450003)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是以脂质沉积为特征的慢性炎症，包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)及其相关的肝纤维化、肝硬化甚至肝癌。随着人们生活水平的提高，NAFLD的发生率逐年升高，通过控制饮食和锻炼可改善早期NAFLD患者的症状[1]，但1/3的患者从NAFLD进展为NASH仅需3～5 a[2]。目前无特效药治疗NASH，且终末期肝病患者往往需要接受手术治疗甚至肝移植[3]。肠道菌群在NAFLD的发病及进展中发挥着重要作用。因此，寻找肠道菌群作用于NAFLD的相关机制与明确靶向肠道菌群及其代谢产物对NAFLD的治疗作用尤为重要。本综述通过总结肠道菌群影响NAFLD的相关机制，旨在为临床NAFLD的治疗提供一定的理论基础。

1 肠-肝轴

肠-肝轴是连接肠道微生物和肝脏的桥梁。静脉血携带从食物中吸收的营养物质、来自肠道微生物群的因子和免疫反应产物通过门静脉进入肝组织。肝细胞合成的胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合，在肝脏中形成胆盐，储存在胆囊中，然后进入小肠[4]。肠道微生物群有助于机体能量的摄入，但也是有害物质的来源[5]。与肠道微生物群有关的毒素会通过肠肝循环影响机体产生反应，包括氧化应激、炎症的激活、内质网应激及线粒体功能障碍等。因此，改善肠道微生物群情况可以对肝脏产生作用[6]。肠道黏膜屏障作为阻止肠道菌群及其代谢产物进入血流的一道重要屏障，其通透性的改变也是发病的重要原因。肠道内定植菌及肠道黏膜的完整性共同构成了肠道黏膜屏障。肠道通透性的增加和肠道黏膜完整性的破坏会导致肠道细菌的菌群相关性毒素移位至小肠间隙，有害的微生物及其代谢产物如内毒素、长链脂肪酸等逐渐渗入肝脏，进而导致NASH的发生和进展。有研究发现，NAFLD患者的小肠细菌呈过度增长的状态，肠道黏膜的通透性也发生变化，而肠道黏膜完整性和通透性的改变将进一步加重肝脏病变，进而导致恶性循环[7-8]。

2 肠道菌群及其代谢产物与NASH发病机制的关系

2.1 NASH患者肠道菌群的变化肠道内的微生物数量高达1 014个，在机体免疫调节、肠道细胞增殖、外源性物质代谢和抵御病原体等方面发挥着重要的作用，从而达到动态的平衡[9]。有研究表明，NASH患者小肠细菌过度生长的占比高达77.78%[10]。厚壁菌门和拟杆菌门是人体肠道菌群的主要成分。NASH患者的普雷沃菌科占比明显下降，拟杆菌门占比上升[11-13]。随着NASH的进展，小肠菌群发生动态改变[14]。有研究表明，嗜胆菌属和理研菌科与谷丙转氨酶、白细胞介素-17、脂多糖结合蛋白、Toll样受体2(Toll-like receptor 2，TLR2)、Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的水平呈正相关[15]。在MCD所诱导的NASH动物模型中，嗜胆菌属和理研菌科的水平高于对照组[15]。副杆菌属是人体主要菌群之一。研究表明，副杆菌属能显著减少高脂饮食诱发的小鼠肥胖情况，且减少胰岛素抵抗、脂质代谢紊乱和非酒精性脂肪肝症状，其在NASH模型中呈下降趋势[16]。脱硫弧菌科是脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的一种潜在来源，会破坏肠道屏障的完整性，在NASH模型中呈上升趋势[5]。嗜黏蛋白阿克曼菌能显著减轻胰岛素抵抗，进而改善葡萄糖代谢情况，其水平在NASH动物模型及NASH患者中均呈下降趋势[17]。NASH患者处于慢性炎症的状态，这导致部分机会致病菌繁殖。Lachnoclostridium与脂肪细胞大小、空腹血糖、甘油三酯、TNF-α mRNA、HOMA-IR呈正相关，其在NASH模型中呈上升趋势[18]。当机体肠道菌群紊乱或者肠道完整性改变时，机会致病菌韦荣球菌科和脱硫弧菌科的水平增加，进而导致细菌和内毒素移位、炎症、脂代谢紊乱和肥胖的发生[18]。

2.2 细菌代谢产物对NASH的影响肠道菌群的代谢产物直接参与了NASH的发生和进展过程。LPS是革兰阴性菌外膜的主要成分。来源于肠道菌群的LPS可通过门静脉循环进入肝脏，从而激活Kupffer细胞和肝星状细胞上的TLR4，引发一系列炎症信号通路，进而导致肝损伤和纤维化[15]。有研究表明，粪便中LPS水平的升高可能是肠道菌群变化的结果[19]。短链脂肪酸(short chai fatty acids，SCFAs)由肠道菌群发酵膳食纤维产生，主要由乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐组成。SCFAs是一种挥发性脂肪酸，能调节肠道pH值，抑制有害细菌的繁殖，保护肠道环境的稳态，在人体不同器官的代谢中发挥了重要的作用。SCFAs的种类和水平主要取决于肠道菌群的组成、消化时间和宿主微生物，且SCFAs为反映肠道菌群结构是否正常的间接指标[20]。丁酸盐可由厚壁菌门产生，在维持人体肠道健康中发挥着重要作用。作为结肠黏膜的主要能量供应来源，丁酸盐还是宿主细胞基因表达、炎症、分化、凋亡的重要调节因子。一些产丁酸盐的细菌具有特殊的积极作用，如通过消耗乳酸来帮助稳定管腔pH值，或者通过目前未知的机制发挥抗炎作用[21]， 但丁酸盐在NASH模型中相对于对照组呈下降趋势，且补充丁酸盐有助于缓解NASH相关的肝损伤程度[15]。乙酸盐和丙酸盐主要由拟杆菌门产生。乙酸盐作为胆固醇合成的底物参与脂肪的合成过程[22]。丙酸盐通过增加糖异生进而减少进食和胆固醇的合成[23]。正常小鼠中乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐的比例为58∶26∶16，而通过高脂饮食诱导的NASH模型小鼠中，三者比例为74∶21∶5[24]，可见NASH模型中细菌代谢产物也发生了变化。

3 靶向肠道菌群及其代谢产物对NASH治疗的影响

3.1 益生菌、益生元、合生元

3.1.1益生菌 益生菌是一些活的无致病性微生物。口服乳酸杆菌和双歧杆菌能减轻由高脂饮食诱导的NASH小鼠模型中的脂质沉积[25]。补充VSL#3益生菌可以逆转肠道菌群紊乱，降低肝脂肪水平以及改善胰岛素敏感性[26]。除此之外，益生菌(LP EMCC-1039)可通过调节TLR4/BDNF信号通路改善高脂饮食引起的NASH及其相关的认知障碍[27]。但定殖于机体的固有菌群对外来菌种具有抵抗性，且肠道微生物的组成和功能存在个体差异，这导致益生菌并不能使所有患者受益。

3.1.2益生元 益生元可能成为治疗NASH的一种新方法。任何不能被人体吸收的且经肠道微生物代谢后能够影响肠道微生物的结构和功能，从而在宿主体内产生有益效果的物质都可被定义为益生元[28]。在动物模型中，益生元通过调节β氧化和脂肪生成相关的基因表达进而改善NASH模型中脂质代谢紊乱[29]。在NAFLD患者中，益生菌和益生元的使用能降低体质量指数、转氨酶及血清胆固醇水平[30]。乳果糖也是一种能调节肠道菌群的益生元。在高脂饮食诱导的NAFLD中，乳果糖能显著降低肝脏转氨酶水平及肝脏炎症评分[31]。

3.1.3合生元 益生菌和益生元结合即是合生元。有研究使用包含7种细菌和寡聚糖的合生元治疗NAFLD患者28周后发现转氨酶水平降低，NF-κB通路受到抑制，TNF-α、C反应蛋白(C reactive protein,CRP)水平以及肝纤维化程度明显下降[32]。双歧杆菌和低聚果糖合用能明显减轻NASH患者的脂肪变程度及血清TNF-α和CRP水平[33]。有研究表明，牛奶低聚糖和双歧杆菌合用可以逆转由西方饮食喂养的胆汁酸受体FXR敲除小鼠中的NAFLD相关的肝损伤[34]。

3.2 靶向肠道菌群代谢产物对NASH的影响肠道菌群对宿主的作用主要是肠道菌群或宿主分泌、降解或修饰的各种代谢产物所介导的，包括短链和长链脂肪酸、氨基酸、胆汁酸、维生素以及多糖等。因此，靶向肠道菌群代谢产物或许可以直接作用于宿主，进而改善宿主因肠道菌群紊乱所致的疾病。为小鼠喂养丁酸盐能够减轻NASH相关的肝损伤，缓解肝脏纤维化进展、脂质沉积，改善脂质代谢通路，同时能逆转肠道菌群的紊乱，减轻小肠屏障功能破坏的程度[15]。SCFAs通过抑制NF-κB通路抑制炎症细胞分泌白细胞介素-2、白细胞介素-6、TNF-α等炎症因子，进而对NASH产生相应的作用[35]。SCFAs还减轻了MCD诱导的肝巨噬细胞聚集和促炎反应[36]。但靶向肠道菌群代谢产物治疗存在一定的风险，如补充代谢产物可能会干扰机体内原有的平衡，改变机体的固定反馈环路，对机体产生有害的影响。除此之外，单纯改变某种代谢产物的浓度可能会对其他以及全身器官产生影响。

3.3 粪菌移植对NASH的治疗效果研究表明肠道菌群在NAFLD的起病及进展过程中发挥着重要的作用，且粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)能显著缓解NASH患者的内毒素血症、肝脂肪变和炎症坏死程度[37]。分别取高血糖、炎症和脂肪变性的小鼠和未发生代谢紊乱小鼠的肠道菌群定植于无菌小鼠，结果显示前者小鼠的肝脏更容易出现脂肪变，说明肠道菌群在NASH的发生发展中起着重要的作用[38]。重建肠道菌群可明显缓解由高脂高糖饮食诱导的门静脉高压、胰岛素抵抗和血管内皮功能紊乱[39]。由高脂饮食诱导的NASH小鼠模型经过FMT后，肠道微生物群紊乱得到了明显改善，盲肠内丁酸盐水平及肠紧密连接蛋白ZO-1水平升高。降低了小鼠体内的内毒素水平及肝脏脂肪化程度[37]。FMT可以降低复发性肝性脑病患者的住院率，改善肝硬化患者的营养不良情况[40]。FMT能改善NASH相关肝损伤及并发症，但存在一定的风险及副作用。受体肠道有自身的微环境，存在定植抵抗的可能；移植菌群可能会与机体自身菌群相互作用，从而失效甚至对机体有害的影响；FMT肠道菌群稳态的维持、肠道菌群供者的选择、移植前肠道菌群的清洁问题难以把握，存在病原体感染的风险。肠道菌群在治疗NASH方面有很好的前景，但也存在一定的风险，需要更多的研究去证实。

4 结论

肠道菌群及其代谢产物在NASH的发生和进展中发挥着重要作用。基于肠道菌群及其代谢产物的治疗将给NAFLD及相关疾病带来希望。目前靶向肠道菌群的益生菌、益生元和合生元已被广泛应用于临床，但由于个体差异及对治疗条件的严格要求，FMT仍处于基础和动物实验阶段，有待临床应用研究结果的进一步证实。通过优化靶向肠道菌群及其代谢产物的治疗措施，有可能克服现有的治疗缺陷，从而实现基于肠道菌群及其代谢产物的 NASH精准治疗。