肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的作用

张静雯，王玉平，周永宁

兰州大学第一医院消化科 兰州大学第一医院胃肠病重点实验室，甘肃 兰州 730000

肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的作用

张静雯，王玉平，周永宁

兰州大学第一医院消化科 兰州大学第一医院胃肠病重点实验室，甘肃 兰州 730000

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是我国最常见的慢性肝病之一。近年来该病发病率迅速增加，并呈低龄发病状态。NAFLD与2型糖尿病、心血管疾病及肝硬化等密切相关。NAFLD是一种病理疾病谱，包括从相对良性的脂肪变性到与炎症、纤维化、坏死相关的非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)。NASH患者发展为肝硬化和需要进行肝移植的肝衰竭风险升高。肠道菌群具有调节能量代谢和脂质沉积的作用，表明其与肥胖及代谢性疾病的发生密切相关。越来越多的证据表明，肠道菌群在NAFLD发病中起重要作用。本文就肠道菌群在NAFLD发病中的作用作一概述，为其预防、治疗及干预措施提供依据。

肠道菌群；非酒精性脂肪性肝病；综述

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种病理疾病谱，主要包括单纯性脂肪肝(simple fatty liver，SFL)及由其演变的非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)、脂肪性肝纤维化和肝硬化，甚至肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)[1]。近年该病发病率增长迅速且呈低龄化发病趋势[2]。研究[3]表明，美国人口中近1/3患有肝脏脂肪变性，其中10%～15%的患者将发展成NASH，其间又有约1/3的患者最终发展为肝硬化。目前普遍认为NAFLD是一种遗传-环境-代谢-应激相关性疾病。多数认为与氧化应激、炎症反应、胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)及遗传易感性密切相关，属于代谢综合征的一部分。而肠道菌群可通过产生肥胖、促进IR、细菌移位、产生内毒素血症及引起炎症反应等机制促进NAFLD的发生与发展。

利用PCR技术分析粪便微生物菌群，发现相比健康对照组，NAFLD及NASH患者中厚壁菌门中瘤胃菌科及拟杆菌门数量减少。在NASH及被活检证实的肝脏脂肪变性中，均表明梭菌门数量增多[4]。但并非所有的对照实验均能得出相似的结论，大量的、长时间纵向研究对鉴别NAFLD及NASH肠道菌群变化很有必要。越来越多证据支持肠道菌群失调与NAFLD的发生、发展密切相关。

1 正常肠道菌群及其生理作用

1.1 正常肠道菌群组成 数以万亿计的微生物寄生在人体肠道，统称为“肠道菌群”[5]。人类肠道微生物具有丰富的基因信息，是人类基因数目的150倍，其中超过99%来自细菌[6]。基于16S rRNA基因测序方法，我们了解到人体肠道存在超过约1 000种细菌种类，主要分为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门，其中以厚壁菌门和拟杆菌门为优势菌，且随着人体宿主生长及发育成熟，肠道微生物构成具有时间及空间特异性[7]。新生儿胎粪就是一个简单的微生物菌群，经阴道分娩新生儿，早期肠道微生物主要与乳酸杆菌等母体阴道及外阴周微生物组成相似，相反，经剖宫产分娩的新生儿主要与葡萄球菌、丙酸杆菌等皮肤定植菌相似。3岁时肠道菌群趋于稳定，达到健康成人水平[8]。老年人肠道菌群中双歧杆菌和厚壁菌等有益菌比例下降，而变形杆菌、葡萄球菌等有害菌及腐败性菌比例增多。细菌在消化道的分布比例呈逐渐增多的趋势。胃内酸度高，含有大量消化酶，不适合细菌生长，细菌数量少，主要是需氧抗酸性细菌，如链球菌、乳酸杆菌等。小肠受pH值、消化酶、肠蠕动、大量肠液及肠腔内免疫球蛋白的影响，小肠的含菌量亦较低。盲肠和结直肠内细菌数明显增加，以厌氧菌为主。肠道微生物组成处于动态变化中，受机体免疫、不规则使用抗生素、免疫抑制剂、肿瘤化疗药物及部分操作等多种因素影响。

1.2 肠道菌群主要生理作用 正常情况下肠道菌群保持着动态平衡，与人体宿主互利共生,具有重要的生物学功能，如参与机体物质代谢、营养物质转化合成、免疫应答、维持内环境及生理屏障等作用。无菌动物实验及抗生素治疗的动物实验进一步阐述了肠道菌群的重要作用。

1.2.1 生物拮抗作用：肠道的正常菌群可发挥生物屏障作用。首先，通过其配体与相应肠黏膜表面受体结合发挥屏障和占位性保护作用。其次，产生抗菌素如细菌毒素，调节肠上皮细胞及杯状细胞分泌肠黏蛋白[9]。黏蛋白可与肠上皮细胞结合位点竞争，抑制细菌对肠上皮细胞的黏附[10]。此外，可与外来细菌争夺营养而处于优势菌。肠道菌群通过微生物间紧密连接、促进上皮修复、调节肠上皮细胞更新来维持肠黏膜屏障的完整性。

1.2.2 营养作用：肠道正常菌群为宿主复杂代谢提供酶及转化途径，如难以消化的膳食碳水化合物及蛋白质。无菌大鼠与正常有菌大鼠相比，需消耗更多的食物才能获取同等的热量。其可产生维生素K，促进钙、镁、铁的吸收，参与胆汁酸的生物转化。此外，其酵解产物短链脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)为结肠提供能量，刺激肠上皮细胞的增殖及分化，还可诱导肠黏蛋白及抗菌素产生[11]。

1.2.3 免疫炎症作用：肠道正常菌群作为抗原既能促进宿主免疫器官的发育，又能刺激其免疫系统发生免疫应答。无菌动物因缺乏微生物抗原暴露致使其免疫系统发育不成熟，如T、B淋巴细胞功能差、淋巴小结内缺乏生发中心，产生抗体能力弱，引起免疫缺陷[12]。研究[13]表明，SCFA对调节性T细胞的生成至关重要。此外，其在黏膜免疫系统和抑制炎症方面起重要作用，如拟杆菌属和梭菌属能刺激调节T细胞增殖，多形拟杆菌属可降低促炎转录因子NF-κB的活性[13]。

2 肠道菌群与NAFLD

2.1 肠道菌群与肥胖 肥胖是大多数代谢性疾病的基础。肠道菌群在调节机体能量平衡、促进肥胖及以肥胖为基础的代谢性疾病中发挥重要作用。NAFLD与肥胖密切相关，人体肠道微生物在肥胖的发生、发展中起重要作用：(1)增加机体从食物中获取能量，研究显示，非无菌小鼠与无菌小鼠相比，在同样饮食喂养下，体质量明显增加；而定植了来自非无菌小鼠盲肠内容物的小鼠即便饮食摄入减少，但体质量依然显著增加。(2)抑制小肠Fiaf基因的表达，该基因编码LPL(LPL是一种脂肪酶，可以促进脂肪沉积)抑制因子，进而促进甘油三酯在肝细胞中的沉积[14]。(3)其代谢产物乙醇通过门静脉入肝脏，增加肝细胞中甘油三酯的含量，脂质过量沉积使肝细胞发生氧化应激和脂质过氧化，介导肥胖和NAFLD的发生[3]。(4) 其代谢产物胆碱亦与NAFLD密切相关，胆碱是细胞膜磷脂的组成部分，是乙酰胆碱的前体。研究[15]表明，高脂饮食可导致肠道菌群改变，将膳食中胆碱转化成有毒的甲胺，造成磷脂酰胆碱的减少，模仿胆碱缺乏状态。磷脂酰胆碱是极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)分泌和合成的必要原料，其不足导致甘油三酯在肝细胞中的沉积。此外，肠道微生物亦增加了氧化三甲胺含量，其与心血管疾病密切相关。

2.2 肠道菌群与IR IR是NAFLD发生、发展的病理生理学基础之一，其导致肝脏脂肪积累及启动肝细胞的炎症反应[16]。IR与肠道菌群失衡有关[17]，使用益生菌或抗TNF-α抗体可减少血清炎性因子释放及抑制小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)，提高胰岛素敏感性[18]。暴露于高剂量抗菌素的小鼠，无论是高脂饮食诱导还是有肥胖基因的模型，都可改变肠道菌群和产生各种有益的代谢，如改善IR、糖耐量，减轻其体质量和炎症反应[19]。然而，不同剂量抗菌素对肠道微生物及其代谢影响不同。相比高剂量抗菌素，暴露于低剂量抗菌素的C57BL/6J小鼠中，诱导代谢改变，主要包括长期高脂饮食诱导的体质量增加、脂肪积累及肝脏脂肪变性[20]。研究表明，万古霉素及杆菌肽可诱导肠道厚壁菌门和拟杆菌的细菌数量明显减少，可改善高脂饮食诱导的小鼠模型，改善糖耐量、高胰岛素血症及IR。更深研究[21]表明，抗菌素治疗的小鼠中胰岛素敏感性增加的原因，主要是胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)分泌增加，导致牛胆酸(taurocholic acid，TCA)的水平增加。因此，肠道菌群的失衡促进IR，调节肠道菌群可潜在改善胰岛素敏感性。

2.3 肠道菌群与胆汁酸代谢 肠道菌群通过影响胆汁酸代谢间接对NAFLD发生、发展起作用。人体内胆汁酸水平与血清中甘油三酯水平呈正相关，因此胆汁酸水平过高与NAFLD的发生有一定关联。胆汁酸是胆汁的重要组成成分，在肝脏中合成，贮存于胆囊中，进餐后释放到小肠中，超过95%的胆汁酸通过肠壁的主动转运或被动转运重吸收，经门静脉入肝脏[22]。胆汁酸不仅促进脂肪、胆固醇及脂溶性维生素在肠道重吸收，还可作为信号分子激活多种信号传导途径，如法尼醇X受体(Farnesoid X receptor，FXR)和G蛋白偶联受体5(G protein coupled receptor 5，TGR5)等[23-25]。胆汁酸及其代谢产物在维持肝脏甘油三酯、胆固醇及糖类代谢平衡起着至关重要的作用。因此，胆汁酸代谢异常，有促进NAFLD的发生[26]。

胆汁酸具有很强的抗菌活性，其与细菌细胞膜上的磷脂结合破坏胞膜，发挥抗细菌黏附及中和内毒素的作用，抑制SIBO[27]，同时肠道菌群的组成也对胆汁酸代谢有较大影响。胆酸与甘氨酸或牛磺酸在肝脏中结合，形成结合型胆汁酸，通过十二指肠分泌进入肠道，在肠道微生物的作用下形成不同形式的胆汁酸[28]。高脂饮食诱导代谢改变，包括肠道菌群重建引起的胆汁酸成分的改变，和失调的胆汁酸池引起细菌生存环境变化，导致肠道菌群失调[29]，进一步加重胆汁酸代谢紊乱，产生一系列具有肝毒性的物质进入肝脏，诱导NAFLD发生。

FXR属于核受体超家族成员，可被胆汁酸激活，故又称胆汁酸受体。FXR高表达于肝肠系统，通过调节胆汁酸代谢及相关基因表达，维持体内胆汁酸平衡。肠道菌群影响FXR活性，从而影响肝脏中脂质代谢。在最新研究[30]中，高脂饮食喂养小鼠，并使用抗生素改变肠道菌群的组成，确定了肠道菌群和NAFLD发生的关系。研究表明，首先，抗生素通过改变胆汁酸组成，抑制肠道FXR活化，减缓了NAFLD的发生；其次，肠道FXR缺失的小鼠甘油三酯明显减少；最后证明，产生上述结果主要是循环中神经酰胺的含量减少，使肝脏固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)表达下调，抑制脂肪从头合成。以上均提示肠道FXR/神经酰胺轴可能是NAFLD治疗的新靶点，其中肠道微生物起重要作用。然而，对于FXR在NAFLD形成中所扮演的角色仍存在很大争议。研究[31]表明，肝脏FXR表达的降低与SREBP-1c表达、甘油三酯的合成增加有关，并且SREBP-1c表达升高与NAFLD患者肝脂肪变性的严重程度有关。FXR的缺失会增加肝脏及循环中的甘油三酯、VLDL、LDL及HDL的含量，有助于NAFLD的发生。而FXR受体激动剂GW4064亦能增加高脂饮食诱导的NAFLD的发生，这可能与胆汁酸合成减少、降低能量消耗有关[32]。虽然FXR在肝脏脂质代谢的功能有待进一步研究，但肠道微生物影响FXR活性，突出了其在脂质信号通路中的作用。

2.4 肠道菌群与细菌异位 肠上皮细胞是细菌与宿主免疫系统间的屏障，肠道上皮细胞彼此紧密连接，是维护肠道屏障完整的关键。已有报道[3]称内毒素不仅增强肠道黏膜通透性，也参与肝脏脂肪变性及NAFLD发生。利用呼吸检测技术证实，约50%NASH患者中存在SIBO。SIBO改变上皮细胞紧密连接、增强肠黏膜通透性、增加肿瘤坏死因子水平。SIBO和肠道黏膜通透性增加与脂肪变性严重程度呈正相关。SIBO也可增加肠腔与病原体相关分子模式(pathogen associated molecularpatterns，PAMPs)结合，发挥炎症作用。以上因素综合起来，增加肝脏炎症，促进疾病进展。

2.5 肠道菌群与炎症反应 NAFLD发生、发展与肠道微生物代谢产物及PAMPs密切相关。微生物代谢产物脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)直接参与炎症反应，如TLR4信号通路，Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)与其密切相关，其广泛存在于肝细胞、胆管上皮细胞、Kuppfer细胞及树突状细胞等，主要包括TLR2、TLR2、TLR4、TLR9，其中LPS的受体TLR4在NAFLD发病中发挥了重要作用。在缺乏甲硫氨酸、胆碱诱导的小鼠NASH模型(Methionine-choline-deficient diet，MCDD)中，LPS致使血清炎症因子、门静脉内毒素水平及TLR4的表达增强，MCDD出现了典型的脂肪性肝炎的病理改变[33]。研究[34]表明，对TLR4野生型和突变性小鼠分别给予高脂高糖饮食喂养4、8、12周，TLR4 野生型小鼠出现典型肝脏脂质沉积、炎性及纤维化表现，并且TLR4、MyD88表达显著升高，而TLR4突变型小鼠上述表现均不明显，且MyD88和TNF-α水平下降，提示TLR4信号参与NAFLD炎性和纤维化过程。

综上所述，肠道菌群在NAFLD的发生、发展过程中起了重要的作用，通过产生肠道菌群失衡、增加机体能量摄入、菌群移位、IR、内毒素血症、炎症反应等多种途径引起肝脏损伤，加速NAFLD的发生、发展。微生物制剂、粪菌移植、相关信号通路探究等均有望成为预防和治疗NAFLD的有效手段。但肠道菌群在NAFLD中的具体致病机制仍不明确，目前大量研究主要集中在动物实验，缺少临床试验，还需大量的前瞻性随机对照临床试验进一步验证益生元、益生菌、粪菌移植等疗法的可行性。相信随着对微生物在NAFLD 发病机制的深入研究，定能找到对NAFLD的预防及治疗新策略。

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(责任编辑：王全楚)

Role of the gut microbiota in non-alcoholic fatty liver disease

ZHANG Jingwen, WANG Yuping, ZHOU Yongning

Department of Gastroenterology, the First Affiliated Hospital of Lanzhou University, Key Laboratory for Gastrointestinal Diseases of Gansu, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is one of the most common chronic liver diseases in China. In recent years, this disease is increasing rapidly, and has a younger age of onset of state. It is closely related to the incidence of type 2 diabetes, cardiovascular morbidity and progression to cirrhosis. NAFLD encompasses a pathologic spectrum of disease, from relatively benign accumulation of lipid to progressive non-alcoholic steatohepatitis (NASH) associated with inflammation, fibrosis, and necrosis. The patients with NASH is deemed at high risk for developing cirrhosis and progressing to liver failure requiring transplantation. Studies have shown that gut microbiota regulate energy metabolism and lipid deposition, indicating that it is associated with obesity and metabolic diseases. The growing evidence suggests that gut microbiota plays an important role in the pathogenesis of NAFLD. This article reviewed the role of gut microbiota in the pathogenesis of NAFLD, and provided evidence for its prevention, treatment and intervention.

Gut microbiota; Non-alcoholic fatty liver disease; Review

国家科技惠民计划(2012GS620101)；甘肃省卫生行业科研管理项目(GWGL2014-43)；“中央高校基本科研业务费专项资金”重点项目(lzujbky-2014-k14)

张静雯，硕士在读，研究方向：消化系疾病。E-mail：1123993430@qq.com

周永宁，博士生导师，主任医师，研究方向：消化系肿瘤。E-mail：yongningzhou@sina.com.cn

10.3969/j.issn.1006-5709.2017.04.027

R575.5

A

1006-5709(2017)04-0468-04

2016-05-30