“肠-肝轴”对非酒精性脂肪性肝病的影响

孙智强， 李京涛， 魏海梁， 闫曙光， 李日向， 郭英君， 常占杰

1.陕西中医药大学，陕西 咸阳 712046； 2.陕西中医药大学附属医院肝病一科； 3.宁夏回族自治区人民医院感染科

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除大量饮酒和其他明确导致肝脏损伤的因素外，以肝细胞大泡性脂肪变为特征的临床疾病，该疾病包括单纯的脂肪性肝病、脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis， NASH)、脂肪性纤维化和肝硬化[1]。目前NAFLD已经成为我国最常见的慢性肝病之一，且发病年龄趋于低龄化[2]。关于NAFLD的防治和研究，已经成为我国医疗、社会和经济的焦点问题之一。

1998年DAY和JAMES[3]首次提出NAFLD发病机制的“二次打击”学说：第一次打击是肝细胞中甘油三酯的蓄积导致肝脂肪变性，在此基础上增加肝脏对各种可能的损伤因素更加敏感，从而引发“第二次打击”，导致NAFLD的炎症、纤维化和细胞死亡。但由于NAFLD发生、发展的复杂性，目前很多学者将该病的发病机制从“二次打击”转为“多重打击”：“肠-肝轴”紊乱、遗传易感性、脂代谢失调、营养失衡等多重因素的作用导致NAFLD的发生、发展[4]。“多重打击”比“二次打击”能更全面、更完整的解释NAFLD的发病机制，而其中“肠-肝轴”紊乱对NAFLD的发病意义重大，是目前该领域的研究热点。

1 “肠-肝轴”

“肠-肝轴”是人体的重要系统，具有保护宿主免受肠道中潜在有毒物质侵害和维持免疫系统稳定的重大作用[5]。从生理学角度来看，“肠-肝轴”是肠道微生物群与肝脏之间最重要的联系之一。肠和肝的紧密联系始于胚胎发育期，两者共同起源于腹侧前肠内胚层[6]。在长期的生长发育过程中，肝脏不仅持续接触来自肠道消化吸收的产物，而且还持续暴露于包括细菌和细菌产物如脂多糖(LPS)在内的肠源性因子。当肠屏障受损且渗透性增加时，肠道中的大量毒性因子从肠系膜上下静脉汇入门静脉流入肝脏；而肝脏则通过分泌胆汁酸和IgA抗体影响肠道微生态[7]。肝脏和肠道在生理上紧密联系、相互作用，在病理状态时，又会影响很多疾病的发生和转归。

2 “肠-肝轴”失衡与NAFLD

2.1 肠屏障受损肠屏障是由管腔和黏膜层构成的功能单位，包括上皮细胞层、黏膜屏障、先天性和获得性免疫组分、神经、血管和内分泌系统、消化酶和肠道微生物群。肠屏障在调控肠道有机体、潜在有害毒素及细菌微生物等方面发挥着关键作用[8]。

肠上皮由单层柱状上皮细胞构成，其中包括吸收细胞、树突细胞、杯状细胞和潘式细胞。肠上皮细胞之间通过紧密连接(TJ)、黏附连接及桥粒结合构成物理屏障。其中TJ形成的多功能复合物(跨膜蛋白)尤为重要，可使相邻细胞的细胞膜上有一系列融合点[9]，让细胞之间的连接更加紧密，并能密封细胞与细胞之间的间隙。这种屏障防御模式不仅能够抵御内毒素的入侵，也可选择性渗透适当的离子、溶质和水，从而维持机体正常生命活动。肠屏障除了调节细胞旁通透性，还可以激活先天免疫细胞。当肠道中存在病原体时，肠屏障可以激活具有先天免疫作用的树突细胞，树突细胞通过伪足与病原体接触，激活B细胞发生免疫应答，防止微生物引起全身性感染[10]。肠上皮细胞中的潘氏细胞是一种特殊的分泌性上皮细胞，存在于小肠黏膜表面并产生大量的防御素、抗菌和抗生素肽来维持肠道微生态的稳定[11]。而杯状细胞构成的肠黏液由两层组成：外层是肠道菌群生存的理想栖息地，内层含有相对较少的细菌，具有防御功能[12]。此外，肠黏液还参与调节促炎和凋亡途径的信号传导。

当肠屏障功能障碍时，肠道通透性增加，肠道细菌或其产物易位到肠系膜上下静脉血流中，经门静脉血流到达肝脏，然后激活肝细胞中的Toll样受体(TLR)，引发肝脏的炎症反应。在NAFLD模型小鼠和患者中发现，TJ破坏增加了肠道通透性和细菌易位至肝脏[9,13]，且肠道通透性和小肠细菌过度生长(SIBO)的发生率与肝脏脂肪变性的严重程度相关[13]。VERDAM等[14]发现， NASH患者的内毒素血浆IgG水平的增加与肠道黏膜通透性的改变有关，且血浆IgG随着NASH严重程度逐渐升高。所以，作为人体防御系统的肠黏膜屏障发生损伤时，会引起肠道通透性的增加，导致肝脏炎症反应的发生，从而促进NAFLD发生、发展。

2.2 内毒素血症肠道中的细菌及其产物具有多方面的作用，根据具体情况可分为有害的或有益的。肝脏是能够清除有害物质的最主要器官，正常情况下，来自肠道的有害物质需要通过门静脉进入肝脏后被解毒，但当大量的毒素增加，超过肝脏的耐受性时，肝脏对毒素的清除能力下降，大量的有害物质不经肝脏代谢直接进入人体血液循环，从而发生内毒素血症。而构成革兰氏阴性菌细胞壁的LPS是研究最广泛的影响肝脏的细菌产物[15]。它通过与血清中可溶性LPS结合蛋白结合形成复合物，复合物随后附着于肝细胞表面的髓样分化因子2(MD2)和CD14细胞，再通过激活TLR导致促炎细胞因子的产生，引起肝脏的损伤[16]。

虽然TLR信号传导可通过产生抗细菌和抗病毒细胞因子，如肿瘤坏死因子(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)，来作为抵抗病原体入侵的第1道防线。然而，这些细胞因子的持续升高并不总是有益的，它也会损害机体，导致疾病的发生[17-18]。TNF-α和IL-1β可促进NAFLD的发生、进展[19]。TNF-α可以调节脂质代谢和肝细胞死亡。TNF-α通过损害胰岛素信号，造成胰岛素抵抗，从而引起胰岛素水平升高，高水平的胰岛素有助于游离脂肪酸进入肝细胞并促进肝脏脂肪生成[20]。此外，TNF-α还通过低密度脂蛋白受体增加胆固醇摄取和通过ATP结合盒转运体A1(ABCA1)脂质转运基因减少胆固醇流出，促进肝细胞胆固醇的积累[21]。肝细胞中过高的脂质水平不仅会导致活性氧生成增加，而且对TNF-α介导的细胞死亡更为敏感[22]，TNF-α通过调节激酶1(ASK1)和c-jun N端激酶(JNK)途径诱导细胞凋亡，影响肝细胞存活。再者，IL-1β也通过引起脂肪变性和肝细胞死亡来导致NAFLD发生、进展[23]。IL-1β通过抑制过氧化物酶增殖活化受体α(PPAR-α)及其下游分子来调节脂质代谢，导致肝脏甘油三酯的积聚[24]。另一方面，IL-1β也可增加二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)的表达，DGAT2是一种能将二酰甘油转化为甘油三酯的酶[17]。当肝细胞充满脂质时，由于脂质沉积的肝细胞经IL-1β持续刺激后可诱导凋亡基因Bax的表达增加[17]，从而改变细胞存活信号，导致肝细胞死亡。

这些促炎细胞因子的主要来源是肝脏中的巨噬细胞，而巨噬细胞被氯膦酸脂质体耗尽时会导致TNF-α和IL-1β的表达减少[25-26]。TLR是识别细菌和病毒成分的受体，TLR信号在健康肝脏被抑制，但当病原微生物和细菌衍生分子经门静脉到达肝脏时TLR可被激活。缺乏TLR的小鼠即使喂食CDAA或MCD饲料，也只会表现出较低的促炎细胞因子[17,26-27]。因此，当内毒素LPS激活TLR时，产生的促炎细胞因子是引起NAFLD发生、进展的重要介质。

2.3 肠道微生物肠道微生物群的改变在80多年前的慢性肝病患者中首次被发现。肠道菌群失调，特别是SIBO，在慢性肝病患者中占很大比例(20%～75%)。以前对肠道菌群的研究依赖于培养性技术，这些技术复杂、低效，而且应用的物种有限，80%以上的肠道微生物是无法培养的。近年来，随着高通量测序(NGS)技术的发展，肠道微生物群研究进展飞快。NGS技术已成为研究肠道微生物的革命性技术，这种技术主要使用16 SrRNA基因测序法，可以对肠道微生物群的组成和多样性进行研究。CHAN等[28]对肠道菌群组成研究发现，厚壁菌、拟杆菌、放线菌、变形菌、梭杆菌、螺旋体和疣粒菌是人体肠道细菌中的主要细菌门，其中拟杆菌和厚壁菌占菌群种数的90%。个体之间的菌群组成也存在着很大的差异，且随着年龄的变化，菌群组成也会发生相应的改变。

肠道微生物可通过多种机制参与NAFLD的发病，主要包括：(1)增加肠道短链脂肪酸(SCFAs)的产生和吸收；(2)微生物改变饮食胆碱的代谢；(3)微生物改变胆汁酸组成；(4)微生物致内源性乙醇的增加。

2.3.1 肠道SCFAs：在肠道中，SCFAs在远端小肠和结肠中产生，由不易消化的碳水化合物如抗性淀粉和膳食纤维通过肠内微生物发酵生成，包括乙酸、丙酸和丁酸。SCFAs提供了肠上皮细胞所需的大部分能量，但它们也跨越肠上皮屏障，介导多种生物活动[29]。SCFAs能够调节宿主能量摄取，或通过调节信号传导途径改变宿主能量代谢[30]，从而导致肥胖，增加脂肪摄取。在肥胖模型小鼠中，发现肥胖小鼠粪便中的SCFAs浓度会增加，而肠道SCFAs含量较低的无菌小鼠则不会因为饮食而引起肥胖[31]。因此，肠道微生物产生的SCFAs能够引起机体脂肪堆积，从而参与NAFLD的发病。

2.3.2 膳食胆碱代谢：胆碱不仅是细胞膜磷脂不可缺少的成分，而且在脂质代谢中也起着重要作用。胆碱促进肝细胞中的脂质转运，并防止肝脏脂质的异常蓄积，而缺乏胆碱通常会导致肝脏脂肪变性[32]。肠道微生物群也通过将其转化为有毒的二甲胺和三甲胺而参与胆碱代谢，这些二甲胺和三甲胺被转运到肝脏并转化为三甲胺氧化物(TMAO)，引起肝脏炎症和损伤[33]。另一方面，膳食胆碱的含量与肠道微生物群的组成和数量有关[34]。所以，肠道微生物群与胆碱代谢之间的密切关系为肠道微生物群靶向治疗NAFLD提供了重要的理论基础。

2.3.3 胆汁酸：在肝细胞内，胆汁酸经酶促途径由胆固醇合成，通过激活许多受体，例如法尼类X受体(FXR)和G蛋白偶联受体(TGR5)，促进脂类吸收，并调节其代谢[35]。不同的胆汁酸与受体有不同的关系，可作为受体激动剂或拮抗剂，对能量消耗、脂代谢、肠道运动和通透性的调节均有影响[36]。一方面，胆汁酸可直接通过膜破坏作用和间接诱导抗菌蛋白的表达，防止肠道细菌过度生长，从而对肠道微生物种类的形成起到重要作用。另一方面，肠内细菌可通过化学修饰胆汁酸和改变胆汁酸池的组合物[37]，例如，无菌小鼠或抗生素处理的小鼠具有低浓度的结合胆汁酸。MOUZAKI等[38]发现，NAFLD患者较正常人血清总胆汁酸水平升高，次级胆汁酸与初级胆汁酸的比值也发生了改变。在随机对照试验中[39-40]，给予患者FXR激动剂胆汁酸可以改善NASH和胰岛素敏感性。综上，胆汁酸及胆汁酸受体在NAFLD治疗中有着重大作用，同时也表明肠道微生物与NAFLD之间存在着紧密联系。

2.3.4 内源性乙醇：近年的研究表明，内源性乙醇的升高加速NAFLD的发展[41]。即使在未饮用酒精的情况下，肠道微生物也可不断产生乙醇。当肠道微生物群中产乙醇细菌(主要是大肠杆菌)水平升高时，这些细菌产生的乙醇会损伤肠黏膜屏障的完整性，肠屏障通透性的改变提高了门静脉LPS含量，从而引发肝脏炎症反应并对肝脏产生毒性作用。有研究[42]发现，NASH患者体内乙醇水平同健康人相比显著增加，而且观察到大肠杆菌的数量也增加。

3 总结与展望

“肠-肝轴”在NAFLD的发病机制中具有非常重要的作用。“肠-肝轴”失衡引起NAFLD的机制主要与肠黏膜屏障受损、内毒素血症增加及肠道微生物的紊乱有关，它们不仅会导致肝脏的脂质沉积，而且也会引起肝脏的炎症损伤。所以，通过保护肠黏膜屏障、防止内毒素移位增加和调节肠道微生物的组成等相关信号通路，能够阻止和延缓该疾病的发生、进展。目前，国内外已有诸多研究证实益生菌制剂可以维持“肠-肝轴”的平衡来作为NAFLD治疗新方向，但目前仍有很多问题亟待解决：在生理和疾病条件下进入肝脏并持续存在的肠道细菌具体有哪些？肠道细菌在肠道不同部位的分布和繁殖规律如何？具体是哪些肠道微生物能够将胆碱转化为二甲胺和三甲胺？除了LPS外，是否还存在其他影响肝脏功能的细菌衍生物？诸如以上问题的深入研究和解决，不仅能为NAFLD提供更全面的发病机制和治疗思路，或许在其他肝病治疗中也具有一定的积极作用。