基于肠-肝轴理论探讨非酒精性脂肪性肝病和肠道菌群的关系

惠登城，孙明瑜

上海中医药大学附属曙光医院，上海中医药大学肝病研究所肝肾疾病病证教育部重点实验室，上海 201203

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种机制未明的慢性肝病，可能由多种因素导致至少5%的肝脏细胞发生脂肪变性，继而引起肝细胞炎症反应，影响肝脏正常生理功能。随着代谢综合征和肥胖发生率的上升，NAFLD也成为最主要的慢性肝病[1]。在美国等发达国家，NAFLD的发病率5年内由15%上升至25%,且常与代谢性共病相关[2]。若失于防治，后期可向肝纤维化及肝硬化甚至是肝癌发展。

NAFLD的发生可能与多种因素相关。以往的研究表明NAFLD的发生可能与肥胖、胰岛素抵抗(insulin resistances, IR)、遗传易感、氧化应激等因素存在不同程度的关联。随着目前饮食结构及生活方式的改变，越来越多的代谢性疾病被证实与肠道菌群失调密切相关。近几年来关于肠道微生物与NAFLD的发病也备受关注。

在正常生理状态下，肠道定植约500～1000种不同的细菌[3]，它们与人体互利共生，共同维持着人体的稳态，协调机体代谢、消化、调节免疫反应等功能。肠道菌群组成和活动保持高度稳定，但长期不规则生活习惯及饮食结构会导致肠道菌群失调，继而导致多种代谢疾病的发生。

肠-肝轴理论首次由马歇尔于1998 年提出,为理解肠道菌群与肝脏疾病提供了一个理论基础。肝脏与肠道生理上双向沟通，一方面，肝脏通过胆管排泄胆汁及其他生物活性介质与肠道沟通；另一方面，代谢营养物通过门静脉运输到肝脏，同时肠道细菌及其产物、内毒素和炎症介质也会通过门静脉转运，从而使得肝脏易受肠道微环境的影响而发生病理性改变[4]。肠-肝轴的紊乱在NAFLD的发病机制中起着关键作用，其中包括肠道屏障的破环、细菌移位和肝脏的炎症反应等[5]。

1 基于肠-肝轴的NAFLD的可能发病机制

1.1 肠道菌群组成及丰度的改变 生理状态下，肠道菌群以相对稳定的方式寄居于宿主肠道，但是容易受多种宿主及环境因素的影响，如饮食、肥胖、遗传、吸烟、饮酒和药物等因素可能影响肠道菌群稳态，继而发生小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth，SIBO)及细菌移位，造成“生态失调”，引发一系列病理改变。肠道菌群具有多样性，在导致各种疾病的不同条件下，其丰度和组成是高度不同的[6]。NAFLD患者肠道菌群丰度可能会发生改变。肠道菌群宏基因测序显示[7]，非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)患者类杆菌数量和厚壁菌数量较健康人群显著增加。与非NAFLD肥胖儿童相比，NAFLD肥胖儿童肠道菌群有更丰富的变形菌和普氏菌等菌群[8]。另外，最新的一项研究[9]表明，肠道内肺炎克雷伯杆菌定植可产生内源性酒精，进而导致NAFLD的发生。患者肠道菌群的差别表明NAFLD的发病可能与肠道菌群的组成及丰度变化存在相关性。

1.2 肠道通透性增加 肠道屏障能有效阻止肠道有害细菌及其代谢产物进入循环造成菌血症或其他组织的损伤。肠道屏障改变是炎症的驱动因素，会明显影响肠-肝轴。肠屏障黏液层是外部分子到达肠腔时的第一道防线，能防止细菌直接接触上皮细胞[10]。肠黏膜阿克曼氏菌减少会导致肠道黏液层变薄，并增加肠道通透性，从而导致细菌及其代谢产物的渗漏，而增加阿克曼氏菌可以改善肥胖和NAFLD患者的代谢[11]。这表明NAFLD患者可能存在肠道通透性改变。Zonulin(ZO)被认为是肠道通透性的标志物，通过调节肠道紧密连接蛋白来调控肠道通透性[12]。一项临床试验[13]表明NAFLD患者ZO浓度较健康者明显升高，NASH患者则进一步升高。可能是肠道屏障的破坏导致肠道菌群及其代谢产物转移到血液循环，进而诱导或加重肝脏炎症。

1.3 肠源性内毒素血症 脂多糖(LPS)是革兰阴性菌外膜的中心成分，是一种内毒素，与NAFLD的发病相关。研究[14]表明，NAFLD患者血浆脂多糖结合蛋白明显升高，LPS与脂多糖结合蛋白结合，随后与Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)结合，引发IR和炎症反应[15]。在NAFLD的发生发展过程中，肠道菌群失调是LPS分泌增强及其介导炎症的原因。肠道菌群和肠道屏障改变增加LPS的循环水平，随后LPS激活肝内TLR信号，通过一系列复杂机制，引起肝细胞损伤[16]。

2 肠道菌群可能介导的病理改变

2.1 胆碱缺乏 胆碱缺乏可能和NAFLD的发生有关[17]。饮食提供约70%的胆碱，因此有效胆碱主要取决于饮食结构及肠道中微生物的代谢[5]。肝脏是胆碱代谢的主要部位，主要以磷脂酰胆碱的形式存在。磷脂酰胆碱是细胞膜的重要组成成分，其含量缺乏会增加肝脏新生脂肪的合成[18]。

SIBO在NAFLD患者中较为普遍[19]，肠道细菌大量生长和繁殖，需要更多胆碱来合成磷脂酰胆碱以维持其生长和分裂，从而降低胆碱的生物利用率，宿主胆碱缺乏[5],从而导致NAFLD的发生发展。同时，肠道微生物参与胆碱代谢，将其转化为有毒的二甲胺和三甲胺，它们被运输到肝脏并转化为三甲胺氧化物，引起肝脏炎症和损伤[20]。

2.2 胰岛素抵抗(IR) IR是多数代谢性疾病的基本病理改变。IR加速了NAFLD患者肝细胞中脂肪堆积，同时会促发炎症反应[21]。胰岛素作用于肝细胞促进脂肪合成，抑制脂肪分解，在IR状态下，脂肪代谢紊乱，游离脂肪酸增加,进而导致NAFLD的发生。IR的形成和肠道菌群失调密切相关[22]。研究表明，肿瘤坏死因子α(TNFα)抗体或益生菌能够抑制SIBO，减少炎症因子的释放，从而改善IR[23-24]。这反过来表明可以通过调节肠道菌群提高胰岛素敏感性，达到治疗NAFLD的目的。

2.3 炎症反应 目前NAFLD的发病机制中，“二次打击”学说最为广泛。第一次打击为肥胖、高脂血症、2型糖尿病等伴随的IR,导致超过5%肝脏细胞的脂肪沉积，随后促发一系列的细胞毒事件，包括炎症介质的产生、线粒体功能障碍和氧化应激反应，从而产生肝细胞炎症及坏死，即为第二次打击[25]。肠道菌群与肝脏细胞的二次打击均密切相关。肠道菌群失调引发IR，随后发生的脂肪变性即为肝脏的第一次打击。另外，肠道菌群在第二次打击中也起着重要的作用。肠道微生物群是TLR配体的主要来源，它们的组成及丰度变化一方面会增加TLR配体进入肝脏的数量[11]。另一方面，在正常生理状态下，肝脏对TLR配体的耐受性较高，但是肠道微生物群的改变和肠道通透性的增加可能导致耐受性下降[11]，进而持续激活的TLR信号会促进NASH的发生。

SIBO及LPS会诱导肝脏TLR4的表达[26]。TLR4的持续激活会促发下游炎症通路反应，促进TNFα和IL-1β的释放。TNFα和IL-1β会加速NAFLD的进展。TNFα可调节肝细胞死亡，并可通过抑制胰岛素受体和胰岛素受体底物-1损害胰岛素信号传导[27]，导致IR的发生。IL-1β通过抑制过氧化物酶体增殖物激活受体α及其下游分子调节脂质代谢，导致肝脏甘油三酯积累[28]，从而发生脂肪变性。另外，LPS通过TLR4激活Kupffer细胞，它的激活会产生促炎细胞因子IL-18、IL-1β和IL-12，进一步加重肝细胞的损伤。总之，TLR信号通过介导一系列复杂反应导致NAFLD的发生。

2.4 胆汁酸代谢异常 胆汁酸及其代谢产物有助于维持肝脏葡萄糖、胆固醇和甘油三酯的稳态[29]。胆汁酸可通过改变法尼酯受体(farnesoid X receptor, FXR)信号来促进NAFLD的发生[30]。一级胆汁酸通过激活FXR信号可增加胰岛素敏感性，抑制脂肪生成，促进脂肪酸氧化[29]。而二级胆汁酸则抑制FXR信号。肠道菌群丰度和群落组成的改变很可能会影响胆汁酸池的波动[5]。它们可以解除一级胆汁酸的结合并将其代谢为肠道中的二级胆汁酸，而二级胆汁酸参与调节脂质和能量代谢[31]，可能从某一方面促进NAFLD的发病。胆汁酸还可激活Kupffer细胞上的G蛋白偶联胆汁酸受体Gpbar1，导致促炎细胞因子的分泌，进而引起肝脏损伤[5]。

2.5 短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)改变 人体内SCFAs主要由未消化吸收的的碳水化合物经结肠厌氧菌酵解产生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸,可调节宿主能量代谢的信号途径[26]，同时，SCFAs是脂肪生成和糖异生的前体。此外，SCFAs可激活脂肪细胞表面的G蛋白偶联受体41和43，进而从多个方面促进肥胖和NAFLD的发生[29]。临床研究[32]表明，轻度或中度NAFLD成人的粪便样本中富含丁酸盐和丙酸盐。由此可见，肠道菌群改变SCFAs的水平及组成可能不同程度的促进NAFLD的发病。

3 从肠道菌群靶向治疗NAFLD

3.1 生活方式及饮食结构 NAFLD的发病与肥胖密切相关。研究[33]表明，大量食用富含脂肪和果糖等导致肥胖的食物，可能会改变肠道微生物群和肠屏障功能，引起内毒素血症及炎症反应，从而促进肥胖和NAFLD的发生。鉴于肥胖和NAFLD的密切关系，目前对NAFLD患者最主要的治疗目标为减轻体质量，调整饮食结构及生活方式，进而减少肝脏脂肪沉积及炎症反应。有规律的健康均衡饮食对保持肠道菌群的稳定和健康至关重要，并可降低其他疾病的发生风险。

3.2 抗生素 利福昔明是一种广谱肠道抗菌素，不被肠道吸收，通过杀灭肠道病原体发挥局部抗菌作用。利福昔明可能对NAFLD患者有益。Gangarapu等[34]进行的一项前瞻性队列研究中，NASH组在用利福昔明治疗28 d后，循环内毒素水平显著降低。表明短期应用利福昔明可能作用于肠道细菌从而抑制肠源性内毒素的产生,达到治疗效果。但是目前仍需要深入的实验来证实利福昔明对NAFLD患者的有效率及最有效的治疗周期。另外，最近的一项研究[35]表明，万古霉素可导致肠道微生物群改变，进而改善高脂饮食喂养小鼠的葡萄糖耐量、高胰岛素血症和IR。

3.3 益生菌及益生元 益生菌是对宿主代谢有益的细菌, 乳酸杆菌、双歧杆菌是最常用的能够抑制革兰阴性病原菌增殖的益生菌[11]。益生菌可以减少炎症细胞因子的释放并抑制SIBO，从而改善胰岛素敏感性[24]。既往动物实验[36]表明,乳酸杆菌、双歧杆菌能改善鼠的肠道屏障功能或肝脏脂肪堆积及IR。在临床研究中，益生菌的效果也初见成效。Nabavi等[37]进行的一项随机对照临床试验中，服用含嗜酸乳杆菌La5和乳酸双歧杆菌Bb12的益生菌酸奶8周的NAFLD患者在治疗后血清丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇明显降低。

益生元是不可消化的且对人体有益食物成分，可能对NAFLD患者有效。在实验和临床研究中，益生元补充剂均能一定程度抑制NAFLD的发展。一项纳入1309例NAFLD患者的荟萃分析[38]表明，益生菌或益生元治疗后BMI、肝酶、血清胆固醇和甘油三酯均显著降低。这说明益生菌和益生元可能通过调节肠道菌群稳态达到改善NAFLD的目的。

3.4 中医药 《医学入门》中谓“肝与大肠相通”,在中医理论中，肝与肠也有着密切的联系。肝为风木之脏，喜调达，主疏泄，可调畅全身气机，正如周学海《读医随笔》谓：“肝者，贯阴阳，统血气，居真元之间，握升降之枢也”。大肠为传导之官，具有以通为用，泻而不藏的特点。“肝寄腑于大肠”，肝主升，大肠主降，它们在功能上相互协调，相互影响。肝之疏泄条达依赖于大肠之开阖排浊，大肠的传化功能也有赖于肝气的调控。这似乎从中医学方面论证了“肠-肝轴”理论，为中医药通过调节肠道菌群治疗NAFLD奠定了一定的生理基础。

现代药理学研究表明，部分草药单体或组方能通过调节肠道菌群从而达到靶向治疗NAFLD的目的。小檗碱(黄连素)，对肠道内细菌具有很强的抗菌活性，越来越多的证据[39-41]表明，小檗碱通过调节肠道微生物群对代谢性疾病进行治疗，包括肥胖、NAFLD和2型糖尿病。白藜芦醇是一种天然多酚，可以通过增强腺苷酸激活蛋白激酶途径提高胰岛素敏感性，并同时减少肝脏中IL-1、IL-6和TNFα等促炎介质的分泌[42]。另一方面，白藜芦醇是由肠道微生物群代谢的，并且可以影响肠道微生物组成[43]，其可能通过改善肠道微环境，增加肠道有益菌来达到治疗NAFLD的目的。虎杖苷是中药虎杖的有效成分，可以通过抑制氧化应激反应和炎症反应[44]来延缓肝脏脂肪变性，但是虎杖苷是否通过肠道菌群调控治疗NAFLD仍需进一步的实验证实。

除草药单体外，部分中药处方也初步表明对NAFLD可能有治疗作用。在一项动物实验[45]中，参苓白术散可通过改善肠道菌群丰度，降低TLR4表达水平，从而减轻肝脂肪变性，减轻炎症反应，降低血清总胆固醇水平，改善肝功能。中医药作为祖国医学的瑰宝，可以通过改善IR，抑制氧化应激反应和炎症反应，保护肝细胞，从而减低脂肪沉积，在治疗NAFLD方面具有很强的优势。

4 问题与展望

基于代谢功能障碍是NAFLD发病的主要原因，近日国际专家建议以代谢相关脂肪性肝病(MAFLD)取代现有NAFLD命名[46]。肠道菌群作为人体共生物，与人体的代谢密切相关，其强大的作用不可忽视，从肠道菌群方面靶向论治NAFLD可能成为一种主要治疗手段。在前期的研究中，益生菌、益生元以及合生元展现出巨大的前景，目前已有相关的临床对照试验开展。此外，奥贝胆酸治疗NAFLD已进入Ⅲ期临床试验，奥贝胆酸是一种FXR激动剂，可能通过改变肠道菌群特别是布劳特氏菌(Blautia)的丰度，来发挥对NAFLD的保护作用[47]。

针对研究现状，目前NAFLD研究的主要重点在于：第一，虽然针对益生菌、益生元及合生元的分析显示其能够通过调节肠道菌群改善肝脏炎症和脂肪变性，但是目前设计精良的大样本临床对照实验仍不足，且缺乏对单纯脂肪变性及NASH的分层分析，是否患者都能最大化获益仍不明朗。第二，要达到理想的治疗效果，需要精确定位NAFLD的靶点及相关通路，剖析肠道菌群影响NAFLD发病的机制，从而开发新的靶向药物。第三，中医药作为强有力的治疗手段，对NAFLD患者的益处不可否认，但是目前基于NAFLD中医证型的肠道菌群分析不足，如何达到最佳治疗效果仍有待商榷。因此，与肠道菌群相关的基础研究及临床试验仍迫在眉睫。

作者贡献声明：惠登城负责资料查阅，资料处理，撰写论文；孙明瑜负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。