肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病发生发展中的作用

艾 燕 叶 进 楚慧款

华中科技大学同济医学院附属协和医院 (湖北 武汉， 430022)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)指除外酒精和其他明确损肝因素所致的、以肝细胞脂肪变性和脂质沉积为特征的临床病理综合征。其组织学亚型——非酒精性脂肪肝炎(NASH)可逐渐进展为肝硬化，甚至肝癌等终末期肝病。目前NAFLD已经成为最普遍的慢性肝病之一，并且研究表明NAFLD 是一种多系统疾病，NAFLD患者2型糖尿病、心血管疾病及慢性肾病的患病风险增高[1]。流行病学研究发现全球NAFLD患病率为25.24%，亚洲人NAFLD患病率27.37%[2]。随着生活方式的变化，我国NAFLD患病率呈明显上升趋势[3]，因此明确其发病机制并积极进行防治十分重要。

1 肠道菌群概述

人类肠道是微生物群的生物反应器，包括成百上千个细菌类群，其中两类有益细菌在人的肠道中占主导地位，即拟杆菌和硬毛菌[4]。与正常人相比，肥胖人群中拟杆菌的相对比例降低，并且该比例随着体重减轻而增加[5]。研究发现NAFLD患者的小肠细菌过度生长(SIBO)发生率也更高，且与脂肪变性的严重程度相关[6]。肠道微生物群会通过影响饮食中能量的获取效率及能量的存储和使用方式来影响能量平衡。人类肠道菌群对饮食的变化也可做出快速反应，短期食用完全由动物或植物产品组成的饮食会改变微生物群落结构，并淹没微生物基因表达的个体差异。肠道菌群将饮食中的营养物质转化为代谢产物，饮食会影响肠道菌群的组成进而影响肠道菌群的代谢潜力和对宿主的影响。研究表明肥胖与微生物群的门静脉水平变化、细菌多样性降低以及细菌基因和代谢途径的表达改变有关[7]。表明肥胖与肠道微生物密切相关，微生物成分可能具有潜在的治疗意义。

2 NAFLD发病机制

目前NAFLD的发病机制尚未明确，“多重打击模型”认为第一次打击仍是由胰岛素抵抗(IR)引发肝脏脂质沉积，但第二次打击仅由氧化应激及脂质过氧化损伤概括难以解释NAFLD的复杂性。胰岛素抵抗使胰岛素抑制脂肪分解作用减弱，引起血浆游离脂肪酸(FFA)浓度升高，被肝细胞摄取后甘油三酯合成增多，促使脂质沉积[8]。肝脏积累的脂质分子又通过干扰细胞胰岛素受体底物的酪氨酸磷酸化和信号转导加重IR，IR与脂代谢紊乱相互影响[9]，共同推动 NAFLD 病程进展。在胰岛素抵抗与FFA增多的基础上，微粒体内的脂质过氧化物酶上调，线粒体内的β氧化作用增强，导致肝脏对氧化应激更加敏感，从而增加了肝脏受损的程度[10]。

此外，FFA水平上升可导致脂毒性和胰岛素抵抗，并与其他因素(如肠源性内毒素)一起促进炎症因子IL-6、TNF-α、IL-4等的释放，肝脏长期暴露于高水平炎症因子可导致与NASH相似的组织学变化[11]。菌群失调或肠道屏障破坏会增加细菌流入肝脏，从而通过激活TLR和其他模式识别受体来促进炎症反应[12]。此外，NAFLD发病还与饮食因素及遗传因素相关。这些因素相互影响、共同作用，导致NAFLD的发生。

3 肠道菌群对非酒精性脂肪肝的影响

肠道内的微生物数量在1014以上，是人类细胞数量的10倍[13]。肠道微生物群对宿主脂质代谢的影响可以通过肠道微生物群产生的代谢产物，例如短链脂肪酸、次级胆汁酸和三甲胺来介导，也可通过肠道细菌的自身成分，例如脂多糖、肽聚糖、DNA和细胞外囊泡来介导[14]，这些生物活性物质会通过门静脉与宿主肝细胞相互作用。肝对来自肠道细菌的生物活性物质的反应的潜在机制与糖脂代谢、免疫反应和氧化还原稳态的调节有关。

3.1 脂多糖 脂多糖(LPS)也称为内毒素，是革兰氏阴性细菌的主要外膜成分，与宿主先天免疫系统的激活有关。由LPS引发的慢性低度炎症被认为是NAFLD进展的关键因素，有研究证实NAFLD患者血浆的肠通透性和内毒素水平显著升高[15]。研究发现针对革兰氏阴性细菌的抗生素多粘菌素B治疗后，有效降低了肿瘤坏死因子(TNF)的产生和血浆LPS水平，从而导致肝脂肪变性的逆转[16]。NAFLD患者的主要紧密连接蛋白ZO-1表达降低，从而导致较高的肠通透性。肠道通透性的严重程度与NAFLD的严重程度相关[17]。一旦肠屏障被破坏，内毒素通过肠肝轴循环，导致与TLR(TLR2、TLR4、TLR5、TLR9等)结合的PAMP和DAMP含量增加，从而释放出炎症炎性细胞因子(TNF-α、IL-8、IL-1β)可以被启动，并且脂质刺激肝细胞中的脂质蓄积和细胞死亡可导致NAFLD、NASH[18]。LPS诱导的TLR4的激活会导致Kupffer细胞分泌炎性因子IL-6、IL-1β和TNF-α及趋化因子，导致肝损伤和NASH[19]。

3.2 短链脂肪酸 短链脂肪酸(SCFA)主要通过肠道中的微生物对可溶性膳食纤维和不易消化的碳水化合物的发酵而产生，是厌氧性肠道微生物群发酵膳食纤维的最终产物。乙酸和丙酸的生产者大部分是拟杆菌属，而丁酸主要由厚壁菌提供[20]。研究证实了肠道菌群通过其代谢产物SCFA参与NAFLD的调节，且在NAFLD患者中由肠道细菌产生的SCFA含量较高[21]。SCFA降低了肝胆固醇和脂肪酸的合成，同时增加肝脂质氧化[22]。乙酸和丙酸的增加可通过影响循环免疫系统而维持低度炎症。丁酸通过调节肠道菌群、肠屏障功能、胰高血糖素样肽1受体(GLP-1R)表达上调和炎症信号的下调来减轻脂肪性肝炎以及肝脏氧化损伤[23]。与长链脂肪酸(LCFA)相比，SCFA可以肉碱非依赖性方式渗透到线粒体内膜。并且SCFA在线粒体中的质子作用较弱，对呼吸链中电子传输的破坏较小。这些独特的功能使SCFA在脂肪生成、脂肪酸氧化和ROS产生中十分重要[24]。

3.3 胆汁酸 胆汁酸可调节多种生理和病理过程，不仅促进肠道内脂质的吸收，还具有调节葡萄糖和脂质代谢的作用[25]。胆汁酸稳态由肠道菌群调节，微生物组通过调节胆汁酸合成酶的表达参与胆酸和鹅脱氧胆酸的合成[26]。肠道菌群将人类远端小肠和结肠中的胆酸(CA)和鹅脱氧胆酸(CDCA)转化为次级胆汁酸，例如脱氧胆酸(DCA)、石胆酸(LCA)和熊去氧胆酸(UDCA)[27]。此外，胆汁酸可以通过激活小肠中的先天免疫基因直接或间接地调节肠道微生物的组成。胆汁酸还有助于维持肠屏障的完整性，从而防止肝脏中与肠道菌群相关的炎症级联反应。

胆汁酸还可以通过法尼酯X受体(FXR)和TGR5信号通路减少肝脏炎症和纤维化[28]。FXR是回肠和肝脏中广泛存在的核受体家族成员，调节多种代谢途径中的基因表达。FXR信号的调节已成为预防和治疗脂肪肝及相关代谢紊乱的潜在策略。FXR通过下调LXR和SREBP-1C的表达来减少肝脏中脂肪酸和甘油三酯的合成[29]。胆酸通过激活FXR抑制肝脏中与糖异生相关的多个基因的表达来降低葡萄糖水平[30]。FXR通过抑制脂肪酸从头合成、增加脂肪酸氧化和调节参与甘油三酯稳态的基因表达，从而减少脂肪变性并下调糖异生。FXR还上调肝糖原合成，并调节葡萄糖转运蛋白4(GLUT-4)和胰高血糖素样肽1(GLP-1)的表达，这会影响与NAFLD密切相关的胰岛素敏感性[31]。FXR主要由初级胆汁酸活化，而TGR5主要由次级胆汁酸活化[31,32]。TGR是另一种经典的胆汁酸受体，研究表明向小鼠补充胆汁酸有助于跨膜G蛋白偶联受体5(TGR5)依赖性方式消耗棕色脂肪组织中的能量[33]。TGR5还通过诱导GLP-1分泌而影响葡萄糖代谢，这会增加能量消耗并减轻饮食引起的肥胖。

3.4 内源性酒精 即使没有饮酒，NAFLD患者的血清乙醇水平也较高，NAFLD患者内源性乙醇的合成增加[34]，并且产生乙醇的细菌数量增加[35]。随着乙醇生产菌的增加，大量自由基和活性氧会导致致线粒体功能障碍、肝细胞炎症和损伤[35]。乙醇在NAFLD发育中起重要作用的其他机制包括下调紧密连接蛋白表达、上调新生脂质生成、减少脂肪酸氧化以及减少从肝脏输出的极低密度脂蛋白(VLDL)[26]。

4 展望

综上，目前许多研究已证实肠道菌群紊乱与NAFLD发病密切相关，肠道微生物的代谢产物短链脂肪酸、胆汁酸、酒精等在NAFLD发生发展中起着重要作用，但肠道菌群紊乱引起NAFLD的机制仍有待继续探索，这对找到NAFLD潜在的治疗靶标具有重大意义。