短链脂肪酸与非酒精性脂肪性肝病的研究进展

马茜茗综述，刘志峰审校

0 引 言

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明确病因引起的以肝内脂肪过度沉积为主要特征的肝脏病变，包括非酒精性肝脂肪变及非酒精性脂肪性肝炎等多种肝损伤，发病机制多与高脂饮食、胰岛素抵抗、肠道菌群紊乱、代谢障碍或遗传等因素有关，常出现肝细胞变性坏死、纤维化，严重时可能演变为肝硬化[1]。近年来，随着饮食习惯、环境因素的改变及就诊意识的提高，NAFLD在全球流行率逐年升高，已成为中国第一大慢性肝病，是生化指标异常的首要病因，但目前仍缺乏有效的治疗方案[2]。多项研究证明在NAFLD群体中，肠道菌群的代谢产物短链脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)种类和丰度较健康群体显著改变。而添加SCFA可延缓NAFLD的疾病进程，具体机制尚未完全明确，可能通过改善肠道损伤，减少肝细胞脂肪变性，减轻肝脏炎症刺激和氧化损伤等机制发挥积极作用。本文就SCFA在NAFLD中作用的研究进展作一综述。

1 SCFA概述

SCFA是一类含有一到六个碳的单链脂肪酸，是由结肠和盲肠内特定的肠道菌群通过酵解膳食纤维、抗性淀粉等难以消化的碳水化合物或黏蛋白而产生。在健康人群肠道中，SCFA以乙酸、丙酸和丁酸为主，三者的摩尔比约为3∶1∶1，总浓度于结肠近端最高，约70～140 mmol/L，并向远端呈递减趋势[3]。约90%～95%的SCFA通过扩散或经单羧酸转运蛋白运输被肠上皮迅速吸收后，一部分参与肠道细胞的生理活动，大部分通过门静脉循环到达肝进行代谢，少量被动员到其他器官；剩余5%～10%的SCFA经粪便排泄。目前可用于研究肠道SCFA的生物样本有粪便、血浆、呼出气体等，样本间具有相关性。由于粪便易获得、成本低，且在生理状态下所含SCFA相对稳定，其变化可直接、灵敏地反应病理状态时肠道微生态的情况，故最常用于肠道SCFA的定性定量研究[4]。

2 SCFA在NAFLD中的表达

与健康者相比，NAFLD群体的肠道菌群结构紊乱，SCFA的组成和丰度均发生明显改变。儿童NAFLD患者粪便甲酸、乙酸和戊酸含量显著低于健康儿童，可能与肠道γ-变形杆菌、普雷沃菌丰度增加及内源性乙醇增多有关[5]。在成人中，轻中度NAFLD患者粪便SCFA总浓度高于健康者，该现象亦存在于肥胖成人及高脂饮食喂养的动物模型中，且肝内SCFA受体表达上调，但进展到晚期肝纤维化时，粪便总SCFA及丁酸含量显著减少[6]。这提示SCFA与脂肪肝的严重程度存在关联。进一步的研究显示，外源性补充SCFA可以降低NAFLD患者的肝脏活动度积分及血清肝酶指标，并促进肠黏膜微结构的修复，证明SCFA在缓解NAFLD肝损伤中发挥重要作用[7]。

3 SCFA与NAFLD的作用机制

3.1 SCFA改善肠道损伤NAFLD患者常存在肠黏膜屏障损伤，而炎性反应及氧化应激更加剧屏障完整性的破坏。由于肠-肝轴的存在，肠道微生物及有害代谢产物通过受损的屏障进入门静脉循环到达肝脏，激活肝巨噬细胞，触发Toll样受体4的炎症信号通路，最终破坏肝细胞[8-9]。

而SCFA通过抗炎、抗氧化途径，显著减少有害物对肠道的打击，并通过促进肠黏膜屏障修复，阻止细菌移位和内毒素血症的发生。

研究表明，SCFA通过激活肠道G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor，GPR)43和GPR109a，诱导肠黏膜幼稚细胞分化为产白介素(interleukin，IL)-10的调节性T细胞，并促进肠道IgA的生成和IL-8的分泌，从而增强抗炎活性，调节肠稳态[10-12]。另外，SCFA通过抑制中性粒细胞中的组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)和核转录因子-κB信号通路的活性，进一步抑制肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α等炎性介质的产生，抑制脂多糖诱导的NLRP3炎性体活性，进而减少肠道炎性损伤[13]。

SCFA通过降低结肠髓过氧化物酶活性，提高谷胱甘肽s-转移酶的活性，增加自由基清除蛋白的表达，抑制中性粒细胞释放活性氧，可有效减少肠道氧化损伤[14]。另外，补充丁酸盐可保护近端结肠的免疫反应，减少内源性乙醇引起的氧化应激[15]。

肠上皮细胞紧密连接及肠道菌群是肠黏膜屏障的重要组成部分。SCFA不仅上调紧密连接蛋白的表达，还通过促进钙离子内流激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，加速紧密连接的构建过程，从而阻止微生物及内毒素从细胞间隙穿越[16-17]。此外，SCFA降低肠腔pH值，有助于益生菌生长，减少有害菌相对丰度。益生菌调节黏液层结构，在参与丁酸代谢过程中消耗氧气，并产生缺氧诱导因子，这均有助于维持肠上皮屏障[18]。但也有研究认为丁酸在低浓度时保护肠黏膜屏障，高浓度则可能通过诱导肠细胞凋亡起破坏作用[19]。

3.2 SCAF减轻肝细胞脂肪变性NAFLD的显著特征为肝细胞的脂肪变性，这与脂类食物摄入过多、机体糖脂代谢异常及脂蛋白运输障碍等异常有关，而SCAF能多途径有效减少肝细胞胞浆脂质堆积。

SCFA可从根本上减少食物摄入，控制肥胖而降低血脂，主要是通过调节肠-脑轴内的GPR信号通路，增加饱腹感[20]。其中乙酸还能通过激活线粒体中柠檬酸循环，影响下丘脑食欲调节神经肽，以降低食欲。SCFA改善胰岛素抵抗方面，在肠道，SCFA激活GRP41、GPR43受体，促进肠道L细胞分泌5-羟色胺、酪酪肽、肠抑胃肽及胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)，其中GLP-1诱导胰腺β细胞分泌更多胰岛素，改善胰岛素抵抗及全身葡萄糖代谢，最终降低肝脏脂质堆积的风险，并改善全身慢性炎症[21]。此外SCFA通过抑制HDAC2可上调肝细胞中GLP-1受体的表达，因此增加肝脏对GLP-1的敏感性[22]，还可激活肝内质网IRE1α-JNK通路，抑制甚至逆转高脂饮食诱导的肝细胞脂肪变性[23]。

Chambers等[24]发现在NAFLD患者中补充SCFA可增加肝脂质氧化，并减少肝脂质生成，这主要是通过调节脂肪代谢相关基因表达而发挥作用[25-26]。①SCFA上调肝脂质氧化基因的表达：一方面，SCFA通过抑制HDAC1，上调肝肉碱棕榈酰转移酶-1A(carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT-1A)启动子表达，并增强启动子活性，从而增加CPT-1A，使更多的脂肪酸进入肝线粒体进行β氧化[27]；另一方面，SCFA上调肝AMPK，通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅活化子-1的表达，提高过氧化物酶体增殖物激活受体、肝X受体和法尼醇X受体的活性，进而加速脂质氧化[28]。②SCFA下调肝脂质合成基因的表达：SCFA通过激活线粒体解偶联蛋白2-AMPK-乙酰辅酶A羧化酶通路，显著减少肝内乙酰辅酶A、脂肪酸合成酶等生成，进而减少脂质合成[29]。

SCFA在改善脂蛋白运输方面也起作用。Du等[30]发现，SCFA可上调人类高密度脂蛋白受体溶酶体整合膜蛋白-II类似物-1的表达，增加胆固醇的转出及高密度脂蛋白的再摄入。另外，丁酸通过上调ATP结合盒A亚家族成员1表达，也加速胆固醇逆向转运过程[31]。但另有研究认为乙酸参与脂肪酸合成，丙酸是糖异生的前体，在肝内过量时易引起三酰甘油积累，参与脂肪肝发生，反而起到负面作用[32]。

4 SCFA减轻肝炎症及氧化损伤

近年来研究认为，SCFA除通过改善肠-肝轴来减少肝炎症反应，还能直接调节肝免疫细胞，减少肝内促炎因子(单核细胞趋化蛋白-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、干扰素-γ)的释放，增加抗炎因子(IL-4、IL-10)的表达[33]。Cresci等[34]发现，长期酒精喂养的小鼠经丁酸处理后，肝Toll样受体和TNF表达明显减少，且门静脉周围区的白细胞及凋亡肝细胞显著减少。由于SCFA经门静脉进入肝，故考虑其可能通过抵消该区域中性粒细胞的炎症效应，从而起到局部保护作用。

NAFLD患者游离脂肪酸氧化时生成大量活性氧，肠道菌群紊乱产生氧自由基，肝内胰岛素依赖的酒精脱氢酶活性受损引起血浆内源性乙醇浓度升高，这些因素均可引起肝氧化损伤[35]。而丁酸至少可通过三种途径降低肝氧化应激反应：①通过调节核因子NF-E2相关因子途径，编码更多的抗氧化酶[36]；②通过增加肠细胞中褪黑激素的水平，显著降低巨噬细胞中诱导型一氧化氮合酶和硝酸盐水平的表达[37]；③降低肝氧化应激标志物4-羟基-2-壬烯醛[38]。

5 结 语

综上所述，NAFLD流行率逐年上升，众多研究发现SCFA通过影响肠道菌群、机体代谢、免疫等多种因素，参与延缓NAFLD的发生发展。虽然具体机制尚未完全明确，但这为预防和治疗提供了新思路。目前国内外研究多以动物模型为研究对象，在临床上的探讨仍有待深入，并进一步阐明作用机制，继续研究添加药物、膳食纤维及益生菌的方式，改变肠道内及门静脉循环中SCFA的类型及浓度，以减轻肝细胞损害。