【原】專家論壇｜周永?。耗c道菌群及其代謝產(chǎn)物在非酒精性脂肪性肝病發(fā)生發(fā)展及治療中的作用

臨床肝膽病雜志 2023-09-01 發(fā)布于吉林

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非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是在排除病毒感染、酒精過量及其他因素，以肝脂肪異常堆積為特征的肝病，包括肝臟單純脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化、肝硬化，并可能發(fā)展為肝細胞癌和肝衰竭。隨著生活節(jié)奏、飲食習慣改變等因素，NAFLD發(fā)病率高達25%^[1]，已成為全球最常見的慢性肝病。NAFLD是與向心性肥胖、胰島素抵抗、高血壓、高血脂、高血糖等代謝綜合征有關(guān)的肝病^[2]。當前NAFLD的發(fā)病機制尚未完全明確，“多因素共同打擊”假說逐漸取代“二次打擊”假說理論成為NAFLD發(fā)病機制的主要理論。除了脂肪堆積、脂質(zhì)氧化應(yīng)激、胰島素抵抗外，腸道菌群及代謝物、腸道屏障功能異常也密切參與了NAFLD的發(fā)生、發(fā)展^[3]。

肝臟與腸道之間有著緊密的結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系，即“腸-肝軸”，兩者通過膽道、門靜脈、體循環(huán)進行聯(lián)系，肝臟通過膽道系統(tǒng)將分泌的膽汁酸及其他生物活性物質(zhì)釋放到腸道中。肝臟的75%血供來自門靜脈，成為第一個通過門靜脈血液暴露于腸道菌群及代謝產(chǎn)物的器官。正常的腸道屏障能夠阻止腸腔內(nèi)微生物及代謝產(chǎn)物或毒素轉(zhuǎn)移至腸腔外，腸道屏障的破壞或能引起腸道微生物的易位，過度活化免疫系統(tǒng)，引發(fā)或促進肝臟炎癥的發(fā)生發(fā)展。因而NAFLD的發(fā)生發(fā)展可影響腸道菌群穩(wěn)態(tài)，腸道菌群及代謝產(chǎn)物異常等也可影響NAFLD的發(fā)生發(fā)展。本文主要關(guān)注NAFLD的腸道菌群及代謝產(chǎn)物失衡和相關(guān)治療的進展。

1腸道菌群失衡是NAFLD發(fā)生、發(fā)展的重要因素

人體腸道菌群主要以擬桿菌門、厚壁菌門、變形桿菌門、放線菌門為主，占腸道菌群的90%，其中擬桿菌門、厚壁菌門占主導地位^[4]。腸道菌群與人體代謝、免疫和疾病的調(diào)節(jié)有關(guān)，其與NAFLD的發(fā)生發(fā)展有著密切聯(lián)系，腸道中存在物理、生化、免疫等多種屏障限制腸道微生物及代謝物的易位。長期不健康飲食習慣(如高糖高脂飲食、暴飲暴食)可引起腸道微生物群的生態(tài)失調(diào)，進而導致屏障功能損傷和免疫穩(wěn)態(tài)的紊亂。一方面，由腸道菌群及其代謝產(chǎn)物誘導的免疫細胞的過度激活可能導致進一步的肝損傷、炎癥和纖維化，從而加速NAFLD的發(fā)展，另一方面，來自腸道細菌的代謝物如短鏈脂肪酸(SCFA)、膽汁酸等改善肝組織中的炎癥反應(yīng)、氧化損傷、脂肪變性。與健康者相比，NAFLD患者腸道菌群多樣性顯著下降，腸道菌群組成存在顯著改變^[5]，主要為革蘭陰性菌(包括擬桿菌、變形桿菌、腸桿菌)豐度顯著增加，而厚壁菌門細菌尤其是產(chǎn)SCFA的細菌如乳酸桿菌、瘤胃球菌等的豐度顯著減少^[5]。腸道菌群或是NAFLD發(fā)生發(fā)展病理過程的關(guān)鍵因素。

2腸道菌群來源的代謝產(chǎn)物影響NAFLD的發(fā)生、發(fā)展

2.1 膽汁酸

膽汁酸由肝臟合成，經(jīng)膽管分泌到腸道，以促進膳食脂肪、膽固醇和脂溶性維生素的乳化及吸收，其后膽汁酸到達回腸末端，被膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白介導的活性攝取機制重吸收。膽汁酸可通過法尼醇X受體(FXR)和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5(TGR5，也稱GPBAR1)活化信號通路, 在維持肝葡萄糖、脂質(zhì)和能量代謝的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用^[6-7]。FXR主要由初級膽汁酸激活，而TGR5主要由次級膽汁酸激活^[8-9]。FXR活化刺激過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的表達和活化，誘導成纖維細胞生長因子21的表達和分泌。成纖維細胞生長因子21通過絲裂原活化蛋白激酶, 激活哺乳動物雷帕霉素復合物1靶點，增強脂肪細胞中的葡萄糖攝取，并通過調(diào)節(jié)脂肪生成的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子PPARγ的活性, 促進脂肪組織中的脂肪酸氧化^[10-12]。FXR還上調(diào)肝糖原合成，調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽1的表達，增加與NAFLD密切相關(guān)的胰島素敏感性^[8]。研究^[13]顯示，F(xiàn)XR激動劑藥物奧貝膽酸可防止腸道屏障破壞，抑制NASH的發(fā)展，為其用于預防或治療NASH提供了證據(jù)。除了FXR外，TGR5在肝臟組織中的Kupffer細胞和內(nèi)皮細胞中表達，可調(diào)節(jié)肝臟炎癥和葡萄糖代謝，具有改善胰島素敏感性的功能。TGR5通過抑制巨噬細胞中NF-κB信號傳導和細胞因子生成來減輕炎癥反應(yīng)^[14]。

腸道菌群中的膽汁酸水解酶催化膽汁酸解耦連反應(yīng)是膽汁酸代謝的重要通路反應(yīng)。腸道中多個細菌種類可使初級膽汁酸解耦連，包括梭狀芽胞桿菌、乳酸菌、雙歧桿菌、真桿菌、埃希氏菌和擬桿菌^[15]，腸道菌群通過將初級膽汁酸代謝為次級膽汁酸, 影響膽汁酸池的穩(wěn)態(tài), 后者參與調(diào)節(jié)NAFLD形成過程中的脂質(zhì)和能量代謝途徑^[16]。腸道菌群失衡影響膽汁酸代謝，腸道菌群與膽汁酸之間的相互作用為NAFLD的腸道菌群靶向治療提供了基礎(chǔ)證據(jù)。

2.2 SCFA

SCFA是一組由5個或以下的碳原子組成的飽和脂肪酸，主要通過腸道微生物發(fā)酵可溶性膳食纖維和不易消化的碳水化合物產(chǎn)生。其中丁酸、丙酸和乙酸在腸道中含量最高^[17]，乙酸和丙酸主要由腸道中擬桿菌門產(chǎn)生，丁酸主要由厚壁菌門產(chǎn)生^[18]。SCFA作用于G蛋白偶聯(lián)受體GPR41和GPR43，這些受體廣泛分布在腸道內(nèi)分泌L細胞、白色脂肪組織、骨骼肌和肝臟中，其中L細胞釋放胰高血糖素樣肽1，通過直接作用于肝細胞，激活脂肪酸β-氧化和胰島素敏感性相關(guān)的基因來參與NAFLD發(fā)生發(fā)展^[19-20]。此外，SCFA通過抑制組蛋白脫乙酰酶和GPR43通路在Treg細胞分化發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，通過減少T淋巴細胞、中性粒細胞、巨噬細胞、單核細胞等多種免疫細胞的遷移和增殖，減少多種促炎細胞因子(腫瘤壞死因子-α、單核細胞趨化蛋白-1等)的表達，上調(diào)抗炎細胞因子前列腺素E2，發(fā)揮抗炎作用^[21]。另外丁酸鹽可通過AMPK(腺苷酸活化蛋白激酶)激活, 促進緊密連接的組裝及腸道屏障的形成，改善腸道菌群失調(diào)來減輕高脂肪飲食誘發(fā)的脂肪性肝炎^[22]。

2.3 脂多糖(LPS)

LPS又稱為內(nèi)毒素，是革蘭陰性菌的外膜主要成分。肝細胞中廣泛表達的Toll樣受體4(TLR4)是LPS和多種游離脂肪酸的模式識別受體^[23]，通過門靜脈系統(tǒng)進入肝臟的LPS誘導的TLR4活化誘導Kupffer細胞分泌炎性細胞因子(例如IL-6、IL-1β和TNF-α)和趨化因子，刺激星狀細胞，導致肝臟炎癥和纖維化^[24-25]，此外，增加的LPS可能通過肌球蛋白輕鏈激酶的TLR-14依賴性上調(diào)以及IRAK-4(IL-1R相關(guān)激酶4)的活化損害腸道屏障功能，導致腸道通透性增加。據(jù)報道^[26]，在NAFLD患者和實驗動物中均可見血清LPS水平升高，降低血漿LPS水平可改善肝脂肪變性，提示LPS引發(fā)的慢性低度炎癥可能是NAFLD進展的重要因素。

2.4 腸道菌群來源的內(nèi)源性乙醇

研究^[27]顯示，NAFLD患兒的血乙醇水平顯著高于健康兒童，與血液中胰島素、瘦素和甘油三酯水平呈正相關(guān)，不飲酒的NASH患者腸道菌群組成改變引起生態(tài)失調(diào)會增加血液中乙醇水平，提示腸道微生物發(fā)酵可產(chǎn)生內(nèi)源性乙醇^[28]。臨床前和臨床研究已確認大腸桿菌、腸桿菌科和肺炎克雷伯菌為產(chǎn)乙醇細菌，在NAFLD患者和小鼠中含量相對較高^[28]。乙醇可增加細胞色素P450 2E1(CYP2E1)的mRNA和蛋白表達，導致自由基的釋放，引起線粒體功能障礙，引發(fā)肝損傷^[29]。內(nèi)源性乙醇抑制三羧酸循環(huán)并增加乙酸鹽水平，促進肝細胞中甘油三酯的積累^[30]。乙醇的代謝產(chǎn)物乙醛參與削弱腸道緊密連接蛋白^[31]，與腸道中抗菌肽表達下調(diào)有關(guān)^[32]，并增加腸道屏障通透性，導致腸道屏障功能損傷，增加腸道菌群的易位?？傊?，腸道微生物群的調(diào)節(jié)會產(chǎn)生各種改變的代謝物，最終導致肝臟炎癥和NAFLD的發(fā)生發(fā)展。

2.5 膽堿

膽堿是一種人體必需的磷脂，主要通過飲食攝入及肝臟合成，是細胞膜磷脂的重要組成之一，其參與肝臟中的低密度脂蛋白合成等脂質(zhì)代謝過程、膽汁和膽固醇的肝腸循環(huán)過程，并在肝臟脂質(zhì)轉(zhuǎn)運中起著重要作用^[33]。而膽堿缺乏將抑制極低密度脂蛋白合成和分泌，導致肝臟甘油三酯蓄積和肝脂肪變性，從而引起肥胖^[34]。腸道菌群可將膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺(TMA)，后者經(jīng)肝臟單加氧酶氧化形成三甲胺N-氧化物(TMAO)，被認為是早期代謝綜合征的新型生物標志物^[35]。研究^[36]顯示，腸道菌群將膽堿轉(zhuǎn)化為TMA會降低宿主的膽堿生物利用度，并模仿膽堿缺乏狀態(tài)，導致代謝紊亂。據(jù)報道^[37]，NAFLD患者血液中TMAO水平升高，TMAO調(diào)節(jié)葡萄糖代謝并通過增加血清炎性細胞因子C-C基序趨化因子2水平誘導胰島素抵抗，引起脂肪組織炎癥及血糖異常。

3靶向腸道菌群對NAFLD的潛在防治作用

目前，越來越多的證據(jù)表明腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的變化影響著NAFLD的發(fā)生、發(fā)展。多項研究提示靶向腸道菌群如益生菌、益生元、合生元以及腸道菌群移植等在NAFLD的防治中具有較好的前景。

3.1 益生菌

乳酸桿菌、雙歧桿菌是最常用的益生菌^[38]。動物研究^[39]顯示，乳桿菌可通過激活AMPK通路磷酸化ACC，阻斷SREBP-1/Fas信號通路，抑制脂肪的重新生成，增加脂肪酸氧化，以緩解NAFLD進展。同樣，補充混合益生菌制劑可改善腸道上皮通透性，維持緊密連接蛋白，減輕炎癥，并降低肝臟甘油三酯濃度^[40]。在臨床研究中，Alisi等^[41]發(fā)現(xiàn)補充4個月的VSL#3(含副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、德氏乳桿菌、長雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、短雙歧桿菌、唾液鏈球菌)改善了NAFLD肥胖兒童的肝功能，增加了胰高血糖素樣肽/活性胰高血糖素樣肽水平。Sepideh等^[42]認為補充多菌株益生菌可改善NAFLD患者胰島素敏感性和肝臟炎癥。此外，益生菌與藥物(如NASH治療中的二甲雙胍和NAFLD治療中的他汀類藥物)聯(lián)合使用比單獨使用更能改善肝臟炎癥、降低膽固醇水平^[43-44]。以上研究提示益生菌單獨使用或與其他藥物聯(lián)合使用在NAFLD治療中顯示了良好的臨床應(yīng)用潛力。

3.2 益生元

益生元是宿主微生物選擇性利用的一種基質(zhì)，有益于宿主健康^[38]。作為益生元中的膳食低聚果糖，除了利于有益菌種(雙歧桿菌屬)的繁殖，還可通過PPARα刺激脂肪酸氧化減少肝臟甘油三酯的積累，并通過抑制SREBP-2依賴性膽固醇合成，減少膽固醇蓄積^[45]。益生元還可增加內(nèi)源性促腸胰高血糖素衍生肽的產(chǎn)生，改善腸道屏障中緊密連接完整性，降低肥胖相關(guān)的腸道通透性^[46]。異麥芽低聚糖與番茄紅素(抗氧化劑)的聯(lián)合治療可防止體質(zhì)量增加，增強脂肪組織脂肪動員，并改善高脂飲食誘導的NAFLD小鼠的胰島素抵抗，減少代謝內(nèi)毒素血癥，提示抗氧化劑和益生元的聯(lián)合使用在NAFLD治療中可能帶來更大的益處。

3.3 合生元

合生元是益生菌、益生元的組合，通過選擇性刺激一種或有限數(shù)量的促進健康的細菌的生長和/或激活其代謝^[38]。研究^[47]顯示，含副干酪乳桿菌B21060阿拉伯半乳聚糖和低聚果糖的合生素可增加核PPAR及其靶基因的表達，有效降低與高脂攝入有關(guān)的肝損傷。Malaguarnera等^[48]認為合生元(長雙歧桿菌和低聚果糖)與生活方式干預相結(jié)合在降低NASH患者血清腫瘤壞死因子、C反應(yīng)蛋白、內(nèi)毒素和轉(zhuǎn)氨酶水平，改善HOMA-IR和NASH活性指數(shù)的程度優(yōu)于單獨生活方式干預。目前仍需更多研究驗證益生菌、益生元、合生元在預防和治療NAFLD中的效果。

3.4 腸道菌群移植(FMT)

FMT是近年來較為新穎的治療方法，是將健康人糞便中的功能腸道菌群移植到患者腸道內(nèi)，重建新的腸道菌群，實現(xiàn)腸道及腸外疾病的治療?，F(xiàn)FMT已成功用于難治性和復發(fā)性艱難梭菌患者的治療，也有較多應(yīng)用于治療炎癥性腸病和腸易激綜合征。FMT可通過改善肝內(nèi)脂質(zhì)積累、血清促炎細胞因子水平來減輕高脂飲食誘導NASH小鼠模型的肝臟炎癥^[49]。研究^[50]顯示FMT可以通過改善腸道微生物群失調(diào)來減少肝臟中的脂肪堆積，減輕脂肪肝，且認為FMT對瘦NAFLD患者的腸道微生物群重建效果優(yōu)于肥胖的NAFLD患者。

4小結(jié)和展望

腸道菌群及代謝物在NAFLD發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要的角色。靶向腸道菌群如益生菌、益生元、合生元、腸道菌群移植治療在動物試驗中獲得積極的療效，相關(guān)臨床研究也逐漸得到關(guān)注。鑒于腸道菌群容易受到多種因素影響，不同地區(qū)、飲食，不同患者腸道菌群亦存在差異, 腸道微生物群靶向治療對NAFLD的臨床療效仍需通過大規(guī)模和組織良好的隨機對照試驗研究來證實。