1、肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中作用机制的研究进展 杨钊 汪芳裕 杨妙芳 南方医科大学金陵医院(南京军区南京总医院)消化内科 摘 要： 非酒精性脂肪性肝病 (non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) 已经成为最常见的慢性肝脏疾病之一。近年来研究发现, 肠-肝轴在 NAFLD 的发生、发展中起着重要作用。作为肠-肝轴重要组成部分, 肠道菌群通过增加宿主能量摄入、调节胆碱及胆汁酸代谢、激活模式识别受体 (pattern recognition receptors, PRRs) 而促发炎症反应等机制, 促使 NAFLD 的发生、发展;益生菌对 NAFLD 有一
2、定疗效进一步证实肠道菌群在 NAFLD 中发挥着重要作用。本文对肠道菌群在 NAFLD 发病中可能的作用机制作一概述。关键词： 非酒精性脂肪性肝病; 肠道菌群; 肠-肝轴; 模式识别受体; 益生菌; 作者简介：杨钊, 硕士, 研究方向:肠道微生态与脂肪肝。E-mail:作者简介：杨妙芳, 博士, 副主任医师, 研究方向:肠道微生态与脂肪肝、肝癌的发病机制。E-mail:收稿日期：2016-11-06基金：国家自然科学基金 (81370546) The role of gut microbiota in non-alcoholic fatty liver diseaseYANG Zhao WAN
3、G Fangyu YANG Miaofang Department of Gastroenterology, Jinling Hospital, Southern Medical University/Nanjing General Hospital of Nanjing Military Region, PLA; Abstract： Non-alcoholic fatty liver disease ( NAFLD) has become one of the most common chronic liver diseases.Recent years, many studies have
4、 found that gut-liver axis plays an important role in the pathogenesis of NAFLD. As an important part of the gut-liver axis, gut microbiota contributes to the development of NAFLD by enhancing energy intake, regulating the choline and bile acid metabolism, and activating the pattern recognition rece
5、ptors ( PRRs) which promote inflammation. Probiotics are beneficial for NAFLD, which support that gut microbiota plays an important role in NAFLD. This article reviewed the possible role of gut microbiota in the pathogenesis of NAFLD.Keyword： Non-alcoholic fatty liver disease; Gut microbiota; Gut-li
6、ver axis; Pattern recognition receptors; Probiotics; Received： 2016-11-06非酒精性脂肪性肝病 (non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD) 是指除酒精和其他明确肝损伤因素外所致的, 以弥漫性肝细胞大泡性脂肪变为主要特征的临床病理综合征1。在美国, 非酒精性脂肪性肝炎 (nonalcoholic steatohepatitis, NASH) 已经成为第 2 大肝移植的病因2, 然而目前对其发病机制尚未完全阐明。经典的“二次打击”已被扩展为“多次平行打击”3, 其中, 肠道菌群是肠道来源
7、的重要致病因子, 参与调控肠道免疫功能4。近年来研究表明, 肠道菌群与 NAFLD 密切相关5-6, 肠道中某些细菌甚至与 NAFLD炎症及纤维化程度相关7。益生菌、益生元在治疗 NAFLD 中有一定的效果8-9。本文主要概述近年来肠道菌群在 NAFLD 发生、发展中所起到的作用。1 肠道菌群与肠-肝轴近年来, 肠道菌群受到研究者的普遍关注。Qin 等10研究发现, 人体共含有 1 0001 150 种细菌, 肠道细菌基因量多达 330 万, 约为人体基因的 150 倍;Le Chatelier 等11研究发现, 与肠道菌群丰度较高组相比, 肠道菌群丰度较低组表现为胰岛素抵抗 (insulin
8、 resistance, IR) 、血脂异常及更明显的炎症表型等。多项研究5,12发现, 肠道菌群与 NAFLD 密切相关, 如与正常对照组相比, NAFLD 患者肠道中厚壁菌门与拟杆菌门之比增大;此外, 研究13-14发现, 双歧杆菌及乳酸杆菌的含量在 NAFLD 患者中低于正常对照, 而双歧杆菌及乳酸杆菌等益生菌的增加可改善 NAFLD 的病情9。目前认为, 肠-肝轴是肠道菌群作用于 NAFLD 的重要途径。肠-肝轴是指肠道与肝脏在解剖及功能上紧密联系的系统, 在人体解剖上, 肝脏接收来自肠系膜上静脉及脾静脉汇合成的门静脉血;在功能上, 肠道及肝脏在物质营养的吸收及代谢中共同发挥重要作用。
9、门静脉血不仅含有各种营养物质, 还可含有各种信号分子及细菌代谢产物, 如脂多糖 (LPS) 、细菌 DNA 等15。当小肠细菌过度生长时, 肠道中有害物质增多, 肠道通透性增加, 内毒素血症形成, 而 LPS 等通过门静脉进入肝脏, 激活模式识别受体, 促发肝脏发生炎症反应15-16。2 肠道菌群相关的 NAFLD 发病机制2.1 模式识别受体 (pattern recognition receptors, PRRs) 及炎症反应PRRs 是一类可识别入侵细胞的微生物信号或无菌性信号, 引起细胞因子转录表达进而促发一系列炎症反应的受体, 可分为 TLRs、CLRs、RLRs 及 NLRs 四大
10、类, 其中 TLRs 及 NLRs 近年来颇受研究者重视。TLRs 可通过 My D88 依赖途径及TRIF 依赖途径激活 MAPK 及 NF-B 或激活 IRF3, 进而使肿瘤坏死因子及白介素等细胞因子释放, 诱发一系列炎症反应, 如 TLR4、TLR9 等与 LPS、细菌 DNA 等结合, 激活下游信号, 最终使肝脏发生炎症反应17。此外, 最新研究18发现, 当细菌、病毒等被 TLR7 识别后, 肝脏释放 IGF-1, 促发细胞发生自噬, 及时清除病原菌, 从而在 NAFLD 中起保护作用。NLRs 又称炎症小体, 其通过炎症小体装配及激活 Caspase-1, 进而使 IL-1 成熟、
11、释放19。在众多炎症小体中, NLRP3 最受研究者关注, 在与 NAFLD 相关的研究20中发现, NLRP3 识别模式是 NAFLD 发生脂肪性肝炎、纤维化的重要信号通路。另外, NLRP6 也与肠道菌群密切相关, 其主要在小肠上皮细胞表达, 参与维持正常的肠道屏障功能, 从而在肠-肝对话中发挥重要作用, 因此与 NAFLD 的发生、发展密切相关21。Henao-Mejia 等5发现, 普雷沃氏菌科及紫单胞菌科可能与 NAFLD 的发病密切相关, 更重要的是, 研究中发现是 IL-18 而非普遍认识的 IL-1 介导肠道菌群在 NAFLD 中发挥重要作用。2.2 增加能量摄入NAFLD 与
12、能量摄入增加相关。高热量饮食, 如富含反式/饱和脂肪酸、胆固醇食物及果糖饮料等, 可增加肝脏内脂质的积累22。早期研究23发现, 无菌小鼠接触正常小鼠肠道细菌 2 周后, 即使饮食量减少, 它们体内脂肪含量却比对照的无菌小鼠增多 60%, 并出现 IR, 其作用机制为:肠道菌群促进肠道对单糖的吸收, 激活碳水化合物反应元件结合蛋白及固醇调节元件结合蛋白, 或通过抑制小肠上皮产生空腹诱导脂肪细胞因子, 进而激活脂蛋白脂酶活性, 从而增加甘油三酯的储存。Turnbaugh 等24发现, 肥胖小鼠肠道中厚壁菌门增多, 后者可将食物分解为短链脂肪酸, 一方面促进糖及脂肪合成, 使能量产生增加, 另一方
13、面抑制 AMPK 活性, 减少脂肪酸 氧化, 从而使游离脂肪酸在肝脏中累积。2.3 调节胆汁酸代谢研究发现, 初级胆汁酸与 NAFLD 脂肪变性程度相关, 甚至与 NASH 的纤维化程度相关25, 其作用机制可能为初级胆汁酸可增加肠黏膜通透性, 产生内毒素血症, 进而引起 IR 使 NAFLD 病情加重26。另外, 胆汁酸还调控多种受体, 包括法尼酯 X 受体 (FXR) 、TGR5 等。Jiang 等27研究发现, 在小鼠高脂模型中, 肝脏合成牛磺 鼠胆酸 (tauro-muricholic acid, T-MCA) 增多, T-MCA 在回肠中转化为鼠胆酸 (MAC) , 后者激活 FXR
14、 后促使神经酰胺释放, 进而通过激活 SREBP-1C 使脂肪从头合成增加, 而在抗生素处理后的小鼠中, 其肝脏脂肪变性可发生逆转。最近研究25发现, NASH 患者胆汁酸合成量比正常对照者增多, 初级胆汁酸与次级胆汁酸之比高于正常组, 并发现柔嫩梭菌 (C.leptum) 与牛磺胆酸呈正比, 与胆酸及鹅脱氧胆酸呈反比, 提示 C.leptum可能有助于将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸, 从而减轻初级胆汁酸对肝脏的损伤。2.4 调节胆碱代谢胆碱缺乏可引起 NAFLD, 其机制包括:增加脂肪合成及储存, 减少甘油三酯输出等28。此外, 近年来, 肠道菌群与胆碱代谢的关系在 NAFLD 发病中作用受到
15、研究者的关注。肠道中广泛存在代谢胆碱的细菌, 主要包括变形菌门、放线菌门及厚壁菌门, 将可代谢胆碱的细菌植入无菌小鼠肠道中, 发现胆碱生物利用度下降, 其效果相当于胆碱缺乏饮食而引起 NAFLD29。一项前瞻性临床研究30发现, 经过 42 d 胆碱缺乏的饮食后, 肠道中 -变形菌纲明显降低, 可能机制是 -变形菌纲含有大量的代谢磷脂酰胆碱的酶, 故该菌丰度越高, 胆碱消耗量越大。研究者认为, 结合基因多态性因素, 肠道中 -变形菌丰度升高者对胆碱缺乏更敏感, 发生 NAFLD 的风险更大。2.5 其他相关机制内源性酒精增加肠道菌群失调, 如大肠杆菌 (Escherichia coli) 丰度
16、升高可引起肠道内源性酒精增多, 肠道黏膜通透性增大, 内毒素、酒精等通过门静脉直接对肝脏进行打击, 或进一步激活 PRRs, 使 NAFLD 向 NASH 发展13。肠道动力降低肠道菌群失调, 促使肠道释放出酪酪肽 (PYY) , 后者可使胃排空延迟及小肠蠕动减慢, 而肠道动力降低, 可使营养物质吸收不良, 进一步促进肠道菌群失调, 形成恶性循环, 促使 NAFLD 发生、发展16。3 益生菌与益生元益生菌是一类定植于人体肠道、生殖系统内, 能产生确切健康功效、改善宿主微生态平衡的活性微生物的总称;益生元则是不易消化的碳水化合物, 可改变肠道菌群的组成及活性31。临床研究9,32-33表明,
17、益生菌和/或益生元可以使 NAFLD 患者血清转氨酶下降, HOMA-IR、血清甘油三酯及胆固醇等降低;在动物实验8中发现, 补充益生菌可使肝脏脂肪沉积减少, 肝脏组织炎性改变程度减轻。益生菌和/或益生元作用的机制主要包括: (1) 调节肠道菌群, 如增加双歧杆菌、乳酸杆菌等34; (2) 降低肠道通透性, 减轻内毒素血症8; (3) 调节血糖, 改善 IR9; (4) 调节脂质代谢35; (5) 产生短链脂肪酸, 发挥抗炎作用8。以上疗效及作用机制从另一角度反映了肠道菌群在 NAFLD 发病中的重要作用。然而, 目前益生菌/益生元在 NAFLD 中的疗效多基于动物实验, 各临床试验之间的疗效
18、也不一致, 可能与样本量不足、研究设计、纳入人群不同等有关, 迫切需要高质量的多中心临床随机试验来提供更可靠的证据。目前, 肠道菌群在 NAFLD 中的作用主要基于肠-肝轴的作用机制, 即通过改变肠道中菌群组成成分, 参与炎症反应, 调控宿主能量代谢, 参与调节胆汁酸及胆碱代谢, 以及产生内源性酒精等, 从而促进 NAFLD 发生、发展。肠道菌群是一个复杂的生态系统, 其作用与功能尚未完全明确, 未来需要多种检测技术如蛋白组学、代谢组学、转录组学、宏基因组学等相互配合使用以阐明其作用机制。同时, 为更加清楚地了解肠道菌群的功能, 传统细菌培养方法不能忽视, 将培养法及分子生态学检测法相结合,
19、可以更加全面了解肠道菌群在 NAFLD 中的作用。参考文献1Rinella M, Charlton M.The globalization of nonalcoholic fatty liver disease:prevalence and impact on world healthJ.Hepatology, 2016, 64 (1) :19-22. 2Wong RJ, Aguilar M, Cheung R, et al.Nonalcoholic steatohepatitis is the second leading etiology of liver disease among ad
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