肠道菌群与非酒精性脂肪肝的研究进展

摘要

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)，也可称为代谢性脂肪肝(metabolic associated fatty liver disease, MAFLD)已成为世界范围内的一种主要慢性肝病，而这种疾病的发病机制仍不清楚。国内外的最新研究表明，肠道菌群及其代谢物对非酒精性脂肪肝的发展有重大影响。平衡的肠道菌群有助于维持肝脏的稳态，但是当肠道菌群被破坏时，它就会促进非酒精性脂肪肝的发展。本文介绍了关于肠道微生物群在非酒精性脂肪肝发病机制中的作用。

关键词

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)；代谢相关脂肪性肝病 (MAFLD)；肠—肝轴；肠道微生物群及其代谢产物

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是一种脂质代谢相关的疾病，会导致脂肪在肝细胞中过度堆积，并与肥胖和2型糖尿病(NASH)、NASH相关的肝硬化和肝细胞癌有关[1]，该病能够使肝脏的正常结构、生理及生化功能受损，最终出现临床症状，是最常见的慢性肝脏疾病，也是隐源性肝硬化的最常见病因[2]。

随着生活水平的提高，其发病率随着肥胖和代谢综合征发生率的升高而升高，2020年，非酒精性脂肪肝(NAFLD)及其晚期形式--非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的领域将继续快速增长，专家建议将非酒精性脂肪肝(NAFLD)的命名改为代谢性脂肪肝(MAFLD)[3]，虽然强调代谢性疾病和代谢性疾病的定义和术语很重要[4]，但在临床实践和临床试验中，定义和术语还需要进一步考虑和商定，这种疾病已经成为一个重大的公共卫生问题和严重的社会医疗负担，并且有逐年增长的趋势。

最近的研究表明，非酒精性脂肪肝在亚洲成年人口中的发病率为30.5%。NAFLD的全球患病率从21.9%增加至37.3%，每年增加0.7%，南美洲的NAFLD患病率增加最快，为每年2.7%，其次是欧洲，为1.1%。亚洲和北美洲的NAFLD患病率每年分别增加0.9%和0.8%[4]。

但是由于目前临床治疗中并没有特效药物，因此NAFLD对患者生活质量的影响及其疾病负担都已超过其他慢性肝病，目前临床中多采用对生活方式的干预进行辅助治疗[5]，临床治疗效果有限，近期内非酒精性脂肪性肝病对人类健康的危害仍将不断增加，这种疾病是现代医学的一个新挑战。因此，我们需要关注非酒精性脂肪肝的发病机制并采取适当的预防和治疗措施。

一、NAFLD肠道菌群的组成

肠道菌群被认为是人体的一个重要的“特殊器官”，对人体健康起着至关重要的作用。它参与身体的新陈代谢，与非酒精性脂肪肝的发展密切相关[6]。肠道菌群是一个庞大复杂的群体，种类达500-1000种，细菌总数达100万亿，是人体自身细胞总数的10倍[7]。肠道菌群主要是由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中厌氧菌占99%以上。

在人体肠道这个数目庞大的微生物群落中，人们发现有９个门的细菌，其中最主要的是拟杆菌门和厚壁菌门细菌，它们占绝对多数--超过98%。然而，个体肠道菌群的组成是相当稳定的，在系统级是保守的，但在物种级有很大的不同[8]。研究发现[9]人体的肠道菌群主要由厚壁杆菌菌群和拟杆菌菌群组成，这两种菌群在肠道中所占比例影响宿主摄取能量物质的能力。

与正常体重人群相比，肥胖患者肠道中的厚壁杆菌菌群数量更多，而拟杆菌菌群数量较少，且随着体重的减轻，其厚壁杆菌菌群数与拟杆菌菌群数比值亦降低，更接近正常体重人群。范等人[6]发现， MAFLD患者的肠道多样性或丰富度明显低于健康对照组，而NAFLD患者的变形菌门、梭杆菌门、埃希杆菌属-志贺杆菌及毛螺菌属的水平明显较高。除了相对致病的细菌数量增加外，普雷沃特菌和普雷沃特菌的数量首次明显下降。

二、NAFLD的发病机制“多重打击学说”

1998年，英国学者于Gastroenterology杂志撰文，在国际上首次提出“双重打击”学说(two-hit theory)[10]，认为第一次打击为肝脏脂质沉积和胰岛素抵抗，第二次打击为氧化应激，随着研究的不断深入，以往的"双重打击"病理生理学学说已受到学术界挑战，现在比较认可的是“多重打击学说”，该学说认为初次打击主要是胰岛素抵抗，导致肝细胞内脂质堆积，诱导脂肪变性的肝细胞对内、外源性损害因素的敏感性提高，并为脂质过氧化提供反应基质；二次打击主要为活性氧导致脂质过氧化损伤及其相关事件，引起脂肪性肝炎；脂肪性肝炎持续存在(炎症-坏死循环)，ECM合成大于降解，形成进展性肝纤维化。

多重打击学说认为[11]NAFLD与胰岛素受体、脂毒性、炎症反应、遗传多态性和表观遗传学、脂肪因子和肝脏因子、胆汁酸、肠道菌群等多种因素有关。

三、NAFLD与肠道菌群的关系

非酒精性脂肪肝(NAFLD)与肠道菌群二者的联系主要是通过“肠-肝轴”调控机制来实现的[12]。这一调控机制包含肠道菌群和肝脏的双向影响：即肠源性营养物质经由门静脉为肝脏提供了70%的血液供给，同时肝脏也能够激活免疫系统，来响应肠源性代谢物质或病原性信号[13]。

在正常情况下，肠道菌群、宿主和外部环境之间存在着动态平衡，肠道菌群类型和丰度相对稳定，两者互利共生，宿主为肠道菌群提供营养丰富的栖息地，肠道菌群通过其各种生理功能维持宿主的健康[14]，然而，由于各种外部因素，如年龄、饮食、药物和心理压力，它们会发生变化，进而导致肠道菌群的紊乱，从而引发疾病。随着非酒精性脂肪肝的发展和进展，有可能观察到肠道菌群的紊乱和肠道渗透性的改变，导致肠道内有害物质的增加，有益物质减少，进而导致肠道屏障功能受损，细菌毒素和代谢物就能适宜通过肠道，进而导致肠道炎症的发生，并影响肝脏的正常功能，而肝病的进展，又会进一步加强肠道菌群的失调，最终导致肝病加重，这就形成了一个恶性循环。

四、肠道菌群如何影响NAFLD进展的关键机制

1、肠道菌群产生的内源性酒精促进了NAFLD的发展

袁静教授团队[15]在2019年发表的文章证明了人体内存在能产生大量酒精的Klebsiella pneumoniae菌，且该菌在人类中与非酒精性脂肪肝相关，他们通过实验将K. pneumonia菌移植到小鼠中，两个月后，在小鼠的肝脏中发现了疤痕，之后去除肺炎克雷伯氏菌的抗生素，症状有所缓解，并从小鼠的粪便中分离出了肺炎克雷伯氏菌，一种能产生大量酒精的细菌。酒精的代谢场所在肝脏，毫无疑问Klebsiella pneumoniae菌与非酒精性脂肪性肝病产生了联系，于是经过检测病人肠道，从该病人肠道中分离出来的菌株产生的酒精含量，大约是健康人体内的4-6倍，60%的非酒精性脂肪肝患者的肠道中存在产生大量酒精的肺炎克雷伯氏菌，这有利于非酒精性脂肪肝的发展。

2、肠道菌群代谢产物丁酸调节NAFLD 的发展

丁酸是一种由肠道内微生物产生的短链脂肪酸，对减少非酒精性脂肪肝(NAFLD)有帮助[16]。丁酸通过LKB1-AMPK-Insig信号通路介导肠道和肝脏之间的串扰，调节肝脏脂肪生成，并维持脂质稳态，通过实验每天一次灌胃给予 NaB，持续8周导致胰岛素诱导基因(Insig)活性的增强和脂肪生成的抑制。从机制上讲，NaB足以增强Insig与其上游激酶AMP-激活蛋白激酶(AMPK)的相互作用。

NaB对Insig-1活性的刺激在来自AMPKa1/a2(AMPK/)双基因敲除小鼠的初级肝细胞中被废除。此外，NaB对AMPK的激活是由LKB1介导的，观察结果表明NaB介导的AMPK磷酸化诱导，其下游靶乙酰辅酶A羧化酶在LKB1–/–小鼠胚胎成纤维细胞中减少。这些研究表明，NaB在NAFLD 中充当肝脏脂肪生成的负调节剂，并且 NaB 主要通过激活LKB1-AMPKInsig 信号通路减轻肝脏脂肪变性并改善脂质谱和肝功能。因此，NaB 具有治疗 NAFLD 和相关代谢疾病的治疗潜力。 

3、肠道菌群紊乱对NAFLD的影响

肠道菌群和肠道黏膜屏障的紊乱可导致肝脏对肠道内毒素的吸收增加，通过激活Toll样受体和核苷酸结合寡聚域(NOD)样受体引起慢性炎症，并导致胰岛素抵抗、非酒精性脂肪肝和代谢综合征。肠道菌群的破坏还影响了肠道对营养物质的吸收，改变了身体的能量代谢，导致身体脂肪过量堆积，并导致肥胖、非酒精性脂肪性肝炎和代谢综合征。

4、肠道菌群通过影响胆汁酸代谢的平衡来调节非酒精性脂肪肝的发展

在人类中，胆汁酸水平取决于血清甘油一酯水平，所以非酒精性脂肪肝的发展与胆汁酸水平之间存在着联系。当胆汁酸在回肠被重吸收时，肠细胞同时释放成纤维细胞生长因子(FGF)19进入肝肠循环，与成纤维细胞生长因子受体(FGFR)4结合并激活c-Jun N端激酶(JNR)和细胞外信号调节激酶(ETRK)。非酒精性脂肪肝患者的血清中FGF19的水平下降，非酒精性脂肪肝患者的血清中FGF7A1和FGF4的水平下降。与成纤维细胞生长因子受体(FGFR)4结合的能力下降，抑制胆汁酸合成的能力下降，以及胆汁酸合成增加，都是导致非酒精性脂肪肝的发展。然而，FGF19在非酒精性脂肪肝发展中的作用还不清楚。

5、肠道菌群作用于维生素D对NAFLD的影响发展

胆汁酸是由肝细胞产生，并由胆管分泌到肠道的两亲性代谢产物，在消化过程中对人体摄入的脂肪有重要的乳化作用。肝脏生成的两种初级胆酸可由肠道菌群进一步代谢为多种次级胆酸，对代谢和炎症相关的生理过程有重要的调节作用。作为脂肪代谢和免疫调节的重要参与者，胆汁酸及其受体为核心构成的肝脏-胆汁酸-肠道菌群信号转导轴近年来广泛受到大家的关注，当人体摄入高脂饮食后，肝脏产生大量胆汁酸，在肠道细菌的分解作用下产生石胆酸，石胆酸具有一定的肝毒性，非酒精性脂肪肝的发展是通过维生素D受体(VDR)解毒介导的[17]，VDR是维生素D和石碳酸的共同受体，其与维生素D和石碳酸的结合激活了细胞色素P450酶家族成员CYP3A的表达，从而降解石碳酸的毒性。该受体也是CYP3A系列细胞色素P450酶的成员，它可以降解利托曲普坦的毒性，从而减缓疾病的发展。维生素D缺乏也会增加TLR 2、TLR 4和TLR 9等基因的表达，从而增加肝脏脂肪变性和肝小叶的炎症反应[18]。

6、肠道菌群通过影响胆碱代谢来调节NAFLD的发生发展

人体可以在肝脏内产生胆碱，主要是磷脂酰胆碱。但人体自然合成的胆碱不足以满足人类的需要。因此，人类必须从饮食中获得一些胆碱。胆碱被肠道菌群代谢后进入机体转变为氧化三甲胺(TMAO)，研究证明[19]当血清 TMAO 升高时NAFLD 的发病风险随之增高。同时当饮食中缺乏叶酸(也是甲基供体的维生素B)时，对饮食胆碱的需求会增加，因为这时候甲基的主要来源是胆碱，特别是磷脂酰胆碱，是肝脏运输脂质所必需的。因此，在缺乏胆碱的情况下，脂肪会在肝脏中堆积而导致NAFLD。 

四、小结与展望

由于经济的快速发展，生活方式的改变，包括食用高热量和高糖分的食物，缺乏运动和体力活动等，非酒精性脂肪肝的发病率正在逐年增加，而且它影响到世界上大多数人。因此，对非酒精性脂肪肝的发病机制和治疗的研究正受到医学界越来越多的关注。

然而，非酒精性脂肪肝的发病机制尚不完全清楚，治疗效果也很有限， 我们仍然需要大量的基础和临床研究，以便为更好地治疗非酒精性脂肪肝建立坚实的理论基础，包括确定哪些人的肠道中存在肺炎克雷伯杆菌，该疾病是否可以用抗生素预防，以及为该疾病提供早期预警、无创诊断和准确治疗。希望在不久的将来，我们能够有效地将肠道菌群作为干预的目标，以预防、延迟和治疗非酒精性脂肪肝和相关代谢疾病。

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