肠道菌群与非酒精性脂肪性肝病

张超群，谭诗云

武汉大学人民医院

　　非酒精性脂肪性肝病是一种常见的但是发病机制尚不十分清楚的全球性疾病。非酒精性脂肪性肝病的患病率为25%～30%，其主要的病理改变是肝脏内脂肪的病理性蓄积。目前，相关研究已经证实，肠道菌群与非酒精性脂肪性肝病的发生及发展密切相关。肠道菌群可能通过增加肝脏炎症反应、改变肠道通透性、影响能量代谢及机体内物质代谢等因素，进而影响非酒精性脂肪性肝病的发生和发展。本文从肠道菌群及其在非酒精性脂肪性肝病中的作用，以及肠道菌群与非酒精性脂肪性肝病的治疗等方面进行综述。

关键词：非酒精性脂肪肝；肠道菌群；短链脂肪酸

通信作者：谭诗云，tanshiyun@medmail.com.cn

原文参见：中华临床营养杂志. 2017;25(5):318-322.

　　非酒精性脂肪性肝病主要包括单纯性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎及其相关肝硬化和肝细胞癌。非酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝炎在过去的数十年中出现了稳定的增长，这映射出全球的肥胖趋势以及高血压、高血脂、2型糖尿病等患者的增加。实际上，非酒精性脂肪性肝病已经成为成人和儿童中非常常见的一种肝脏疾病，在美国，这个比例甚至高达33%。目前关于非酒精性脂肪性肝病发病机制的研究主要集中在基因、代谢等方面，与其他肝脏疾病不同的是，非酒精性脂肪性肝病在基因方面的研究非常多，例如目前已经发现含马铃薯蛋白样磷脂酶域3（PNPLA3）基因多态性与非酒精性脂肪性肝病的发生和发展有着重要联系，PNPLA3基因与肝脏脂肪含量的增加、肝脏转氨酶的升高、胰岛素抵抗均存在相关性，这些因素均可导致非酒精性脂肪性肝病的发生和发展；非酒精性脂肪性肝病是代谢综合征的重要组成部分，在2型糖尿病、高脂血症、肥胖和高血压等代谢综合征的患者中非酒精性脂肪性肝病发病率较普通人群明显偏高，其与营养代谢方面的关系也是非酒精性脂肪性肝病发病机制中的独特特点之一【1-2】。近年来，肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病的发生和发展中的作用逐渐被重视，是近些年来临床研究的热点，研究表明，肠道菌群通过增加肝脏炎症反应、提高肠道通透性、影响能量代谢与肥胖和改变体内某些物质代谢水平对非酒精性脂肪性肝病的发生和发展发挥重要作用。

　　1　肠道菌群

　　肠道微生物由大量的细菌、病毒、真菌和寄生虫等组成，这些微生物的组成与机体的肠道微生态、年龄、性别、种族、饮食和地理环境有关，所以呈现出肠道微生物的多样性【3-4】。Relman和Falkow【5】在2001年提出了“人类第2个基因工程”的概念，他们提倡通过研究肠道微生物的基因及组成特征，更好地了解微生物在疾病中的发病机制。

　　在肠道内，未被消化的食物通过肠道细菌的作用将被发酵成为短链脂肪酸，短链脂肪酸可为肠道上皮细胞提供能量来源。丁酸是短链脂肪酸中的一种关键物质，它不仅是大肠细胞的主要能源物质，而且可调节肠道内激素胰高血糖素样肽-1和酪氨酸酪氨酸肽的释放，这些激素可使机体产生饱腹感。胰高血糖素样肽-1和酪氨酸酪氨酸肽的增加会提高葡萄糖耐量、胰岛素敏感性以及机体内瘦素的水平【6】。肠道菌群也参与维生素的合成，尤其是维生素K的合成，并且可以开发和维护免疫力在肠腔内的水平【7-8】。

　　Arumugam等【9】在2011年发表的文章中以16s-RNA测序为基础，分析并描述了微生物的组成特征，研究表明，肠道菌群由超过1000种细菌组成，最常见的种类包括厚壁菌、拟杆菌、放线菌和变形菌。在多样的环境、免疫和营养状态影响下，肠道菌群的总数和种群结构将会发生改变。

　　肠道菌群失调反过来可对机体产生深刻影响，同时也与机体的病理状态存在紧密联系【10】。人体试验表明，厚壁菌和拟杆菌与肥胖存在紧密联系。与肥胖受试者相比，瘦的受试者大便标本中有较高比例的拟杆菌。通过限制脂肪和碳水化合物的摄入，拟杆菌和厚壁菌的比值将会升高【11】。研究发现，实施了胃转流手术进行减肥的患者，术后体重的减轻被认为是体内某些激素信号发生了改变，手术前的肥胖患者大便中以厚壁菌占据主导地位。然而在手术后，这种细菌的比例急剧下降【12】。

　　2　肠道菌群与非酒精性脂肪性肝病的关系

　　2.1　肝脏炎症反应

　　肠道菌群、肝脏和免疫系统三者相互作用时，可触发肠道菌群在体内的炎症反应通路。在这个过程中，核心是肝脏库普弗细胞、巨噬细胞以及病原体相关分子模式之间的相互作用。内毒素是革兰阴性杆菌细胞膜表面成分，是一种特殊的病原体相关分子模式，它通过与一种Toll样受体结合，进而激活肝脏库普弗细胞增殖来清除肝脏内的致病菌。当来自肠道内的病原菌及其产物通过门静脉循环进入肝脏时可促使Toll样受体的激活，Toll样受体的激活是一个促进多种炎性细胞因子释放的信号【13】。脂多糖是内毒素的活性成分，其可与脂多糖结合蛋白和CD14受体进行结合【14】，形成一个复杂的化合物，该化合物可与Toll样受体进行相互作用，进而激活炎症瀑布反应【15】。进一步的研究证实，在动物模型中内毒素水平的升高与非酒精性脂肪性肝病的发生具有相关性【16】。Yang等【17】的实验中对肥胖小鼠体内注射低剂量的脂多糖，可使实验小鼠发展成为脂肪性肝炎。Mehta等【18】通过对健康成人进行静脉注射脂多糖，诱导机体产生内毒素血症，最后发现受试者产生胰岛素抵抗，而胰岛素抵抗与非酒精性脂肪性肝病的发生存在紧密联系【19】。还有研究指出，内毒素血症一定程度上可促使门静脉高压产生，这可能由于内毒素可促使体内高动力循环发生【20】。

　　内毒素是参与肝脏“二次打击学说”中的重要物质，其主要参与对肝脏的第二次打击，内毒素促进炎症性瀑布反应，从而增加肝脏内炎症因子水平、促进胰岛素抵抗的发生以及促进甘油三酯在肝脏内的蓄积，最终促使非酒精性脂肪性肝病的发生和发展。

　　2.2　肠道通透性

　　研究表明，非酒精性脂肪性肝病患者的肠道通透性升高，导致这种变化的病因被认为与肠道菌群密切相关。肠道通透性的增加，可使定植于肠道内的细菌及其代谢产物通过门静脉循环进入肝脏，促使各种肝脏疾病的发生及发展。肠道上皮细胞之间的紧密连接是肠道物理屏障的重要组成成分，Miele等【21】应用免疫组织化学的方法进行研究发现，肠道上皮细胞之间的紧密连接出现功能障碍与肠道通透性的增加密切相关，该研究还发现非酒精性脂肪性肝病的发生与小肠内的细菌过度生长密切相关，这表明通过细菌移位的方式，可促使非酒精性脂肪性肝病的发生。胃肠道免疫系统的紊乱可破坏细胞间的紧密连接，使肠道变成一个“有漏洞”的通道，促使细菌移位。Atkinson和Rao【22】的研究发现变形菌的增加可促使体内乙醛含量的升高，乙醛可破坏细胞间的紧密连接，进而增加肠道通透性。此外，乙醇在肠道内可通过直接毒性作用使肠道的通透性增加，同样其也可破坏肠上皮细胞的微管功能。Guilloteau等【23】在2010年发表的一篇文章中指出，丁酸缺乏与肠道通透性的增加存在相关性，丁酸是被肠道菌群合成的短链脂肪酸的一种，该研究指出丁酸可增加体内热休克蛋白的含量，提高细胞保护作用，并且有助于肠上皮细胞的增殖，这些都是维持肠道屏障功能完整性的重要环节。

　　2.3　能量代谢与肥胖

　　肠道菌群与肥胖之间的关系已经被证实，其主要通过能量平衡发挥作用，与瘦的小鼠进行对比研究发现，肥胖小鼠体内具有含量较高的厚壁菌和古生菌，具有含量较低的拟杆菌【24】。Backhed等【25】在2004年发表的一篇文章中指出，与普通健康小鼠进行对比，尽管无菌小鼠进食热量较高的饮食，但是却发现无菌小鼠的体重比普通小鼠低约42%。当将普通小鼠盲肠内的细菌移植到无菌小鼠肠道内后，不改变无菌小鼠的饮食，无菌小鼠的体重增加约57%。关于人体试验的研究，Michail等【26】发现儿童非酒精性脂肪性肝病患者具有更多数量的能量代谢通路和脂质合成通路，这可能说明非酒精性脂肪性肝病患者具有更高效的能量代谢能力。同样的，在肥胖和非酒精性脂肪性肝病儿童患者大便标本中检测到了较低水平的拟杆菌。

　　2.4　物质代谢

　　肠道菌群通过直接或间接的作用影响体内某些物质的代谢，例如乙醇、胆碱及短链脂肪酸的合成。这些物质在非酒精性脂肪性肝病的发生和发展中均发挥不同的作用，扮演者不同的角色。

　　2.4.1　乙醇

　　乙醇是肠道菌群的代谢产物，可通过门静脉系统吸收进入肝脏。在肝脏乙醇脱氢酶的作用下氧化生成乙醛和醋酸，乙醛被证实可使肠道通透性增加【22,27】。乙醇的生成诱导甘油三酯在肝内的蓄积以及肝脏的氧化应激，这两个步骤都是属于对肝脏的“二次打击”。乙醇在肠道内使菌群发生改变，研究证实乙醇可抑制肠道内拟杆菌水平，使肠杆菌和变形菌在肠道内保持动态平衡【28】。当变形菌数量增加时，可增加肠道内乙醇的生成，进而使肠道通透性升高，通过门脉循环进入肝脏，进而促使非酒精性脂肪性肝病的发生和发展【22】。

　　2.4.2　胆碱

　　胆碱是细胞膜磷脂的组成成分，在从肝脏转运出脂质方面发挥重要作用，肠道菌群可产生一种特殊的酶，能够催化胆碱代谢成为甲胺，甲胺经由门脉循环进入肝脏，可诱导肝脏炎症反应的发生【29】。对高脂饮食诱导的肝脏脂肪变性小鼠进行研究时发现，其体内的卵磷脂水平降低，卵磷脂的代谢产物经尿排泄增加。由此笔者可以推测，通过肠道菌群诱导的胆碱缺乏和合成障碍，可促使肝脏损伤的发生。较早文章指出，通过对胆碱缺乏的动物进行胆碱替代物的补充后，动物肝脏的脂肪变性可以得到逆转【30】。

　　2.4.3　短链脂肪酸

　　短链脂肪酸可由肠道细菌分解发酵未被消化的植物多糖获得，短链脂肪酸是肠道上皮细胞的主要营养物质【4】。短链脂肪酸在非酒精性脂肪性肝病的发生可能是通过保持体重、维持肠道内稳态以及提高葡萄糖和脂质的代谢等环节发挥作用。研究发现肥胖小鼠的盲肠部位具有丰富的短链脂肪酸【31】，同样的发现在人体试验中也得到了证实【32】。因此，我们可以推测短链脂肪酸的生成调节与非酒精性脂肪性肝病的发生存在相关性，但是短链脂肪酸在非酒精性脂肪性肝病中扮演何种角色尚不十分清晰。

　　3　肠道菌群与其他肝脏疾病

　　肠道菌群种群改变可增加乙醇的生成，通过门脉循环使肝脏内乙醇含量增加，在肝脏酶的作用下进一步分解生成各种代谢产物，进而促发肝脏炎症瀑布反应，这可能与酒精性肝病的发生存在相关性【22】。Toll样受体刺激肝脏激活库普弗细胞和肝星形细胞，从而使胶原蛋白的合成增加，促使肝脏纤维化进程【13】。肠道菌群是体内氨产生的主要动力，肝硬化患者体内的鸟氨酸循环减弱，可使血氨水平升高，进而促使肝硬化患者肝性脑病的发生。有研究表明，肠道内的幽门螺旋杆菌和肝螺旋杆菌具有致癌作用，其可能通过刺激Toll样受体来促使炎症反应的发生，增加致癌风险【33】。

　　4　肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的治疗

　　肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病中的特殊作用，使得应用益生菌和益生元治疗非酒精性脂肪性肝病成为可能。动物实验及人体试验研究表明，给予乳酸杆菌的微生态制剂后，Toll样受体炎症瀑布反应减弱，同时也可以使内毒素水平下降。双歧杆菌也被证实可减弱肝脏炎症反应并可减少肝脏脂肪变性【34】。中国学者通过对SD大鼠进行胃内灌注鼠李糖乳杆菌联合植物乳杆菌制剂，最终发现益生菌干预可以降低大鼠的血脂水平，同时能够改善大鼠脂肪肝以及减轻肝脏炎症及肝细胞损伤【35】。国外学者关于非酒精性脂肪性肝病患者使用益生菌制剂的一项随机双盲对照试验研究显示，这些使用了益生菌制剂的患者其血清的谷草转氨酶、谷丙转氨酶、总胆固醇及甘油三酯水平均有所下降，表明使用益生菌制剂可降低患者的血脂水平，进而减轻肝脏炎症反应及肝细胞损伤【36】。乳果糖是一种益生元物质，在肠道菌群的作用下可转化为低分子量的有机酸，使肠道内的pH值下降，同时促进乳酸杆菌的生长，抑制蛋白质分解的细菌生长，使体内的氨转变为离子状态，对肝性脑病的治疗具有积极作用【37】。通过以上的动物实验和临床研究，笔者可以预测对非酒精性脂肪性肝病患者使用益生菌制剂将是一项非常有前途和具有良好临床效果的治疗方法。

　　5　总结与展望

　　肠道菌群在非酒精性脂肪性肝病的发生和发展中扮演了多种多样的角色，可能通过肝脏炎症反应的增加、肠道通透性的升高、能量代谢失衡以及物质代谢紊乱等环节导致非酒精性脂肪性肝病的发生和发展。目前关于肠道菌群在非酒精性脂肪性肝炎、肝硬化及肝细胞癌的发生中的作用机制尚不十分清晰，需要进一步研究证实。益生菌和益生元治疗非酒精性脂肪性肝病是一项非常有潜力的治疗新思路，但是缺乏大规模的临床试验予以证实。目前所掌握的关于肠道菌群的数据基本上都来自动物或人体的粪便标本，其可能对了解大肠内的细菌特征及分布有一定的价值，但是对整个肠道的细菌分布及特征提示的意义并不大。要想了解肠道菌群在各种疾病中的发病作用，必须掌握这些细菌的分布及特征，这也是一项充满挑战的伟大工程。

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