肠道菌群是如何导致非酒精性脂肪肝的？

　　非酒精性脂肪肝是一种由于饮酒以外的原因导致的肝细胞内脂肪过度沉积为主要特征的临床病理综合征，是世界上最常见的慢性肝病之一，影响着20-30%的人。这一增长趋势背后的原因主要是由于生活方式的改变导致的肥胖和代谢综合征发生率的增加，而非酒精性脂肪肝正是这些疾病的并发症。组织学上，非酒精性脂肪肝包括广泛的肝脏病理，从单纯脂肪变性开始，然后发展为非酒精性脂肪性肝炎、纤维化、肝硬化以及随后的危及生命的并发症，比如肝细胞癌。
　　非酒精性脂肪肝常见的危险因素包括生活方式、衰老、向心性肥胖、胰岛素抵抗、糖尿病和血脂异常。大多数非酒精性脂肪肝患者在临床上无症状，通常是在检测出肝酶异常时才意识到自己的疾病。肝活检被认为是诊断非酒精性脂肪肝的金标准，B超、磁共振成像等非侵入性技术被用于检测肝脏脂肪浸润。
　　1998年，有研究人员提出了一个叫做＂二次打击＂（two-hit）的理论来解释非酒精性脂肪肝的病理发生。＂第一击＂是指脂肪细胞中游离脂肪酸的水平增加和肝细胞中游离脂肪酸的氧化减少，导致脂肪在肝细胞中过度积累，从而导致非酒精性脂肪肝的形成。脂质积累增加了肝脏对＂第二击＂的敏感性，导致促炎细胞因子级联反应的激活和促进氧化应激。近年来的研究结果逐渐超越和补充了经典的＂二次打击＂学说，提出了＂多重平行打击＂（multiple parallel hits）学说表明，来自脂肪和肠道组织的炎症介质都参与了肝脏炎症的激活和纤维化的进展。
　　最近的数据表明，肠道菌群是非酒精性脂肪肝发生的关键因素，肠道菌群调节的代谢表型是可转移的。肠道菌群失调参与不同的代谢性疾病，包括非酒精性脂肪肝、肥胖、胰岛素抵抗和2型糖尿病等。
　　肠道菌群在非酒精性脂肪肝中的作用机制
　　人类肠道中定殖着一个动态多样而复杂的微生物群落，称之为肠道菌群。据估计，人类胃肠道中有多达10的14次方个微生物，重约1.5-2公斤，当然，这个数字因人而异，但其数量是远远超过人类自身细胞的数量的，其所编码的基因比宿主基因组多150倍。肠道中主要的细菌门为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门，变形菌门和疣微菌门，其中厚壁菌门和拟杆菌门占所有肠道细菌的90%以上。肠道菌群在抑制病原微生物生长、调节胃肠免疫系统、产生胃肠神经支配的神经递质和激素等方面发挥着重要作用。
　　非酒精性脂肪肝患者肝损伤的发病机制尚未完全了解。然而，实验和临床研究结果均提示肠肝轴功能障碍在非酒精性脂肪肝的发生中发挥作用。从解剖上看，肝和肠通过门静脉相连，肝脏70-75%的血液供应来自门静脉。因此，肝脏不断地暴露在营养物质、毒素、食物抗原、肠道微生物及其产物之中。肝脏也是一个重要的免疫器官，可以激活和招募免疫细胞，对病原体和肠道来源的代谢信号做出反应。近年来，越来越多的证据表明，肠肝轴功能障碍，包括肠道通透性增加、小肠细菌过度生长、肠道菌群失调等，是非酒精性脂肪肝发生和发展的重要因素。
　　菌群失调
　　肠道菌群的组成和数量受到宿主不同的内外环境的调节，可能包括饮食、酒精摄入、抗生素和遗传因素，这些因素都可能影响肠道菌群的一致性，导致肠道菌群失调。肠道菌群失调就是肠道菌群平衡的破坏，表现为菌群多样性降低，有益微生物减少，有害微生物增加。健康的肠道菌群主要通过调节免疫过程、帮助消化食物和合成维生素、调节内环境稳态、调节宿主新陈代谢等方式帮助维持宿主健康；而当肠道菌群失调时，肠道屏障功能会受到破坏，有害微生物及其代谢产物会穿过肠道屏障，激活免疫系统，增加肝脏炎症和脂肪变性。
　　有研究发现，非酒精性脂肪肝的严重程度与肠道菌群失调和肠道菌群代谢功能的改变有关；此外，拟杆菌门和瘤胃球菌属细菌分别与非酒精性脂肪性肝炎和肝纤维化有关。另一项研究发现，与健康个体相比，非酒精性脂肪肝患者的拟杆菌门/厚壁菌门比例更高。
　　2012年，法国的一项研究首次支持了肠道菌群失调在非酒精性脂肪肝发生和发展中的作用。在这一研究中，小鼠喂食高脂肪饮食出现了相似的体重增加，但是代谢反应却不同，有的小鼠出现高血糖、高胰岛素血症和促炎细胞因子增加（＂代谢反应型＂），而有的小鼠则保持正常血糖，没有炎症（＂代谢无反应型＂）。
　　当把这些小鼠的肠道细菌移植到无菌小鼠，然后喂食同样的高脂饮食，结果发现，无论移植来自何种小鼠的肠道菌群，这些无菌小鼠都出现类似的肥胖，接受＂代谢反应型＂小鼠的肠道菌群的小鼠出现高血糖和高胰岛素血症，而接受＂代谢无反应型＂小鼠肠道菌群的小鼠仍然维持正常血糖。此外，移植＂代谢反应型＂小鼠肠道菌群的小鼠发生肝脏脂肪变性，肝脏中甘油三酯浓度升高，参与脂肪从头生成的基因表达增加。测序分析发现，＂代谢反应型＂和＂代谢无反应型＂小鼠的肠道菌群在门、属和种的水平上都存在明显的差异。
　　因此，肠道菌群组成的差异可以决定小鼠对高脂饮食的反应，此外，肠道菌群允许疾病表型和肝脏脂肪变性的转移，可以独立于肥胖参与非酒精性脂肪肝的发生。
　　肠道屏障功能障碍
　　肠道屏障是指肠道能够防止肠内的有害物质（比如细菌和毒素）穿过肠黏膜进入人体内其它组织、器官和血液循环的结构和功能的总和。肠道屏障由四个主要屏障组成，包括物理屏障、化学屏障、免疫屏障和微生物屏障，它们在维持内外环境稳定方面发挥着重要作用。
　　健康完整的肠道屏障可以防止毒素和细菌通过，防止肠道细菌发生易位。穿透门静脉的细菌产生的内毒素会增加脂蛋白脂肪酶的活性，促进脂肪酸从头合成和甘油三酯的产生，并激活肝细胞炎症。另一方面，肠道菌群失调可以减少紧密连接蛋白基因的表达，影响肠道屏障完整性。
　　肥胖小鼠的肠道通透性增加会导致门脉内毒素血症增加，从而增加肝细胞对细菌内毒素的敏感性。在另一项研究中，非酒精性脂肪肝患者肠道通透性增加的可能性是健康对照组的5倍。非酒精性脂肪肝患者的肠道通透性与肝脏脂肪变性的严重程度相关。非酒精性脂肪肝患者乳糜泻的发生率也明显高于没有非酒精性脂肪肝的患者，由于乳糜泻是一种典型的紧密连接受损的疾病，这也提示肠道屏障与非酒精性脂肪肝之间存在关联。
　　小肠细菌过度生长
　　小肠细菌过度生长是指小肠内菌群数量或菌群种类改变，达到一定程度并引起临床表现，通常表现为上消化道每毫升内容物中超过10万个细菌，这通常是由于内源性防御机制丧失导致的。最近的证据表明，小肠细菌过度生长在非酒精性脂肪肝患者中普遍存在，并在非酒精性脂肪肝的发病机制中起关键作用。
　　在一项包含23例非酒精性脂肪肝患者和23名健康参与者的临床研究中，与健康参与者相比，非酒精性脂肪肝患者有更高的小肠细菌过度生长发生率和TNF-α 浓度。小肠细菌过度生长会增加内毒素的吸收和肠道通透性，从而引起肠道的免疫改变和肠道炎症，最终可能导致肝损伤的发生。
　　微生物代谢物
　　一些观察性和实验研究调查了微生物代谢物在非酒精性脂肪肝病理发生中的作用。在健康的情况下，较少的肠道内毒素能穿过肠道屏障流入门脉循环而到达肝脏，而对非酒精性脂肪肝患者的研究发现了代谢性内毒素血症与肝脏和全身炎症之间的联系。
　　肝脏的其中一个功能是解毒，包括来自肠道菌群的有害代谢物。肠道微生物易位到肝脏会向肝脏发出信号，诱导免疫细胞炎症级联激活，从而加速非酒精性脂肪肝和肝纤维化的发生。肠道来源的内毒素会激活Kupffer细胞（肝脏中一种特殊的巨噬细胞）产生导致胰岛素抵抗的细胞因子。胰岛素抵抗会增强外周脂类分解和随后的肝脏甘油三酯的积累。人类研究报道，内毒素血症在非酒精性脂肪肝患者和胰岛素抵抗患者中比在健康个体中更为常见。
　　细菌脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌细胞壁的组成部分，在各种类型的肝脏疾病中，门静脉和体循环中LPS的浓度都增加了。肠道屏障功能失调使LPS更容易易位进入肠肝循环。非酒精性脂肪肝和其它慢性肝病与细菌LPS水平增加有关，这是先天免疫反应的主要激活物。LPS会刺激Kupffer细胞和肝星状细胞并诱发脂肪性肝炎。另一方面，LPS可以促进肝细胞巨噬细胞中TNF-α的释放，并促进非酒精性脂肪肝的发生。此外，TNF-α与胰岛素抵抗易感性有关，并在脂质积累与炎症反应的相互作用中发挥重要作用。比如，一项研究发现以富含LPS的饮食喂养大鼠24周，肝脏脂肪变性的进程比对照组明显加快；另一项研究表明，LPS可以通过代谢性内毒素血症模拟高脂饮食对大鼠的影响，导致炎症失调，引发体重增加、胰岛素抵抗和非酒精性脂肪肝的发生；此外，非酒精性脂肪肝患者的血浆LPS抗体比健康对照者有所增加，而且这种增加与肝脏疾病的严重程度直接相关。
　　其它微生物代谢物，比如短链脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸），是肠道细菌发酵复杂碳水化合物（比如膳食纤维）所产生的。短链脂肪酸作为肠道菌群和宿主之间的信号分子，影响免疫反应、能量代谢和脂肪组织扩张。然而，短链脂肪酸在非酒精性脂肪肝中的作用机制尚未完全了解。丁酸是肠细胞的主要能量来源，影响能量平衡和胰岛素敏感性。丁酸被认为是抗肥胖的，在非酒精性脂肪肝患者中它的水平是低于丙酸和乙酸的。肥胖小鼠中补充丁酸可以改善肠道屏障完整性，增加胰岛素分泌，减少脂肪组织的数量。乙酸和丙酸在肝脏中诱导糖异生和脂肪生成，可能导致非酒精性脂肪肝和肥胖。另一方面，短链脂肪酸作为脂肪细胞中表达的G蛋白偶联受体GPR43和GPR41的配体，GPR43的激活可以抑制脂肪分解和脂肪细胞分化，从而增加脂肪组织质量。
　　胆汁酸对调节脂质和碳水化合物代谢以及炎症反应也很重要。此外，正常水平的胆汁酸通过维持肠道屏障完整性来防止肠道细菌易位。胆汁酸具有强大的抗菌活性，因为它们含有免疫球蛋白A，可以调节肠道菌群的负荷。初级胆汁酸是在肝细胞内的各种酶的作用下由胆固醇合成的。在远端小肠和结肠中，肠道微生物将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸。初级胆汁酸是法尼酯X受体（FXR）的配体，FXR参与控制肝脏脂肪从头生成，极低密度脂蛋白的输出以及血浆甘油三酯的周转。肠道菌群失调可能通过影响胆汁酸的代谢而影响FXR信号通路，从而导致肝脏脂肪堆积，增加非酒精性脂肪肝的风险。
　　由于肠道菌群组成的改变，特别是产乙醇的大肠杆菌的数量增加，会增加内源性乙醇的产生，这可能通过增加肠道通透性，破坏肠道紧密连接，从而导致肝脏损伤。内毒素和内源性乙醇诱导炎症激活，最终导致肝组织炎症反应。此外，乙醇还会增加氧化损伤和肝细胞坏死。内源性乙醇还促进催化乙醇氧化的细胞色素P450 2E1酶的活性，增加自由基的产生，这可能导致氧化损伤和肝脏炎症。除大肠杆菌以外，拟杆菌、双歧杆菌和梭菌也可以产生乙醇，从而可能对肝脏酒精清除机制产生重大负担，促进非酒精性脂肪肝的发生和进程。
　　基于肠道菌群的非酒精性脂肪肝治疗
　　益生菌、益生元和合生元
　　越来越多的证据表明肠道菌群对非酒精性脂肪肝的发生和发展有影响，这为制定基于肠道菌群的非酒精性脂肪肝管理策略提供了一个可接受的理由。最常用的调节肠道菌群的手段包括益生菌、益生元和合生元。益生菌是摄入足够数量时，能够对宿主健康产生有益影响的活性微生物；益生元是可以选择性地刺激肠道中有益微生物的生长和代谢活性的不可消化的膳食成分；合生元是益生菌和益生元的组合。许多研究调查了这些基于肠道菌群的干预对非酒精性脂肪肝治疗的效果。
　　动物模型实验研究证明，益生菌、益生元和合生元对肠道菌群具有显著的调节作用。一种由嗜热链球菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌和保加利亚乳杆菌组成的复合益生菌以及抗TNF抗体可以降低肥胖小鼠肝脏总脂肪酸含量，改善肝脏组织学，降低血浆转氨酶水平，下调促炎功能。另有研究发现，合生元和益生元可以通过调节大鼠β氧化和脂肪生成相关基因的表达，改善高胆固醇血症相关的肝脏变化。
　　一项研究评估了由双歧杆菌、乳酸杆菌、乳球菌、丙酸杆菌和醋酸杆菌组成的复合益生菌对伴有非酒精性脂肪肝的2型糖尿病患者脂肪肝指数和转氨酶活性的影响。结果发现，益生菌治疗8周后，脂肪肝指数、谷草转氨酶和γ -谷氨酰转肽酶显著降低。亦有研究发现，双歧杆菌可能对儿童患者的肥胖和非酒精性脂肪肝具有保护和有益的作用。此外，一些关于非酒精性脂肪肝的人类研究结果提示，合生元对肝脏脂肪变性的管理具有有益作用。
　　粪菌移植
　　粪菌移植是将健康人的粪便细菌移植到患者的肠道内，重建患者的肠道菌群而达到治疗疾病的目的，目前已被公认为一种极有前途的代谢性疾病的管理方法。关于粪菌移植的人类研究目前大多限于伴有代谢综合征的肥胖成人，很少针对非酒精性脂肪肝患者。
　　研究发现，代谢综合征患者在粪菌移植六周后，胰岛素敏感性和肠道微生物多样性增加。动物实验也发现，粪菌移植可以改善促炎细胞因子、肝脏脂质积累和胰岛素抵抗。因此，粪菌移植可能可以作为一种改善非酒精性脂肪肝患者的代谢危险因素的潜在治疗方法。
　　肠道菌群的健康平衡对我们的身心健康至关重要。肠道菌群平衡的破坏似乎在肝损伤的起始和进展以及非酒精性脂肪肝的发生和严重程度中发挥了关键作用。非酒精性脂肪肝作为世界范围内常见的肝脏疾病，其早期管理应引起足够的重视。饮食和生活方式的改变是非酒精性脂肪肝的最佳初始管理方法，调节肠道菌群可以作为非酒精性脂肪肝治疗和管理的进一步策略。
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　　参考文献：Bakhshimoghaddam F, Alizadeh M, Contribution of gut microbiota to nonalcoholic fatty liver disease: pathways of mechanisms, Clinical Nutrition ESPEN, https://doi.org/10.1016/j.clnesp.2021.05.012.