腸道菌群與非酒精性脂肪性肝病

周達+范建高

摘 要 非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease， NAFLD）在全球范圍內越來越常見，造成極大的疾病負擔，故對其發生、發展及防治措施進行研究變得十分迫切。近年來，腸道菌群被認為是機體的一個重要的“特殊器官”，它參與機體的代謝并與相關疾病的發生、發展相關，與NAFLD的關系亦密切，值得深入探索，以期能尋找到防治NAFLD的新措施。

關鍵詞 腸道菌群 非酒精性脂肪性肝病 發病機制

中圖分類號：R589.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2016）19-0013-04

Gut microbiota and non-alcoholic fatty liver disease*

ZHOU Da**， FAN Jiangao***（Department of Gastroenterology， Xinhua Hospital， School of Medicine， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200092， China）

ABSTRACT Non-alcoholic fatty liver disease （NAFLD） is getting more and more prevalent worldwide which causes great burden of disease， it is urgent to investigate the development， progression， prevention and treatment of NAFLD. Gut microbiota， as an “important and special organ” of the body， intimately participates in the metabolism of the body， the onset and progression of NAFLD as well， which merits further studies in order to find new breakthrough for NAFLD.

KEY WORDS gut microbiota； non-alcoholic fatty liver disease； mechanisms

非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease， NAFLD）是代謝綜合征的一種常見肝臟表現，現已成為在西方國家乃至全世界引起人們肝酶水平異常的主要原因，造成了極大的疾病負擔[1]。目前，有關NAFLD的發病機制仍模糊不清，未獲完全闡明。除環境和遺傳因素外，越來越多的研究提示，腸道菌群在NAFLD的發生、發展過程中起著重要作用。

NAFLD主要包括單純性肝脂肪變、非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis， NASH）、NASH相關肝硬化和肝癌。NAFLD患者的心、腦血管疾病發病率較高，疾病相關死亡率也更高。依賴現有診斷方法（生化、影像學和病理檢查），NAFLD和NASH的全球人口患病率平均分別約為30%和4%，但世界不同地區數據的差異較大[2]。

關于NAFLD的發病機制，最早提出的是“二次打擊”假說，即：胰島素抵抗使得脂質聚積于肝內，隨后引發氧化應激造成肝損害[3]。近年又出現了“多元平行打擊”假說，它認為炎癥和脂肪變的出現不分先后，是同時伴隨的脂毒性、氧化應激、線粒體功能障礙和鐵超載等共同促進了NAFLD的發生和發展[4]。不過，隨著對腸道菌群研究的深入，其與NAFLD的關系已逐漸被揭開。

腸道菌群為機體不可或缺的一個特殊“器官”，參與機體的代謝活動，如提供能量、合成并分泌激素和維生素、促進機體免疫成熟等，數量級達1014，基因總量超過30萬條，是人基因總量的100倍[5]。相關研究是自尋找NAFLD患者與健康對照者糞便菌群間的差異開始的。Zhu等[6]通過16S rRNA測序發現，經肝活組織檢查證實的NASH患者及肥胖兒童糞便中的擬桿菌數量顯著增加而厚壁菌數量顯著減少，同時發現NASH患者腸道內的擬桿菌門數量對厚壁菌門數量的比值提高。但對后一發現，在隨后的研究中差異很大。比如，Raman等[7]并未發現NAFLD患者腸道內的擬桿菌門數量對厚壁菌門數量的比值有變化；Mouzaki等[8]的研究則發現，NASH患者的此比值顯著降低；而Spencer等[9]的研究還發現，腸道內γ-變形菌屬的豐度與肝脂肪變呈顯著負相關性，故該豐度可用來預測膽堿缺乏個體發生脂肪肝的可能性。由此可見，單純從菌門水平來分析腸道菌群與NAFLD的關系顯然不夠，深入至菌屬甚至菌種水平可能更為精準，同時靶向性也更明確。當然，由于研究方法、人群和飲食等的差異，要發現明確具有促進NAFLD發生和發展作用的菌屬確實存在一定的難度。

腸道菌群與NAFLD發生和發展的關系十分復雜，目前的研究成果主要集中在如下幾個方面。

1）腸道菌群失衡可導致肥胖，而后者是引發NAFLD的重要因素。

此類研究的數量較多。比如，Backhed等[10]發現，盡管無菌小鼠攝入的能量較存在腸道菌群的小鼠高，但體重卻明顯更低，而對無菌小鼠腸道移植正常鼠腸道菌群后再使之攝入高能量，則其體重顯著增加；Turnbaugh等[11]發現，將肥胖小鼠的腸道菌群和體重正常小鼠的腸道菌群分別移植至無菌小鼠腸道，移植了肥胖小鼠腸道菌群的無菌小鼠的體重增加明顯更多，且出現了肥胖體征；Derrien等[12]發現，腸道內Akkermansia municiphila的豐度與非肥胖呈顯著正相關性，即提高腸道內Akkermansia municiphila的豐度有助于減重和抑制肥胖發生（后續還有很多Akkermansia municiphila改善機體代謝的具體機制的研究，主要為調節機體免疫和炎癥反應等[13-14]）。由此可見，腸道菌群與機體能量的吸收、代謝密切相關。此外，小腸細菌過度生長（small intestinal bacterial overgrowth， SIBO）現象也須予以重視。在NAFLD患者及動物模型中均發現存在SIBO現象[15-17]，后者可顯著增加機體的能量吸收，同時提高腸道的通透性、增加有害物質入血并加重肝臟炎癥。但目前在SIBO的診斷（主要通過呼氣試驗）上仍存在問題，包括缺乏統一的標準及高效的方法等，未來需探索更精確、更有效的SIBO診斷方法。

2）腸道菌群產生的內生性乙醇可促進NAFLD的發展。

最早在排除飲酒的情況下發現，肥胖女性體內的乙醇含量顯著提高[18]。隨后又發現，NASH兒童體內的乙醇含量顯著提高[6]，并發現NASH患者肝內的乙醇代謝酶水平顯著提高[19]。這些數據提示了內生性乙醇的潛在危害，即可能造成肝臟脂肪聚積和引起氧化應激（即乙醇的“二次打擊”）。另外，乙醇可提高腸道的通透性，促進有害物質入血，促進NAFLD的發生和發展[20]。不過，腸道菌群產生的內生性乙醇含量有限，其與NAFLD的關系是繼發還是使動尚有待更多研究的揭示。

3）腸道菌群可通過內毒素介導肝內炎癥。

眾所周知，內毒素由革蘭陰性菌產生，其活性成分為脂多糖，后者可與肝內Toll樣受體結合，致使炎癥因子釋放并引發后續炎癥反應而促進NAFLD的發展[21]。有關研究發現，對正常小鼠注射低劑量脂多糖可致肝炎發生[22]，對NAFLD小鼠注射脂多糖可顯著促進肝臟疾病進展[23]。研究還發現，高脂誘導的NAFLD動物模型的血清脂多糖水平顯著升高[24]，NAFLD患者的血清脂多糖水平也高于健康對照者，尤其是在出現肝臟早期纖維化時[25-26]。由此可見，脂多糖水平升高為NAFLD的病理特征，脂多糖可引起炎癥級聯反應而造成對肝臟的“二次打擊”。

4）腸道菌群可調節膽堿代謝。

腸道菌群失衡可促進腸道內的膽堿代謝為甲胺，后者有肝損害作用，同時可造成機體膽堿缺乏，繼而引發肝內脂質沉積[27]。腸道菌群介導的膽堿缺乏可能是促進NAFLD發展的機制之一，但此目前仍需得到更多直接證據、尤其是來自人體研究數據的支持。

腸道菌群促進NAFLD發生和發展還可能有其他更為復雜的機制，比如腸道菌群通過調節機體免疫細胞間接促進或改善NAFLD。腸道菌群可調控腸道中不同淋巴細胞亞群[如輔助性T細胞（T helper cells， Th）1/Th2、調節性T細胞/Th17]的分化，調節B細胞、自然殺傷T細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞等免疫細胞的功能和活性，以及維持黏膜免疫系統中促炎與抗炎機制間的動態平衡（為黏膜免疫穩態維持的關鍵調節因素，同時可避免自身免疫反應）等[28-30]。不過，更多的研究還是僅提示免疫細胞分泌的免疫因子可間接影響肝臟，而腸道淋巴細胞是否可特異性地歸巢入肝、進而直接影響NAFLD的進展仍需得到進一步的強有力的直接證據的支持。

早在腸道菌群與NAFLD的關系受到高度關注之前，腸道益生菌的補充可改善機體代謝的事實就已被發現。有研究提示，益生菌Lactobacillus rhamnosus GG[31]和Lactobacillus casei Shirota[32]均可顯著改善飲食誘導小鼠模型的NAFLD和NASH，其機制之一即為改善疾病小鼠的腸道菌群。但是，有關益生菌改善人NAFLD的研究數較少。Wong等[33]研究發現，對經肝穿刺檢查證實的NASH患者給予益生菌治療可顯著減少患者肝內的脂質含量。一項meta分析顯示，益生菌療法可顯著降低NAFLD患者的肝酶、總膽固醇和炎癥因子水平，改善胰島素抵抗[34]。最近進行的一項研究揭示，NAFLD的嚴重程度與腸道菌群失衡及其代謝功能的變化有關，其中擬桿菌屬的豐度與NASH呈獨立相關性，瘤胃球菌屬的豐度與顯著的肝纖維化呈獨立相關性[35]。這些研究提示，調節腸道菌群可成為NAFLD的治療方案之一，而對腸道菌群的深度分析也許還可幫助我們尋找到NAFLD的新的診斷和病情判斷方法，這也是未來進行相關研究的更具體的方向。

當然，盡管有關腸道菌群與NAFLD關系的研究數甚多，但這些研究仍存在很多不足之處：①由于受到現有菌群研究方法或技術的限制，還有很多腸道菌、尤其是與NAFLD相關的腸道菌無法確定種屬，更無法進行體外培養的具體研究，因此更應建立標準化的研究預案，使對不同地區、不同人群的研究數據相互間具有一定的參考價值；②大部分研究僅分析了糞便中的菌群，因此還應將研究對象聚焦于小腸內的細菌，后者與糞便中的菌群差異很大，同時與NAFLD發生的關系也更密切；③腸道內除了細菌外，還有病毒、古生菌等，它們是否與NAFLD相關也值得探索；④菌群研究耗資大，故不能僅單純檢測細菌，還應同步進行RNA、DNA和蛋白組學的分析及檢測，以開拓新的研究視野。

隨著美國“人類微生物組計劃”（http：//commonfund. nih.gov/hmp）、歐洲“腸道微生物組計劃”（http：//www. metahit.eu）和國際“聯合人類微生物組計劃”（http：// www.human-microbiome.org）[36]的相繼實施，腸道菌群與疾病的關系開始被廣泛探索，研究成果與日俱增，其中腸道菌群與代謝性疾病、包括NAFLD的關系得到了最為廣泛和深入的探索[37]。從精準醫學和轉化醫學的角度看，研究的深入、技術和方法的更新必將對闡明腸道微生物與NAFLD進展的關系提供莫大的幫助，進而為NAFLD的診斷與治療提供新的思路和靶點。

參考文獻

[1] Wang FS， Fan JG， Zhang Z， et al. The global burden of liver disease： the major impact of China [J]. Hepatology， 2014， 60（6）： 2099-2108.

[2] Rinella ME. Nonalcoholic fatty liver disease： a systematic review [J]. JAMA， 2015， 313（22）： 2263-2273.

[3] Day CP， James OF. Steatohepatitis： a tale of two “hits”？ [J]. Gastroenterology， 1998， 114（4）： 842-845.

[4] Tilg H， Moschen AR. Evolution of inflammation in nonalcoholic fatty liver disease： the multiple parallel hits hypothesis [J]. Hepatology， 2010， 52（5）： 1836-1846.

[5] Blaut M. Gut microbiota and energy balance： role in obesity[J]. Proc Nutr Soc， 2015， 74（3）： 227-234.

[6] Zhu L， Baker SS， Gill C， et al. Characterization of gut microbiomes in nonalcoholic steatohepatitis （NASH） patients： a connection between endogenous alcohol and NASH [J]. Hepatology， 2013， 57（2）： 601-609.

[7] Raman M， Ahmed I， Gillevet PM， et al. Fecal microbiome and volatile organic compound metabolome in obese humans with nonalcoholic fatty liver disease [J]. Clin Gastroenterol Hepatol， 2013， 11（7）： 868-875.e1-e3.

[8] Mouzaki M， Comelli EM， Arendt BM， et al. Intestinal microbiota in patients with nonalcoholic fatty liver disease[J]. Hepatology， 2013， 58（1）： 120-127.

[9] Spencer MD， Hamp TJ， Reid RW， et al. Association between composition of the human gastrointestinal microbiome and development of fatty liver with choline deficiency [J]. Gastroenterology， 2011， 140（3）： 976-986.

[10] Backhed F， Ding H， Wang T， et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage [J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2004， 101（44）： 15718-15723.

[11] Turnbaugh PJ， Ley RE， Hamady M， et al. The human microbiome project [J]. Nature， 2007， 449（7164）： 804-810.

[12] Derrien M， Vaughan EE， Plugge CM， et al. Akkermansia muciniphila gen. nov.， sp. nov.， a human intestinal mucindegrading bacterium [J]. Int J Syst Evol Microbiol， 2004， 54（Pt 5）： 1469-1476.

[13] Shin NR， Lee JC， Lee HY， et al. An increase in the Akkermansia spp. population induced by metformin treatment improves glucose homeostasis in diet-induced obese mice [J]. Gut， 2014， 63（5）： 727-735.

[14] Everard A， Belzer C， Geurts L， et al. Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet-induced obesity [J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2013， 110（22）： 9066-9071.

[15] Wu WC， Zhao W， Li S. Small intestinal bacteria overgrowth decreases small intestinal motility in the NASH rats [J]. World J Gastroenterol， 2008， 14（2）： 313-317.

[16] Miele L， Valenza V， La Torre G， et al. Increased intestinal permeability and tight junction alterations in nonalcoholic fatty liver disease [J]. Hepatology， 2009， 49（6）： 1877-1887.

[17] Sabaté JM， Jouet P， Harnois F， et al. High prevalence of small intestinal bacterial overgrowth in patients with morbid obesity： a contributor to severe hepatic steatosis [J]. Obes Surg， 2008， 18（4）： 371-377.

[18] Nair S， Cope K， Risby TH， et al. Obesity and female gender increase breath ethanol concentration： potential implications for the pathogenesis of nonalcoholic steatohepatitis [J]. Am J Gastroenterol， 2001， 96（4）： 1200-1204.

[19] Baker SS， Baker RD， Liu W， et al. Role of alcohol metabolism in non-alcoholic steatohepatitis [J/OL]. PLoS One， 2010， 5（3）： e9570 [2016-04-07]. http：//journals.plos.org/plosone/article/ asset？id=10.1371%2Fjournal.pone.0009570.PDF.

[20] Volynets V， Kuper MA， Strahl S， et al. Nutrition， intestinal permeability， and blood ethanol levels are altered in patients with nonalcoholic fatty liver disease （NAFLD） [J]. Dig Dis Sci， 2012， 57（7）： 1932-1941.

[21] Ruiz AG， Casafont F， Crespo J， et al. Lipopolysaccharidebinding protein plasma levels and liver TNF-alpha gene expression in obese patients： evidence for the potential role of endotoxin in the pathogenesis of non-alcoholic steatohepatitis[J]. Obes Surg， 2007， 17（10）： 1374-1380.

[22] Yang SQ， Lin HZ， Lane MD， et al. Obesity increases sensitivity to endotoxin liver injury： implications for the pathogenesis of steatohepatitis [J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 1997， 94（6）： 2557-2562.

[23] Imajo K， Fujita K， Yoneda M， et al. Hyperresponsivity to low-dose endotoxin during progression to nonalcoholic steatohepatitis is regulated by leptin-mediated signaling [J]. Cell Metab， 2012， 16（1）： 44-54.

[24] Cani PD， Amar J， Iglesias MA， et al. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance [J]. Diabetes， 2007， 56（7）： 1761-1772.

[25] Alisi A， Manco M， Devito R， et al. Endotoxin and plasminogen activator inhibitor-1 serum levels associated with nonalcoholic steatohepatitis in children [J]. J Pediatr Gastroenterol Nutr， 2010， 50（6）： 645-649.

[26] Harte AL， da Silva NF， Creely SJ， et al. Elevated endotoxin levels in non-alcoholic fatty liver disease [J/OL]. J Inflamm（Lond）， 2010， 7： 15 [2016-04-13]. http：//www.ncbi.nlm.nih. gov/pmc/articles/PMC2873499/pdf/1476-9255-7-15.pdf.

[27] Dumas ME， Barton RH， Toye A， et al. Metabolic profiling reveals a contribution of gut microbiota to fatty liver phenotype in insulin-resistant mice [J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2006， 103（33）： 12511-12516.

[28] Hooper LV， Littman DR， Macpherson AJ. Interactions between the microbiota and the immune system [J]. Science， 2012， 336（6086）： 1268-1273.

[29] Wu HJ， Wu E. The role of gut microbiota in immune homeostasis and autoimmunity [J]. Gut Microbes， 2012， 3（1）： 4-14.

[30] Shulzhenko N， Morgun A， Hsiao W， et al. Crosstalk between B lymphocytes， microbiota and the intestinal epithelium governs immunity versus metabolism in the gut [J]. Nat Med， 2011， 17（12）： 1585-1593.

[31] Ritze Y， Bárdos G， Claus A， et al. Lactobacillus rhamnosus GG protects against non-alcoholic fatty liver disease in mice [J/OL]. PLoS One， 2014， 9（1）： e80169[2016-04-14]. http：//journals.plos.org/plosone/article/ asset？id=10.1371%2Fjournal.pone.0080169.PDF.

[32] Okubo H， Sakoda H， Kushiyama A， et al. Lactobacillus casei strain Shirota protects against nonalcoholic steatohepatitis development in a rodent model [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol， 2013， 305（12）： G911-G918.

[33] Wong VW， Tse CH， Lam TT， et al. Molecular characterization of the fecal microbiota in patients with nonalcoholic steatohepatitis — a longitudinal study [J/OL]. PLoS One， 2013， 8（4）： e62885 [2016-04-17]. http：//journals.plos.org/ plosone/article/asset？id=10.1371%2Fjournal.pone.0062885. PDF.

[34] Ma YY， Li L， Yu CH， et al. Effects of probiotics on nonalcoholic fatty liver disease： a meta-analysis [J]. World J Gastroenterol， 2013， 19（40）： 6911-6918.

[35] Boursier J， Mueller O， Barret M， et al. The severity of nonalcoholic fatty liver disease is associated with gut dysbiosis and shift in the metabolic function of the gut microbiota [J]. Hepatology， 2016， 63（3）： 764-775.

[36] Dubilier N， McFall-Ngai M， Zhao L. Microbiology： create a global microbiome effort [J]. Nature， 2015， 526（7575）： 631-634.

[37] Stenman LK， Burcelin R， Lahtinen S. Establishing a causal link between gut microbes， body weight gain and glucose metabolism in humans — towards treatment with probiotics[J/OL]. Benef Microbes， 2015， 7（1）： 11-22. [2016-04-19]. http：//www.wageningenacademic.com/doi/pdf/10.3920/ BM2015.0069.