您所在的位置:首頁 > 肝病科醫(yī)學(xué)進(jìn)展 > 腸道菌群、膽汁酸代謝與非酒精性脂肪性肝病
近年來,隨著肥胖和代謝綜合征的流行,非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease,NAFLD)的患病率逐年遞增,肥胖和胰島素抵抗(IR)是NAFLD的兩大***危險(xiǎn)因素。非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)主要表現(xiàn)為NAFLD相關(guān)的肝細(xì)胞炎癥反應(yīng),可發(fā)展為肝硬化、肝衰竭,甚至肝細(xì)胞癌(HCC),因此NASH是NAFLD疾病譜中需重點(diǎn)防止的一類。本文介紹了腸道菌群與肥胖和IR的關(guān)系,腸道菌群與膽汁酸代謝的相互關(guān)系,以及膽汁酸和膽汁酸受體在膽汁酸代謝中發(fā)揮的作用。筆者認(rèn)為腸道菌群失衡和膽汁酸代謝紊亂促進(jìn)NAFLD的發(fā)生發(fā)展。
1、腸道菌群對(duì)NAFLD的作用
1.1 腸道菌群與肥胖
人體的腸道菌群主要由厚壁桿菌菌群和擬桿菌菌群組成,這兩種菌群在腸道中所占比例影響宿主攝取能量物質(zhì)的能力。與正常體重人群相比,肥胖患者腸道中的厚壁桿菌菌群數(shù)量更多,而擬桿菌菌群數(shù)量較少,且隨著體重的減輕,其厚壁桿菌菌群數(shù)與擬桿菌菌群數(shù)比值亦降低,更接近正常體重人群,提示腸道菌群與肥胖之間具有一定關(guān)聯(lián)。Daniel等研究了喂飼高糖高脂飲食12周小鼠的腸道菌群,并對(duì)其細(xì)菌蛋白質(zhì)及代謝產(chǎn)物分別進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的分析,發(fā)現(xiàn)能量物質(zhì)攝入的增加可改變激素調(diào)節(jié)體系、抗菌體系及膽汁酸和膽紅素代謝,該現(xiàn)象提示肥胖可在功能水平上對(duì)腸道菌群產(chǎn)生影響。肥胖導(dǎo)致的腸道菌群失衡對(duì)NAFLD具有促進(jìn)作用,小腸細(xì)菌過度生長和腸壁通透性增加是機(jī)體內(nèi)毒素血癥發(fā)生的條件,可繼發(fā)炎癥反應(yīng)、細(xì)胞因子的產(chǎn)生和IR,能量攝入增加將使肥胖、腸道菌群和NAFLD緊密聯(lián)系起來,但其具體作用機(jī)制仍有待研究。
1.2 腸道菌群與IR
有報(bào)道稱,腸道菌群失衡可誘發(fā)IR.IR在肝脂肪變性過程中發(fā)揮重要作用,對(duì)肝臟炎癥反應(yīng)也具有一定影響,是NAFLD發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。脂多糖(Lipopoly saccharide,IRS)是革氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分,該物質(zhì)可通過4型Toll樣受體(toll-like receptors,TLR)等介導(dǎo)的信號(hào)通路激活炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致多種物質(zhì)的基因表達(dá)上調(diào),包括腫瘤壞死因子(TNF)α和白細(xì)胞介素(IL)6等多種細(xì)胞因子、誘生性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、細(xì)胞核因子(nuclear factor,INF)KB等,這些炎性介質(zhì)可誘發(fā)IR.Volynets等發(fā)現(xiàn)伴有2型糖尿病的NAFLD患者與單純NAFLD患者相比,其血清中內(nèi)毒素水平更高,表現(xiàn)出典型的IR狀態(tài),使用益生菌或抗TNFα抗體調(diào)節(jié)腸道菌群可降低血清中炎性因子水平,抑制IR,減緩肝脂肪變性。但是,受飲食結(jié)構(gòu)、遺傳基因、新陳代謝、環(huán)境因素和相關(guān)疾病的影響,不同患者之間存在個(gè)體差異。
1.3 腸道菌群與NAFLD的發(fā)展
“二次打擊”學(xué)說提示,肝細(xì)胞脂肪沉積作為“初次打擊”對(duì)肝細(xì)胞產(chǎn)生一系列后果,這些后果作為“二次打擊”促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。腸道菌群失衡通過固有免疫機(jī)制或增加內(nèi)生性乙醇的生成,也可對(duì)受損的肝細(xì)胞進(jìn)行“二次打擊”.肝臟內(nèi)的多種固有免疫細(xì)胞可以通過TLR和NOD樣受體(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors,NLR)兩種模式識(shí)別受體,識(shí)別攜帶特定病原相關(guān)模式分子的外源性物質(zhì)和損傷相關(guān)模式分子的內(nèi)源性物質(zhì),這些細(xì)菌代謝產(chǎn)物和受體間的相互作用可促使多種炎癥通路和炎性小體激活I(lǐng)L-1阝轉(zhuǎn)化酶(caspase-1),活化的caspase-1可將IL-1阝前體和IL-18前體剪切為促炎細(xì)胞因子,這些促炎細(xì)胞因子,特別是TNFα過多,會(huì)促進(jìn)NAFLD的病情進(jìn)展。腸道菌群失衡使腸壁通透性增大,致TLR4和TLR9配體大量流人門靜脈循環(huán),這些配體會(huì)提高肝臟TNFα的表達(dá)水平。對(duì)于先天缺失炎性小體的基因敲除小鼠而言,其門靜脈血中LPS和結(jié)合了TLR4與TLR9的細(xì)菌DNA水平升高,肝臟TNFα表達(dá)增多,可促使肝細(xì)胞脂肪變性和炎癥反應(yīng)加劇。
Ye等通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,Kupffer細(xì)胞中的TLR4對(duì)于誘導(dǎo)肝脂肪變性向NASH轉(zhuǎn)變起重要作用,TLR4的數(shù)量減少可減輕NASH的嚴(yán)重程度。有研究對(duì)NASH患者同健康正常成人進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)NASH患者存在腸道菌群失調(diào)、革陰性桿菌過度生長的現(xiàn)象,提示腸道微生態(tài)失衡可能參與了NASH的發(fā)生發(fā)展。另外,腸道菌群是內(nèi)生性乙醇的主要來源,乙醇可使腸道黏膜通透性增加,從而提高血清內(nèi)毒素水平。Zhu等在對(duì)NASH患者和正常人腸道菌群的對(duì)比中發(fā)現(xiàn),NASH患者的腸道內(nèi)生產(chǎn)乙醇的大腸桿菌過量,致使血清中乙醇水平升高。Baker等在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),NASH患者的肝臟中可代謝乙醇的酶含量顯著增多。這些研究結(jié)果表明,NASH患者的腸道菌群失衡可弓起內(nèi)生性乙醇的產(chǎn)量增多,增加腸壁通透性,有利于活性氧系(reactive oxygen species,ROS)、細(xì)菌內(nèi)毒素和乙醇及其毒性代謝產(chǎn)物進(jìn)入肝臟,促進(jìn)肝臟炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致肝損害加劇,加速了NAFLD的病情進(jìn)展。
2、腸道菌群與膽汁酸代謝
腸道菌群也可通過影響膽汁酸的正常代謝間接對(duì)NAFLD的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮作用。腸道菌群對(duì)于膽汁酸的轉(zhuǎn)化必不可少,并通過肝腸循環(huán)影響膽汁酸池的大小和成分。在腸道菌群的作用下,初級(jí)膽汁酸7α一羥基脫氧后生成次級(jí)膽汁酸,即脫氧膽酸和石膽酸。另外多種腸道細(xì)菌的膽汁酸鹽水解酶共同催化水解N一乙酰胺基鍵,完成結(jié)合型膽汁酸的解離。腸道菌群通過法尼醇X受體(farnesoid X receptor,FXR)和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體(G protein-coupled bile acid receptor,TGR)5調(diào)節(jié)膽汁酸代謝,并且參與有關(guān)膽汁酸合成、代謝和重吸收的基因表達(dá)。Dekaney等對(duì)回盲腸切除術(shù)后FXR缺乏的無菌小鼠與野生型小鼠進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)前者的膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因不能正常表達(dá)。Sayin等發(fā)現(xiàn)腸道菌群不僅調(diào)節(jié)次級(jí)膽汁酸代謝,而且通過對(duì)回腸中FXR的作用,調(diào)節(jié)肝臟中膽汁酸的合成與代謝。膽汁酸也是TGR5的配體,可激活核受體FXROFXR對(duì)于控制脂肪在肝臟中的從頭合成和甘油一酯的輸出和轉(zhuǎn)運(yùn)起關(guān)鍵作用,TGR5**胰高血糖素樣肽分泌,與次級(jí)膽汁酸結(jié)合,促進(jìn)糖代謝。TGR5配體的應(yīng)用可降低血清和肝臟中甘油一酯的水平,從而減輕肝臟脂肪變性程度。腸道菌群通過膽汁酸代謝和FXR/TGR5信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,調(diào)控NAFLD的發(fā)生發(fā)展。
膽汁酸不僅能乳化脂肪促進(jìn)脂溶性物質(zhì)的消化與吸收,還具有很強(qiáng)的殺菌作用,通過與細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂結(jié)合破壞菌膜,達(dá)到抗細(xì)菌粘附并中和內(nèi)毒素的效果,抑制小腸細(xì)菌過度生長,且不同的菌種對(duì)膽汁酸的敏感度不同。有報(bào)道稱,富含飽和脂肪酸的高脂飲食可促使機(jī)體膽汁酸成分的改變,從而使細(xì)菌生存的環(huán)境發(fā)生變化,導(dǎo)致腸道菌群失衡,進(jìn)一步加重膽汁酸代謝紊亂,產(chǎn)生一系列具有肝毒性的物質(zhì)進(jìn)入肝臟,誘發(fā)NAFLD.
3、膽汁酸代謝對(duì)NAFLD的作用
3.1 膽汁酸與NAFLD
人體內(nèi)膽汁酸水平與血清中甘油一酯水平呈正相關(guān),因此膽汁酸水平過高與NAFLD的發(fā)生有一定關(guān)聯(lián)。膽汁酸在回腸重吸收時(shí),腸細(xì)胞同時(shí)分泌成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)19進(jìn)入肝腸循環(huán),與成纖維細(xì)胞生長因子受體(FGFR)4結(jié)合,激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNR)和胞外信號(hào)調(diào)控激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)兩大信號(hào)通路,抑制膽汁酸合成反應(yīng)的限速酶膽固醇7α羥化酶(CYP7A1)基因的轉(zhuǎn)錄,從而抑制膽汁酸的合成。NAFLD患者血清中的FGF19水平降低,進(jìn)一步揭示膽汁酸、FGF19和NAFLD之間可能存在一定聯(lián)系。FGF19對(duì)于不同年齡段的臨床意義不同。有報(bào)道稱,患有NAFLD的成人體內(nèi)FGF19的水平不能單獨(dú)評(píng)估肝臟組織學(xué)變化,而患有NAFLD的兒童體內(nèi)FGF19的水平與肝臟脂肪變性和纖維化的程度相關(guān)。但是FGF19在NAFLD的發(fā)生發(fā)展過程中所發(fā)揮的作用機(jī)制目前尚未明確。
3.2 膽汁酸受體與NAFLD
3.2.1 FXR
FXR既是膽汁酸核受體,也是肝臟從頭合成膽汁酸時(shí)的抑制劑,在肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞中高表達(dá)。FXR參與膽固醇代謝、甘油三酯代謝、糖代謝和能量消耗的過程,特別是在維持正常脂類代謝和控制炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用,因此,F(xiàn)XR的缺失會(huì)增加肝細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量,促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。FXR的缺失臨床上表現(xiàn)為肝臟脂肪變性、炎性浸潤和纖維化。Dekaney等發(fā)現(xiàn)回盲腸切除術(shù)后FXR缺失的無菌小鼠與野生型小鼠相比,F(xiàn)XR介導(dǎo)的Wnt/B一catenin信號(hào)減弱,不能誘導(dǎo)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá),使甘油三酯和膽固醇增多,導(dǎo)致脂肪性肝炎。Bechmann等對(duì)113名NAFLD患者進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨著體內(nèi)游離脂肪酸水平的升高,CYP7A1和膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體鈉離子/牛磺膽酸鹽同向轉(zhuǎn)運(yùn)器(NTCP)的表達(dá)水平提高,提示膽汁酸的合成速率和血漿中的膽汁酸濃度與NAFLD嚴(yán)重程度相關(guān)。將FXR配體WAY-362450應(yīng)用于NASH小鼠可減輕肝臟炎癥和纖維化程度,WAY-362450的應(yīng)用下調(diào)了TGFβ1、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)2、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)I等與肝纖維化相關(guān)的基因表達(dá),降低血清中ALT、AST的水平,減少角質(zhì)化細(xì)胞衍生趨化因子和單核細(xì)胞趨化蛋白1等炎性因子的產(chǎn)生,對(duì)于治療NAFLD有一定作用。
有報(bào)道稱,核細(xì)胞系因子2相關(guān)因子(nuclear factor-E2-related factor 2,Nrf2)對(duì)于FXR的活化具有一定作用。Toshinori等通過建立高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD小鼠模型,發(fā)現(xiàn)進(jìn)飼高膽固醇飲食的正常小鼠體內(nèi)Cyp7a1基因高表達(dá),而對(duì)于Nrf2缺失的小鼠未誘導(dǎo)出該基因,且肝細(xì)胞中甘油三酯含量明顯升高,提示Nfr2作為調(diào)節(jié)脂類和膽汁酸代謝的重要基因,它的缺失有助于NAFLD的發(fā)生發(fā)展。
3.2. 2 TGR5
TGR5在肝臟Kupffer細(xì)胞中高表達(dá),是膽汁酸膜結(jié)合受體,與FXR相比,對(duì)膽汁酸的敏感度更高。Kupffer細(xì)胞也分泌多種促炎細(xì)胞因子,促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。膽汁酸激活,促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生環(huán)磷酸腺苷(CAMP),CAMP抑制IRS誘導(dǎo)炎性因子生成,使包括TNFα、IL-Iα、IL-1阝、IL-6和IL-8在內(nèi)的炎性因子生成減少。對(duì)于正常小鼠,給予INT-177可通過激活NF-KB信號(hào)通路減少炎性介質(zhì)的表達(dá),而對(duì)于TGR5缺失的小鼠,炎性介質(zhì)的表達(dá)不會(huì)減少。正常情況下,TGR5除了調(diào)節(jié)物質(zhì)能量代謝和抑制肝臟炎癥反應(yīng),也抑制肝臟的腫瘤發(fā)生。Chen等在對(duì)缺失TGR5的小鼠和正常小鼠對(duì)比中發(fā)現(xiàn),在二乙基亞硝酸的誘導(dǎo)下,前者更易患急性肝衰竭和HCC.TGR5的抗炎和抗脂肪變性的特性表明,TGR5的存在能夠延緩NAFLD的發(fā)展。
3.2.3 維生素D受體
人體攝入高脂飲食后,肝臟分泌大量膽汁酸,在腸道細(xì)菌的分解作用下產(chǎn)生具有肝毒性的石膽酸,維生素D以維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)為中介對(duì)石膽酸發(fā)揮解毒作用。VDR是維生素D和石膽酸的共同受體,該受體與維生素D和石膽酸的結(jié)合能激活細(xì)胞色素P450酶系的成員之一CYP3A的表達(dá),降解石膽酸的毒性。維生素D的缺乏可促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。維生素D的缺乏同時(shí)上調(diào)了包括TLRs2、TLRs4、TLRs 9在內(nèi)的基因表達(dá),加重肝臟脂肪變性和肝小葉炎癥反應(yīng)。Ding等發(fā)現(xiàn)維生素D在肝星狀細(xì)胞(HSC)中起抗纖維化作用,即VDR與配體結(jié)合,可阻礙信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白Smad3在促纖維化基因啟動(dòng)子上的插入,抑制轉(zhuǎn)化生長因子β1介導(dǎo)的HSC活化,從而抑制肝臟的纖維化。Eliades等在17項(xiàng)橫斷面病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)NAFLD患者血清25-羥維生素D濃度下降,提示維生素D的缺乏在NAFLD發(fā)展中發(fā)揮作用。
總之,大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明,在腸道菌群失衡或膽汁酸代謝紊亂的情況下,腸道菌群、膽汁酸代謝和NAFLD構(gòu)成相互影響的惡性循環(huán)。對(duì)于NAFLD的防止,隨著腸道菌群和膽汁酸受體在NAFLD中作用機(jī)制的明確,如何科學(xué)應(yīng)用抗生素、益生菌或者膽汁酸受體相應(yīng)配體將是未來需重點(diǎn)解決的課題。
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