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文獻分享丨腸道菌群與肝臟疾病
腸道在調(diào)節(jié)人體各器官生理機能中的重要作用日益得到重視，腸道和肝臟之間的雙向交流也不例外。肝臟健康受腸-肝軸的不同關(guān)鍵因子影響。腸道衍生產(chǎn)物主要來源于膳食成分、微生物代謝物、毒素或其他抗原被感知并通過門靜脈運送到肝臟，肝臟進而響應(yīng)分泌膽汁酸和抗體。因此，保持健康的腸道微生物可以通過調(diào)節(jié)腸道屏障來促進腸-肝軸的穩(wěn)態(tài)功能和減少抗原分子。相反，肝臟分泌物也能調(diào)節(jié)腸道微生物組成。體內(nèi)平衡紊亂會使腸腔內(nèi)抗原到達肝臟，導(dǎo)致肝臟功能受損而引起肝臟疾病。腸道微生物、滲透性和膽汁酸的擾動已被證實與幾種肝臟疾病有關(guān)，盡管精確的機制在很大程度上仍未解決。發(fā)表在Life Sciences的這篇綜述作者討論了健康的腸-肝軸的功能指紋，同時考慮從機制上理解肝臟疾病的病理生理和腸道失調(diào)在肝臟不同病變狀態(tài)中的作用。此外，還討論了預(yù)防肝臟疾病嚴(yán)重程度的新治療方法。
美國佛羅里達州立大學(xué)Ravinder Nagpal團隊于2023年5月在Life Sciences期刊上發(fā)表題為“Gut microbiome as a therapeutic target for liver diseases”的文章，對常見肝病與腸道菌群的機制進行了探索。原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.lfs.2023.121685。
01 前言
腸道可以被認(rèn)為是除大腦之外我們身體的第二個調(diào)控單元，因為腸道內(nèi)發(fā)生的活動可以影響我們的生理，而這些活動都是由腸道微生物驅(qū)動的，因此腸道菌群常常被稱為人體的“第二大腦”。對無菌動物進行的研究表明，腸道微生物組控制新陳代謝和食欲信號，腸上皮屏障的功能的完整性，以及協(xié)調(diào)宿主免疫系統(tǒng)的功能。腸道可能同時攜帶有益和有害的微生物，但最終由它們的比例決定個人的整體健康狀況。新證據(jù)表明腸道生態(tài)失調(diào)通過比如腸-骨軸，腸-腦軸，腸-血管軸和腸-肝軸與各種胃腸道以及非胃腸道感染相關(guān)。
腸肝軸描繪了腸肝之間的雙向交流，由門靜脈維持，允許運輸腸源性信號分子傳遞給肝臟和通過抗體和膽汁分泌到十二指腸小腸部分進行肝臟反饋。腸道菌群、黏膜、腸上皮、微生物代謝物、抗原運輸、飲食成分、免疫系統(tǒng)狀態(tài)和氧化應(yīng)激是調(diào)節(jié)腸肝軸的功能的幾個關(guān)鍵因素。腸腔攜帶大量微生物、抗原、未消化或未吸收食物成分，代謝終產(chǎn)物以及從腸上皮層脫落的上皮細(xì)胞。腸粘膜、腸上皮和血管內(nèi)皮層共同形成一個動態(tài)而又選擇性的屏障系統(tǒng)防止腸道微生物群和抗原進入血液。然而，腸道菌群組成紊亂（生態(tài)失調(diào)）或其他一些因素可能會使這種結(jié)構(gòu)性腸道屏障惡化，導(dǎo)致不局限于腸道的疾病。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，腸道滲漏（高滲透性）使抗原，微生物和它們的代謝物到肝臟最終導(dǎo)致肝臟炎癥和疾病。雖然腸道微生物在慢性肝病中的作用早已為人所知，但對腸-肝軸在肝臟病中的作用機制和重要性的認(rèn)識尚不明確。
02 體內(nèi)平衡環(huán)境下的腸-肝軸
我們的門靜脈作為一個橋梁，允許腸道和肝臟之間進行雙向信號傳遞。粘膜、腸道上皮內(nèi)層、下層粘膜免疫系統(tǒng)和內(nèi)皮血管內(nèi)膜是隔離管腔含有來自肝臟的有毒抗原內(nèi)容物的關(guān)鍵成分，只允許選擇性分子進入腸肝循環(huán)。腸-肝軸的組成如圖1所示。
圖1. 腸-肝軸不同構(gòu)成部分的相互作用圖示。
允許宿主和不引起炎癥反應(yīng)的菌群共生的兩大原則有：（i）限制細(xì)菌與上皮細(xì)胞的相互作用；（ii）免疫系統(tǒng)的有效性。細(xì)菌和宿主的物理分離是基于粘液分泌進入腸腔創(chuàng)造抵御微生物入侵的第一防線。大腸和胃有相對明確而有組織的兩層粘膜層。而小腸的粘膜層是不連續(xù)的。在小腸中，粘液會在小腸底部分泌隱窩的頂部分泌，然后在絨毛之間向上移動。因此，絨毛的尖端并不總是被粘液覆蓋。
2.1粘液
粘液，由特殊的腸上皮細(xì)胞杯狀細(xì)胞分泌，是一種巨大且?guī)Ц叨蓉?fù)電荷的糖蛋白，被稱為粘蛋白。分泌型和膜相關(guān)型粘蛋白通常以組織和細(xì)胞特異性的方式表達。在鑒定的20種不同類型的粘蛋白中，MUC-2是主要的在腸道組織上皮表面黏液層分泌黏液型糖蛋白。粘蛋白的產(chǎn)生是至關(guān)重要的，報告顯示MUC-2缺陷小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生幾率和患炎癥性結(jié)直腸癌的風(fēng)險增加。
與無菌的內(nèi)黏液層不同，外黏液層被共生細(xì)菌定殖。Muc2富含半胱氨酸的蛋白裂解的部分促進了擴張，并允許微生物穿透基質(zhì)層。一旦共生細(xì)菌進入粘液凝膠，它們會從粘蛋白聚糖中去除單糖，從而暫時維持外粘液層的厚度。此外，粘蛋白單糖被特定的共生菌用作為能量來源，從而回收一些能量用于產(chǎn)生粘蛋白。共生菌的聚糖降解能力也有助于從不可消化的纖維中獲取額外的能量。此外，最終產(chǎn)品 （短鏈脂肪酸；SCFAs）可以很容易地擴散通過粘液層，被結(jié)腸腸細(xì)胞作為能量來源。SCFAs介導(dǎo)的結(jié)腸腸細(xì)胞上表達的G蛋白偶聯(lián)受體的激活 （GPR41和GPR43）表明微生物 代謝產(chǎn)物可以為細(xì)菌和宿主提供一個緊密的耦合。粘液的動態(tài)變化由粘蛋白的持續(xù)產(chǎn)生和降解來維持，這使得微生物和脫落的粘液一起被清除。黏液降解機制，如蛋白酶活性(銅綠假單胞菌，白色念珠菌和溶組織內(nèi)阿米巴)，二硫鍵還原(幽門螺桿菌)和糖苷活性(混合口服和腸道微生物群落)，這為它們提供了優(yōu)勢侵入并在黏液層存活。
2.2宿主抗菌成分
黏液中含有杯狀細(xì)胞分泌的多種生物分子，以及由腸粘膜中的漿細(xì)胞產(chǎn)生的分泌型免疫球蛋白A（SIgA）。這些分子有助于防御屏障的功能完整性。SIgA 執(zhí)行免疫排斥功能，即通過一系列逐步發(fā)生的事件，包括凝集、粘液包裹、 和/或通過蠕動清除阻止病原體和毒素進入腸上皮細(xì)胞。此外，特定的自然母乳喂養(yǎng)獲得的SIgA選擇性地與微生物相互作用，并促進新生兒無菌腸道逐步轉(zhuǎn)化 為高度殖民化的環(huán)境。建立的微生物群反過來刺激腸道相關(guān)淋巴組織產(chǎn)生IgA。因此，黏液層是一個多功能的環(huán)境，因為它提供了特定的生態(tài)、能量和屏障之間廣泛交流的平臺。
2.3小腸上皮細(xì)胞
黏液層下的單層腸上皮細(xì)胞提供了另一個強大的物理屏障，阻止進入腸腔有害抗原進入門靜脈。這個腸上皮表面有絨毛和隱窩組成，并由位于隱窩基部的腸上皮多能性干細(xì)胞不斷更新。雖然大多數(shù)腸上皮細(xì)胞是吸收性細(xì)胞，但它們作為屏障將底層組織與腸腔內(nèi)容物分開。這個防御屏障的力量依賴于細(xì)胞-細(xì)胞連接復(fù)合物中蛋白質(zhì)的協(xié)調(diào)行為，包括縫隙連接、黏附連接、緊密連接和細(xì)胞橋粒。沿隱窩-絨毛軸上皮細(xì)胞間散布的是專門的腸上皮細(xì)胞（IEC）譜系，主要是分泌型IEC，即杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞，它們構(gòu)成了腸道防御系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部位，被稱為“腸上皮屏障功能”。腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素，而杯狀細(xì)胞和潘氏細(xì)胞分泌的黏蛋白、抗微生物蛋白和其他生物分子限制了微生物與上皮表面和底層免疫細(xì)胞的相互作用。這一屏障功能受損，主要是在腸漏的情況下或通過一些活動微生物入侵可能導(dǎo)致抗原和微生物的易位進入下層的黏膜層。
2.4免疫系統(tǒng)對微生物群的控制
免疫細(xì)胞包括上皮內(nèi)和固有層細(xì)胞有助于加強腸道屏障。上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞對腸上皮細(xì)胞釋放的刺激性細(xì)胞因子作出反應(yīng)，或與NK細(xì)胞受體激活配體相互作用。上皮內(nèi)單核吞噬細(xì)胞的突起直接將抗原分子從管腔中篩選并轉(zhuǎn)移到樹突狀細(xì)胞。因此，細(xì)胞內(nèi)淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞細(xì)胞在一起就像對抗食物或微生物抗原的前線戰(zhàn)士。然而，另一條保護線是由免疫系統(tǒng)固有層中的細(xì)胞提供的。淋巴細(xì)胞(主要是CD4+ T細(xì)胞，包括Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞)、抗原特異性不變型NKT細(xì)胞和黏膜相關(guān)恒定T細(xì)胞(識別MR1呈現(xiàn)的核黃素代謝產(chǎn)物)是固有層中的關(guān)鍵角細(xì)胞。由Th17分泌的白細(xì)胞介素增強緊密連接蛋白和刺激腸上皮細(xì)胞再生。腸道上皮與分節(jié)絲狀細(xì)菌的相互作用可誘導(dǎo)Th17細(xì)胞促進IgA和聚合免疫球蛋白受體(pIgR)在腸腔內(nèi)的分泌。在T-reg細(xì)胞中胸腺源性細(xì)胞識別自身抗原并管理功能自身反應(yīng)性T細(xì)胞，而外周細(xì)胞識別和提供對腔內(nèi)非自身抗原的耐受性。腸道的淋巴細(xì)胞對感染的反應(yīng)也很快，它們甚至?xí)扔赥細(xì)胞的刺激產(chǎn)生細(xì)胞因子。腸道微生物群紊亂，特別是微生物多樣性降低，腸桿菌科、γ變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌、乳酸菌、梭狀芽孢桿菌、瘤胃球菌科的豐度減少與炎癥性腸�。↖BD）的病理狀況有關(guān)。研究表明小腸內(nèi)皮細(xì)胞上的Toll樣受體(TLRs)和NOD樣受體(NLRs)可以感知微生物組的衍生抗原和代謝物變化(微生物相關(guān)分子模式，MAMPs)，在生態(tài)失調(diào)期間可能導(dǎo)致IBD。改變的MAMPs和受體的相互作用觸發(fā)了多種途徑導(dǎo)致腸道屏障被破壞，粘液變薄，腸道抗菌蛋白分泌減少。腸道生態(tài)失調(diào)也是通過上調(diào)Th17, Th1和Th2型細(xì)胞，下調(diào)Treg細(xì)胞，抑制IgA分泌進一步惡化。因此，腸道屏障包括協(xié)調(diào)的物理(粘液、上皮細(xì)胞)、生化(IgA、抗菌肽)和免疫成分(上皮內(nèi)層和自體免疫細(xì)胞)功能，其中的任何變化都會導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)。
2.5 膽汁酸的微生物調(diào)控
膽汁酸(BAs)，以前被認(rèn)為是通過膠束形成在脂肪和脂溶性維生素的乳化中起特殊作用，現(xiàn)在被認(rèn)為是代謝整合劑，在腸-肝軸的功能中起關(guān)鍵作用。BAs通常來源于肝細(xì)胞中的膽固醇，并以甘氨酸和�；撬岬呐悸�(lián)鹽的形式分泌到膽汁中。產(chǎn)生膽汁酸的組成和多少取決于從腸道到肝臟的主動反饋回路，稱為腸肝循環(huán)。95%的BA在小腸刷狀邊界被重吸收，并通過門靜脈循環(huán)運回肝臟循環(huán)。剩下的5%到達結(jié)腸，這是微生物和BAs之間的相互作用點，在那里被微生物代謝成疏水的次級BAs。有研究表明，糞膽汁酸濃度、腸道微生物組成和肝臟健康密切相關(guān)，BA量的多少和組成可能調(diào)節(jié)個體腸道微生物組成。也有研究表明，腸道菌群的代謝活性決定了BA的組成，因為它們具有去結(jié)合和7α-去羥基化初級BA的能力。有研究報道，與傳統(tǒng)動物相比，無菌小鼠的膽汁酸池顯著增寬，這可能是由于核受體法尼醇X受體(FXR)控制的頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運體(ASBT)的下調(diào)。此外，這些研究還觀察到，在無菌小鼠中，與傳統(tǒng)小鼠相似，微生物群恢復(fù)后，BA池降低，表明小鼠的主要膽鹽�；撬�-β-鼠膽酸作為一種有效的FXR拮抗劑，促進膽汁酸合成。有研究表明，抗生素干預(yù)和膳食成分可以調(diào)節(jié)FXR激動劑和拮抗劑的比例，因此也可以影響B(tài)A池的大小，進而影響厚壁菌門:擬桿菌門的比例。報告還表明西方飲食可以將BA池從甘氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榕；撬崤浜衔�，這有利于人類腸道細(xì)菌屬Bilophila 的生長�？傊�，飲食干預(yù)和/或抗生素調(diào)節(jié)的宿主分子決定不同腸道微生物的種群水平。在被上皮細(xì)胞重吸收后，BA的變化被FXR和TGR5受體感知，進而控制BA等代謝過程、炎癥反應(yīng)和胰島素活性的分子信號級聯(lián)反應(yīng)。
03 腸道失調(diào)在肝臟疾病病理生理中的作用
近年來新出現(xiàn)的證據(jù)表明腸道生態(tài)失調(diào)、腸漏和疾病狀況是高度關(guān)聯(lián)的。因此，腸和肝之間的交互作用也不例外。許多肝臟疾病也與腸道微生物群紊亂和腸道屏障功能障礙有關(guān)，從而導(dǎo)致有害抗原、微生物或微生物代謝物進入全身/門靜脈循環(huán)系統(tǒng)。肝臟疾病的進展進一步加劇了腸道屏障功能和微生物組穩(wěn)態(tài)的惡化。本文討論了包括酒精性肝(ALD)、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)和肝硬化在內(nèi)的肝臟疾病的病理生理學(xué)，以及它們與腸道微生物群和腸-肝軸腸道屏障完整性的關(guān)系。
3.1 酒精代謝與酒精相關(guān)的脂肪肝疾病
肝細(xì)胞占肝質(zhì)量的70%，主要通過氧化酶細(xì)胞醇脫氫酶(ADH)和光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)細(xì)胞色素P450 2E1 (CYP2E1)參與乙醇/酒精的氧化代謝。肝過氧化氫酶使用H2O2將酒精氧化為乙醛中的作用也已被確定。ADH將乙醇氧化為乙醛，乙醛通過線粒體酶醛脫氫酶的活性進一步代謝為乙酸。這兩個過程都促進了NADH的生成，從而擾亂了NAD+/NADH(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化和還原形式)平衡，導(dǎo)致代謝轉(zhuǎn)向還原性合成(脂肪合成)，并導(dǎo)致酒精相關(guān)的脂肪肝疾病。肝酶CYP2E1是一種誘導(dǎo)酶，對乙醇的催化速度較慢，但結(jié)合親和力較強。這種酶負(fù)責(zé)代謝耐受性的發(fā)展，即重度飲酒者需要更高的酒精劑量才能達到中毒水平。此外，除了產(chǎn)生較高的乙醛外，CYP2E1還產(chǎn)生各種活性氧，在肝細(xì)胞中產(chǎn)生氧化應(yīng)激狀態(tài)。同時，飲酒降低肝細(xì)胞抗氧化酶的活性和濃度。在與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)發(fā)生二次反應(yīng)后，ROS的增加進一步加劇了應(yīng)激。此外，通過ADH和CYP2E1催化反應(yīng)氧化乙醇產(chǎn)生的乙醛與脂質(zhì)過氧化物和蛋白質(zhì)相互作用，形成體積較大的醛加合物，具有免疫原性作用。
研究表明NAD+/NADH改變本身并不是肝臟脂肪堆積的主要原因。有證據(jù)表明脂質(zhì)合成受兩種轉(zhuǎn)錄因子—固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白- 1c (SREBP-1C)和早期生長反應(yīng)-1 (Egr-1)調(diào)控的基因表達控制。乙醇氧化觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的無活性SREBP-1C易位到高爾基體，在那里它經(jīng)歷成熟為轉(zhuǎn)錄活性核因子，并上調(diào)脂質(zhì)基因的表達。此外，Erg-1上調(diào)脂肪生成細(xì)胞因子(如TNF- α)和SREBP-1C的表達。研究人員還觀察到狂飲酒精會促進脂肪細(xì)胞的脂肪分解。所產(chǎn)生的游離脂肪酸被轉(zhuǎn)運到肝臟，在那里它們被酯化成甘油三酯，從而使肝臟的脂肪含量過重。除了酒精對肝臟脂肪生成的加速作用外，酒精還被注意到其對脂質(zhì)氧化和輸出的減速作用。酒精的大量消耗已被觀察到減少脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的脂聯(lián)素(激素)，這可能與肝細(xì)胞β-氧化率下降有關(guān)。此外，研究表明飲酒通過影響VLDL的合成和分泌來減少甘油三酯的輸出，其機制尚不清楚。酒精代謝和ALD病理生理機制的總結(jié)如圖2所示。
圖2. 酒精代謝與ALD的病理生理。
在肝臟纖維化的實際癥狀出現(xiàn)之前，飲酒就會導(dǎo)致腸道微生物群失調(diào)。宏基因組研究報道了大量飲酒的患者/動物腸道微生物多樣性的急劇變化，變形菌門細(xì)菌的優(yōu)勢增加，厚壁菌門和擬桿菌門的比例減少。一些研究者認(rèn)為嚴(yán)重的酒精性肝炎與患者腸道中雙歧桿菌和鏈球菌的豐富以及乳酸桿菌的減少有關(guān)。此外，對慢性酒精濫用的研究表明真菌病原體念珠菌屬在腸道內(nèi)過度生長，并通過體循環(huán)易位。在酒精相關(guān)性肝病患者中，漏腸狀況或腸道通透性異常增加是公認(rèn)的狀況。已知酒精會降解天然防御蛋白，如Reg3a，從而導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)并增加微生物與腸上皮細(xì)胞的相互作用，從而進一步誘導(dǎo)腸道炎癥。腸道炎癥導(dǎo)致單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在固有層聚集，產(chǎn)生TNF-α，導(dǎo)致屏障功能受損，腸道通透性增加。這種漏腸有利于抗原、代謝物和微生物的易位進入門靜脈循環(huán)并到達肝臟。酒精引起的腸道生態(tài)失調(diào)也改變了膽汁酸穩(wěn)態(tài)，使肝臟暴露在有毒的膽汁酸中。膽汁酸去結(jié)合還會擾亂腸細(xì)胞中的FXR激活途徑，從而降低血漿中FGF-15的水平，從而增加肝細(xì)胞中Cyp7a1的活性。
通常情況下，無數(shù)抗原通過門靜脈循環(huán)到達肝臟，在那里這些抗原被庫普弗細(xì)胞(KCs，常駐巨噬細(xì)胞)篩選。已知這些KCs具有耐受性，因為它們并不對每種抗原都有反應(yīng)。根據(jù)微環(huán)境的不同，這些KCs可以成熟為促炎表型(M1)或抗炎表型(M2)。過量酒精和繼發(fā)性損傷(如內(nèi)毒素、營養(yǎng)因子、細(xì)菌或病毒感染)的存在可觸發(fā)KCs成熟為M1表型，釋放細(xì)胞因子、白細(xì)胞介素和趨化因子，從循環(huán)中吸引巨噬細(xì)胞。此外，KCs大量產(chǎn)生ROS，進一步加劇肝細(xì)胞的氧化應(yīng)激。生成的ROS可使參與β -氧化的酶(�；o酶a脫氫酶、肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1)過氧化，導(dǎo)致脂肪酸沉積，從而導(dǎo)致肝脂肪變性。
3.2非酒精性脂肪肝
NAFLD的進展階段包括脂肪積累(脂肪變性)到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的肝炎和肝硬化。NAFLD通常被認(rèn)為是代謝綜合征的肝臟表型，因為它與代謝疾病如肥胖、2型糖尿病和血脂異常具有共同的機制。迄今為止，NAFLD的確切機制仍不清楚。然而，NAFLD與ALD有一些共同的病理生理機制。圖3總結(jié)了NAFLD的可能機制及其與腸道菌群失調(diào)的關(guān)系。研究還提出了多重撞擊假說。根據(jù)該理論，肝臟(第一次撞擊)中的脂肪積累導(dǎo)致生理改變，并影響肝臟胰島素致敏，當(dāng)暴露于第二次撞擊時進展為NASH。第二種可能是暴露于內(nèi)毒素、趨化因子、細(xì)胞因子或任何其他有害分子。研究表明腸道生態(tài)失調(diào)不僅與NAFLD的發(fā)展有關(guān)，而且具有病因?qū)W作用。在NAFLD患者的腸道微生物組組成中，微生物組多樣性的減少已經(jīng)被普遍注意到。不同的研究比較了NAFLD和正常人之間不同細(xì)菌門、綱、科或?qū)俚淖儺愋�。不同的報道認(rèn)為瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)的減少、變形菌門(Proteobacteria)和梭菌門(Fusobacteria)的富集與NAFLD的發(fā)生有關(guān)。盡管觀察到微生物多樣性減少，但一些報道將擬桿菌門的豐度和厚壁菌門的減少與NAFLD的發(fā)展聯(lián)系起來。然而，采用擬桿菌門:厚壁菌門比例增加作為NAFLD表征的益生不良標(biāo)志物仍存在爭議。
圖3. NAFLD發(fā)展的機制。
肥胖，特別是肥胖引起的腸道生態(tài)失調(diào)，已被認(rèn)為是NAFLD發(fā)展的主要因素。然而，不同體重指數(shù)的肥胖患者的生態(tài)失調(diào)模式各不相同。此外，腸道微生物群失調(diào)也闡明了非肥胖患者NAFLD的發(fā)展。與NAFLD患者糞便微生物群移植、亞治療劑量抗生素治療或抗體相關(guān)的益生菌群糞便移植相關(guān)的研究證實，腸道生態(tài)失調(diào)而非抗生素是NAFLD發(fā)展的原因。
考慮到生態(tài)失調(diào)的重要性，認(rèn)為多種生活方式因素(高脂肪或低纖維飲食、體育活動、吸煙、飲酒等)可能導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)并促進NAFLD的發(fā)展是合理的。西方飲食(高脂肪或低纖維飲食)的攝入、不規(guī)律的飲食模式、嗜睡的生活方式和抗生素的使用是導(dǎo)致代謝綜合征(肥胖、糖尿病等)發(fā)生的α-多樣性降低和腸道生態(tài)失調(diào)的關(guān)鍵因素。飲食可以直接調(diào)節(jié)腸道的標(biāo)志性微生物群模式、代謝模式和代謝物池，最終削弱腸道血管屏障功能，使代謝物、毒素、趨化因子或細(xì)胞因子通過門靜脈循環(huán)轉(zhuǎn)運到肝臟。研究表明，在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠模型中，生態(tài)失調(diào)相關(guān)的腸道血管屏障紊亂可增強LPS吸收，提高血清中LPS結(jié)合蛋白水平，上調(diào)肝細(xì)胞中TLR-4和TNF- α的表達，從而引發(fā)肝臟炎癥。同樣，在NASH患者中也觀察到不規(guī)則的腸道屏障、漏腸體征、血漿LPS水平升高和TLR-4的高表達。一些研究表明Oscillospira種群數(shù)量下降與Dorea優(yōu)勢以及擬桿菌門:厚壁菌門數(shù)量減少與NAFLD和NASH相關(guān)。此外，一些研究人員試圖將生態(tài)失調(diào)模式與進展聯(lián)系起來，并估計NAFLD和NASH的嚴(yán)重程度。然而，這些相關(guān)研究需要仔細(xì)的數(shù)據(jù)解釋，因為微生物模式也依賴于宿主的背景。
代謝途徑的改變，如乙醇生成的增強、短鏈脂肪酸生成的降低、膽堿代謝和膽汁酸穩(wěn)態(tài)的紊亂也被認(rèn)為與NAFL的發(fā)生有關(guān)。據(jù)報道，在患有NASH的肥胖兒童中，由于紊亂腸道中埃希氏菌的過度生長，血液中乙醇濃度升高。被吸收的內(nèi)源性乙醇通過門靜脈轉(zhuǎn)運到肝臟，加劇了氧化應(yīng)激。人類和動物研究證實，SCFAs水平下降與代謝綜合征和NAFLD的發(fā)展有關(guān)。這種SCFAs的降低與NAFLD受試者中引起膳食纖維消化不良的變形菌群的大量生長和擬桿菌群的減少有關(guān)�，F(xiàn)有證據(jù)表明，SCFAs對NAFLD具有預(yù)防作用，因為醋酸鹽給藥可恢復(fù)脂肪變性，改善肝線粒體活性和整體肝功能。研究表明，SCFAs(丙酸鹽)下調(diào)肝臟糖異生酶的表達。此外，SCFAs通過激活GPR43抑制脂肪組織中的胰島素信號，從而減少脂肪細(xì)胞中的脂肪積累。SCFAs(丁酸鹽)作為能量底物，減輕腸道炎癥，調(diào)節(jié)飽腹感。丁酸鹽通過加強腸道屏障功能，防止毒素或抗原穿過腸道防御屏障來維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)。有證據(jù)表明，SCFAs的減少也是肝臟脂肪積累和腸道屏障紊亂的原因，從而誘導(dǎo)NAFLD的發(fā)展。研究表明代謝中間體，特別是琥珀酸鹽，在NASH/肝纖維化的進展中具有重要的調(diào)節(jié)作用。據(jù)報道，由于脂肪毒性和氧化應(yīng)激導(dǎo)致線粒體功能受損，導(dǎo)致肝細(xì)胞將TCA循環(huán)中間體(琥珀酸)分泌到細(xì)胞外空間。琥珀酸鹽的連續(xù)積累觸發(fā)HSC中的跨膜信號分子(GPR91)激活，從而誘導(dǎo)炎癥導(dǎo)致NASH/肝纖維化。多種藥物(白藜蘆醇、紫檀芪、檀香醇、Scoparone等)靶向琥珀酸GPR91信號通路治療NASH的研究已經(jīng)被回顧，這為治療肝臟疾病創(chuàng)造了新的可能性。
膽堿是人體所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，肝臟產(chǎn)生非常少量的膽堿。因此，主要需求由富含膽堿的膳食來源來滿足。已知有四種不同的代謝途徑可以將膽堿轉(zhuǎn)化為乙酰膽堿、甜菜堿、磷脂或三甲胺(TMA)。膽堿攝入不足和微生物將膽堿轉(zhuǎn)化為TMA導(dǎo)致的生物利用度降低是與幾種疾病相關(guān)的不同因素�，F(xiàn)有文獻表明，低膽堿攝入量會破壞腸道血管屏障功能，使抗原、毒素和病原體浸潤到肝臟，引發(fā)肝臟脂肪變性和炎癥。此外，高脂肪飲食誘導(dǎo)的腸道生態(tài)失調(diào)導(dǎo)致厚壁菌門和變形菌門占主導(dǎo)地位，它們能夠產(chǎn)生膽堿-TMA裂解酶，將飲食中的膽堿轉(zhuǎn)化為TMA。被吸收的TMA到達肝臟，在那里它進一步被肝臟酶，單加氧酶代謝成三甲胺-N-氧化物(TMAO)。血清氧化三甲胺水平已被用作確定健康狀況或不同器官功能的標(biāo)志。TMAO水平升高與心血管疾病和慢性腎臟疾病有關(guān)，而許多研究人員認(rèn)為TMAO水平降低與NASH的發(fā)展有關(guān)。如前所述，已知生態(tài)失調(diào)會影響膽汁酸穩(wěn)態(tài)和BA池，因為不同的微生物代謝活動會增加次級BAs的濃度并損害FXR-FGF19信號。研究表明，BA譜紊亂和BA信號通路受損可能與NAFLD的生態(tài)失調(diào)和發(fā)展有關(guān)，然而，BA譜與NAFLD狀態(tài)之間的相關(guān)性迄今尚未完全闡明。
3.3肝硬化
無論損害的病因(ALD、NAFLD、NASH或其他感染)如何，肝硬化都是肝損害的最終進行性途徑。肝細(xì)胞衰退、纖維化和再生結(jié)節(jié)進展以及肝功能受損是肝硬化的常見病理特征。根據(jù)明顯的癥狀和肝功能，肝硬化通常分為代償型(無癥狀)和失代償型(有癥狀)。與先前討論的肝臟疾病一樣，由于腸道屏障功能惡化或腸道滲漏，細(xì)菌或其代謝物向肝臟的易位也在肝硬化患者中被注意到。此外，一些報道將肝硬化的發(fā)展與LPS轉(zhuǎn)運到肝臟和TLR-4介導(dǎo)的信號通路的誘導(dǎo)聯(lián)系起來。TLR-4在肝臟實質(zhì)細(xì)胞和非實質(zhì)細(xì)胞上均有表達，對病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)和危險相關(guān)分子模式(DAMPs)有反應(yīng)。然而，肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells, HSCs)通常存在于椎間盤間隙，對肝硬化的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。HSC TLRs和共受體與LPS的相互作用觸發(fā)信號級聯(lián)，激活促炎細(xì)胞因子(IL-6、IL-8、TNF-α)、趨化因子(MCP-1、MIP-2、ICAM-1)和抗凋亡蛋白(bcl-2)的釋放。激活的造血干細(xì)胞釋放的趨化因子和細(xì)胞因子有助于白細(xì)胞的浸潤，白細(xì)胞破壞肝細(xì)胞，并通過激活靜止的造血干細(xì)胞進一步加劇纖維化反應(yīng)。此外，TLR-4激活通過TLR4-MyD88-NF-kB依賴機制下調(diào)TGF- β1假受體BAMBI (Bone Morphogenetic Protein and Activin Membrane-Bound Inhibitor，骨形態(tài)發(fā)生蛋白和激活素膜結(jié)合抑制劑)，從而促進HSC對TGF-β1刺激的敏化。發(fā)病機制如圖4所示。宏基因組研究表明，α-多樣性降低和β-多樣性變化通常與肝硬化有關(guān)。研究人員觀察到腸桿菌科、腸球菌科、葡萄球菌科的肝硬化模型占主導(dǎo)地位，而Ruminococcaceae和Lachnospiraceae的肝硬化模型則減少。
圖4. 肝硬化發(fā)生的機制。
04 調(diào)節(jié)腸-肝軸的策略
根據(jù)現(xiàn)有的知識和理解，管腔含量、腸道微生物群、腸上皮內(nèi)膜、血管屏障等分子相互作用都是相互關(guān)聯(lián)的單元，共同構(gòu)成了腸-肝軸的有組織結(jié)構(gòu)。正如在疾病發(fā)生時每個單位都有變化一樣，在任何單位進行類似的干預(yù)都可以成功地預(yù)防疾病。與控制肝臟疾病的干預(yù)措施相關(guān)的獨特研究可以根據(jù)是否以腸道內(nèi)容物、腸道微生物群、腸道屏障或非腸道單位為目標(biāo)進行分類。圖5概述了針對腸-肝軸的不同治療干預(yù)措施。
4.1.膽汁酸信號
肝臟疾病與膽池大小擴大和組成改變有關(guān)。此外，近年來，BAs已被確定為通過激活FXR和TGR5介導(dǎo)的途徑來調(diào)節(jié)碳水化合物、脂質(zhì)和能量代謝的信號分子。因此，BAs或FXR和TGR5激動劑可作為治療藥物，緩解肝臟及肝臟相關(guān)代謝紊亂，如NAFLD、糖尿病和肥胖癥。膽汁淤積是一種病理狀態(tài)，由于膽汁流動中斷導(dǎo)致肝內(nèi)膽汁酸積聚而引起肝臟炎癥。FDA批準(zhǔn)的UDCA (Ursodeoxycholic acid，又稱Ursodiol™)是一種FXR激動劑，可誘導(dǎo)膽鹽輸出泵(BSEP)、多藥耐藥蛋白2/3 (MDR /3)和多藥耐藥相關(guān)蛋白2 (MRP2)分別將膽汁酸、磷脂酰膽堿(PC)和有機陰離子釋放到膽汁中。UDCA在原發(fā)性膽道性膽管炎(PBC)患者中顯示出積極作用，而在原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)患者中仍然無效。然而，norUDCA(去熊脫氧膽酸)在PSC病例中也顯示出令人鼓舞的結(jié)果，因為它可以增加膽汁和HCO3-的分泌。奧貝膽酸(OCA)是FDA批準(zhǔn)的另一種FXR激動劑，已被探索作為治療PSC患者的有希望的藥物。研究人員注意到，在給予OCA后，PBC患者的肝功能得到改善，血清堿性磷酸酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶的活性降低。III期研究數(shù)據(jù)顯示，OCA對NASH患者纖維化的治療效果良好。腸內(nèi)分泌L細(xì)胞中二級膽汁酸激活TGR5促進cAMP合成，刺激胰高血糖素樣肽-1 (GLP-1)，進一步促進胰腺胰島素分泌。此外，TGR5激活與抗炎反應(yīng)有關(guān)，因為它可以拮抗腸道和肝臟中TNFα和NF-κB介導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的誘導(dǎo)。膽汁酸衍生物、TGR5激動劑INT-777 (6α-乙基-23(S)-甲基-CA)在動物實驗中可有效改善糖耐量，減少動脈粥樣硬化病變，對糖尿病、結(jié)腸炎、炎癥性腸病(IBD)和動脈粥樣硬化具有預(yù)防作用。
圖5. 針對腸-肝軸的不同治療干預(yù)措施。
4.2.靶向螯合劑
對于糖尿病和肥胖患者，一般的做法是控制飲食攝入，抑制食欲，維持體重，改善血糖指數(shù)。餐前口服水凝膠已成為控制代謝紊亂患者飲食攝入的一種策略。從化學(xué)上講，水凝膠是一種聚合物，其中羧甲基纖維素(改性纖維素)與檸檬酸交聯(lián)，形成一種模仿天然膳食纖維的3D基質(zhì)。一旦攝入，水凝膠膠囊迅速吸收水分，膨脹并填滿胃體積的四分之一，從而在不增加卡路里的情況下提高飽腹感。膨脹后的水凝膠保持其結(jié)構(gòu)和機械性能，直到到達大腸，在那里它被部分消化，從而失去了保持水分的能力。釋放出來的水分在大腸中被重新吸收，而纖維基質(zhì)則隨糞便排出體外。在體外試驗中，水凝膠的效果優(yōu)于常見的纖維補充劑，如車前草、瓜爾膠和葡甘露聚糖。對肥胖患者的臨床研究表明，水凝膠是治療代謝綜合征的一種很有前景的治療方法。到目前為止，還沒有研究表明水凝膠療法對肝臟疾病的療效，但其效果如體重減輕和胰島素敏感性的改善可能與NAFLD的改善有關(guān)。還可以探索和利用聚合物螯合劑結(jié)合目標(biāo)實體的能力。這種聚合物一旦被攝入，將結(jié)合目標(biāo)實體，并且結(jié)合的顆粒將隨著聚合物在糞便中被去除。例如，膽甾肽、膽胺和膽甾醇因其螯合膽汁酸的能力而被利用，這表明它們有可能減輕人類的高脂血癥和膽結(jié)石的形成。研究人員認(rèn)為，這些聚合物結(jié)合膽汁酸，阻礙腸肝循環(huán)，從而促進膽汁酸合成，降低血清膽固醇水平。動物試驗也報道了膽汁酸螯合劑減輕肝損傷和NASH發(fā)展可能性的功效。Colesevilam聯(lián)合他汀類藥物和降糖藥物在2型糖尿病模型中顯示出降糖作用。FDA批準(zhǔn)WELCHOL (colesevam hydrochloride)作為膳食輔助用藥，無論是片劑還是口服混懸劑，單獨用藥或與其他藥物聯(lián)合用藥，均有報道稱可降低2型糖尿病患者血清LDL水平，改善血糖指數(shù)。然而，其機制尚不清楚，但已經(jīng)提出了幾種假說，如通過FXR和TGR5介導(dǎo)的信號通路調(diào)節(jié)和膽汁酸池疏水性降低。聚合物單元與靶標(biāo)實體之間的選擇性相互作用使聚合物能夠使靶標(biāo)失活，從而防止宿主受到不良影響。
另一種治療肝病的創(chuàng)新方法是利用不可吸收的碳納米顆粒，這種納米顆�？梢越Y(jié)合微生物毒素并阻礙肝臟疾病患者進入腸肝循環(huán)。例如，Yaq-001是一種新的合成的不可吸收碳，對內(nèi)毒素具有很強的親和力，可以顯著改善NASH小鼠模型的肝功能修復(fù)性肝損傷。有報道表明，在繼發(fā)性膽汁性肝硬化和膽管結(jié)腸炎動物模型中，Yaq-001可降低Bacteroidetes:Firmicutes比例，并減弱LPS誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生。這些證據(jù)表明，這種治療方法有望減輕肝臟疾病。體外和體內(nèi)試驗證實了Yaq-001在肝硬化患者中的安全性和耐受性。然而，與Yaq-001的有效性、安全性和耐受性相關(guān)的人體試驗仍在進行中。
4.3藥物及其遞送系統(tǒng)
針對腸道微生物失調(diào)(抗生素)、炎癥(糖皮質(zhì)激素、類固醇、粒細(xì)胞集落刺激因子、抗腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素(IL)-22、IL- 1R抑制劑)、纖維化(PPAR激動劑、磷酸二酯酶抑制劑、轉(zhuǎn)化生長因子-β抑制劑)、氧化應(yīng)激(甜菜堿、Sadenosylmethionine、天然抗氧化劑)和戒酒(阿坎普羅酸、托吡酯、巴氯芬)的不同藥物已被測試用于治療肝臟疾病。然而，由于部位特異性遞送效率低下、靶點藥物濃度積累不足、耐藥性產(chǎn)生、藥代動力學(xué)差以及與脫靶相互作用相關(guān)的不良反應(yīng)，全身給藥的治療成功受到限制。肝臟作為藥物代謝的主要部位，有時也會受到藥物代謝不良反應(yīng)的影響，導(dǎo)致藥物性肝損傷(DILI)。DILI可能是遺傳易感性或已有肝臟疾病的結(jié)果。此外，由于肝臟血流改變、表達改變以及靶受體暴露，普遍的疾病狀況進一步阻礙了藥物在患者體內(nèi)的藥代動力學(xué)特征。這些限制可以通過設(shè)計具有改進藥物藥代動力學(xué)的靶向藥物遞送系統(tǒng)來克服。在過去的幾十年里，不同的載體被用于制造脂質(zhì)基(膠束、脂質(zhì)體、外泌體)、非脂質(zhì)基(聚合物/陶瓷/金屬納米顆粒)和生物工程(細(xì)菌或病毒衣殼)藥物傳遞系統(tǒng)。所選擇的給藥系統(tǒng)必須能夠穿越腸道屏障，進入血流，避免與血漿蛋白結(jié)合和網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)的清除，避免庫普弗細(xì)胞的吞噬，穿過肝竇窗，在靶部位積聚和釋放足夠濃度的藥物，并使藥物與靶受體相互作用產(chǎn)生必要的作用。限制該方法臨床轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)包括以下方面：a)在動物研究中觀察到的結(jié)果在人體試驗中不可重復(fù)；b)溫度、離子強度、血液中的生物分子和pH等因素；c)未能到達目標(biāo)肝細(xì)胞；d)藥物的刺激依賴性釋放；e)安全性評估記錄不足。
4.4.腸道菌群調(diào)節(jié)
腸道菌群是決定個體整體功能和健康狀態(tài)的關(guān)鍵因素。標(biāo)志性的腸道微生物組組成可作為患病或健康狀況的標(biāo)志，而不受身體器官感染的影響。針對腸道菌群調(diào)節(jié)的策略在控制胃腸道和非胃腸道感染方面最有希望。糞便微生物群移植(FMT)最初被用于恢復(fù)與艱難梭菌感染相關(guān)的腸道生態(tài)失調(diào)，但在IBD、代謝綜合征和肝性腦病病例中也顯示出有希望的結(jié)果。一般情況下，抗生素治療后口服膠囊給藥，以移植糞便微生物群�？股財_亂了現(xiàn)有的有害成分，使健康供體攝入的微生物群定植，恢復(fù)健康腸道微生物多樣性。這種做法已顯示可改善肝硬化和肝性腦病患者。有證據(jù)表明，在喂食高果糖高脂肪飲食的大鼠進行糞便移植后，肝臟功能在胰島素敏感性、門靜脈高壓降低和肝內(nèi)內(nèi)皮功能改善等方面得到恢復(fù)。確定導(dǎo)致特定健康狀態(tài)的微生物為利用噬菌體療法創(chuàng)造了機會。噬菌體具有高度的宿主特異性，可殺死目標(biāo)細(xì)菌而不影響有益菌群。利用噬菌體成功控制病危患者的多重耐藥銅綠假單胞菌和鮑曼不動桿菌，為探索噬菌體的治療目的創(chuàng)造了可能。同樣，使用不可吸收的抗生素也有助于調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成。例如，在慢性肝病模型中使用利福昔明調(diào)節(jié)腸道微生物組進行了臨床試驗。在多中心、雙盲、隨機、安慰劑對照的III期臨床試驗中，利福昔明聯(lián)合辛伐他汀治療失代償期肝硬化顯示出良好的效果。這些抗生素除了具有抗菌特性外，還具有抗炎和降低內(nèi)毒素的作用。然而，無論是噬菌體療法還是不可吸收性抗生素都尚未得到充分的評價。
在過去的幾十年里，益生菌作為一種神奇的子彈出現(xiàn)，它們的補充在動物和人類模型中都顯示出促進健康的作用，如增強腸道屏障、抗炎、抗高脂血癥、抗氧化等。因此，益生菌干預(yù)由于其抑制病原體、改善屏障功能、代謝或結(jié)合毒素和維持腸道穩(wěn)態(tài)的能力，足以維持腸肝軸的功能。然而，與共生菌有關(guān)的知識不斷豐富，可以解決健康問題，這可能是益生菌時代的新變化。這些共生體可以作為預(yù)后的生物標(biāo)志物，也可以預(yù)測治療的結(jié)果。這種有益的共生菌被稱為定義為下一代益生菌(NGPs)，其對健康的影響需要進行詳細(xì)的鑒定和研究。很少有研究表明特定的共生菌群對健康的促進作用，盡管對肝臟疾病和特定共生菌的了解非常有限。通過創(chuàng)新技術(shù)，可以很容易地進行基因操作，以提高療效、存活率、代謝物的產(chǎn)生，并在表面顯示抗原以引起免疫。然而，在鑒定、分離、培養(yǎng)、技術(shù)特性、擴大規(guī)模、安全和監(jiān)管方面存在各種限制，這些都需要考慮。
05結(jié)論和展望
腸-肝軸描繪了腸和肝之間的雙向交流。腸道來源的信號通過門靜脈輸送到肝臟，肝臟通過分泌膽汁酸和抗體到小腸十二指腸來對抗這些信號。腸-肝軸的行為受腸微生物組、腸上皮屏障、血管內(nèi)皮和肝臟等獨立關(guān)鍵參與者的相互作用調(diào)節(jié)。由管腔粘液、腸上皮和血管系統(tǒng)內(nèi)皮層形成的動態(tài)而選擇性的屏障將有害的管腔內(nèi)容物與腸肝循環(huán)隔離開來。該軸的破壞已被發(fā)現(xiàn)與肝功能障礙和肝臟疾病的進展有關(guān)。ALD、NAFLD和肝硬化的幾個基本病理生理機制是相同的。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，腸道微生物群紊亂(生態(tài)失調(diào))、腸道高通透性、膽汁酸池大小和組成隨肝臟疾病進展階段的變化。人們正在探索針對腸-肝軸的不同方法來預(yù)防或恢復(fù)肝臟疾病，例如操縱膽汁酸信號，使用設(shè)計聚合物修飾腸道內(nèi)容物，以及通過糞便微生物群移植或益生菌/后益生菌/NGPs改變腸道微生物組。盡管不同的策略取得了成就，但存在一些與策略相關(guān)的主要問題，這些問題限制了它們的實際應(yīng)用。例如，BA及其衍生物與嚴(yán)重的皮膚瘙癢(瘙癢癥)有關(guān)，已經(jīng)確定的特異性毒素結(jié)合聚合物很少，靶向遞送納米顆粒系統(tǒng)的命運仍然不清楚。
此外，在動物研究中獲得的結(jié)果在人體試驗中是不可重復(fù)的。就腸道調(diào)節(jié)策略而言，噬菌體治療的應(yīng)用由于其作用譜窄、溶原可能性大和政策不相關(guān)而受到一些限制。FMT和益生菌為基礎(chǔ)的策略是有希望的，但在得出任何結(jié)論之前需要進行包括人體試驗在內(nèi)的廣泛調(diào)查。NGP在未來具有巨大的潛力，但由于無法在人工條件下分離和培養(yǎng)腸道微生物，以及相關(guān)的安全性和監(jiān)管問題，它仍處于開拓階段�？紤]腸道微生物群的重要性及其對腸-肝軸影響的累積證據(jù)正在推動對基于腸道微生物群的預(yù)后，診斷和治療方法的發(fā)展的興趣，這些方法有望在未來幾年為肝臟疾病的預(yù)防，改善和管理提供新的途徑。
