“酒精不一定是导致肝脏退化的罪魁祸首
肠道和肝脏之间的双向通讯网络涉及这些器官之间的相互关系,肝脏在这些器官中产生有益物质并被肠道吸收。
肠道菌群变化使肠道通透性增加,内毒素移位,肝毒素进入肝脏。
“肠道-肝脏轴”对于理解各种肝脏疾病的病理生理学至关重要。
肠道菌群如何与肝脏产生联系?
肝脏通过门静脉从肠道的静脉流出接收近70%的血液供应,因此,它持续暴露在肠道菌群及其代谢产物。
在健康个体中,进入肝脏的微生物代谢产物,如氨、乙醛和乙醇,由肝脏巨噬细胞(库普弗细胞)代谢。因此,肠道菌群对肝脏生理有很大影响。
肠道菌群变化如何导致肝脏受损?
炎症和门脉高压或肠道微生物组成变化导致的肠道上皮改变增加了肠道通透性。肠道通透性增加导致内毒素移位,导致肝脏中各种促炎基因和细胞因子的转录激活。由于肠道屏障受损,大量细菌及其代谢物如脂多糖(LPS)通过肝肠循环进入肝脏。
在激活LPS时,发生了一系列级联事件,通过NF-kβ介导的机制产生促炎症细胞因子,如TNF-α,这些细胞因子与肝损伤有关(图1)。
LPS是一种肝毒素;因此,暴露于肝脏会导致形态和功能改变。诱导的变化导致急性炎症反应和多形核细胞的积聚,通过从颗粒中释放蛋白酶、活性氧代谢物和其他酶,进一步加剧肝脏损伤。
肝硬化合并门脉高压导致肠道运动受损,促炎细胞因子释放增加,上皮通透性增加,从而影响肝脏。
对于理解各种肝脏疾病的病理生理学至关重要,如非酒精性脂肪肝(NAFLD)、脂肪性肝炎(NASH)、酒精性肝病(ALD)、肝癌发生和肝性脑病(HE)、急性或慢性肝衰竭、肝硬化的进展和并发症。
非酒精性脂肪肝是代谢综合征的一种肝脏表现,其原因是肥胖的普遍存在。
原发性脂肪性肝炎与肥胖、高脂血症和2型糖尿病(T2D)等代谢表现相关。而继发性脂肪性肝炎则是由于空肠回肠旁路手术、全肠外营养、快速减肥、脂肪营养不良或威尔逊氏病以及药物摄入所致。
肠道菌群在能量摄取中的作用
有趣的是,瘦肉型和肥胖型个体的肠道菌群成分不同,肥胖型个体具有的厚壁菌、普雷沃菌、卟啉单胞菌和更少的拟杆菌,这表明肠道菌群在肠道内容物的能量摄取中的作用。
此外,肠道菌群对能量收集和脂肪储存途径有影响,表明它们在胰岛素抵抗和相关代谢疾病的发展中起直接作用。在肥胖个体中,双歧杆菌与血清丙氨酸转氨酶水平呈负相关,丙氨酸转氨酶可作为非酒精性脂肪肝的标志物。
非酒精性脂肪肝
肠道通透性增加、小肠细菌过度生长
肠细胞释放乳糜微粒是脂肪代谢(代谢性内毒素血症)的结果,支持含LPS细菌的生长和移位。它会导致肠道失调和促炎细胞因子的释放(即由于LPS、乙醇和内毒素等细菌产物与TLR之间的相互作用),以应对肥胖。因此,非酒精性脂肪肝的发展主要取决于TLR-4或TLR-9和TNF-α受体的流行。
然而,非酒精性脂肪肝导致脂肪性肝炎的发生过程尚不清楚,但研究表明,产乙醇的肠道菌群的改变导致脂肪性肝炎的发生。肥胖患者的肠道菌群改变可诱导瘦素产生,通过STAT3信号上调CD14。这会导致对低剂量LPS的更高反应性,导致脂肪性肝炎中的肝脏炎症和纤维化。
非酒精性脂肪肝中的肠道菌群变化
在一项对86名经活检证实的非酒精性脂肪肝患者(72名患者患有轻度/中度非酒精性脂肪肝,14名患者患有晚期纤维化)的研究中,在轻度/中度非酒精性脂肪肝患者中,厚壁菌、Eubacteriumrectale、普通拟杆菌Bacteroidesvulgatus数量丰富,而变形菌门,晚期(3-4期)纤维化患者中大肠杆菌和普通拟杆菌的比例过高。与轻度/中度非酒精性脂肪肝相比,晚期纤维化患者下列菌群显著减少:
Eu.rectale,Ruminococcusobeum,R.obeum
另一项针对非酒精性脂肪肝患者的研究显示,Alistipes和Prevotella的丰度较低。厌氧菌属、大肠杆菌属、链球菌属和乳酸杆菌属在这些患者中更为丰富。
紧密连接变宽,微绒毛排列异常,T淋巴细胞减少,TNF-α、IFN-γ和IL-6升高,揭示了肠道菌群介导的炎症在非酒精性脂肪肝发病机制中的重要性。
其他各类非酒精性脂肪肝中肠道菌群变化
一项针对名患有2型糖尿病的非酒精性脂肪肝患者的研究中,50名糖代谢正常的非酒精性脂肪肝患者和60名对照组报告,患有2型糖尿病的非酒精性脂肪肝患者的双歧杆菌显著减少。然而,这两组患者的多形拟杆菌丰度均较低,而Eu.rectale,Lactobacillus较高。
在一项研究中,使用定量实时PCR进行肠道菌群肠道菌群结构分析,涉及11名单纯性脂肪变性(SS)患者、22名非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者和17名健康对照者(HC)。与单纯性脂肪变性患者和HC患者相比,脂肪性肝炎患者中的拟杆菌显著减少,而与SS患者相比,脂肪性肝炎患者中的Clostridiumcoccoides更丰富。
另一项针对22名脂肪性肝炎患者、25名肥胖者和16名对照者的研究显示,肥胖和脂肪性肝炎患者的拟杆菌数量增加,厚壁菌数量减少。与对照组相比,脂肪性肝炎患者的放线菌丰度较低;然而,肥胖组和脂肪性肝炎组之间的变形菌存在显著差异(表1)。
酒精性肝病
肠道通透性增加、内毒素进入肝脏、促炎
酒精性肝病(ALD)是一系列肝脏疾病,包括脂肪肝、脂肪变性、急性酒精性脂肪性肝炎,酒精性肝纤维化和肝硬化是由成瘾性饮酒引起的,酒精及其代谢物(如乙醛)通过产生ROS导致肝损伤。
它们能够破坏上皮细胞紧密连接,从而导致肠道通透性增加。这会导致细菌易位,增加内毒素、LPS、细菌DNA和其他代谢物通过门静脉进入肝脏。库普弗细胞激活在ALD的发病机制中起着核心作用,LPS通过TLR-4或TLR-9激活库普弗细胞,导致促炎细胞因子的释放。
LPS、TLR-4和炎症细胞因子通过生长因子-β信号激活星状细胞,导致纤维化,这是一个的渐进过程。
酗酒者:
人类酗酒者的肠道菌群与健康对照组不同,前者的拟杆菌科减少,而后者的拟杆菌科增加。
酒精依赖综合征和酒精性肝硬化:
一项关于酒精依赖综合征(ADS)和酒精性肝硬化(ALC)的研究报告,肠杆菌科、拟杆菌、普氏杆菌、粪杆菌、克雷伯菌、乳球菌增加。然而,通过对肠道群落结构的比较,可以确定这两个群体之间差异丰富的分类群。尤其是,ADS患者的阿克曼病、粪球菌、未分类梭状芽胞杆菌显著减少。然而,ALC表现为拟杆菌、Blautia、双歧杆菌、链球菌、乳酸杆菌增加,普雷沃氏菌属、Paraprevotella、Alistipes减少(表1)。
肝硬化:
肝硬化患者低水平的胆汁酸分泌和门脉高压会影响肠道菌群的组成和生长。肝硬化患者肠道内的病原体(链球菌科和肠杆菌科)增加,有益细菌(双歧杆菌和乳酸菌科)减少,从而导致生态失调。进一步的报道表明,拟杆菌门、变形菌门和毛螺菌科的比例降低;然而,肝硬化患者中梭杆菌类、肠杆菌科、韦荣球菌科和链球菌科的比例增加。
在另一项研究中,在肝硬化患者中观察到厚壁菌门比例降低,链球菌和韦荣球菌数量增加。在这些患者中,生物失调导致其他严重并发症,如菌血症、HE伴SIBO和肠道通透性增加。他极大地影响着生活质量;由于器官损伤和微生物产生的有毒物质(主要是氨,其他还有酚类、硫醇、苯二氮卓、短链和中链脂肪酸等)的综合作用,以认知功能受损为特征。
肝癌
TH17与肠道菌群相互作用
肠道菌群在肝癌发生中的作用也很明显,研究表明,肠道菌群可以减少无菌小鼠的肝癌发生,丙酸盐可以抑制肝癌细胞的增殖。产生肿瘤内IL-17的T辅助细胞(Th17)通过与肠道菌群相互作用在肠道中生成。发现它们与肝细胞癌患者的不良预后相关,可能是由于血管生成和肠道菌群肿瘤生长的进展。
因此,从上述讨论中可以看出,不是单个微生物而是微生物失调会导致几种肝脏相关疾病。因此,可以得出结论,肠道菌群在通过“肠道-肝脏轴”维持个体健康方面起着关键作用。
AhlawatS,etal.,LettApplMicrobiol.