李梦晴 张 炜

江苏大学附属医院消化内科(212001)

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是目前世界上最常见的慢性肝病，一项meta分析显示，全球NAFLD的患病率约为25.24%，在发达国家，1/5～1/4的成年人患有NAFLD[1]。NAFLD定义为以肝脏三酰甘油异常堆积为主要特征的肝脏疾病，其特征包括肝脏的脂肪浸润、肝细胞损伤和肝脏炎症[2]。NAFLD可包括多种组织学类型：非酒精性脂肪肝(NAFL)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纤维化、NASH肝硬化和NASH相关的肝细胞癌(HCC)。有文献指出，随着发病率的逐年上升，NASH可能很快成为肝移植最常见的适应证[3]。虽然对NAFLD的发病机制目前尚未完全了解，但普遍认为其与肥胖和代谢综合征相关的脂质代谢异常有关。导致NAFLD发生和进展的危险因素包括高脂饮食、遗传易感性、内脏脂肪过多、胰岛素抵抗、肠道微生物紊乱等[4]。

短链脂肪酸(SCFAs)是具有1～6个碳原子的有机脂肪酸，由肠道内微生物发酵膳食纤维产生，主要包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸等。其中乙酸、丙酸和丁酸占整个SCFAs的95%以上，三者比例约为60∶20∶20[5-6]。近年有研究表明，SCFAs与炎症性肠病、肠易激综合征、结肠癌、NAFLD等消化系统疾病密切关联[7]。丁酸是结肠上皮细胞最主要的能量来源。已有多项研究表明丁酸可预防和缓解NAFLD。本文就丁酸在NAFLD发病中的主要机制以及丁酸缓解NAFLD的应用作一综述。

一、丁酸在NAFLD发病中的作用

1. 丁酸与肠道黏膜屏障：肝脏约70%的血供来自门静脉，在肠道黏膜屏障受损的情况下，肠道微生物移位以及微生物代谢产物增加，内毒素、脂多糖等由肠道进入门静脉，从而诱发肝脏的氧化应激、胰岛素抵抗、肝脏炎症和纤维化等，这是NAFLD发病的重要环节[8-9]。

肠道黏膜屏障的组成包括上皮细胞间的紧密连接(TJ)。TJ形成高选择性通透性屏障，可有效阻止肠道内细菌和内毒素移位进入体循环[10]。Jin等[11]的研究表明，用丁酸喂养的小鼠肝脏脂肪变性和肝脏炎症均明显减轻，且十二指肠TJ水平明显升高。Peng等[12]用丁酸处理Caco-2单层细胞，其跨膜电阻(TEER)显著增加，菊粉渗透性降低，提示丁酸可改善肠道黏膜屏障功能。Elamin等[13]的研究认为丁酸的保护作用是通过激活Caco-2细胞单分子层中AMP活化蛋白激酶(AMPK)而实现的。AMPK可调节葡萄糖、脂肪酸和蛋白质的合成，其活性下降时TJ组装受损。丁酸通过增加AMPK活性，加速TJ组装，进而起保护肠道黏膜屏障的作用。

2. 丁酸与脂质代谢：GPR被认为是SCFAs的内源性受体，在肠道、免疫细胞和脂肪组织中高表达，与维持能量的稳态有关，其中GPR41和GPR43均可被丁酸激活[14]。Kimura等[15]的研究表明，敲除GPR43的小鼠可发生肥胖，其机制可能是GPR43抑制脂肪组织中胰岛素信号，促进能量消耗。然而，Lin等[16]的研究给予小鼠敲除GPR41后，SCFAs对体质量和胰岛素的敏感性仍具有一定的影响，提示丁酸还可通过其他途径影响脂质代谢。

过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)是核激素受体家族中的配体激活受体，控制许多细胞内的代谢过程。Sun等[17]的实验结果表明，丁酸可明显减轻高脂饮食诱导的大鼠NAFLD，其三酰甘油含量减少与PPARα的显著激活相关。Montagner等[18]的实验也表明，敲除小鼠肝脏PPARα后，肝脏脂肪酸分解受损，且禁食期间更易出现低体温和低血糖，提示丁酸可能通过刺激PPARα促进脂肪酸分解来调节脂质代谢。

组蛋白去乙酰化酶(HDAC)对染色体的结构修饰和基因表达调控发挥重要作用。丁酸通过对HDAC的直接抑制作用，在基因调控、免疫调节、肿瘤抑制、肠道屏障调节、氧化应激减轻和肠道运动调节等方面发挥作用[19]。Sun等[17]的实验表明，丁酸通过抑制HDAC-1来促进PPARα启动子上组蛋白H3K9Ac的修饰，使PPARα启动子高度乙酰化，从而诱导PPARα的表达上调，促进脂肪酸分解。

3. 丁酸与炎症反应：丁酸的抗炎作用主要通过抑制NF-κB信号级联反应来实现的。肠道的细菌信号通过肠上皮细胞顶端或基底外侧表面表达的特定受体(如Toll样受体)，激活下游NF-κB信号级联反应，触发促炎基因的转录，介导炎症和免疫反应[20]。Usami等[21]的实验表明，丁酸及其前体物质三丁酸甘油酯通过抑制NF-κB的激活，在外周血单核细胞中减少由脂多糖诱导的TNF-α分泌，并促进具有抗炎作用的前列腺素E2(PGE2)的产生。环氧合酶(COX)是催化花生四烯酸转化为PG的关键限速酶。Perez等[22]的研究表明，丁酸通过上调大鼠门静脉Kupffer细胞中磷脂酶A2(PLA2)和COX-2的表达来增加PGE2，从而起抗炎作用。

调节性T细胞(Treg细胞)通过抑制其他细胞的免疫反应，促进免疫系统的稳态。Treg细胞具有抗炎功能，并对肝脏炎症具有保护作用。谢中华等[23]的研究发现NAFLD患者中Treg细胞比例显著降低。Foxp3是控制Treg细胞发育和功能的关键转录因子之一。Furusawa等[24]的实验表明，丁酸作为HDAC抑制剂，通过上调Foxp3基因启动子上组蛋白H3的乙酰化，从而促进Treg细胞分化。Smith等[25]的研究表明，除作为HDAC抑制剂对Treg细胞进行调控，丁酸还可激活T细胞上的GPR43，从而增强结肠T细胞上Foxp3的表达，促进Treg细胞发挥抗炎作用。

4. 丁酸对线粒体功能的影响：线粒体是细胞代谢的中心，不仅从各种代谢过程中产生并提供能量，而且也是细胞代谢过程中各种交错路径的协调和整合中心。肝脏线粒体功能障碍可引起脂肪氧化、活性氧产生和氧化应激的改变。近年研究表明线粒体功能障碍在NAFLD发病的分子机制中起有重要作用[26]。Chella Krishnan等[27]使用基因网络建模来预测NAFLD发病过程的调控基因，证实线粒体功能障碍是NAFLD发病的关键驱动因素。Henagan等[28]的研究发现，在不改变食物摄入量或能量消耗的情况下，补充丁酸可防止高脂饮食诱导的小鼠体质量增加和肥胖的发生，并可提高胰岛素敏感性，这可能是丁酸通过改善骨骼肌线粒体的功能而实现的。

线粒体的动力学受到融合和裂变稳态的调控，这一稳态可调节细胞能量代谢，其失衡导致代谢紊乱。向融合的转变有利于线粒体连接，有利于能量在其中传递，向裂变的转变诱导受损线粒体的自噬[29-30]。Galloway等[31]的研究表明，在高脂饮食喂养的小鼠中，抑制线粒体裂变不仅可减少肝脏氧化应激，而且还可减轻肝脏脂肪变性。Mollica等[32]的实验结果显示，与单纯高脂饮食小鼠相比，丁酸处理的高脂饮食小鼠线粒体的面积、体积、呼吸能力均较高，其线粒体有明显的融合倾向，提示丁酸对肝脏的保护作用与其对线粒体功能的调节有关。

二、丁酸在治疗NAFLD方面的应用

1. 改变饮食结构：增加膳食纤维的摄入能促进包括丁酸在内的肠道SCFAs生成。郭文奎等[33]利用酶解法提取黄小米和燕麦中水溶性膳食纤维进行体外发酵实验，结果表明随着发酵时间的延长和膳食纤维含量的增加，SCFAs含量逐渐增加。Naumann等[34]的研究表明，受试者在接受5周富含膳食纤维的燕麦饮料后，血液总胆固醇和低密度脂蛋白浓度降低。Razavi Zade等[35]的研究中，NAFLD患者接受8周的DASH饮食(美国一项大型高血压防治计划提出的饮食，富含水果、蔬菜、低脂乳制品等)后，体质量、BMI、ALT、三酰甘油、胰岛素代谢指标、炎症指标等均有明显改善。说明通过增加膳食纤维摄入间接提高肠道内丁酸含量可能是缓解NAFLD的一种潜在有效方法。

2. 丁酸及其衍生物的应用：丁酸具有酸臭味强、上消化道吸收快等特点，使其在胃肠道疾病治疗中的应用受到限制，目前研究多关注丁酸钠及其衍生物的应用。Zhou等[36]的实验表明，丁酸钠可纠正高脂饮食诱导的小鼠肠道菌群失衡，恢复小鼠肠黏膜损伤，降低血清和肝脏中内毒素水平，下调MCP-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、IFN-γ等，改善肝脏炎症、脂肪积累情况。丁酸盐及其合成衍生物N-(1-氨基甲酰-2-苯基-乙基)丁酰胺(FBA)喂养的高脂饮食小鼠肝脏切片中脂滴较普通高脂饮食组明显减少，两者均可显著降低肝脏TNF-α表达，且FBA效力更强[32,37]。丁酸梭菌是一种产丁酸的革兰阳性厌氧菌，存在于健康动物和人类肠道中。Endo等[38]的研究发现，用含丁酸梭菌的益生菌MIYAIRI 588治疗脂肪肝模型小鼠，可降低内毒素水平，改善肠道黏膜通透性，从而阻止NAFLD的进展。由此可见，丁酸可直接作为治疗NAFLD的药物使用，其衍生物亦是一种潜在的治疗药物。

三、小结与展望

丁酸在NAFLD中的作用较复杂，其作用机制的多条途径相互交错，目前多数研究注重于其中的某一途径，因此很难诠释丁酸在NAFLD发病中的具体分子机制。此外，目前基于丁酸在NAFLD发病中的机制研究多建立在体外实验或动物模型基础上，无法完全模拟NAFLD患者的所有生理变化。随着在人体应用研究的不断深入，丁酸在NAFLD发病中的具体机制将进一步被阐明。至于丁酸在NAFLD治疗中的应用，从调节SCFAs以及研发新的丁酸衍生物入手防治NAFLD具有广阔的前景，但具体补充方式和剂量仍有待进一步研究，丁酸及其衍生物有望成为预防和治疗NAFLD的重要靶点。