钟庆玲， 李良平

1 电子科技大学 医学院， 成都 610054； 2 电子科技大学附属医院·四川省人民医院 消化内科， 成都 610072

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)发病率逐年升高，全球约1/4人口患病，我国患病率高达29.2%[1]。NAFLD已成为全球慢性肝病的主要病因，到2030年，全球15岁以上人群的NAFLD患病率约为33.5%[2]。2020年2月，NAFLD和非酒精性脂肪性肝炎(NASH)更名为代谢相关脂肪性肝病(metabolic-associated fatty liver disease，MAFLD)和代谢相关脂肪性肝炎(metabolic-associated steatohepatitis，MASH)，与肥胖、2型糖尿病密切相关。其发生发展机制较复杂，未充分阐明。目前包括遗传因素和表观遗传因素、饮食因素、胰岛素抵抗(IR)、脂毒性、促炎因子以及肠道微生物组在内的“多重打击”学说被广泛接受用于解释NAFLD的代谢及分子机制[3]。本文总结肠道菌群及色氨酸代谢物与NAFLD之间复杂的作用机制，旨在为NAFLD的治疗提供理论依据。

1 肠道菌群失调与NAFLD的关系

使用抗生素抑制小肠细菌过度生长可减轻肝脏脂肪变性，这为肠道菌群对NAFLD的重要性提供了早期证据[4]。目前研究发现健康人群与NAFLD患者肠道微生物群有着显著差异。肠道菌群参与了从单纯脂肪肝、脂肪性肝炎到纤维化的进程，在NAFLD不同阶段，肠道菌群特征也明显不同[5]。多项研究[6-9]发现拟杆菌门的过度生长可能在NAFLD的发生中起着关键作用。NASH儿童与肥胖者或健康者大肠杆菌存在明显差异[10]。Wong等[7]发现肠道厚壁菌门减少和拟杆菌门增加的NAFLD患者，肝内甘油三酯水平降低。肝脂肪变性的改善与梭状芽孢杆菌类、梭状芽孢杆菌目和粪杆菌属的降低有关。Loomba等[11]通过宏基因组测序发现，在轻中度NAFLD患者中，普通拟杆菌和真杆菌丰度最高，而在肝纤维化中普通拟杆菌和大肠杆菌丰度最高。总体而言，NAFLD患者中肠道菌群多样性降低，肝-微生物组轴的破坏，对NAFLD的进展有重要影响[12]。肠道菌群失调使肠屏障功能及免疫稳态破坏，源自于肠道菌群的代谢产物或细菌透过肠屏障进入肝脏，启动氧化应激、内质网应激，引起肝细胞变性坏死及凋亡[13]。粪菌移植对恢复肠道屏障完整性、减轻肝脂肪变性、内毒素血症和肝细胞气球样变具有有益作用[14]。但目前的研究未能阐明肠道菌群失调影响NAFLD的具体机制以及二者间的因果关系。

2 色氨酸代谢与NAFLD的关系

肠道微生物群及其细菌产物通过肠-肝轴对NAFLD起调节作用。既往研究发现，添加色氨酸可增加大鼠肝脏脂肪酸合成，诱发肝脏脂肪变性，然而，Ritze等[15]研究表明，口服色氨酸补充剂可减轻小鼠的NAFLD。NAFLD相关肝细胞癌小鼠粪便中色氨酸代谢物吲哚丙酸(indolepopionic acid，IPA)明显降低[16]。5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)由色氨酸衍生而来，选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitors，SSRI)是治疗抑郁症最广泛的处方药物[17]。研究[18]发现使用SSRI较未用药者肝癌风险降低，且随着SSRI剂量增加，发生肝癌风险降低。另一项研究[19]发现血清吲哚浓度与BMI呈负相关(R=-0.45，P<0.01)，吲哚水平低者，肝脏中脂肪沉积量较高。上述研究提示色氨酸及其代谢物对于调节NAFLD可能具有潜在的保护作用[20]。

3 肠道微生物与色氨酸代谢相互作用

3.1 色氨酸的代谢途径 色氨酸是一种必需氨基酸，多数从饮食营养摄入，仅部分来源于内源性蛋白质降解[21]，在小肠吸收，绝大部分在结肠转化为多种代谢产物，乳酸杆菌在小鼠的胃和回肠中也可分解色氨酸[20]。目前色氨酸主要通过3条途径产生代谢物影响宿主的新陈代谢：(1)色氨酸被分解为吲哚及芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor，AHR)配体的代谢物；(2)在免疫细胞和胃肠上皮细胞中通过犬尿氨酸途径代谢，该途径的关键限速酶吲哚胺2，3-双加氧酶(indoleamine 2, 3-dioxygenase，IDO)，其活性受肠道菌群的调节；(3)通过肠嗜铬细胞中的色氨酸羟化酶(tryptophan hydroxylase，TPH1)产生5-HT。详见图1。

注：黑色箭头线表示宿主途径，蓝色虚线箭头线表示微生物途径。TDO，色氨酸2，3-双加氧酶；KYNU，犬尿氨酸酶；KMO，犬尿酸-3-单加氧酶；KAT，犬尿氨酸氨基转移酶；KYNA，犬尿喹啉酸；3H-KYN，3-羟基犬尿氨酸；Xa，黄尿酸；3-HAA，3-羟基-2-氨基苯甲酸；NAD，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；TNA，色氨酸酶；ArAT，芳香族氨基酸转氨酶；IPYA，吲哚-3-丙酮酸；fldH，苯醛酸脱氢酶；ILA，吲哚乳酸；fldBC，苯乳酸脱水酶；IA，吲哚丙烯酸；IPA，吲哚丙酸；TMO，色氨酸2-单加氧酶；IAM，吲哚乙酰胺；IAA，吲哚-3-乙酸；IAld，吲哚-3-甲醛；IAAld，吲哚-3-乙醛；5-HTP，5-羟色氨酸；AAAD，芳香族氨基酸脱羧酶；AANAT，芳基烷基胺N-乙酰基转移酶；ASMT，乙酰血清素O-甲基转移酶；MAO，单胺类氧化酶；5-HIAA，5-羟基吲哚乙酸。

3.2 肠道菌群调节色氨酸代谢 1897年色氨酸就被发现由大肠杆菌和霍乱弧菌转化为吲哚[22]。色氨酸通过TNA分解为吲哚，该酶在多种细菌中表达[20]。肠道菌群也可调节5-HT水平[23]。Laurans等[24]发现肠道微生物群通过调节IDO的活性，影响色氨酸代谢。高脂饮食诱导的IDO-/-小鼠较野生型小鼠肠中IAA较高，表明IDO依赖的微生物群变化在IAA产生中的重要性。双歧杆菌可以产生ILA、IPA和IAA等，同时不同菌株产生ILA的能力不同[25]。上述研究提示肠道菌群可以调节色氨酸的代谢。

3.3 色氨酸代谢产物在肠道微生物群落中的调节作用 吲哚影响孢子形成、质粒稳定性及耐药性、生物膜形成、毒性，作为一种细胞间信号分子可能在微生物群落中发挥重要作用[26]。吲哚乙醇在真菌中被认为是群体感应分子[27]，对金黄色葡萄球菌、肠沙门菌具有抗菌活性；ILA对大肠杆菌具有抑菌活性[20]。上述研究表明吲哚对细菌、真菌和病毒在内的肠道微生物群落起调节作用。

4 肠道菌群、色氨酸代谢调节NAFLD的分子机制

许多研究集中于肠-肝轴的组成，肠道屏障和肠道微生物群这两大主要组成在肝脂质代谢、炎症发展中起着重要作用[28]。不同器官和组织之间的串扰导致了肝脏、脂肪组织和肠道的代谢功能障碍。IR被认为是NAFLD发生的始动环节，IR使组织细胞对葡萄糖的摄取利用受阻，导致脂肪分解供能，促进甘油三脂在肝脏堆积，进而诱发脂肪变性。在此基础上源自于肠道菌群的代谢产物或细菌透过肠屏障进入肝脏，启动氧化应激、内质网应激，引起肝细胞变性坏死及凋亡。然而，肠道菌群产生的色氨酸代谢产物是微生物群落和宿主-微生物之间沟通的重要信号分子，可能有助于维持肠道和全身稳态。

4.1 色氨酸及其代谢物调节肠道稳态

4.1.1 AHR配体 AHR是一种广泛表达于免疫细胞的转录因子，其激活改变了配体特异性的先天和适应性免疫反应。IA、IAld、色胺、3-甲基吲哚、IAA、和ILA，可作为AHR的配体。

乳酸杆菌通过IAld介导AHR激活，促进IL-22分泌，从而调节黏膜稳态[29]。保加利亚乳酸杆菌OLL1181激活AHR途径，抑制结肠炎症并诱导细胞色素CYP1A1的基因表达[30]。罗伊乳酸杆菌通过IAld和ILA激活AHR，促进CD4+CD8αα+双阳性上皮内T淋巴细胞的增殖，从而发挥免疫调节作用[31]。研究[32]发现NASH小鼠中变形菌门增加与结肠中黏膜地址素细胞黏附分子(mucosal address cell adhesion molecule，MAdCAM-1)表达相关，而MAdCAM-1可介导小鼠肝脏和肠道α4β7+CD4+T淋巴细胞的归巢。此外，ILA还能抑制辅助性T淋巴细胞(Th)17在体外的极化[33]。肠道微生物群影响中性粒细胞的迁移和功能，促进T淋巴细胞群分化为Th17细胞和调节性T淋巴细胞(Treg)[34]。肠道Th17/Treg平衡对维持肠道免疫稳定至关重要。5-HT的释放增多影响上皮内淋巴细胞、CD4+/CD8+T淋巴细胞、B和T淋巴细胞的增殖、细胞因子的分泌，从而干扰肠道内免疫系统的平衡[35]。

4.1.2 改善肠道屏障 肠上皮屏障和肠血管屏障的破坏是NASH发病机制中的早期事件。研究[36-37]证明吲哚、IAA是维持肠道屏障的有益信号。IPA可以通过孕烷X受体调节小鼠肠屏障功能，尤其是在吲哚存在的情况下。IA一方面通过孕烷X受体介导肠道通透性的降低而影响黏膜稳态；另一方面可能通过介导AHR活化促进杯状细胞的分化、黏液产生，保护小鼠肠上皮屏障功能、减轻炎症反应[38]。此外IAld通过刺激IL-22的分泌，诱导信号转导和转录激活因子3磷酸化，促进肠上皮细胞增殖，恢复屏障功能[39]。在细胞模型上，研究[40]发现吲哚可诱导肠上皮紧密连接组织基因的表达，改善屏障功能。

4.2 色氨酸及其代谢物调节全身稳态

4.2.1 调节肝脏脂质代谢、减轻IR，改善NAFLD 腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activated protein kinase，AMPK)是细胞内糖脂代谢的关键酶，在肝脏、骨骼肌中分布较多，AMPK的生物学效应和NAFLD的发生密切相关[41]。血清IPA通过促进IL-6分泌激活AMPK，AMPK激活后，一方面抑制脂肪合成酶的活性，使肝内甘油三酯和脂质合成减少；另一方面启动分解代谢，增加肝脏脂肪酸氧化和细胞摄取葡萄糖，避免脂肪在肝细胞内聚集[42]。升高的IPA可以促进胰岛素分泌，并且减轻IR，减少2型糖尿病的患病率[40]。

胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide，GLP-1)能加快肝脏脂肪酸氧化分解，减少脂肪生成，改善肝脏的糖代谢[43]，并刺激胰腺β细胞分泌胰岛素，提高组织细胞对胰岛素的亲和力。吲哚可诱导肠内分泌L细胞中GLP-1释放，肠道内的吲哚水平增加会减少脂肪生成，并且会降低食欲，使脂肪摄入减少，肝脏脂质沉积减少，改善糖代谢[44]。还有研究[45]显示，GLP-1上调脂肪细胞表面胰岛素受体及胞内胰岛素底物的数量，促进葡萄糖转运体4(glucosetransporters 4，GLUT4)的表达，进而改善由TNFα介导的IR。

色胺是一种由产孢梭菌和胃瘤球菌产生的β-芳胺神经递质，可诱导嗜铬细胞释放神经递质5-HT[19]，5-HT促进胃排空并增加饱腹感，可调节食欲、进食量及能量平衡[46]。miR-181具有控制代谢适应性、脂肪细胞功能和胰岛素信号相关基因表达等功能[47]。肠道菌群-miR轴失调导致小鼠出现肥胖、IR、白色脂肪组织炎症。吲哚会下调白色脂肪组织中miR-181的表达，减轻IR，增加能量消耗，避免肥胖的发生[47]。GLUT4是参与细胞糖代谢的关键分子，肥胖患者常伴有IR，可能是由于GLUT4基因表达下降，影响组织细胞对葡萄糖的转运[40]。

综上，色氨酸代谢产物可通过激发AMPK对脂肪的双向调节作用、增加GLP-1释放，调节肝脏脂质代谢、减少肥胖的发生、改善IR，降低NAFLD发生。

4.2.2 减少炎症因子的表达、肠源性内毒素入肝，干预NAFLD的发生 TNFα是调控肝脏脂质合成的一种细胞因子。肥胖时脂肪组织和肌肉组织释放出大量的TNFα并伴有IR[40]。TNFα通过激活脂肪分解的限速酶激素敏感性脂肪酶，使游离脂肪酸生成增加，导致肝脏内脂质沉积，为NAFLD的发生奠定了病理基础[48]。IPA作为AHR激动剂，促进IL-10和IL-10受体表达，使IL-6、TNFα的表达降低[32]，明显改善啮齿类动物和NAFLD患者的肝脏炎症及脂质沉积[48]。

脂多糖(LPS)是一种位于革兰阴性细菌细胞壁中具有生物活性的内毒素，当细菌坏死后，LPS随血液循环入肝。LPS与肝组织Toll样受体(TLR)结合，诱发内毒素血症和肝脏炎症[49]。LPS-TLR轴诱导肝巨噬细胞过度激活在NAFLD过程中起关键作用。NAFLD患者存在内毒素血症[50]。一项体外实验发现在LPS刺激前给予吲哚可减轻肝脏炎症并改善胆固醇代谢，表明吲哚不仅能够维持肠屏障完整性，防止肠道内毒素进入肝脏[36]，同时减轻肝脏内LPS的有害作用[51]。TLR4的激活可触发下游氨基末端激酶和核因子-κB (NF-κB)通路，促进TNFα、IL-6、IL-1β等促炎因子的分泌，在啮齿动物模型中加速转化为NASH[19]。肝脏慢性炎症导致肝细胞处理脂质的能力减弱，出现脂质堆积、过氧化和肝脂肪变性，加重NAFLD。

此外，色氨酸代谢物能调节肝巨噬细胞的免疫状态。肝脏巨噬细胞对LPS敏感性的增加可能通过增强促炎因子的释放、免疫细胞的募集和活性氧的激活介导。IAA通过减轻氧化应激、炎症反应、F4/80+巨噬细胞浸润和肝脏活性氧的释放，对肝损伤产生保护作用[51]。色胺和吲哚-3-乙酸激活AHR或上调果糖-2，6-双磷酸酶3可降低巨噬细胞炎症指标，减少由脂肪酸和LPS刺激生成的促炎性细胞因子，抑制细胞向趋化因子迁移，从而减轻炎症反应[19]。

综上，色氨酸代谢产物可通过降低TNFα、NF-κB的水平、减少肠源性内毒素、调节肝巨噬细胞的免疫，抑制炎症反应，从而避免肝脏受到多种因素攻击，有效预防NAFLD的发生。

5 小结与展望

NAFLD是慢性且复杂的疾病，肠道细菌数量及种类的变化、不同类群的相对丰度、其代谢功能差异及上述因素的综合效应在NAFLD发生发展中的作用未完全阐明；遗传背景、基因易感性对肠道菌群的影响及在NAFLD中的机制需进一步探索。肠道微生物-代谢产物-肝轴领域的大部分证据都来自动物实验和细胞模型，具体作用机制仍在探讨。不同研究中色氨酸及其代谢物在人粪便、血液和尿液中的变化存在差异，靶向肠道菌群、色氨酸代谢物治疗具有潜在的临床价值，有望成为NAFLD相关的无创生物标志物及治疗靶点，未来需要更多的动物及临床研究进行探讨。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：钟庆玲负责撰写论文；李良平负责指导撰写文章并最后定稿。