编译：Jione、song，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读
肠道菌群在宿主消化、免疫和新陈代谢中具有关键的生理作用。最初仅通过基于培养的方法进行研究，随着高通量测序技术（shot弹枪测序或焦磷酸测序）的快速发展，肠道菌群的表征已加深。在肥胖症和2型糖尿病（NAFLD）中反复观察到肠道菌群失调。动物研究表明，肠道菌群在NAFLD中具有潜在的因果作用。人体研究已开始描述NAFLD中的微生物群改变，并发现了一些一致的微生物组特征，将健康个体与NAFLD，非酒精性脂肪性肝炎或肝硬化患者区分开。然而，患有NAFLD的患者经常表现为肥胖或胰岛素抵抗以及2型糖尿病，并且这些代谢紊乱的代谢混杂因素并经常被考虑。具有不同NAFLD严重程度阶段的患者通常表现出异质性病变和可变的人口统计学特征（包括年龄，性别和种族），已知这些特征会影响肠道微生物组，并且在大多数研究中都被忽视。最后，在研究中使用了多种肠道微生物组测序工具和NAFLD诊断方法，这些方法可以解释不同的微生物组特征。
本综述为人类NAFLD的微生物组特征提供了广泛的见解，并探讨了将这些特征与潜在的代谢紊乱区分开的问题-需要使用系统生物学方法进行更高级的宏基因组学和多组学研究，以改善微生物组生物标志物。
原名：Gut microbiota and human NAFLD: disentangling microbial signatures from metabolic disorders.
译名：肠道微生物群和NAFLD:代谢紊乱中的微生物标志物
期刊：Nature Reviews Gastroenterology &Hepatology
IF：23.57
发表时间：2020年3月09日
通讯作者：Karine Clément
通讯作者单位：法国巴黎索邦大学营养组学研究组＆国立中央人民大学皮蒂-萨尔普特瑞埃医院营养部
1 NAFLD和相关的肝纤维化
NAFLD定义为大于5％肝细胞中脂质滴的病理学积累。该病可发展为NASH，可通过肝活检和脂肪变性，炎症和肝细胞膨胀的组织学检查诊断为NASH。NASH还可能伴有肝纤维化，这是疾病进展的主要预后病变，最终导致肝硬化或肝细胞癌以及其他与肝有关的并发症，包括腹水，肝性脑病和门脉高压。NAFLD广泛流行，并已成为西方世界慢性肝病的最常见原因，影响了40％的普通人群，有时在全世界的肥胖人群中达到90％。NAFLD与超重或肥胖以及代谢异常如胰岛素抵抗，高血压和T2DM密切相关，甚至被认为是代谢综合征的肝成分。NAFLD和代谢综合征都增加了心血管疾病和T2DM的风险，因此可能具有相似的风险特征。出于研究目的，已经开发了基于肝活检样本组织学评估的几种评分或算法，以使患者能够在流行病学研究中进行分类。例如，NALFD活动评分是根据对脂肪变性，小叶炎症和肝细胞膨胀的半定量评估得出的评分系统。尽管在低或高值中准确地分别排除或诊断NASH，但NAS在中间值内通常不准确。因此，欧洲指南建议仅在做出诊断后才将NAS用于疾病严重性评估。较新的诊断算法，即脂肪变性和纤维化（SAF）评分，其中包括这些因素的半定量评分，可将患者分类为无NAFLD，NAFLD或NASH，与NAS相比，其性能得到了改善，特别是在NAS的中间值之内。与NAS相比，SAF评分强调了NASH的重要性，因此提供了更准确和全面的组织学描述。因此，它现在已被欧洲鉴定为真正的诊断评分。尽管使用了这些评分方法，但它们仍依赖于肝脏活检，该活检具有采样误差，病理学家阅读中个体差异以及并发症风险等缺点，其中最令人担忧的是内部出血。由于对所有NAFLD患者进行肝活检在常规护理和研究中均无法进行疾病筛查，诊断或检查进展，因此，使用血浆样品，超声检查，MRI或肝脏弹性成像（包括瞬时和磁共振）的非侵入性诊断方法已开发出来，对肝纤维化具有良好的诊断性能。这些方法已广泛用于早期疾病检测，疾病严重性评估，确定需要进行肝活检以进行确诊的患者和评估疾病进展。尽管与肝活检相比有明显优势，但这些非侵入性工具也受到一些局限性的困扰；通常，它们不够灵敏，无法评估NAFLD组织学病变的完整频谱，并且缺乏用于常规诊断的有效性。
2 NAFLD和肠道菌群
小鼠研究和粪便移植实验提供了肠道菌群在NAFLD发育中起因果作用的证据。首先，针对NASH和健康的野生型小鼠进行的室内实验表明，通过共食共享微生物群会导致野生型小鼠发展为肝脂肪变性和炎症。此外，直接FMT复制了一些NAFLD改变。这些肝脏改变包括肝甘油三酯含量增加和参与脂质吸收，脂肪生成，脂肪酸分解代谢和VLDL出口的肝基因表达增加。这些表型可追溯到体重匹配的有或没有脂肪变性的小鼠之间肠道菌群组成的差异，其中脂肪变性的小鼠表现出两种细菌种类的增加。尽管小鼠模型似乎是探索微生物群和肝脏疾病的一种解决方案，但是小鼠实验在将信息外推到人类方面存在许多限制。小鼠模型没有形成人类NAFLD中观察到的完整的组织学损伤谱，也不像人类NAFLD那样总是与超重或胰岛素抵抗相关。尽管某些小鼠模型（缺乏胆碱的小鼠）最终可能会产生与人类观察到的相同的最终组织学改变，但由于小鼠和人类之间的病理生理学完全不同，因此前者通常会减轻体重。此外，小鼠和人类的微生物区系存在显着差异：就组成，优势属以及特定属和物种丰富度而言。小鼠和人类显示出主要的消化道结构差异，这也影响肠道菌群组成。从患有NASH的人到无菌小鼠的FMT导致某些NASH功能的传播，包括肝脂肪变性和炎症，高脂饮食（HFD）喂养会加剧这些特征。但是，无菌小鼠的免疫系统不成熟，免疫力或炎症平衡对代谢性疾病的发展极为重要。由于常规动物具有发达的免疫系统，还可以植入供体微生物，因此使用常规小鼠模型进行FMT研究可能是研究微生物在啮齿动物模型中的作用的另一种解决方案。值得注意的是，从肥胖的肝脂肪变性妇女粪便转移到常规饮食喂养的普通小鼠中，会在14天之内增加肝甘油三酯含量。尽管存在这些局限性，但啮齿动物研究的证据共同加强了肠道菌群有助于NAFLD发育的观点（图1，2）。
图1 在NAFlD、糖尿病和肥胖症中重叠的微生物种类和属特征
图2 非酒精性脂肪肝相关纤维化、肝硬化、糖尿病和肥胖症的微生物种类和属特征
3 NAFLD肠道微生物组特征
由于文献的异质性，本文集中于研究的一致结果，并描述了与人类肝脏疾病严重程度不同阶段相关的细菌特征。根据分类水平总结了与不同NAFLD进展阶段，NAFLD纤维化和肝硬化相关的结果，并表明某些细菌特征与肥胖或T2DM中描述的特征重叠。
4 NASH信号的简单脂肪变性
与NAFLD相似，当将NASH患者与健康个体作为对照进行比较时，使用肝活检或非侵入性生物标志物观察到一些一致的微生物特征，这些特征也重叠带有NAFLD特征：门，科和属。但是，与观察到的脂肪变性结果相似，某些细菌的丰度在文献中显示出相反的趋势。从NAFLD纤维化到NASH肝硬化。很少有研究专门针对NAFLD纤维化中的微生物组特征，很少有研究检查微生物组成随纤维化进程的变化。然而，与晚期纤维化患者相比，肝脏改变不严重的个体或作为对照的健康个体表现出革兰氏阴性菌丰富度降低，门氏梭状芽孢杆菌减少肠杆菌科家族，相比之下，革兰氏阳性细菌，门扇菌科，前鞭毛纲科和普雷沃菌属增加。
5 肠源性代谢物和途径
先前研究已经评估了与NAFLD或NAFLD纤维化相关的代谢组学特征，并已在其他地方进行了广泛的综述。这些特征包括细菌群落产生的分子（图3），例如LPS100，短链脂肪酸（SCFA），例如丁酸盐，丙酸盐，乙酸盐和胆汁酸代谢产生的产物作用于肝脏或肠内的FXR。这些代谢物的变化被怀疑与肝损伤的病理生理有关。在本文中，专注于探索肠道微生物群代谢底物或循环肠道微生物群衍生代谢物的新研究。重要的是，所有这些代谢物也已被证明与肥胖和代谢改变有关，包括T2DM。例如，来自小鼠的证据表明，在肥胖期间，LPS升高并促进组织中胰岛素抵抗途径的激活。尽管SCFA对代谢健康有有益作用，但它们也参与能量收集，因此有可能促进体重增加。已经发现，与健康个体相比，肥胖个体的粪便样本中的SCFA水平升高。总体而言，了解它们在NAFLD生理病理学中的具体作用非常复杂。
图3 内脏来源的代谢物和可能驱动NAFlD进展的因素
6 胆碱，甜菜碱和循环甲胺
喂食胆碱缺乏饮食的小鼠是NAFLD的代表性模型，减少饮食胆碱会导致肝脏脂肪和肠道细菌的修饰增加。胆碱是一种必需营养素，是磷脂酰胆碱的一种成分，磷脂酰胆碱是食物中乙酰胆碱的前体。胆碱可以被氧化成甜菜碱的底物，饲喂标准水平胆碱饮食的HFD诱导的NAFLD小鼠随着NAFLD严重程度的升高，全身性磷脂酰胆碱含量降低。这项观察结果已转化为人类，其中NAFLD严重程度升高的患者显示甜菜碱与胆碱的比例降低。正如在小鼠和人类中所证实的现象，饮食中的胆碱被肠道菌群代谢成三甲胺，三甲胺被肝脏中的FMO3酶进一步代谢，从而导致TMAO的产生。在人类中，患有肠杆菌的个体中TMAO的水平升高，而较高TMAO浓度的患者中一些分类单元明显增加。小鼠研究表明，NAFLD严重程度的升高与TMA和TMAO的尿液水平升高有关。由于胆碱和磷脂酰胆碱的消耗增加与TMA和TMAO的产生增加有关，因此这些观察结果是自相矛盾的。在人体研究中，当将NAFLD患者与健康个体进行比较时，TMAO与NAFLD的严重程度独立相关。肠道菌群的另一个主要功能是将初级胆汁酸解结合为次级胆汁酸。总体而言，伯胆汁酸参与胆固醇代谢，促进膳食脂肪和脂溶性分子的吸收，并在调节途径中起作用。一级和二级胆汁酸具有内分泌功能，并通过不同的受体调节许多宿主代谢途径。二级胆汁酸是G蛋白偶联胆汁酸受体1（TGR5）的优先配体，TGR5是宿主中能量，葡萄糖和脂质代谢的关键因子。肠道菌群不仅可以调节次要的胆汁酸代谢，而且可以通过减轻FXR抑制作用来抑制肝脏的脂质合成。胆汁酸池大小和组成的差异与代谢性疾病有关。因此，肠道营养不良可能会影响胆汁酸池的组成和体内平衡。小鼠和人类的证据表明，肠道菌群对胆汁酸的生物转化与NAFLD和NASH的进展有关。晚期肝硬化患者的胆汁酸转化率降低，同时其微生物群组成也发生了变化，包括肠杆菌科细菌的丰度较高，而漆膜螺旋藻科，瘤胃菌科和乙酸菌科的丰度较低。2019年的一项研究表明，在测试和验证队列中，乳酸3-（4-羟苯基）与NAFLD纤维化的严重程度增加相关（图3）。有趣的是，乳酸3-（4-羟苯基）是肠道微生物群衍生的芳香氨基酸代谢产物。这些结果与在脂肪变性不同阶段的患者进行的另一项研究相吻合，该研究表明脂肪变性中微生物基因丰富度降低，芳香族氨基酸和支链氨基酸代谢发生改变。该代谢物可用作NAFLD的非侵入性生物标志物，但需要进一步确认。肠道菌群生产乙醇也可能在NAFLD生理病理学中起作用。在儿童中，与肥胖或健康儿童作为对照的人群相比，患有NAFLD的个体的肠道菌群表现出更多的产乙醇细菌。在没有乙醇消耗的情况下，NASH成年人的呼吸乙醇浓度升高，这可能归因于与健康对照组相比，NAFLD产生了更多肠道微生物来源的乙醇。这些结果表明，肠道菌群乙醇的产生可能是肝脏毒素，有助于NAFLD的发展及其向NASH的发展。在小鼠中进行的一项研究并在人体中得到了进一步验证，表明某些细菌能够在不消耗任何酒精的情况下从葡萄糖中产生乙醇。SCFA由丁酸盐，乙酸盐和丙酸盐组成，是通过通常不易消化的复杂碳水化合物（膳食纤维）的微生物发酵在结肠中局部产生的。他们在NAFLD发展中的作用和作用机制已被广泛研究。微生物产生的SCFA主要通过在结肠中的扩散或共转运而吸收，而其肠道信号传导作用是由G蛋白偶联受体（GPR41和GPR43）的激活介导的。由于SCFA参与脂肪酸合成和糖异生，因此已提出将SCFA作为增加肝脏甘油三酸酯水平并促进能量存储和体重增加的重要底物。比较NAFLD，NASH和健康个体作为对照的人体研究发现，NAFLD或NASH患者的粪便中SCFA浓度升高，同时伴随其生产的细菌群体数量增加。此外，在NASH期间观察到的这种粪便SCFA和微生物特征的增加与外周血中静息调节性T细胞的数量减少以及较高的辅助性T细胞与静息调节性T细胞之比有关，这是系统性免疫学以前在NASH中观察到的功能。但是，SCFA的作用非常复杂，因为它们也可以提供代谢益处。SCFA激活GPR43会减少促炎产生和免疫细胞的浸润，而SCFA含量较低的GPR–/–小鼠或无菌小鼠在循环免疫细胞水平和结肠中均显示出增加的炎症。但是，在这些模型中未评估NASH发育过程中的炎症，SCFA对肝炎症的影响尚需进一步研究。此外，尽管已显示膳食纤维有益于代谢健康，但相比之下，一些使用可溶性纤维的干预性研究却导致遗传性或HFD诱导的微生物营养不良的小鼠肝脏疾病增加。因此，尽管可溶性纤维可以诱导积极的代谢作用，例如观察到的葡萄糖代谢，但是在对患者进行干预研究之前，需要在NASH小鼠模型中补充可溶性纤维的作用。此外，由于肠道菌群的个体差异，可能需要对膳食纤维的添加进行个性化处理，因为在不同个体中可能会有不同的作用，而可溶性糖的多样性也可能使这种膳食添加进一步复杂化。最重要的是，每个SCFA都发挥着特定的，不同的代谢作用。因此，在NASH患者中以及在饮食干预后评估其在粪便和全身水平上的平衡可能会更准确地解释其在NAFLD发生，恶化或改善中的总体作用。SCFA可以通过组蛋白脱乙酰基酶抑制的表观遗传调控在NAFLD中发挥有益作用。新细菌代谢产物和衍生因子将在未来被鉴定为肝脏疾病的病因。因此，确定这些因素以及LPS，胆汁酸代谢和SCFA的变化如何促进NAFLD的发展和进展至关重要。现在需要进行研究以确定这些分子作为诊断NAFLD和NASH及其进展的生物标志物或预测因子的相关性。
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