肠道屏障功能障碍在非酒精性脂肪肝病中的早期诊断标志物探索

Exploration of Early Diagnostic Biomarkers for Intestinal Barrier Dysfunction in Non-Alcoholic Fatty Liver Disease

摘要: 本文主要探讨了肠道屏障功能障碍在非酒精性脂肪肝病中作为早期诊断标志物的潜力。本文探讨了肠道屏障功能障碍在NAFLD发病机制中的关键作用。包括肠道屏障发生障碍后肠道细菌产物的易位、肠道微生物群的失衡在NAFLD中的作用。肠道通透性标志物、代谢组学、肠道微生物菌群可以作为非酒精性脂肪肝病早期诊断策略。这些策略的结合有望在未来为NAFLD的早期诊断和治疗提供更为全面和有效的解决方案。

Abstract: This article primarily explores the potential of intestinal barrier dysfunction as an early diagnostic biomarker in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). It investigates the critical role of intestinal barrier dysfunction in the pathogenesis of NAFLD, including the translocation of gut bacterial products following barrier disruption and the impact of gut microbiota imbalance in NAFLD. Markers of intestinal permeability, metabolomics, and gut microbiota can serve as early diagnostic strategies for non-alcoholic fatty liver disease. The combination of these strategies is expected to provide more comprehensive and effective solutions for the early diagnosis and treatment of NAFLD in the future.

1. 引言

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是全球范围内最常见的慢性肝病，其发病机制复杂且尚未完全明确，肠道屏障功能障碍被认为在NAFLD的发生和发展中扮演了关键角色。近年来肠–肝轴理论的提出进一步揭示了肠道与肝脏之间的复杂关系。肠道屏障功能障碍不仅导致病原体相关分子模式(PAMPs)进入肝脏，还会引发免疫系统的过度反应，加重肝脏损伤[1]。在NAFLD患者中，肠道菌群的失调和肠道屏障的损伤是常见现象[2]，肠道菌群的组成发生显著变化与肠道屏障功能的损伤密切相关[3]。这种失调可能通过增加肠道通透性和内毒素水平，促进肝脏的炎症和纤维化[4]。在NAFLD的治疗研究中我们可以看到通过饮食干预和益生菌的使用，可以有效改善肠道微生态，降低肠道通透性，从而减轻肝脏的炎症和脂肪变性[5]。

肠道屏障功能障碍在NAFLD的发病机制中具有重要作用。未来的研究应进一步探讨肠道屏障与NAFLD之间的因果关系，以开发更有效的诊断和治疗策略[6]。

2. 国内外研究现状

2.1. 国内研究进展

近年来，中国在肠道屏障与非酒精性脂肪肝病(NAFLD)研究领域取得了一定进展。研究表明，肠道菌群的失调与NAFLD的发病密切相关，肠道通透性增加和内毒素暴露是关键因素[7]。在国内，研究者们通过高通量测序技术深入分析肠道微生物群的结构和功能，揭示其在NAFLD中的作用机制。郑瑞鹏的研究指出，肠道菌群紊乱在NAFLD等慢性肝病的发生发展中发挥着重要作用，尤其是细菌脂多糖(LPS)通过激活免疫通路加重炎症反应[8]。

国内研究还关注于肠道微生物群与肝脏健康的交互作用。冯璟的研究通过对肝癌患者的肠道和血液微生物群落特征进行分析，发现特定细菌类群与肝病的诊断价值密切相关，这为NAFLD的早期诊断提供了新的视角[9]。刘颖初的研究探讨了miRNA在NAFLD中的作用，揭示了miRNA通过调控代谢途径影响肝脏脂质代谢的机制[10]。

然而，尽管取得了一些进展，国内研究仍面临诸多挑战。肠道屏障功能障碍的生物标志物尚未得到充分验证，缺乏大规模临床研究支持。国内研究在样本量和种族多样性方面也存在不足，影响了研究结果的普适性。

在中医药领域，研究者们尝试通过传统中药方剂调节肠道微生态以改善NAFLD。许趁意的研究表明，半夏泻心汤通过调节胆汁酸代谢和激活肠道激素轴，可能对NAFLD的治疗具有潜在作用[11]。这种结合中西医的研究思路为NAFLD的治疗提供了新的可能性。

2.2. 国际研究进展

在全球范围内，肠道屏障功能障碍与非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的研究取得了显著进展，尤其是在肠–肝轴的机制探索和生物标志物的识别方面。肠道屏障的破坏导致细菌脂多糖(LPS)、内毒素等进入血液循环，进而引发肝脏炎症和纤维化[12]。

在国际研究中，肠道微生物组的调控被视为改善NAFLD的重要策略。研究发现，通过饮食干预和益生菌的使用，可以有效改善肠道微生态，降低肝脏炎症[13]。肠道屏障功能的恢复也被认为是减轻NAFLD症状的关键。研究表明，特定的营养成分，如橄榄苦苷(OLE)，能够通过下调LPS-TLR4轴，改善肝脏脂肪变性和炎症[14]。

在诊断技术方面，代谢组学作为一种无创的诊断方法，显示出在NAFLD早期诊断中的潜力。呼出气代谢组学通过分析呼出气中的挥发性有机化合物，可以实现对肝脏健康状态的评估[15]。这种技术的应用为NAFLD的早期检测提供了新的可能性。

国际研究在肠道屏障功能障碍与NAFLD的关系上取得了诸多创新性成果，这些研究不仅深化了对NAFLD病理机制的理解，也为未来的诊断和治疗策略提供了重要的理论基础。

3. 肠道屏障功能在非酒精性脂肪肝病早期诊断中的价值

3.1. 肠道屏障与脂肪肝的交互作用

肠道屏障功能是指肠道黏膜和细胞外屏障成分防止肠道腔与组织之间交换的能力[16]。肠道屏障包括肠道微生物群、黏液层、上皮细胞单层和位于固有层的免疫细胞。肠道屏障在防止病原体和有害物质进入体内、调节物质的吸收和分泌、免疫调节以及维持肠道微生物群平衡等方面发挥着重要作用[17]。

肠道通透性的增加会导致肠道细菌产物(如脂多糖，LPS)的易位[18]。肠道屏障功能障碍导致肠道细菌及其产物通过肠道上皮细胞进入血液。这一过程主要通过Peyer斑的M细胞和肠上皮细胞发生。正常情况下，肝脏对少量细菌产物具有免疫耐受性。然而，肠道屏障功能障碍导致大量细菌产物进入肝脏，破坏了这种免疫耐受，使肝脏从免疫耐受状态转变为免疫活跃状态[19]。进入肝脏的细菌产物激活肝脏中的免疫细胞(如库普弗细胞)，引发炎症反应。炎症因子(如TNF-α、IL-6)的释放进一步加剧肝脏的炎症和损伤[20]。

当肠道屏障功能受损时，免疫系统也会从免疫耐受状态转变为免疫激活状态，导致炎症因子的大量释放，进一步损伤肝细胞和促进肝纤维化[21]。

肠道屏障功能障碍还可以干扰肝脏的脂质代谢过程。一方面，肠道屏障功能障碍导致肠道细菌产物进入血液(如脂多糖，LPS)，引发代谢内毒素血症。LPS与体内的Toll样受体4 (TLR-4)结合，激活炎症反应，释放大量促炎细胞因子(如TNF-α、IL-6)，这些细胞因子可干扰胰岛素信号传导，导致胰岛素抵抗。另一方面，肠道屏障功能障碍导致肠道吸收效率改变，影响能量的摄入和消耗。肠道通透性增加可能使更多的能量分子进入血液，导致能量代谢紊乱[22]。

肠道屏障功能障碍常伴随肠道微生物群的失调，有益菌减少，有害菌增多。肠道微生物群的失调也被认为是NAFLD的重要病理特征。高脂饮食引起的菌群组成改变增加了肠道通透性，进而导致肝脏炎症和纤维化[23]。通过16S rDNA技术分析，发现NAFLD患者的肠道菌群组成发生显著变化，特定菌群如Romboutsia和Faecalibacterium的丰度变化与NAFLD的发生密切相关[3]。肠道菌群失衡导致肠道通透性增加，使得肠道中的细菌产物(如脂多糖)进入肝脏，激活肝脏中的免疫细胞，释放大量炎症因子(如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6等)，进一步加剧脂肪肝的炎症和纤维化[24]。肠道微生物群的代谢产物，如短链脂肪酸(SCFAs)，在调节肝脏脂质代谢中发挥重要作用。丁酸钠作为一种SCFA，通过激活LKB1-AMPK-Insig信号通路，抑制肝脏脂质生成，从而减轻NAFLD的症状[25]。NAFLD的治疗中，调节肠道微生物群被视为一种潜在的策略。益生菌和益生元的使用可以改善肠道菌群的平衡，增强肠道屏障功能，减少肝脏的炎症反应[13]。中医药也通过调节肠道微生态来改善NAFLD，化滞柔肝颗粒等中药通过影响肠道菌群的组成和功能，显示出治疗NAFLD的潜力[26]。粪菌移植作为一种新兴的治疗手段，通过重建健康的肠道微生物群，也已在慢性肝病的治疗中展现出积极的效果[8]。

3.2. 非酒精性脂肪肝病的早期诊断策略

非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的早期诊断策略在近年来的研究中取得了显著进展。肠道屏障功能障碍与NAFLD的发生密切相关，肠道通透性增加和细菌脂多糖(LPS)水平升高是重要的病理特征[3]。在患有简单脂肪肝的儿童患者中，血浆内毒素浓度增加，这表明在疾病的早期阶段已经存在一定程度的肠道通透性增加[27]。通过检测血清中LPS水平，可以在NAFLD的早期阶段识别出肝脏炎症的存在，这为早期诊断提供了可能性。D-乳酸和二胺氧化酶(DAO)作为肠道通透性生物标志物，其在NAFLD患者中的水平显著升高，反映了肠道屏障的受损情况[16]。最近的一项荟萃分析包括了研究儿童和成人NAFLD患者通透性增加的研究，提示小肠通透性随着肝脂肪变性的程度而增加，而与肝炎、气球样变或纤维化无关联[28]。

在代谢组学的应用中，广泛靶向代谢组学技术通过高灵敏度的代谢物分析，揭示了NAFLD患者体内代谢紊乱的特征[29]。这种技术能够同时监测多种代谢物，为NAFLD的早期诊断提供了新的视角。研究表明，NAFLD患者的胆汁酸谱发生显著变化，尤其是初级胆汁酸的增加与NAFLD的组织学特征相关[30]。Lake等人研究表明，支链氨基酸与非酒精性脂肪性肝炎(NASH)相关，但在脂肪肝中不相关，且在晚期纤维化阶段水平下降[31]。Sinha等人的研究表明，呼气代谢组学在非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的诊断中具有显著的应用潜力。研究发现，NAFLD肝硬化患者的呼气中丙酮、二甲基硫、d-柠檬烯、苯乙酮和α-萜品烯等挥发性有机化合物(VOCs)水平显著高于健康受试者。其中，d-柠檬烯对NAFLD肝硬化具有最强的鉴别能力，其AUROC值达到0.91，显示出极高的诊断准确性。此外，呼气中的丙酮和d-柠檬烯浓度还可以有效区分NAFLD非肝硬化和NAFLD肝硬化患者，丙酮的AUROC值为0.88，灵敏度为90%，特异性为70% [32]。Lee等人的研究通过对63名NAFLD患者进行依折麦布和他汀类药物联合治疗或他汀类药物单药治疗，发现依折麦布联合治疗组中黄嘌呤水平的下降与肝脂肪减少相关，而胆碱水平的增加与肝硬度减少相关。其代谢物变化的模型在预测治疗反应方面显示出良好的性能，AUC值大于0.75 [33]。这些代谢物的变化不仅为NAFLD的早期诊断提供了潜在的生物标志物，也为理解其病理机制提供了新的线索。

肠道微生物群的失调在NAFLD的发病中扮演了重要角色。研究发现，肠道微生物群的组成变化与NAFLD的严重程度相关，尤其是在肥胖和胰岛素抵抗的背景下[34]。研究发现，NAFLD患者的肠道菌群多样性显著降低，特定菌群如厚壁菌门和变形菌门的比例发生变化，这些变化与肝脏的炎症和脂肪变性密切相关[7]。Lee等人的研究通过建立37种肠道细菌群落的随机森林分类器模型，成功发展出一种能精确识别脂肪肝肝纤维化各阶段的创新方法[35]。Lesley Hoyles等人的研究通过结合粪便宏基因组测序和分子表型组学(包括肝脏转录组和血浆及尿液代谢组)，揭示了肠道微生物组与宿主表型之间的分子网络，并发现这些分子表型组学特征在脂肪肝的早期预警和预测中具有较高的诊断能力，其AUC值为72.73% [36]。通过分析肠道微生物群的变化，可以为NAFLD的早期诊断提供重要的参考信息。尽管目前尚无针对NAFLD的肠道微生物群分析或调节方法被广泛应用于临床，但其作为诊断工具的潜力正在被逐步挖掘。

NAFLD的早期诊断策略正在不断发展，涵盖了从生物标志物检测到代谢组学分析，再到肠道微生物群的研究。这些策略的结合有望在未来为NAFLD的早期诊断和治疗提供更为全面和有效的解决方案。

4. 讨论

在肠道屏障功能障碍与非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的研究中，尽管取得了一定的进展，但仍存在诸多局限性。研究设计方面，许多研究依赖于横断面研究，这种设计限制了对因果关系的推断能力。由于肠道屏障功能障碍与NAFLD的复杂关系，纵向研究设计可能更有助于揭示其动态变化和因果关系。然而，纵向研究通常需要更长的时间和更高的成本，这在一定程度上限制了其应用[37]。

样本选择方面，现有研究的样本量普遍较小，且多集中于特定人群，缺乏广泛的种族和地域代表性。许多研究未能充分考虑样本的多样性，如年龄、性别、生活方式等因素对研究结果的潜在影响。

在数据分析方面，肠道微生物群的复杂性和多样性对数据分析提出了挑战。现有研究多采用16S rRNA测序技术，但这种方法在分辨率上存在局限，难以准确识别微生物群的种属水平变化[38]。肠道微生物群与宿主代谢的相互作用复杂，现有分析方法难以全面捕捉其动态变化和功能性影响[39]。未来研究可结合多组学数据，采用更高分辨率的宏基因组测序技术，以全面解析肠道微生物群的动态变化及其与NAFLD的关系[40]。肠道微生物群与肝脏健康的交互作用复杂，需通过纵向研究揭示其动态变化及因果关系，以便开发更有效的干预策略[4]。

生物标志物如LPS、D-乳酸和DAO在NAFLD诊断中显示出潜力，但其特异性和敏感性尚需大规模临床验证[16]。同时，肠道屏障功能障碍的分子机制尚未完全阐明，尤其是肠道微生物群与宿主免疫系统的相互作用机制仍需深入研究[41]。未来可结合分子病理学的理论和技术，深入探讨肠道屏障功能障碍的分子机制，为NAFLD的早期诊断和治疗提供新的理论基础[42]。

代谢组学技术的应用为揭示NAFLD的代谢紊乱提供了新的视角，未来研究可进一步利用代谢组学分析肠道微生物群的代谢产物对肝脏健康的影响[43]。呼出气代谢组学作为一种无创诊断方法，显示出在NAFLD早期诊断中的潜力，未来可通过优化采样和分析方法，提高其诊断准确性和应用广度[15]。

中医药在调节肠道微生态方面展现出潜力，未来可通过现代科学技术手段，揭示其在改善NAFLD中的具体机制和作用途径，为传统医学与现代医学的结合提供新思路[44]。干细胞技术作为再生医学的重要组成部分，未来可探索其在修复肠道屏障功能障碍中的应用，为NAFLD的治疗提供新的可能性[45]。

现有研究在设计、样本选择和数据分析等方面的局限性限制了对肠道屏障功能障碍与NAFLD关系的全面理解。未来研究需在这些方面进行改进，以推动该领域的发展[2] [6] [14]。