陳慧，李碩燁 ，李楠，，王慧

1 濰坊醫(yī)學(xué)院傳染病學(xué)教研室，山東濰坊 261000；2 日照市人民醫(yī)院感染科

非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）為臨床上最常見的慢性肝病，統(tǒng)計顯示其全球發(fā)病率約25.24%（14%~32%）。NAFLD包括肝臟脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、肝纖維化等病理過程，后期可進(jìn)展至肝硬化、肝癌［1］。它的發(fā)病機制復(fù)雜，涉及到代謝、遺傳和環(huán)境等多個因素，具體機制尚未完全明確，因此目前的治療方法療效有限。越來越多的研究表明，腸道微生物菌群與非酒精性脂肪性肝病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，而丁酸作為腸道微生物分解產(chǎn)物—短鏈脂肪酸的重要組成部分，也被多次證明與NAFLD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，成為NAFLD 的潛在治療藥物［2-8］，其衍生物如4-苯甲基丁酸（PBA）也被證明能改善高果糖誘導(dǎo)大鼠的NAFLD［9］。丁酸除了來源于膳食纖維外，主要在腸道中由厚壁菌門產(chǎn)生，是結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要能量來源。丁酸衍生物如PBA，克服了丁酸的短半衰期而保留其生物活性。丁酸及其衍生物對腸道及腸外疾病均存在有益作用，如在腸道疾病有調(diào)節(jié)跨上皮離子轉(zhuǎn)運功能、抗炎抗氧化、維持結(jié)腸防御屏障、影響內(nèi)臟感知、誘導(dǎo)腸道運動增強等作用，腸道外有增加胎兒血紅蛋白、增加胰島素敏感性與減少膽固醇合成、氨清除、保護(hù)神經(jīng)等作用［10］。目前丁酸及其衍生物防治NAFLD 的分子機制仍不十分清楚，但關(guān)于此方面的研究逐年增多，且已經(jīng)取得了不少研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，丁酸及其衍生物通過調(diào)節(jié)能量代謝、脂質(zhì)代謝，改善炎癥反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)腸道菌群、維持腸道穩(wěn)態(tài)等機制預(yù)防NAFLD 的發(fā)生、延緩其進(jìn)展，現(xiàn)綜述如下。

1 調(diào)節(jié)能量代謝

丁酸鹽通過減少能量攝入、改善線粒體生物功能來調(diào)節(jié)能量代謝從而對非酒精性脂肪性肝病發(fā)揮防治作用。目前認(rèn)為，NASH 是肝臟由于過量的脂肪酸和碳水化合物而產(chǎn)生的代謝應(yīng)激反應(yīng)。高熱量食物造成的營養(yǎng)過剩，加上缺乏運動的生活方式造成的能量消耗低，促進(jìn)脂肪組織肥大，儲存多余的熱量，從而導(dǎo)致脂肪細(xì)胞大量膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致脂肪組織缺氧。缺氧脂肪組織會導(dǎo)致組織纖維化和炎癥，進(jìn)一步降低脂肪組織功能，增加葡萄糖和脂質(zhì)的循環(huán)水平，并導(dǎo)致代謝性疾病的更早發(fā)生［11］。

丁酸被認(rèn)為是一種能量攝入調(diào)節(jié)劑。丁酸可與G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）GPR41和GPR43結(jié)合刺激食欲抑制激素分泌［12］。正常結(jié)腸內(nèi)存在大量的內(nèi)分泌L細(xì)胞，可分泌參與食欲調(diào)節(jié)的肽類，如胰高血糖素樣肽 1（GLP-1）、肽 YY（PYY）和胃泌酸調(diào)節(jié)素等。丁酸可激活腸道內(nèi)分泌L 細(xì)胞表面的GPR41和GPR43，刺激 PYY 和GLP-1 的分泌，兩者均可以延遲胃排空，誘導(dǎo)飽腹感，從而減少能量攝入。KIMURA 等［13］對比了 GPR43 缺陷的小鼠和 GPR43過量表達(dá)小鼠，發(fā)現(xiàn)前者在正常飲食下也會肥胖，而后者即使喂食高脂肪飲食，仍然是瘦的，這進(jìn)一步表明丁酸介導(dǎo)的GPR43 激活抑制了脂肪細(xì)胞中的胰島素信號傳導(dǎo)，促進(jìn)了能量的代謝。丁酸還可以作用于腸—腦神經(jīng)回路，調(diào)節(jié)機體能量攝入。LI 等［14］研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽被模型小鼠攝入后抑制了其下丘腦中表達(dá)神經(jīng)肽Y 的促食欲神經(jīng)元的活動，并降低了其腦干中的孤束核和迷走神經(jīng)背側(cè)復(fù)合體內(nèi)的神經(jīng)元活動，從而影響了小鼠食欲，減少了食物攝取。這些都說明丁酸鹽對于NAFLD 的有益作用部分歸功于減少能量攝入來改善能量代謝。

另外，線粒體參與體內(nèi)各種生理反應(yīng)，提供能量，因此線粒體功能障礙會引起包括代謝性疾病在內(nèi)的多種疾病。線粒體功能障礙和相關(guān)的氧化應(yīng)激是NAFLD 和NASH 發(fā)展的標(biāo)志性特征。從這個意義上說，恢復(fù)線粒體功能對于緩解NAFLD 的進(jìn)展至關(guān)重要。有研究［15］顯示，在 NAFLD 中，丁酸鹽可以顯著促進(jìn)線粒體的生物合成和功能，其中GPR43-β-arrestin2-AMPK-PGC1-α 信號通路發(fā)揮了巨大作用。GPR43 是細(xì)胞膜上的G 蛋白偶聯(lián)蛋白，β -arrestin2 是其下游激活劑之一，通常被認(rèn)為是炎癥的調(diào)節(jié)劑，在維持脂肪細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)中也有重要作用。線粒體含量受其生物發(fā)生的影響，“過氧化物酶體增殖物激活受體γ-共激活因子-1a（PGC-1a）”是線粒體生物發(fā)生的中心環(huán)節(jié)。在NAFLD 患者中可發(fā)現(xiàn)PGC-1a 表達(dá)降低，而PGC-1a 的上調(diào)可顯著增加胰島素敏感性和脂質(zhì)氧化。已有研究表明，蛋白激酶（AMPK）的磷酸化會激活PGC-1alpha，增加線粒體相關(guān)基因的表達(dá)，并促進(jìn)線粒體生物發(fā)生。ZHAO 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可以顯著逆轉(zhuǎn)高胰島素誘導(dǎo)的GPR43 和β-arrestin2 減少，并通過促進(jìn)AMPK-PGC1-α 和阻斷組蛋白去乙?；?HDAC）信號通路來促進(jìn)線粒體的生物發(fā)生，從而改善了小鼠的肝功能。說明丁酸鹽還能通過改善線粒體生物功能調(diào)節(jié)能量代謝，從而發(fā)揮防治NAFLD的作用。

2 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

多個研究表明，攝入丁酸及其衍生物PBA 有益于機體的脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。它們從改變脂肪生成、影響脂肪分解、促進(jìn)脂肪酸（FA）β-氧化、調(diào)節(jié)載脂蛋白代謝等方面發(fā)揮調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的作用。其中，丁酸作為 HDAC 抑制劑［16］發(fā)揮核心作用，而 PBA 則起到HDAC 抑制劑或化學(xué)分子伴侶的作用。

2.1 調(diào)控脂肪生成 過度刺激的脂肪生成導(dǎo)致了NAFLD 患者的肥胖和胰島素抵抗，過去幾年，抑制脂肪生成的方法一直是研究的主題。為探究丁酸對脂肪生成的影響，TOSCANI等［17］將0.5 mmol/L 丁酸應(yīng)用于3T3-L1 前脂肪細(xì)胞5 天，結(jié)果顯示丁酸抑制HDAC 活性，刺激 Pparg、Add1 和 Fasn 基因表達(dá)、脂質(zhì)積累，進(jìn)而加速脂肪細(xì)胞分化，但后期脂質(zhì)水平降低。常見的HDAC 抑制劑包括曲古抑菌素A（TSA）、scriptaid 和辛二酰苯胺異羥肟酸均可阻止3T3-L1 細(xì)胞分化和脂質(zhì)積累，且丁酸的脂肪生成作用在與TSA 共孵育后被完全阻斷。HABERLAND等［18］研究發(fā)現(xiàn)，是丁酸的短鏈脂肪酸特性而不是其HDAC 抑制特性促進(jìn)了脂肪生成，且還發(fā)現(xiàn)丁酸在應(yīng)用后的前48 h 內(nèi)發(fā)揮HDAC 抑制作用，因此認(rèn)為，這種抑制發(fā)生在脂肪生成的早期標(biāo)志物（C/EBPβ）下游及在脂肪生成的中晚期標(biāo)志物（PPARγ）上游，推斷丁酸作為HDAC 抑制劑可能通過影響C/EBPβ 的乙?；癄顟B(tài)或者降低C/EBPβ DNA 結(jié)合親和力及其轉(zhuǎn)錄激活潛力來阻斷脂肪生成。PBA 主要通過調(diào)節(jié)未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）信號、減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激來影響脂肪生成，而早有研究證明ER應(yīng)激在NAFLD 發(fā)病機制占據(jù)重要作用［19］。另外，PBA 對脂肪形成有不同作用，這可能與所用PBA的濃度有關(guān)。LONGO 等［20］指出在低濃度時，PBA（50 μmol/L）會刺激脂肪生成，因為PBA 僅抑制非必要的ER 應(yīng)激，對低級別生理性ER 應(yīng)激無反應(yīng)，而在高濃度下，PBA（10～20 mmol/L）消除病理和生理性ER 應(yīng)激，從而抑制脂肪生成。

丁酸和PBA 通過抑制HDAC 活性和UPR 信號傳導(dǎo)影響脂肪生成。預(yù)計長期丁酸治療將具有抗脂肪生成作用，盡管丁酸支持早期脂肪生成，但它并沒有刺激整個過程，細(xì)胞脂質(zhì)水平在脂肪生成的后期降低。 PBA 對脂肪生成的不同影響可能與在PBA特定環(huán)境中作為化學(xué)伴侶發(fā)揮的常規(guī)作用以及使用的PBA濃度有關(guān)。

2.2 促進(jìn)脂肪分解 通過刺激脂肪分解來動員和分解脂肪細(xì)胞中的脂肪沉積是肥胖及相關(guān)疾病管理方法之一。已有多個小鼠模型研究表明，丁酸對脂肪分解有促進(jìn)作用，包括白色脂肪組織（WAT）和棕色脂肪組織（BAT）。在飼喂高脂飲食（HFD）的C57BL/6J小鼠研究中，口服丁酸鹽（80 mg/只，10天內(nèi)灌胃5次）可通過以下途徑促進(jìn)脂解：腎上腺素能受體β3（ARβ3）基因和蛋白表達(dá)的增加，脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）的表達(dá)上調(diào)和激素敏感脂肪酶（HSL）的磷酸化，線粒體氧化磷酸化基因的選擇性表達(dá)［21］。丁酸對WAT和BAT的脂解作用調(diào)節(jié)不同。丁酸主要在下丘腦內(nèi)交感神經(jīng)系統(tǒng)的控制下刺激BAT 功能，增加產(chǎn)熱［14］。但目前大多數(shù)基于細(xì)胞的證據(jù)都不支持丁酸刺激脂肪分解的觀點。體外和體內(nèi)模型之間關(guān)于丁酸對脂肪分解影響的差異部分原因為腎上腺素能系統(tǒng)對WAT 脂肪分解的雙重調(diào)節(jié)以及區(qū)域脂肪庫對腎上腺素能信號的反應(yīng)強度的差異。腎上腺素能系統(tǒng)由兩種受體組成，一種是刺激脂肪分解的β 腎上腺素受體，另一種是抑制脂肪分解的α腎上腺素受體。這兩種受體類型都受兒茶酚胺的調(diào)節(jié)，兒茶酚胺作為激素刺激脂肪分解。在人類中，兒茶酚胺的脂解活性在內(nèi)臟脂肪中最高，其次是腹部皮下脂肪，在外周皮下脂肪中最低。在比較體外和體內(nèi)數(shù)據(jù)時，脂肪組織的這些特征不一定完全反映在細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中，這可能是變異的來源。

PBA對脂肪分解的影響尚不清楚。有一些證據(jù)支持PBA 在WAT 褐變中的作用。為了響應(yīng)適當(dāng)?shù)拇碳ぃㄩL時間的冷暴露、PPARγ 激動劑、β-腎上腺素能刺激），來自某些脂肪庫的WAT 可以通過呈現(xiàn)BAT 的特征而發(fā)生褐變。WAT 褐變有可能使能量平衡從儲存轉(zhuǎn)向消耗，這是一種可能的抗肥胖策略。PBA 已被證明可以改善由ER 應(yīng)激引起WAT褐變的缺陷過程［22］。在這些研究的基礎(chǔ)上，抑制ER應(yīng)激是PBA 影響脂肪分解的主要作用機制，但還需要進(jìn)一步的研究。

2.3 促進(jìn)脂肪酸（FA）β-氧化 線粒體和過氧化酶體中的氧化作用有助于脂肪分解釋放的FA 的分解代謝，以滿足身體的能量需求。因此，刺激FA 氧化被視為是對抗肥胖及NAFLD的一種策略。

在動物模型中進(jìn)行的研究表明，丁酸通過刺激FA β-氧化改善肥胖相關(guān)的代謝紊亂，如胰島素抵抗和糖耐量減低。其中，PPARγ 被確定為丁酸發(fā)揮其促FAβ-氧化機制的關(guān)鍵信號分子。丁酸可以誘導(dǎo)PPARγ 下調(diào)，PPARγ 的下調(diào)激活了 UCP2-AMPKACC 通路，從而促進(jìn)脂肪和肝臟組織中的代謝從脂肪生成轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅嵫趸?，并降低肝臟脂肪酸活性［23］。此外，丁酸還可以作為肝成纖維細(xì)胞生長因子21（FGF21）誘導(dǎo)劑促進(jìn)FGF21 表達(dá)以支持FAβ-氧化，F(xiàn)GF21 在動物體內(nèi)刺激脂肪酸氧化和酮體生成。但丁酸并沒有增加PPARα 與FGF21 基因的結(jié)合，而是增加聚合酶II 的募集并減少HDAC3 的募集?？傊瑒游镅芯浚?4］表明，丁酸通過作為HDAC抑制劑刺激β-氧化來減輕NAFLD代謝功能障礙。

據(jù)報道，PBA也能刺激FA β-氧化。證據(jù)來自對X 染色體連鎖腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良癥的研究，結(jié)果表明PBA 有利于過氧化酶體和線粒體FA 的氧化，但在NAFLD中促進(jìn)FA β-氧化的機制尚不清楚，還需要進(jìn)一步研究。

2.4 調(diào)節(jié)載脂蛋白表達(dá) 載脂蛋白（apoA、B、C、D、E、H、L）與脂蛋白密切相關(guān)，它們識別脂蛋白顆粒并在脂蛋白代謝過程中充當(dāng)受體配體或識別節(jié)點。目前，丁酸和PBA 已通過調(diào)節(jié)載脂蛋白的表達(dá)顯示出對血脂異常的治療潛力。丁酸調(diào)節(jié)載脂蛋白的機制并不完全清楚，目前研究［25］表明，丁酸對脂蛋白代謝的影響可能是劑量和細(xì)胞類型的函數(shù)，低丁酸劑量有利于人肝癌HepG2 細(xì)胞生長和間接脂蛋白產(chǎn)生，而高丁酸劑量抑制Caco-2 腸上皮細(xì)胞中的脂蛋白產(chǎn)生，具體機制還需要進(jìn)一步研究。另有證據(jù)表明，在apoB 產(chǎn)生異常升高或被ER 應(yīng)激抑制的情況下，PBA 可以糾正apoB 代謝，機制為降低肝臟TAG 含量和提高血漿 TAG 水平［26］。

3 改善炎癥反應(yīng)

NAFLD 的特點是由肝臟、腸道和脂肪組織之間的相互作用介導(dǎo)的肝臟和全身的免疫和炎癥反應(yīng)的激活。持續(xù)的低炎癥狀態(tài)與炎癥因子失調(diào)、腸黏膜受損密切相關(guān)。丁酸已被反復(fù)證明具有抗炎作用，尤其是腸道相關(guān)炎癥。在NAFLD 中，丁酸的抗炎作用主要通過抑制抗炎通路、調(diào)節(jié)炎癥因子、發(fā)揮HDAC 抑制劑作用及改善腸黏膜屏障完成的。

一方面，丁酸主要通過激活A(yù)MPK 及其下游靶點如核因子-κB（NF-κB）信號通路，增加抗炎因子、減少炎癥因子的表達(dá)來抑制炎癥反應(yīng)。DENG 等［2］研究表明丁酸鹽可以通過激活A(yù)MPK及抑制巨噬細(xì)胞促炎激活，減輕由于缺乏蛋氨酸和膽堿的飲食導(dǎo)致的小鼠脂肪變性和促炎細(xì)胞因子的分泌。丁酸鹽通過靶向NF-κB 信號通路和NLRP3 炎癥小體（一種多蛋白復(fù)合物，負(fù)責(zé)激活炎癥反應(yīng)）激活，減輕了高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD 相關(guān)的肝臟炎癥［3］。ZHOU等［4］研究表明，高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠模型在丁酸鹽干預(yù)后內(nèi)毒素相關(guān)基因如TLR4和Myd88，促炎基因如 MCP-1、TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6 和 IFN-γ 明顯下調(diào)，肝臟中的抗炎因子如IL-4、IL-10顯著增加。

另一方面，丁酸鹽發(fā)揮其HDAC 抑制劑作用，在表觀遺傳學(xué)上誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸Treg 細(xì)胞分化，從而起到抗炎作用。FURUSAWA 等［27］發(fā)現(xiàn)，在Treg細(xì)胞極化條件下，用丁酸鹽處理幼稚T 細(xì)胞可增強啟動子中的組蛋白H3 乙?；驮黾覨oxp3 基因位點（與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子）的保守非編碼序列區(qū)域，從而誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化增加。

另外，丁酸可以修復(fù)黏膜屏障，減少內(nèi)毒素入血，進(jìn)而減輕肝臟炎癥。ZHOU 等［4］研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可通過激活A(yù)MPK 促進(jìn)緊密連接的組裝完成，保護(hù)腸道屏障完整性，減少病原體相關(guān)分子模式等逃逸到血液中，以此來降低肝臟炎癥。BEISNER 等［5］研究表明，丁酸鈉可減輕高脂肪和高糖飲食誘導(dǎo)的α-防御素下調(diào)，有助于恢復(fù)腸道抗菌屏障功能。CHEN 等［6］也發(fā)現(xiàn)，SIRT3（一種Ⅲ級HDAC）基因缺乏會導(dǎo)致腸道微生物失調(diào)、腸道通透性增加，而補充丁酸鈉可以減輕這種肝損傷。

4 減輕氧化應(yīng)激

在生理條件下，由于細(xì)胞內(nèi)代謝，活性氧（ROS）在肝臟中持續(xù)產(chǎn)生，當(dāng)過量存在時，ROS 可誘導(dǎo)分子和細(xì)胞器損傷，從而導(dǎo)致細(xì)胞器功能障礙（例如線粒體功能障礙）和進(jìn)一步的疾病進(jìn)展。

丁酸除了上述提到的減輕線粒體相關(guān)的氧化應(yīng)激機制，還可以通過減少ROS 產(chǎn)生及改善抗氧化酶的活性發(fā)揮作用，其中AMPK信號起到了重要作用。AMPK 可作用于下游靶點，激活Nrf2 信號通路。Nrf2 是一種重要的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，被認(rèn)為是細(xì)胞抗氧化還原的主要媒介，參與解毒和化學(xué)預(yù)防機制有關(guān)的幾種酶，如谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶輔酶 NAD 的轉(zhuǎn)錄。MOLLICA 等［28］研究發(fā)現(xiàn)，HFD 小鼠的NQO1 和GST 活性以及谷胱甘肽水平明顯降低，應(yīng)用丁酸鹽處理后上指標(biāo)均有所增加，同時發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可以通過直接激活A(yù)MPK 信號減少ROS的產(chǎn)生。

丁酸鹽還可以通過促進(jìn)腸褪黑素合成減輕氧化應(yīng)激。JIN 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽還可以增加腸褪黑激素的合成，進(jìn)而可能通過褪黑素受體依賴的信號級聯(lián)，減弱肝臟誘導(dǎo)型NO 合成酶的誘導(dǎo)和脂質(zhì)過氧化。已有研究［29］證明，褪黑素及其前體色氨酸治療可降低NAFLD 患者的促細(xì)胞因子并改善脂肪代謝參數(shù)。

MicroRNAs 是短的非編碼RNAs，參與 NAFLD和相關(guān)代謝疾病的發(fā)病機制。一項最新研究證明，丁酸鈉通過上調(diào)miR-150 抑制趨化因子受體CXCR4 表達(dá)，減輕HFD 誘導(dǎo)的小鼠氧化應(yīng)激，從而改善NAFLD；這也表明丁酸鹽可作為化學(xué)補充劑治療反芻動物的氧化應(yīng)激及其相關(guān)疾?。?］。然而，其相關(guān)分子機制仍有待深入研究。

5 調(diào)節(jié)腸道菌群、維持腸道穩(wěn)態(tài)

腸道菌群維持著機體生理功能，處于動態(tài)改變中，并參與了許多疾病的發(fā)生發(fā)展。已有研究表明，NAFLD 患者體內(nèi)存在著菌群失調(diào)。多個研究［4，30］表明丁酸鹽可以通過改變機體腸道中pH水平，調(diào)整腸道菌群，促進(jìn)腸道中有益菌群恢復(fù)，減少有害菌群生長，從而調(diào)節(jié)糞便短鏈脂肪酸和內(nèi)毒素水平，并降低促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。另外，丁酸還可以通過激活結(jié)腸細(xì)胞中β 氧化增加氧消耗，從而降低管腔內(nèi)氧和硝酸鹽水平，防止病原菌的增加，維持腸道穩(wěn)定［31］。這說明腸道菌群是丁酸發(fā)揮其多重作用的重要靶點之一，丁酸通過作用于腸道微生物，調(diào)節(jié)其相關(guān)炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激，維持腸道穩(wěn)態(tài)，從而達(dá)到對NAFLD的治療效果。

總之，丁酸鹽通過調(diào)節(jié)能量代謝、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、改善炎癥反應(yīng)、減輕氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)腸道菌群、維持腸道穩(wěn)態(tài)等機制起到防治NAFLD 的作用。鑒于丁酸的短半衰期的局限性，研發(fā)新的丁酸衍生物可能是進(jìn)一步防治NAFLD 的重要方向，丁酸及其衍生物有望成為NAFLD的潛在治療方法。