Role of intestinal microbiota in the formation of non-alcoholic fatty liver disease

Full Text

АФК - активные формы кислорода ЖК - желчные кислоты ИЛ - интерлейкин КЦЖК - короткоцепочечные жирные кислоты ЛПНП - липопротеины низкой плотности ЛПС - липополисахарид НАЖБП - неалкогольная жировая болезнь печени НАСГ - неалкогольный стеатогепатит ФНО-α - фактор некроза опухоли-α Cyp7a1 - 7-α-гидроксилаза холестерина FGF15 - фактор роста фибробластов 15 FXR - ядерные фарнезоидные рецепторы LPS-белок - липополисахарид-связывающий белок NF-κB - ядерный фактор транскрипции каппа В PPARα - рецепторы, активируемые пероксисомными пролифераторами α SIRT1α - сиртрулин 1α TLR - Toll-like рецепторы Неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) представляет собой довольно серьезную проблему современной системы здравоохранения. Распространенность НАЖБП в популяции продолжает неуклонно расти, и это вызывает особую тревогу у представителей медицинского сообщества. По оценкам экспертов, НАЖБП встречается у 80-90% людей с ожирением и гиперлипидемией, у 30-50% больных сахарным диабетом 2-го типа [1]. Признаки НАЖБП очень часто обнаруживаются во время проведения диагностических ультразвуковых исследований. Хотя возможные этиологические факторы заболевания довольно подробно описаны, конкретная и ведущая причина заболевания остается неопределенной. На протяжении многих лет для описания НАЖБП использовались различные термины, такие как «псевдоалкогольный гепатит», «подобный алкогольному гепатит», «стеатонекроз» и «диабетический гепатит», а совсем недавно появились новые аббревиатуры - BASH (как алкогольное, так и безалкогольное заболевание печени), DASH (стеатогепатит, связанный с приемом лекарственных препаратов), CASH (стеатогепатит после химиотерапии) и PASH (стеатогепатит, ассоциированный с мутацией гена PNPLA3) - для разграничения различных этиологических факторов поражения печени [2]. В представленном обзоре литературы очерчены современные взгляды на участие кишечной микробиоты в механизмах формирования НАЖБП. В настоящее время доказано, что нормальная микробиота кишечника способствует уменьшению экспрессии индуцированного голодом жирового фактора (Fiaf), который является супрессором липопротеиновой липазы - ключевого регулятора высвобождения жирных кислот из богатых триглицеридами липопротеинов жировой ткани, скелетной и сократительной мускулатуры [3]. А ведь увеличение клеточного поглощения жирных кислот и накопление триглицеридов в гепатоцитах индуцируются именно увеличением активности липопротеиновой липазы адипоцитов [4]. В проведенных исследованиях показано, что у пациентов с НАЖБП выявляются более высокие титры антител (IgG) к целому ряду кишечных бактерий, в частности, Escherichia coli HA116, Bacteroides fragilis, Bifidobacterium thermophilium и Klebsiella oxytoca [5]. У больных НАЖБП чаще, чем у здоровых лиц, встречается повышенная проницаемость кишечной стенки, при этом риск ее формирования увеличивается в 30 раз и более на стадии неалкогольного стеатогепатита (НАСГ) [6, 7]. Проницаемость кишечного эпителиального барьера тесно связана с уровнем липополисахарид-связывающего белка (LPS-белка), гиперпродукция которого характерна для пациентов с НАЖБП [7]. Кроме того, при развитии НАСГ отмечается увеличение количества грамотрицательных бактерий рода Bacteroidetes, являющихся возможными источниками эндотоксина, также регулирующего проницаемость эпителиального барьера кишечника [8]. Экспериментально установлено, что бактерии кишечника участвуют в регуляции обмена веществ, поступающих в организм хозяина в процессе питания [9]. Так, у мышей со стерильным кишечником несмотря на назначение высококалорийной диеты не развивалось ожирение и отсутствовали признаки стеатоза печени [9, 10]. Данный факт объясняется несколькими причинами. Во-первых, хорошо известна способность микробиоты расщеплять полисахариды пищи, следовательно, в условиях отсутствия бактерий последние не перевариваются и не усваиваются организмом хозяина [10]. Во-вторых, под действием бактерий кишечника осуществляется процесс деконъюгации желчных кислот (ЖК), а именно - деконъюгированные ЖК посредством стимуляции ядерных фарнезоидных рецепторов X (FXR) запускают процесс отложения триглицеридов в печени [11]. У мышей со стерильным кишечником отмечается избыточное накопление конъюгированной тауро-β-мурихолевой кислоты в просвете кишечника [12]. В-третьих, снижение массы тела у мышей без кишечной микробиоты также может быть ассоциировано с повышенной экспрессией фагоцитарного жирового фактора, который посредством ингибирования липопротеиновой липазы препятствует депонированию жира в адипоцитах, мышцах и кардиомиоцитах [13]. И наконец, у экспериментальных особей со стерильным желудочно-кишечным трактом выявлено высокое содержание холина в сыворотке крови, в то время как доказано, что в организме человека представители Firmicutes и Proteobacteria (в частности, Anaerococcus hydalis, Clostridium asparagiforme, Clostridium hathewayi, Clostridium sporogenes, Escherichia fergusonii, Proteus penneri, Providencia rettgeri и Edwardsiella tarda) могут метаболизировать холин до триметиламина [14]. Высокая метаболическая активность данных бактерий может приводить к дефициту холина и, как следствие, фосфатидилхолина в организме хозяина, что, в свою очередь, повышает риск развития стеатоза печени [15]. Триметиламин метаболизируется в печени под действием флавин-монооксигеназы-3 до триметиламин-N-оксида (TMAO) [16, 17]. Известно, что уровень TMAO в плазме крови связан с тяжестью НАЖБП [18], а также с повышенным риском формирования сердечно-сосудистых заболеваний [19]. Установлено, что микробиота кишечника высвобождает молекулярно-ассоциированные компоненты, которые по своей биологической сути являются лигандами Toll-like рецепторов (TLR) [20]. В настоящее время доказано, что в патогенезе НАСГ у человека задействованы TLR 2, 4, 9-го типов [21]. Микробиота кишечника и выделяемые ею эндотоксины участвуют в механизме развития инсулинорезистентности посредством передачи TLR-сигналов, в частности, через взаимодействие между липополисахаридом (ЛПС) и его лигандом TLR4 на поверхности моноцитов, тучных клеток, В-клеток, эпителия кишечника с системой CD14 [22]. ЛПС, которые продуцируются грамотрицательными бактериями кишечника, представляют собой комплекс полисахаридов и липидов и являются активным компонентом эндотоксина. Связываясь с LPS-белком, CD14 и TRL4, ЛПС мигрируют в сосуды кишечника [23]. Прием продуктов с высоким содержанием жиров стимулирует выработку микробиотой ЛПС, которые далее транспортируются хиломикронами [24]. Транслокации ЛПС во внекишечные ткани способствует уменьшение количества белков жесткой связи (ZO-1 и окклюдина), что приводит к повышению кишечной проницаемости [25]. В процессе связывания ЛПС с комплексом LPS-белок-TRL4 на клетках Купфера запускается внутриклеточный воспалительный каскад, активирующий ядерный фактор транскрипции каппа В (NF-κB) и связанную с ним продукцию провоспалительных цитокинов - фактора некроза опухоли-α (ФНО-α), интерлейкина-1 (ИЛ-1) и ИЛ-6 [26]. Данный путь наиболее ярко реализуется у больных НАЖБП на стадии НАСГ, у которых диагностируются самые высокие уровни ФНО-α, ИЛ-1, ИЛ-6 и ЛПС в сыворотке крови [27]. TLR4 также экспрессируются на поверхности звездчатых клеток, под воздействием ЛПС последние могут активироваться и продуцировать компоненты внеклеточного матрикса (коллаген, фибрин), реализующие становление фибротического процесса в печени, который прогрессирует на фоне имеющейся эндотоксемии [28, 29]. Однако негативное влияние ЛПС не ограничивается только пределами желудочно-кишечного тракта. «Метаболическая эндотоксемия», вызванная воздействием ЛПС, сопровождается формированием системного воспаления и повышает сердечно-сосудистый риск у пациентов с НАЖБП [30]. Связывание ЛПС с TLR4 вызывает высвобождение провоспалительных молекул, которые индуцируют эндотелиальную дисфункцию, окисление липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), тромбогенез, образование и разрыв атеросклеротической бляшки [31]. Дополнительным фактором влияния кишечной микробиоты кишечника на развитие НАЖБП является синтез бактериями кишечника эндогенного этанола, который способствует морфологическому и функциональному изменению в клетках, составляющих кишечный барьер, что благоприятствует транзиту эндотоксинов в сосуды кишечника [32]. Этанол и продукты его метаболизма (ацетальдегид и ацетат) [33] индуцируют образование звездчатыми клетками и купферовскими клетками активных форм кислорода (АФК) [34], под действием которых увеличивается экспрессия гена TLR4 [35]. Кроме того, ацетат является субстратом для синтеза жирных кислот, а повышенный уровень свободных жирных кислот и продукция активных форм кислорода, вызванная митохондриальной дисфункцией, приводят к увеличению количества провоспалительных цитокинов и, в конечном итоге, к повреждению печеночной ткани [36]. Дополнительным фактором риска прогрессирования НАЖБП является гиперинсулинемия, приводящая к блокированию митохондриального окисления жирных кислот, которые начинают активно накапливаться и затем частично метаболизируются путем пероксидации с последующим синтезом АФК, запускающих перекисное окисление липидов [37]. В результате данного процесса образуется малоновый диальдегид, имеющий более длительный период полураспада, чем АФК, что служит ключевым фактором развития системного окислительного стресса и НАСГ [38]. Недавно проведенные исследования показали, что кишечная микробиота способствует регуляции метаболизма основного внутриклеточного антиоксиданта глутатиона в организме хозяина [39]. Низкие уровни глутатиона могут способствовать формированию окислительного стресса [40]. Существует гипотеза, что глицин, необходимый для синтеза глутатиона, активно потребляется микробиотой в тонкой кишке, в результате чего может создаваться дефицит глутатиона [41]. Данный факт открывает перспективы производства принципиально новых пробиотиков, содержащих глицин и/или увеличивающих его синтез в кишечнике. В настоящее время пристальное внимание уделяется видовому составу кишечной микробиоты и его влиянию на формирование НАЖБП. Показано, что даже применение обычных пробиотиков (к примеру, бифидобактерий) приводит к значительному уменьшению активности НАЖБП за счет сокращения воздействия на гепатоциты токсичных метаболитов - продуктов жизнедеятельности протеолитических бактерий кишечника, которые индуцируют выработку провоспалительных цитокинов и развитие окислительного стресса в ткани печени [42, 43]. Назначение Bifidobacterium longum сопровождается снижением уровня эндотоксина, ограничением зоны гепатоцеллюлярного повреждения и паренхиматозного воспаления при НАСГ [43]. Имеется следующее объяснение способности бифидобактерий улучшать течение НАЖБП, полученное на основе экспериментальных исследований. На фоне приема бифидобактерий происходит увеличение синтеза в ткани печени сиртрулина 1α (SIRT1α), который регулирует экспрессию рецепторов, активируемых пероксисомными пролифераторами α (PPARα), и снижает уровень связывания регулятора фактора транскрипции SREBP1c, тем самым предотвращая прогрессирование НАЖБП [44]. Данные, касающиеся применения лактобактерий в терапии НАЖБП, несколько противоречивы. В недавно проведенном исследовании под руководством V. Nobili отмечено увеличение представительства Lactobacillus spp. у пациентов с НАЖБП [45]. Это не согласуется с результатами, полученными в эксперименте. В частности, добавление в рацион пробиотика на основе Lactobacillus johnsonii мышам, которых кормили продуктами с высоким содержанием жиров, позволяло предотвратить формирование НАЖБП [44]. У экспериментальных животных указанная пробиотическая добавка способствовала снижению уровня ЛПС в сыворотке крови и сокращению количества бактерий семейства Enterobacteriaceae в кишечнике. В эксперименте также показано, что введение Lactobacillus paracasei при НАСГ может уменьшать проницаемость эпителиального кишечного барьера путем ингибирования провоспалительной реакции купферовских клеток M1 и активации противовоспалительного ответа купферовских клеток M2 [46]. Однако представленные выше результаты сложно сопоставлять с результатами клинических исследований, учитывая специфическую активность лактобактерий у экспериментальных особей, которая не в полной мере соответствует физиологии человека [45]. В опубликованном в 2016 г. проспективном исследовании методом поперечного среза отмечено, что для пациентов с НАЖБП характерно 20% увеличение представителей Bacteroidetes (p=0,005) и 24% снижение Firmicutes (p=0,002), по сравнению со здоровыми лицами из группы контроля [47]. Противоречивые результаты получены относительно представителей, относящихся к Ruminococcus и Roseburia. В одних исследованиях сообщается о незначительном уменьшении численности Ruminococcus у пациентов с НАЖБП [48], в других - увеличение [49]. Детальное изучение роли кишечной микробиоты в развитии НАЖБП расширяет терапевтические возможности у данной когорты пациентов. Весьма перспективным и рациональным является использование пробиотиков, содержащих Parabacteroides, Prevotella и Oscillibacter [50]. Известно, что эти микробные представители продуцируют противовоспалительные метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты [51], служащие важными источниками питания для энтеро- и колоноцитов [52]. Более того, Oscillibacter и Parabacteroides способствуют дифференцировке Т-лимфоцитов, продуцирующих противовоспалительный цитокин - ИЛ-10 [53]. Применение комплексного пробиотического препарата у мышей с гепатоцеллюлярной карциномой сопровождалось снижением уровня провоспалительных цитокинов и замедлением прогрессирования патологического процесса в печени [54]. В последние годы появились сведения о том, что назначение некоторых пероральных сахароснижающих препаратов может приводить к изменению качественного и количественного состава кишечной микробиоты. Так, у пациентов, получающих метформин, выявлено увеличение численности Akkermansia muciniphila, при этом у данной когорты больных отмечалось улучшение толерантности к глюкозе и снижение системного воспаления [55]. Кроме того, назначение пребиотика олигофруктозы также приводило к улучшению метаболических показателей за счет расширения представительства Akkermansia muciniphila [56]. Таким образом, Akkermansia muciniphila является многообещающим «инструментом», который можно будет использовать в лечении пациентов с нарушениями обмена веществ. Все большее значение в механизмах формирования и прогрессирования НАЖБП отводится короткоцепочечным жирным кислотам (КЦЖК). Известно, что диета в странах Запада, как правило, содержит большое количество углеводов. По оценкам исследователей, ежедневно толстой кишки среднестатистического представителя западной цивилизации достигают от 20 до 60 г углеводов, где они подвергаются ферментации сахаролитическими популяциями микроорганизмов, в результате чего последние начинают продуцироваться КЦЖК - ацетат, пропионат и бутират [57]. КЦЖК играют важную роль в поддержании масса тела и кишечного гомеостаза [58]. Первое предположение о связи НАЖБП и КЦЖК сделано в 2006 г., после проведения экспериментального исследования, которое показало, что в слепой кишке мышей с повышенной массой тела содержится большое количество КЦЖК [59]. Аналогичные результаты получены и на популяции людей с ожирением, при этом концентрация пропионата находилась в прямой корреляционной связи высокой силы с показателем ИМТ [51]. При попытке объяснения патогенетической связи НАЖБП и КЦЖК установлено, что последние связывают рецепторы, напрямую связанные с G-белком, - GPR41 (FFAR3), GPR43 (FFAR2) и GPR109A, которые расположены на поверхности эпителиальных клеток кишечника, адипоцитов, гепатоцитов и бета-клеток поджелудочной железы. У экспериментальных мышей, не имеющих рецепторов GPR43 и получающих высококалорийное питание, отмечаются интенсивный набор веса, признаки НАЖБП и формирование инсулинорезистентности, в то время как избыточная экспрессия GPR43 жировой тканью, напротив, препятствует приросту массы тела и развитию стеатоза печени в ответ на высококалорийное питание [60]. Микробиота кишечника - необходимый для нормального функционирования рецепторов GPR43 компонент, скорее всего, из-за синтеза бактериями КЦЖК, которые являются агонистами GPR43 [60]. Взаимодействие рецепторов GPR43 и КЦЖК играет центральную роль в подавлении воспалительных реакций в экспериментальных моделях колита, артрита и бронхиальной астмы [61]. Кроме того, посредством взаимодействия рецепторов GPR43 и КЦЖК в кишечнике осуществляется регуляция уровня проницаемости кишечного эпителиального барьера для продуктов микробного метаболизма и, следовательно, данная связь потенциально может препятствовать повреждению печени [61]. Вместе с тем на сегодняшний день роль GPR43 как ингибитора воспалительных реакций при НАЖБП в клинических исследованиях пока не доказана. Определенное значение в механизмах формирования НАЖБП отводится и ЖК. Как известно, под действием ферментов кишечных бактерий первичные ЖК превращаются в конъюгированные, которые необходимы для поглощения пищевых жиров через образование мицелл и облегчения процесса пищеварения. В экспериментальном исследовании у мышей без кишечной микробиоты отмечались более низкие концентрации конъюгированных ЖК, что подтвердило центральную роль бактерий кишечника в регуляции состава ЖК, их конъюгации и энтерогепатической циркуляции [62]. ЖК связываются с FXR, также известным как NR1H4, который является транскрипционным фактором, контролирующим эндогенный синтез и высвобождение ЖК, а также другие метаболические функции посредством направленного изменения экспрессии транскрипционного гена [63]. В кишечнике FXR связывает ЖК, приводя к активации таргетного гена - фактора роста фибробластов 15 (FGF15). В свою очередь, FGF15 препятствует экспрессии 7-α-гидроксилазы холестерина в печени (Cyp7a1), поддерживая ферментное соотношение в биосинтезе ЖК [12]. Экспериментально показано, что ожирение и инсулинорезистентность у мышей сопровождаются снижением видового разнообразия микробиоты кишечника, увеличением экспрессии FXR и FGF15 в подвздошной кишке, а также уменьшением Cyp7a1 в печени [64]. В печени ЖК непосредственно связываются с FXR. Связанная с FXR ЖК оказывает благоприятное воздействие на ткань печени [65], улучшая метаболизм глюкозы и холестерина в ней, уменьшая накопление жира в гепатоцитах [66]. В исследовании FLINT назначение обетихолевой кислоты - агониста FXR сопровождалось снижением активности НАЖБП на всех стадиях заболевания, включая фиброз [67]. Таким образом, активация печеночного FXR представляет собой перспективное терапевтическое направление в лечении пациентов с НАЖБП [68]. Активация FXR оказывает благоприятное влияние на поддержание липидного гомеостаза, что подтверждено в экспериментальном исследовании, в ходе которого у мышей с избыточной массой тела и НАЖБП, получающих лечение агонистами FXR, отмечалось значительное снижение выраженности стеатоза печени, а также нормализация уровней триглицеридов и холестерина в плазме крови [69]. Данный положительный эффект на показатели липидного профиля может быть частично объяснен индукцией FXR печеночных генов, участвующих в синтезе липопротеинов, - HDL Scrab1, VLDL, ApoCII и ко-фактора липопротеиновой липазы. FXR также способствует уменьшению экспрессии печеночного SREBP-1c - фактора транскрипции, необходимого для синтеза жирных кислот и триглицеридов [66]. Основным местом активации FXR считается подвздошная кишка, хотя высказываются предположения о локализации FXR и в других тканях, в частности, печени, почках, жировой ткани [70]. В еще двух недавно проведенных исследованиях на мышах, получавших высококалорийное питание, оценивалась эффективность перорального синтетического агониста FXR, который плохо всасывается в системный кровоток и приводит к ограниченной кишечной активации FXR [71, 72]. В ходе этих исследований показано, что у экспериментальных мышей на фоне данной терапии отмечались снижение экспрессии генов, участвующих в печеночном липогенезе, и низкие уровни показателей церамидов, а также отсутствовали признаки стеатоза печени [71, 72]. Указанные результаты позволяют предположить, что подавление активации FXR в кишечнике может быть использовано в качестве патогенетической терапии НАЖБП с целью уменьшения выраженности стеатоза печени и подавления печеночного липогенеза. На сегодняшний день накоплено огромное количество работ, подтверждающих участие кишечной микробиоты в метаболизме ЖК, которые играют важную роль в развитии ожирения и НАЖБП. В недавно опубликованном исследовании, проведенном в Японии, установлено, что сокращение пула вторичных ЖК у пациентов с НАСГ ассоциируется со снижением количества Bacteroidetes и Clostridium leptum в кале [73]. Таким образом, изменения качественного и количественного состава бактерий кишечника имеют важное значение в развитии метаболических нарушений. Накопленные к настоящему моменту данные расширяют наше понимание о роли кишечной микробиоты в патогенезе НАЖБП и открывают перспективы для использования новых пробиотиков, пероральных синтетических агонистов FXR с целью профилактики и лечения НАЖБП. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

V A Akhmedov

Omsk State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: v_akhmedov@mail.ru
Omsk, Russia

O V Gaus

Omsk State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Omsk, Russia

References

Supplementary files