膿毒癥是一種由感染引起的全身性炎癥反應綜合征，常導致多器官功能障礙，其中肝臟損傷是獨立的風險因素，與高死亡率相關，目前針對膿毒癥相關肝損傷的病理機制和治療策略尚未完全明確。時間限制性進食（TRF）這一飲食干預方式因其在代謝調控方面的顯著效益而備受關注，將每日進食時間控制在特定窗口期的飲食模式，已被證實能夠改善胰島素敏感性、減輕慢性炎癥等。TRF是否能夠通過特定機制對膿毒癥肝損傷產生保護作用這方面研究尚無人涉足。
2025年4月，南方醫科大學南方醫院劉克玄教授團隊在Gut Microbes上在線發表了題為“Time-restricted feeding protects against septic liver injury by reshaping gut microbiota and metabolite 3-hydroxybutyrate”的研究文章，通過代謝組學、微生物組學、轉錄組學等多組學手段，揭示了限時飲食（TRF）可通過重塑腸道菌群，增加3-羥基丁''酸（3-HB）水平，激活PI3K/AKT/mTOR/LPIN1通路抑制肝細胞鐵死亡，減輕膿毒癥肝損傷，為臨床該疾病的防治提供新方向。（麥特繪譜提供Q200宏代謝技術檢測服務）
研究設計
• 動物模型：盲腸結扎穿刺（CLP）和脂多糖（LPS）注射誘導膿毒癥小鼠模型
• 實驗分組：TRF（6小時進食/18小時禁食）vs正常飲食（ND），結合抗生素（ABX）處理、糞菌移植（FMT）、無菌（GF）小鼠及基因敲除（Hmgcs2/Lpin1）小鼠
• 臨床樣本：57例膿毒癥患者（17例肝損傷 vs 40例非肝損傷），檢測糞便L. murinus豐度和血清3-HB水平
• 實驗方法：Q200宏代謝組學、16S、轉錄組學、分子互作、功能實驗等
研究思路
研究結果
1.TRF減輕膿毒癥損傷并重塑腸道菌群
TRF顯著提高了CLP小鼠的存活率，降低了血清內毒素水平，并減輕了肝臟、肺和腎臟的損傷。16S rRNA基因測序顯示，TRF顯著改變了腸道微生物群的組成和多樣性，特別是增加了Lactobacillus murinus（L. murinus）的豐度。
圖1. 限時喂養減輕膿毒癥損傷并改變腸道微生物群組成和多樣性
2.L. murinus對膿毒癥肝損傷的保護作用
通過糞菌移植（FMT）實驗，發現TRF處理的小鼠糞便能夠改善膿毒癥小鼠的存活率和肝損傷。在無菌鼠（GF）實驗中，L. murinus的灌胃顯著降低了血清LPS水平和肝損傷。與滅活的L. murinus相比，活的L. murinus預處理能夠顯著降低血清LPS、ALT和AST水平，并減輕肝損傷，表明L. murinus通過活性代謝物發揮作用。通過Q200宏代謝組學分析（麥特繪譜提供）顯示L. murinus處理顯著提升膿毒癥小鼠盲腸和血清中的3-羥基丁''酸（3-HB）水平，且3-HB與肝損傷標志物呈負相關。除此之外，3-HB合成必需酶Hmgcs 2（3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合成酶2）的表達趨勢與3-HB的表達趨勢一致。
圖2. L. murinus減輕肝損傷
3.臨床相關性驗證
膿毒癥肝損傷患者血清3-HB水平和糞便L. murinus豐度顯著低于非肝損傷組，3-HB與ALT/AST負相關，ROC曲線顯示其預測肝損傷的AUC=0.8429。
圖3. 膿毒性肝損傷患者血清3-HB水平與肝損傷標志物的相關性分析
4.L. murinus通過宿主Hmgcs2促進3-HB生成
進一步通過Hmgcs2基因敲除小鼠模型來驗證，發現與假手術小鼠相比，CLP小鼠肝臟中HMGCS2表達降低，活的L. murinus預處理可上調HMGCS2表達，增加血清3-HB水平，滅活的L. murinus無此效果。進一步通過AAV病毒介導的Hmgcs2基因敲除實驗發現，Hmgcs2敲除小鼠中L. murinus無法恢復3-HB水平，也無法減輕膿毒癥肝損傷，表明Hmgcs2在L. murinus的保護作用中不可或缺。
圖4. L. murinus通過Hmgcs2酶促進3-HB合成以減輕膿毒性肝損傷
5. 3-HB通過PI3K/AKT/mTOR/LPIN1抑制鐵死亡
轉錄組測序結果顯示，3-HB處理顯著上調Lpin1基因表達。KEGG通路富集分析表明PI3K/AKT通路在3-HB處理組顯著激活。Western blot證實3-HB促進AKT/mTOR磷酸化及PI3K、LPIN1蛋白表達，分子對接和SPR實驗證明3-HB直接結合PI3K蛋白。使用PI3K/AKT/mTOR抑制劑NVP-BEZ235可逆轉3-HB的肝保護作用。在Lpin1敲除小鼠中，3-HB未能改善CLP誘導的肝損傷和炎癥因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）升高。這些結果表明，3-HB通過直接靶向PI3K，激活PI3K/AKT/mTOR/LPIN1信號通路，從而減輕膿毒癥肝損傷。此外，GSEA-KEGG分析顯示鐵死亡通路在膿毒癥模型（CLP組）顯著激活，3-HB處理可下調關鍵鐵死亡標志物ACSL4的表達，并降低肝臟MDA、LPO和Fe²?水平。LPIN1作為該通路下游關鍵分子，其敲除小鼠中3-HB的抗鐵死亡作用完全消失。此外，鐵死亡抑制劑Fer可減輕肝損傷，而NVP-BEZ235的惡化作用可被Fer逆轉。這些結果證實3-HB通過PI3K/AKT/mTOR/LPIN1信號軸抑制鐵死亡，從而發揮肝保護作用。
圖5. 3-HB通過PI3K/AKT/mTOR/LPIN1抑制鐵死亡
6.體外驗證
AML12細胞中，3-HB處理顯著提高了細胞活力，降低乳酸脫氫酶（LDH）含量，同時也降低了LPS誘導的丙二醛（MDA）、脂質過氧化（LPO）和Fe²?水平，增加了總谷胱甘肽（TGSH）含量，使用PI3K/AKT/mTOR通路抑制劑也進一步證實了3-HB通過激活PI3K/AKT/mTOR/LPIN1減少LPS誘導的鐵死亡，從而減輕細胞損傷。
圖6. 3-HB通過激活PI3K/AKT/mTOR/LPIN1通路抑制鐵凋亡減輕AML12細胞損傷
研究結論
TRF通過調節腸道微生物群（特別是增加L. murinus的豐度）減輕膿毒癥肝損傷，L. murinus通過促進3-HB的合成來發揮保護作用，3-HB激活PI3K/AKT/mTOR/LPIN1信號通路抑制肝細胞鐵死亡，從而減輕膿毒癥肝損傷。此外，血清3-HB水平與膿毒癥患者的肝損傷指標呈負相關，可作為膿毒癥肝損傷的潛在預測生物標志物，為臨床管理和診斷膿毒癥肝損傷提供了新知。
參考文獻
Time-restricted feeding protects against septic liver injury by reshaping gut microbiota and metabolite 3-hydroxybutyrate. Gut Microbes. 2025
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該研究通過Q200宏代謝組學技術分析顯示L. murinus處理顯著提升膿毒癥小鼠盲腸和血清中的3-羥基丁''酸（3-HB）水平，且3-HB與肝損傷標志物呈負相關，可作為膿毒癥肝損傷的潛在預測生物標志物。
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