肝纖維化過(guò)程中，細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度積累會(huì)導(dǎo)致肝硬化、肝衰竭或肝細(xì)胞癌。目前，世界范圍內(nèi)面臨肝纖維化發(fā)病率不斷增加，且無(wú)可用藥物來(lái)預(yù)防或減少肝纖維化的困境。深入探究肝纖維化發(fā)生發(fā)展機(jī)制，尋求破解困局的方法迫在眉睫。
2023年4月1日，四川大學(xué)李飛教授團(tuán)隊(duì)和昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院唐映梅教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Nature Communications上正式發(fā)表了題為“Parabacteroides distasonis?ameliorates hepatic fibrosis potentially via modulating intestinal bile acid metabolism and hepatocyte pyroptosis in male mice”的研究性文章。該研究指出，狄氏副擬桿菌(?P. distasonis?)主要通過(guò)BSH-FXR-膽汁酸通路干預(yù)MPT-Caspase-11 細(xì)胞焦亡，改善肝纖維化；來(lái)自中藥的有效成分雷公藤紅素可促進(jìn)P. distasonis的生長(zhǎng)，表現(xiàn)出肝纖維化治療潛力。
圖1.?P. distasonis通過(guò)增加BSH活性和抑制回腸FXR改善肝纖維化機(jī)制
肝纖維化患者體內(nèi)P. distasonis水平降低
團(tuán)隊(duì)通過(guò)公開(kāi)數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)臨床膽汁淤積與擬桿菌（門(mén)）和副桿菌（屬）水平降低有關(guān)。P. distasonis在膽汁淤積患者、肝纖維化患者和 TAA （硫代乙酰胺）誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化中減少。ROC分析和相關(guān)性分析（臨床樣本和小鼠）顯示P. distasonis具有鑒別肝纖維化能力，且與ALP、TBA、Col1a1等肝纖維化指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。代謝組學(xué)分析顯示，肝纖維化患者血清和糞便中的未結(jié)合膽汁酸/結(jié)合膽汁酸比率降低。潛在表達(dá)BSH酶的菌群中，只有P. distasonis在膽汁淤積患者和TAA誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型中同時(shí)降低，且與臨床糞便樣本中的BSH表達(dá)呈正相關(guān)，表明P. distasonis可能在肝纖維化的發(fā)展中起重要作用。
圖2. 膽汁淤積和肝纖維化患者降低了P. distasonis水平和BSH活性
P. distasonis改善了TAA誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化
團(tuán)隊(duì)通過(guò)菌群移植（FMT）重建小鼠（抗生素）腸道環(huán)境，組織學(xué)顯示腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致TAA誘導(dǎo)的肝纖維化、血清和肝臟中膽汁酸等指標(biāo)均增加、AST、ALT活性增加；FMT和P. distasonis移植均能改善這些指標(biāo)，同時(shí)P. distasonis移植降低ALT、促炎因子和肝纖維化基因mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)，表明總體腸道菌群和P. distasonis可以改善TAA誘導(dǎo)的肝纖維化。非靶向血清代謝組發(fā)現(xiàn)膽汁酸、酰基肉堿和脂質(zhì)被P. distasonis改變；膽汁酸靶向分析發(fā)現(xiàn)P. distasonis降低血清和肝臟中的膽汁酸，增加回腸和盲腸中的膽汁酸含量，表明P. distasonis促進(jìn)腸肝循環(huán)中膽汁酸的排泄。膽汁酸和酰基肉堿均與肝損傷指標(biāo)呈正相關(guān)；P. distasonis降低了健康小鼠血清和肝臟中的膽汁酸但不影響酰基肉堿水平。TAA導(dǎo)致的肝膽汁酸合成和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)被P. distasonis處理逆轉(zhuǎn)，表明P. distasonis促進(jìn)膽汁酸的排泄并改善肝纖維化。
圖3.?P. distasonis改善硫代乙酰胺 (TAA) 誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化
P. distasonis增加BSH活性并抑制回腸FXR信號(hào)
根據(jù)二者正相關(guān)關(guān)系，團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)并驗(yàn)證P. disasonis具有BSH活性——在厭氧條件下P. distasonis將牛磺鵝脫氧膽酸（TCDCA）轉(zhuǎn)化為CDCA；小鼠經(jīng)P. distasonis處理后，盲腸BSH活性、未結(jié)合/結(jié)合膽汁酸水平增加。回腸FXR參與膽汁酸的重吸收。P. distasonis抑制回腸FXR靶基因表達(dá)和蛋白質(zhì)表達(dá)（非肝臟）并通過(guò)雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證實(shí)。組織染色及指標(biāo)活性（AST、ALT）檢測(cè)表明GUDCA是回腸FXR的天然拮抗劑，可減少TAA-肝纖維化；與P. distasonis一致，GUDCA降低了血清和肝膽汁酸，促進(jìn)了回腸和盲腸膽汁酸排泄，表明回腸FXR參與了P. distasonis的保護(hù)作用，改善肝纖維化。
圖4.?P. distasonis增加 BSH 活性并抑制回腸 FXR 信號(hào)傳導(dǎo)
P. distasonis通過(guò)MPT-Caspase-11細(xì)胞焦亡降低肝臟TCDCA水平并改善HSC的激活
肝纖維化患者血清TCDCA和GCDCA分別增加494倍和24倍；然而，TAA-肝纖維化小鼠模型中，TCDCA是唯一在TAA處理后增加并經(jīng)P. distasonis（經(jīng)BSH轉(zhuǎn)化為CDCA）和GUDCA處理而降低的膽汁酸，并在血清和肝臟中被抗生素增強(qiáng)。血清TCDCA與患者和小鼠的肝纖維化指標(biāo)呈正相關(guān)。TCDCA（非CDCA）在小鼠原代肝細(xì)胞中誘導(dǎo)毒性。組織學(xué)分析、AST水平、促炎因子和肝纖維化 mRNA水平和血清代謝組學(xué)表明，TCDCA增強(qiáng)了TAA-小鼠肝損傷；增強(qiáng)了TAA和脫氧膽酸 (DCA) 在小鼠原代肝細(xì)胞中的毒性，表明干預(yù)TCDCA可能有助于肝纖維化治療。
線粒體特征（線粒體嵴、基因、跨膜電位）的改變表明TCDCA在小鼠原代肝細(xì)胞中誘導(dǎo)了MPT（線粒體通透性轉(zhuǎn)換）。TCDCA在小鼠原代肝細(xì)胞和TAA-肝損傷中誘導(dǎo)Caspase-11細(xì)胞焦亡途徑。P. distasonis和FMT改善了TAA-肝纖維化小鼠的 Caspase-11細(xì)胞焦亡。GCDCA也可以誘導(dǎo)MPT 和Caspase-11細(xì)胞焦亡。隨后團(tuán)隊(duì)測(cè)試了不同細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞HSC（Kupffer細(xì)胞除外）在TCDCA處理不同時(shí)間后都會(huì)引起Caspase-11 細(xì)胞焦亡。Caspase-11抑制劑蟛蜞菊內(nèi)酯能改善小鼠原代肝細(xì)胞中TCDCA誘導(dǎo)的Caspase-11細(xì)胞焦亡，表明MPT和Caspase-11細(xì)胞焦亡參與了TCDCA誘導(dǎo)的肝損傷。此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)Caspase-4蛋白被LX2細(xì)胞內(nèi)化，增加肝纖維化和細(xì)胞焦亡基因mRNA和蛋白表達(dá)，表明TCDCA 誘導(dǎo)肝細(xì)胞和HSC中的MPT-Caspase-11細(xì)胞焦亡，Caspase-11細(xì)胞焦亡激活HSC（分化為肌成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞）；TCDCA刺激Kupffer細(xì)胞分泌 IL1β、TNFα和TGFβ蛋白來(lái)激活HSC。
圖5. TCDCA通過(guò)MPT-Caspase-11細(xì)胞焦亡增強(qiáng)肝纖維化
圖6. TCDCA通過(guò)增加肝細(xì)胞和HSC中的MPT-Caspase-11細(xì)胞焦亡途徑激活HSC
雷公藤紅素促進(jìn)P. distasonis的生長(zhǎng)
體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TAA-肝纖維化模型和健康小鼠中， 雷公藤紅素增加了P. distasonis的水平并在體外實(shí)驗(yàn)確證。定量和定性實(shí)驗(yàn)表明雷公藤紅素促進(jìn)生物膜形成。代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素改變了P. distasonis的代謝物。
圖7. Celastrol通過(guò)增加P. distasonis水平來(lái)防止TAA誘導(dǎo)的肝纖維化
雷公藤紅素通過(guò)調(diào)節(jié)腸道膽汁酸代謝和減輕肝細(xì)胞焦亡改善肝纖維化
雷公藤紅素可以防止TAA-肝纖維化，包括組織學(xué)、降低AST和ALT活性、促炎因子表達(dá)和肝纖維化基因和蛋白質(zhì)表達(dá)，以及血清和肝臟代謝物。雷公藤紅素促進(jìn)了膽汁酸的排泄——降低血清和肝臟中的膽汁酸（尤其是TCDCA），增加腸道、尿液和糞便膽汁酸。與P. distasonis的效果一致，雷公藤紅素增加BSH活性，抑制回腸FXR，并減弱小鼠的Caspase-11細(xì)胞焦亡。雷公藤紅素對(duì)抗生素處理后的小鼠保護(hù)作用降低，2周雷公藤紅素處理小鼠經(jīng)FMT 可以改善TAA-肝纖維化。這些結(jié)果表明，雷公藤紅素調(diào)節(jié)腸道膽汁酸代謝，并對(duì)肝纖維化具有保護(hù)作用。
P. distasonis改善MCD飲食誘導(dǎo)的肝纖維化
團(tuán)隊(duì)通過(guò)H&E、油紅O、Masson三色、免疫組織化學(xué)和免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)P. distasonis改善了MCD飲食誘導(dǎo)的肝纖維化，對(duì)脂質(zhì)、AST、ALT、肝纖維化基因mRNA和蛋白表達(dá)均有所改善；靶向代謝組學(xué)表明膽汁酸排泄增加；與前面一致，BSH活性增加，回腸FXR信號(hào)被抑制，Caspase-11 細(xì)胞焦亡被改善；雷公藤紅素也有類(lèi)似效果，但在FXR缺失小鼠中降低，表明回腸FXR在肝纖維化的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
圖8.?P. distasonis通過(guò)增加BSH活性和降低回腸FXR改善MCD飲食誘導(dǎo)的肝纖維化
小結(jié)
肝主藏血，同時(shí)也是人體解毒的主要場(chǎng)所；肝纖維化、肝硬化、肝衰竭或肝細(xì)胞癌影響肝臟對(duì)血液的過(guò)濾、代謝和儲(chǔ)存等功能。本研究著眼于人類(lèi)肝纖維化，分別收集臨床、動(dòng)物和細(xì)胞樣本，通過(guò)多種組學(xué)技術(shù)（非靶向代謝組、靶向代謝組、宏基因組、16S菌群測(cè)序）、菌群移植、生化分析&組織學(xué)、基因/蛋白表達(dá)、透射電鏡等實(shí)驗(yàn)，揭示了腸道菌群通過(guò)腸道膽汁酸和肝細(xì)胞焦亡對(duì)肝纖維化的改善——肝纖維化患者P. distasonis水平降低，外源補(bǔ)充該菌和雷公藤紅素可以通過(guò)增加BSH活性和降低回腸FXR，可調(diào)節(jié)膽汁酸代謝，減輕肝細(xì)胞焦亡，從而改善飲食誘導(dǎo)（TAA、MCD）的小鼠肝纖維化。當(dāng)前，腸道菌群補(bǔ)劑受到的關(guān)注日益增加，該研究結(jié)果同樣表明患者或可通過(guò)補(bǔ)充P. distasonis改善肝纖維化癥狀。
參考文獻(xiàn)
Parabacteroides distasonis?ameliorates hepatic fibrosis potentially via modulating intestinal bile acid metabolism and hepatocyte pyroptosis in male mice.?Nature Communications. 2023.
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本研究通過(guò)多組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控膽汁酸可干預(yù)肝纖維化。膽汁酸作為一類(lèi)具有特殊生理作用的小分子，近年來(lái)被證實(shí)在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。在本研究中，膽汁酸，尤其是TCDCA（~500倍）在肝纖維化患者中變化顯著，與表型/指標(biāo)存在強(qiáng)相關(guān)，并進(jìn)一步成功挖掘其相關(guān)機(jī)制，再一次論證了代謝組學(xué)是最接近表型的組學(xué)這一觀點(diǎn)。針對(duì)膽汁酸譜，麥特繪譜擁有兩套絕對(duì)定量檢測(cè)方案：膽汁酸基礎(chǔ)版和膽汁酸旗艦版，支持膽汁酸與菌群聯(lián)合分析；此外，以全定量靶向代謝組學(xué)技術(shù)為核心，以代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)疾病研究領(lǐng)域?yàn)榉较颍溙乩L譜深耕多年累積了全球獨(dú)有技術(shù)Q1000、Q300、Q200和各類(lèi)小分子代謝物單獨(dú)檢測(cè)方法共20多套；向數(shù)百家三甲醫(yī)院、科研院所和企業(yè)提供高端代謝組學(xué)一站式整體解決方案，助力客戶在Science, Nature, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Signal Transduction and Targeted Therapy, Science Translational Medicine等頂級(jí)期刊發(fā)表最新研究，累計(jì)影響因子3000+。同時(shí)，麥特繪譜還有菌群16S測(cè)序、宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等多組學(xué)，及聯(lián)合分析在內(nèi)的全套解決方案。獨(dú)家的檢測(cè)技術(shù)、全面的數(shù)據(jù)報(bào)告及專業(yè)科研級(jí)別的售后探討，助您科研探索之路不斷創(chuàng)新和突破。詳情請(qǐng)咨詢繪譜熱線400-867-2686，獲取詳細(xì)資料！
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