Cell子刊|清华/中国科大/安徽医科大发现膳食纤维可改善肝损伤
Cell子刊|清华/中国科大/安徽医科大发现膳食纤维可改善肝损伤
酒精相关性肝病（ALD）在中国发病率逐年上升，目前治疗手段有限。长期饮酒导致的肠道生态失调是ALD的重要诱因，因此研究肠道微生物群的治疗潜力变得重要。膳食纤维已被认定为第七类营养素，具有显著生理作用。研究表明，高膳食纤维摄入可能降低慢性疾病风险，其机制可能与改变肠道菌群有关。鉴于全球膳食纤维摄入量普遍偏低，探讨膳食纤维对ALD进展的影响具有重要意义。
2024年7月2日，清华大学刘志华、安徽医科大学王华与中国科学技术大学殷实共同通讯在Cell Host & Microbe在线发表题为“Dietary fiber alleviates alcoholic liver injury via Bacteroides acidifaciens and subsequent ammonia detoxification”的研究论文。研究团队联合多组学技术（蛋白组+代谢组+微生物组），发现可溶性膳食纤维通过增加小鼠肠道中Bacteroides acidifaciens的丰度来减轻肝损伤。B. acidifaciens可以调节肠道胆汁酸的组成，并激活肠道FXR信号通路，从而通过循环中的FGF15调节肝脏内鸟氨酸氨基转移酶（OAT）的表达。这一机制有助于维持肝脏中的谷氨酰胺合成，从而减少氨积累引起的毒性损害。
饮酒是全球疾病负担的主要原因之一，酒精性肝病（ALD）在欧洲和北美的肝病中占据主要地位。当前，禁酒是治疗酒精性肝病的最有效方法，但戒酒困难且病情可能持续发展，缺乏有效治疗手段。
肠道微生物群对宿主的营养、代谢和免疫有重要作用，并与酒精性肝病等慢性肝病相关。膳食纤维对肠道健康有益，并通过影响肠道微生物群改善慢性疾病。因此，研究膳食纤维是否能通过改变肠道菌群来减缓酒精性肝病的发展非常重要。
1. 可溶性膳食纤维缓解小鼠酒精性肝病并提高肠道中B.acidifaciens的丰度
研究者在Gao-binge模型小鼠的饮食中分别添加了可溶性和不可溶性膳食纤维。结果显示，可溶性膳食纤维显著改善了小鼠的ALD相关指标，而不可溶性膳食纤维对ALD没有显著影响。进一步的粪便微生物群移植（FMT）实验表明，可溶性膳食纤维可能通过改变肠道微生物群的结构来缓解ALD。16S rDNA测序分析发现，酒精与可溶性膳食纤维处理导致了不同的肠道微生物群结构，其中Bacteroides acidifaciens是主要的差异物种。
2. B.acidifaciens可改善ALD模型小鼠的肝损伤、脂肪变性和炎症水平
研究者使用Gao-binge模型小鼠，通过灌胃方式补充B. acidifaciens，并对比补充灭活后的B. acidifaciens（KB. aci）的效果。结果显示，补充B. acidifaciens显著降低了酒精性肝损伤和肝脏甘油三酯水平，而灭活后的B. acidifaciens无此效果。此外，病理分析、免疫组化染色和流式细胞术均表明B. acidifaciens减少了肝脏中性粒细胞的浸润，降低了炎症水平和脂质代谢紊乱。进一步的研究还发现，B. acidifaciens降低了ALD小鼠的血清脂多糖（LPS）浓度，表明其可能通过保护肠道屏障来发挥作用。此外，即使在肠道菌群被抗生素消除的情况下，B. acidifaciens仍能减轻酒精引起的肝损伤，提示其可能通过直接调节肝脏的分子信号来发挥作用。
3. B.acidifaciens通过恢复肝脏中OAT 蛋白的表达来缓解ALD
通过肝脏蛋白质组学分析，研究发现补充B. acidifaciens可以显著增加酒精性肝病（ALD）模型小鼠肝脏中的鸟氨酸氨基转移酶（OAT）表达，改变多种氨基酸相关的代谢途径，并通过腺相关病毒介导的肝细胞特异性OAT过表达，显著降低血清ALT、AST、总胆红素（TBil）和肝脏甘油三酯（TG）水平，从而减轻酒精引起的肝脂肪变性。
4. OAT通过改善谷氨酸代谢，促进氨的解毒，减少氧化应激损伤
肝脏代谢组学研究显示，随着OAT表达的抑制，ALD小鼠肝脏中鸟氨酸积累显著增加，而补充B. acidifaciens后，鸟氨酸积累减少，谷氨酰胺水平显著增加。补充B. acidifaciens或增加OAT表达后，GSH水平显著恢复，氧化应激减少。丙二醛染色和内斯勒染色表明OAT可以减轻氧化应激损伤和氨积累。在体外ALD模型中，OAT过表达减少了乙醇引起的氨积累和细胞凋亡。总结来说，B. acidifaciens通过促进OAT表达，调节鸟氨酸-谷氨酸代谢，进行氨解毒和GSH合成，从而减轻酒精引起的肝细胞损伤。
5. 肝细胞特异性的 OAT 基因敲除小鼠对乙醇诱导的氨蓄积和肝损伤更敏感
研究建立了肝细胞特异性Oat敲除小鼠（OatDHep），发现Oat缺失加重了乙醇引起的肝损伤和氨积累，同时降低了肝脏中GSH和谷氨酰胺水平。通过NH4Cl注射实验，发现Oat过表达可以减轻肝损伤和氨积累，而Oat敲除则加重肝损伤和氨积累。结果表明，肝细胞中的OAT在氨代谢中起重要作用，其缺失会导致氨的积累和肝损伤的加重。
6. B. acidifaciens 通过游离胆汁酸在肠道中激活 FXR-FGF15 信号通路
为了进一步探索B. acidifaciens 促进OAT表达的途径，研究者进行了小鼠肠道内容物的代谢组学和16S rDNA 分析。代谢组学分析显示，B. acidifaciens补充组中的初级胆汁酸生物合成通路显著富集，游离胆汁酸（如鹅去氧胆酸、脱氧胆酸和胆酸）水平增加，而结合胆汁酸水平减少。16S rDNA测序结果表明，B. acidifaciens的丰度显著增加，但对其他微生物的分布影响较小，肠道微生物多样性无显著变化。在酒精喂养的小鼠中，肠道和肝脏的FXR表达水平下降，但补充B. acidifaciens后恢复，肝脏中FXR下游基因（如Shp和Cyp7a1）的表达趋势与FXR激活相同。此外，B. acidifaciens和可溶性膳食纤维补充可以增加血清中FGF15的水平，FGF15通过ERK磷酸化促进肝细胞中OAT的表达。通过构建含有BSH序列的重组大肠杆菌，体内实验显示其能有效降低血清ALT和AST水平，减少肝脏脂肪变性，并增加肠道FXR和肝脏OAT表达。总之，B. acidifaciens通过其BSH活性增加肠道中游离胆汁酸水平，激活FXR-FGF15信号通路，进而缓解酒精性肝病。
7. FXR-FGF15/19 的激活增加了OAT的表达，减轻了酒精性肝损伤
研究发现，激活FXR-FGF15/19通路可以增加OAT的表达并减轻酒精性损伤。分析健康对照组和酒精性肝病（ALD）患者的样本发现，ALD患者的血清FGF19水平较低，且与AST、GGT、氨和总胆红素水平呈负相关。粪便微生物检测显示，ALD患者中B. acidifaciens的丰度降低。进一步实验显示，激活肠道FXR可减轻小鼠的肝损伤，降低血清ALT、AST和肝脏氨水平，并上调肝脏OAT表达。相反，抑制FXR加重肝损伤，但过表达OAT可以缓解这一情况。此外，B. acidifaciens补充可以保护肠道屏障，激活肠道FXR并通过FGF15-OAT通路减少肝脏损伤和氧化应激，同时保护肠道屏障完整性。总之，补充可溶性膳食纤维增加了B. acidifaciens的丰度，通过调节胆汁酸代谢激活肠道FXR，从而缓解酒精引起的肝损伤。
综上，本研究发现给Gao-binge模型小鼠补充膳食纤维或B. acidifaciens，可缓解酒精性肝病（ALD）。B. acidifaciens通过肠-肝轴在肠道内通过胆汁酸-FXR-FGF15通路调节肝脏OAT表达。OAT通过支持鸟氨酸转化为谷氨酸并维持肝脏氨清除，从而有助于缓解ALD。研究强调了可溶性膳食纤维和B. acidifaciens作为改善ALD的潜在有效策略。然而，是否ALD患者可以从膳食调整或B. acidifaciens补充中受益，仍需进一步研究验证。