Nature Metabolism：肠肝ALDH2协同调节酒精代谢和饮酒行为

Nature Metabolism：肠肝ALDH2协同调节酒精代谢和饮酒行为

酒精使用障碍（Alcohol use disorder，AUD）是一类涵盖酗酒、酒精成瘾和酒精中毒等症状的不良医学状况，是全球公共卫生面临的一项挑战。AUD的主要危害与酒精摄入量相关，酗酒后大量乙醇（EtOH）进入体内，造成多器官代谢失衡和损伤。在肝脏内，EtOH经醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase，ADH）氧化为乙醛（Acetaldehyde，AcH），再经醛脱氢酶2（Aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）氧化为乙酸，最终代谢为二氧化碳和水。酗酒后，超出肝脏ALDH2代谢能力的乙醛释放进入循环和中枢系统，引起头痛、恶心、面色潮红、心跳加速等不适症状，从而抑制饮酒行为。因此，探究ALDH2调节AcH清除的机制能够为饮酒行为的控制提供潜在方案。以往观点认为，饮酒后约95% AcH在肝内被ALDH2代谢；但肝脏ALDH2敲除小鼠在酒精灌胃后，血液中AcH的清除率仅降低约30%；即使考虑肝外器官表达ALDH2，发挥部分代偿作用，依旧偏离以往认知，提示肝脏对AcH的清除作用有限，阐明其中详细机制可能为AcH代谢调节认知提供新视角。

2024年6月，美国国立卫生研究院酒精滥用和成瘾研究所肝病研究室（NIH/NIAAA）终身研究员，肝脏疾病实验室高斌教授团队在Nature Metabolism发表研究论文“Coordinated action of a gut–liver pathway drives alcohol detoxification and consumption”，揭示体内AcH的清除依赖肝-肠轴ALDH2的协同驱动，并明确了胆汁流动态在EtOH解毒和饮酒行为中起关键作用。

肝脏-肠道协同完成血液中AcH的清除

抑制血液中AcH清除是AUD治疗的主要策略，但什么器官主导了AcH的清除还有待进一步研究。前期结果表明，肝脏ALDH2对体内AcH的清除仅贡献约30%，作者单独敲除部分器官的Aldh2基因，发现酒精灌胃后AcH清除几乎不受影响，饮酒行为也与对照小鼠无差别，提示血液AcH的清除可能依赖多器官联合作用（图1.a&b）。于是作者又构建了ALDH2肝肠联合敲除小鼠，分析不同酒精剂量灌胃后血液中AcH水平（图1.c&d），推测血液AcH的清除主要由肝脏-肠道协同完成。

图1. 肝脏和肠道ALDH2协同促进血液AcH清除

胆汁流调控AcH从肝脏分泌到肠腔

肝肠循环（Enterohepatic circulation，EHC）是肝脏与肠道实现代谢物循环的重要途径。作者认为既然肝脏AcH没有被完全代谢，很有可能被肝细胞经胆囊分泌入肠道。观察发现小鼠酒精灌胃后，胆囊容积增大，同时胆汁AcH水平约为血清5倍（图2.a&b），提示未被代谢的AcH优先被肝细胞分泌进入胆道。接下来作者发现肠腔内有大量AcH存在，且十二指肠区段浓度最高（图2.c），于是作者猜测肠腔AcH来自肝脏代谢EtOH。为了验证假设，作者通过胆管结扎手术（Bile duct ligation，BDL）阻断肝脏胆汁分泌，并在术后3h内酒精灌胃，发现BDL显著降低十二指肠腔的AcH水平（图2.d）。接下来，为了排除肠腔内增加的AcH并非源自肠道自身对EtOH的代谢，作者利用肝脏ALDH2敲除小鼠重复酒精灌胃实验，与前期结果一致的是ALDH2肝脏敲除小鼠的血浆AcH明显增加，同时胆汁和十二指肠腔内AcH水平同样增加，说明肠腔内的AcH源自肝脏ALDH2代谢产生；虽然EtOH也可以进入胆汁，但其在肠腔内浓度较低且不受肝脏EtOH的影响，不可能成为肠道AcH的来源。综上，作者证明了肠腔AcH由肝细胞ALDH2代谢产生、经胆汁分泌进入肠腔。

图2. 胆汁流是血液AcH清除的重要途径

肠腔AcH的清除几乎不受肠道菌群影响

肠道菌群在肠道内进行复杂活跃的代谢活动，那么肠腔中肝源性AcH的清除是否由肠道菌群完成呢？作者比较了无菌（Germ-free，GF）小鼠和无特定病原体（Specific pathogen-free，SPF）小鼠酒精灌胃结果，发现GF与SPF小鼠胆汁、血浆、肝脏和肠腔的AcH水平均相近，可能由于GF小鼠胆汁分泌量更多，导致十二指肠段的AcH水平升高（图3.a）。混合抗生素可以对肠道菌群造成药理性破坏，借此分析肠道菌群存在是否影响AcH的清除，结果表明对照组与口服抗生素组的AcH清除能力无明显差别（图3.b）。为了体现肠道对AcH的直接代谢能力，GF和SPF小鼠在禁食12 h后肠内注射AcH，两组小鼠肠腔和门静脉血中AcH水平没有差异（图3.c）。综上，作者明确了肠道菌群在肠腔AcH清除中不起决定性作用。

图3. 肠道菌群在肠道AcH清除中起次要作用

肠腔AcH的清除由肠道/肝脏ALDH2首过代谢完成

既然肠腔内AcH的清除并非由肠道菌群主导，那么肠道ALDH2是否参与其中呢？作者构建了肠道ALDH2特异敲除小鼠，酒精灌胃后发现，与对照小鼠相比，肠道ALDH2敲除小鼠的十二指肠、门静脉血和肝脏AcH水平均显著增高，而EtOH无差异（图4.a）。肠内注射AcH实验得到相同结果（图4.b&c），提示肠腔内AcH主要由肠道ALDH2代谢，但少部分可通过门静脉血吸收。作者同样给予肝脏ALDH2敲除小鼠肠内注射AcH，发现敲除小鼠的肝脏和胆汁AcH水平高于对照小鼠（图4.d），提示肝脏ALDH2参与肠源AcH代谢，同时未被代谢的AcH可以进入胆汁。综上，肠道ALDH2也能够参与AcH清除，肠腔内少部分AcH经重吸收返回肝脏，再由肝脏ALDH2代谢。

图4. 肠腔AcH被肠道ALDH2代谢，仅少部分经重吸收后被肝脏ALDH2代谢

血液和肝脏AcH的清除受胆汁流动态的调节

为了进一步探究胆汁流对AcH清除的影响程度，采用离体肝脏灌注EtOH模型，从门静脉收集灌注液，胆囊收集胆汁，检测AcH水平反映肝源AcH的去向分布。结果发现，约30%的肝源AcH以胆汁分泌的方式进入胆囊（图5.a）。那么，改变胆汁分泌是否影响AcH的清除？在BDL模型中，小鼠血浆和肝脏的AcH水平大幅升高，而胆汁AcH减少（图5.b），提示阻断胆汁流可以抑制肝源AcH清除，同时进入循环的AcH更多。位于肝细胞顶端膜上的胆盐外输泵（Bile salt export pump，BSEP）和多药耐药蛋白2（Multidrug resistance-associated protein，MDR2）是胆汁流动的主要驱动力。敲除MDR2或BSEP的小鼠表现为肝内胆汁淤积和胆汁流量减少，在酒精灌胃后，胆汁AcH水平减少，而肝脏和血浆AcH水平升高（图5.c&d）。综合BDL模型和两种敲除小鼠结果，作者进一步明确了血液和肝脏AcH的清除受胆汁流动态的调节。熊去氧胆酸（Ursodeoxycholic acid，UDCA）是一种亲水的二羟胆汁酸，具有促进胆汁分泌的作用，临床用于胆石症等疾病。利用含UDCA饲料喂样的小鼠进行酒精灌胃实验，与对照组相比，UDCA组小鼠肝脏和胆汁的AcH水平显著下降（图5.e）。接下来，作者用不同类型的胆汁酸转运蛋白抑制剂干预小鼠正常胆汁流动，酒精灌胃实验结果表明小鼠肝脏、血清AcH水平升高（图5.f-j）。综上，作者通过手术、敲除模型和药物等方式验证了胆汁流动态参与血液和肝脏AcH的清除。

图5. 胆汁流动态调节血液和肝脏AcH的清除

胆汁流动态影响饮酒行为

研究表明，酒精代谢可以影响饮酒行为，那么改变胆汁流动态是否可以影响饮酒行为？作者选用黑暗中饮酒实验（Drinking-in-the-dark，DID）模拟人短时间内大量饮酒（酗酒）行为；双瓶饮水选择实验（2-bottle choice，2-BC）反映小鼠对酒精偏爱度。实验结果显示，UDCA饲料喂养小鼠的酗酒行为和酒精偏好显著增加（图6.a-c），而这些行为在MDR2敲除小鼠中表现为受抑制（图6.d&e），表明改变胆汁流动态是干预小鼠饮酒行为的有效措施。

图6. 控制肝内胆汁流动影响饮酒行为

肝脏和肠道ALDH2协同促进饮酒抑制

胆汁流造成胆汁淤积，从而引发肝胆疾病，作为AUD治疗策略存在一定缺陷，于是作者进一步验证抑制肝肠ALDH2活性是否也可以抑制饮酒行为，减少AUD风险？ALDH2肝肠联合敲除小鼠酒精灌胃实验后，门静脉血、胆汁、十二指肠腔和小脑皮质的AcH水平均显著高于肠道或肝脏单基因敲除小鼠（图7.a），验证了AcH的清除依赖肝肠ALDH2共同作用。利用代谢监测笼检测呼吸熵和碳水化合物氧化水平，可以反映酒精在体内代谢情况，在灌胃酒精相同的情况下，ALDH2肝肠联合敲除小鼠的酒精利用率低，也具有AcH清除障碍引起的饮食行为和活跃度减少等不适表现（图7.b）。接下来的2-BC和DID实验也表明ALDH2肝肠联合可以显著减少小鼠酒精偏好和酗酒行为（（图7.c-e））。

图7. 肠道和肝脏ALDH2协同调节血液AcH清除和饮酒行为

总结

肠肝循环是肝-肠轴间物质交换的重要途径，随着肝肠作为代谢器官的研究深入，更加复杂的代谢机制被阐明，为疾病治疗提供更精准靶点以及合理用药方案。本文作者发现仅靠肝脏ALDH2不足以完成酒精代谢来源AcH的清除，在利用基因敲除鼠明确了肠道也参与AcH清除后，进一步阐明了胆汁流动态在其中的关键作用，同时药物干预胆汁流可以影响饮酒行为。该研究明确了ALDH2抑制剂的主要靶器官，为AUD的临床治疗提供了新的视角。

参考文献：
Fu Y, Mackowiak B, Lin YH, Maccioni L, Lehner T, Pan H, Guan Y, Godlewski G, Lu H, Chen C, Wei S, Feng D, Paloczi J, Zhou H, Pacher P, Zhang L, Kunos G, Gao B. Coordinated action of a gut-liver pathway drives alcohol detoxification and consumption. Nat Metab. 2024 Jul;6(7):1380-1396. doi: 10.1038/s42255-024-01063-2. Epub 2024 Jun 20. PMID: 38902331.