Nature子刊：GV-971治疗重症急性胰腺炎新突破
Nature子刊：GV-971治疗重症急性胰腺炎新突破
急性胰腺炎是临床常见的急腹症，其重症化（SAP）死亡率高达40%，目前缺乏有效的防治方法。近日，广州医科大学刘金保团队与美国德克萨斯大学西南医学中心Daolin Tang团队合作，在Nature Communications发表重要研究成果，揭示了海洋褐藻提取物GV-971可通过重塑肠道菌群-代谢-免疫轴来阻断急性胰腺炎重症化，为SAP的防治提供了新的思路和潜在药物。
研究背景
急性胰腺炎是由多种病因导致的胰酶在胰腺内被激活后引起胰腺组织自身消化、水肿、出血，甚至坏死的炎症反应。常见的病因包括胆结石、酒精性和高脂血症。2012年新亚特兰大分级将急性胰腺炎分为轻症、中度重症和重症。其中，轻症患者往往呈自限性，预后良好，但约20%的患者会进展为重症，死亡率高达40%。目前，重症急性胰腺炎（SAP）的防治面临早期不易发现、传统防治方法效果欠佳且缺乏特异性等困境，因此深入研究其发病机制和药物防治具有重要意义。
GV-971是一种以海洋褐藻提取物为原料制备的低分子酸性寡糖化合物。已有研究表明，GV-971可通过调节肠道菌群失衡、重塑机体免疫稳态来降低脑内神经炎症，同时还能激活EEC-迷走神经传入通路来调节认知功能。鉴于肠道微生物群失调会加剧SAP，且免疫细胞功能障碍是神经退行性疾病和胰腺炎的共同病理机制，研究者决定探索GV-971在SAP中的潜在新应用。
研究发现
2024年9月27日，广州医科大学刘金保教授、王金恒教授与美国德克萨斯大学西南医学中心Daolin Tang教授作为共同通讯作者，广州医科大学陈锡博士和陈鑫副研究员作为共同第一作者，在Nature Communications在线发表题为“GV-971 prevents severe acute pancreatitis by remodeling the microbiota-metabolic-immune axis”的研究性论文。该研究在SAP小鼠模型中发现，GV-971可通过重塑肠道菌群-代谢-免疫轴来阻断急性胰腺炎重症化。
GV-971减轻SAP的严重程度
研究者将小鼠分为对照组、建模组以及低中高剂量（100/200/400mg/kg）GV-971干预组。结果显示，GV-971能显著降低SAP的相关指标，包括血清促炎因子IL-8和IL-6、胰腺组织病理学评分、胰腺纤维化、胰腺IL-6含量。同时，GV-971还能降低血清脂肪酶和淀粉酶水平，减少胰腺中性粒细胞标志物MPO、巨噬细胞标志物CD68以及M1促炎型巨噬细胞标志物CD86，增加胰腺中M2抗炎型巨噬细胞标志物CD206。
图1. GV-971减轻小鼠SAP的严重程度（图源：Nature Communications）
GV-971调节SAP中肠道微生物丰富度和群落结构
研究者对盲肠内容物进行了16s微生物组学分析。结果显示，GV-971能使模型组的肠道微生物群落往对照组方向重塑。菌属水平分析显示，GV-971能降低蜜蜂球菌属、假单胞菌属、鞘脂单胞菌属、罗尔斯通菌属以及一种身份不明的菌属水平，同时能增加粪杆菌属水平。相关性分析显示，粪杆菌属与SAP的指标呈负相关，提示其可能介导了GV-971的抗炎作用。
图2. GV-971调节SAP中肠道微生物丰富度和群落结构（图源：NatureCommunications）
GV-971调节SAP的肠道菌群代谢产物
研究者对盲肠内容物进行了代谢组学分析。结果显示，GV-971能使模型组的肠道菌群代谢物往对照组方向重塑。进一步分析发现，GV-971可逆转短链脂肪酸、氨基酸、碳水化合物、脂肪酸和苯丙酸水平。其中，短链脂肪酸的组间平均相对丰度最高，提示其可能在GV-971抗炎中发挥重要作用。代谢物火山图显示，与对照组相比，模型组的乙酸和丁酸显著减少；而与模型组相比，GV-971干预组的乙酸、丙酸和丁酸显著增加。通路富集分析显示，丙酸和丁酸代谢通路发生富集。相关性分析显示，乙酸、丙酸和丁酸与SAP的指标具有较强的负相关。随后的实验验证表明，丙酸和丁酸可减轻SAP。
图3. GV-971调节SAP的肠道菌群代谢产物（图源：Nature Communications）
GV-971减轻SAP诱导的外周免疫系统改变
研究者对外周血免疫细胞进行了质谱流式检测。结果显示，GV-971可降低模型组外周血中性粒细胞的相对量，提示其可缓解中性粒细胞的外周迁移；同时，GV-971也可减轻SAP诱导的外周血T细胞的改变。此外，研究者对肠道免疫细胞也进行了质谱流式检测。结果显示，GV-971可增加模型组肠道M2抗炎型巨噬细胞的相对量，提示其可促进巨噬细胞M2极化从而发挥抗炎作用。随后的实验确认了GV-971介导的巨噬细胞极化是减轻SAP所必需的。
丙酸和丁酸通过MAPK信号通路抑制巨噬细胞极化
研究者重点研究了丙酸和丁酸在巨噬细胞极化中的作用。结果显示，丙酸钠和丁酸钠并没有直接抑制小鼠胰腺腺泡细胞死亡，但可抑制巨噬细胞M1极化，促进巨噬细胞M2极化，减少培基中IL-6、TNF-α和IL-8含量。RNA-seq分析显示，丙酸钠和丁酸钠主要影响MAPK信号通路。Western blot验证显示，丙酸钠和丁酸钠可抑制巨噬细胞MAPK信号通路中JNK、ERK和p38的磷酸化。回复实验进一步证实，丙酸钠和丁酸钠对巨噬细胞M1极化的抑制作用依赖于MAPK信号通路。
图6. GV-971治疗重症急性胰腺炎的分子机制（图源：Nature Communications）
启发与展望
研究者通过微生物组学、靶向代谢组学、质谱流式和转录组学的多组学联合分析，阐明了GV-971在SAP中的保护作用机制。研究强调了靶向肠道菌群-代谢-免疫轴治疗SAP的潜力，为SAP的防治提供了新的思路和潜在药物。然而，本研究也存在一定的局限性。未来需要进一步研究GV-971如何调节肠道微生物群，特别是粪杆菌属，需要筛选出粪杆菌属的差异菌种，并确定该差异菌种是否直接吸收和利用GV-971。
该研究受到国家自然科学基金面上项目、呼吸系统疾病国家重点实验室开放项目、广州医科大学附属第六医院开放研究基金项目等的资助。