线粒体活性增强重塑肠道菌群特征进而延缓NASH进展

2019年肝病领域顶刊JOH指出，世界范围内每年大约有200万例患者死于肝脏疾病，我国约有700万肝硬化患者，每年新发肝癌46万，乙丙肝感染者逾1亿，为社会带来沉重的医疗和经济负担。

为契合《“健康中国2030”规划纲要》中提出的将重大慢性疾病过早死亡率较2015年下降30%的目标，肝胆相照平台与天津医科大学总医院消化内科联合打造“肝研撷萃”精品栏目。

“肝研撷萃”由天津医科大学总医院孙超主任担任总编辑，范晓飞博士、惠洋洋博士、王晓雨博士、崔膑心博士任执行编辑，通过研读分享各种肝脏疾病诊断、治疗、预防和发病机制的前沿进展，结合团队自身的工作，为广大医生提供精进学术、助力临床的交流平台。

“肝研撷萃”第二十二期，孙超主任&谢雯教授团队对发表于Hepatology的一项研究进行分享，以启迪临床。

研究背景及目的

线粒体功能障碍，连同氧化应激和肠道菌群改变据信能够促进非酒精性脂肪型肝炎（NASH）的进展。实际上，虽然证据表明非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）会破坏肠-肝轴，但NAFLD和NASH相关的特定微生物组特征尚不明确。

有研究表明线粒体功能障碍和肠道菌群之间存在双向作用。线粒体功能障碍和由此导致的活性氧（ROS）增加可能通过调节肠道屏障的完整性，从而触发免疫反应来影响肠道菌群。相反，肠道菌群也可以调节线粒体功能。因此，靶向线粒体功能障碍可能通过改善肠-肝轴而延缓NASH进展。

甲基化控制的J蛋白（MCJ）或DnaJC15是线粒体复合物I6的内源性负调节剂，它的缺失会增加三磷酸腺苷（ATP）的合成并刺激呼吸超复合物的形成，从而限制氧化应激的产生。此外，MCJ 缺乏会改变溃疡性结肠炎宿主线粒体和肠道菌群之间的关系，影响疾病严重程度。因此，MCJ缺陷小鼠是研究肝脏线粒体对NAFLD和NASH中的菌群失调和肠-肝轴改变的可靠模型。

本研究假设线粒体活性增强可能会重塑特定菌群特征，当转移至无菌（GF）小鼠时，能够延缓NASH的进展。

研究方法

将野生型和甲基化控制的J蛋白敲除（MCJ-KO）小鼠喂食6周的高脂饮食 （CDA-HFD）。每组中的一只小鼠作为供体给GF小鼠提供肠道菌群，研究其对肝损伤、肠道屏障、肠道微生物组和相关粪便代谢组的影响。

研究结果

1. 肝脏线粒体活性增强改善肠道屏障完整性

A. CDA-HFD模型中，KO小鼠（A模型）肠道通透性较野生鼠（WT）低；

B-D. KO小鼠的Occludin和ZO-1（紧密连接蛋白）较WT小鼠升高；

E-F. KO小鼠的血清内毒素和促炎细胞因子（脂质A、IL-6、TNF）较WT小鼠降低；

G. KO小鼠的Nlrp3、Tlr-4水平（肠道菌群衍生的肝毒性或免疫刺激化合物的传感器）较WT小鼠降低。

2. 鉴定NASH小鼠模型中特定的肠道微生物组特征

I. KO小鼠的Dorea属及Oscillospira属较WT小鼠高；

K. 无论饮食如何，一些细菌都表现出基因型依赖性效应，即在KO小鼠中， Dorea属增加, 而AF12、Allobaculum和[Ruminococcus]属减少；

3. 将MCJ-KO小鼠的肠道菌群移植到CDA-HFD喂养的GF小鼠可改善肝损伤

A. CDA-HFD饮食导致GF小鼠早期NAFLD阶段（肝脏脂肪变性增加、炎症和气球样变）；dCDA-HFD/KO移植的GF小鼠炎症减轻；

B-C. dCDA-HFD/KO移植的GF小鼠甘油三酯和血清转氨酶水平降低；

D. dCDA-HFD/KO移植的GF小鼠的促炎细胞因子（Ccr5、IL-1b、IL-6和Tnf）较WT鼠的表达下调；

E-F. dCDA-HFD/KO移植的GF小鼠纤维化发生延迟，表现为α-SMA染色显著减少；此外，Col1A1、Mmp9和Tgf-β的表达下调。

4. 在CDA-HFD喂食GF小鼠中，MCJ-KO菌群特征可通过CMT转移并保持肠道屏障完整性

A. 各组GF小鼠回肠组织学分析显示没有显著差异；

B-C. MCJ-KO移植的GF小鼠Claudin-1和Zo-1表达增加，肝脏Nlrp3和Tlr-4 mRNA 水平降低；

D. 盲肠菌群从每个供体到每个GF小鼠受体转移的OTU水平，大约50%的OTU在每个捐赠者和两个相应的接受者之间共享，而其他的则至少与一个接受者组共享；

F. 与MCJ-KO基因型相关的肠道菌群谱显示, AF12和[Ruminococcus]的相对丰度随着MCJ-KO基因型呈现下降的模式，而Dorea和Osciillospira表现出相反的趋势；

G. 通过盲肠菌群移植（CMT）转移到喂食CDA-HFD的GF小鼠的肠道菌群谱，与A模型中的分布相同。

5. 在MCJ-KO小鼠肝脏中发现的NAD+含量增加可通过CMT转移，从而促进肝脏脂肪酸氧化，并降低NAS评分和肝内脂质积累

A. 喂食CDA-HFD的MCJ-KO小鼠肝脏中脂质β氧化活性增强（脂肪酸转运蛋白2 [Fatp2]和酰基辅酶A脱氢酶长链[Acadl]的表达显著增加）；

B-C. 喂食CDA-HFD的MCJ-KO小鼠参与NAD代谢的酶（肝脏烟酰胺磷酸核糖基转移酶Nampt和Sirt 1）表达增加, NAD+含量也显著增加；

D-E. MCJ-KO移植的GF小鼠Nampt和Sirt 1的表达增加, NAD+含量显著增加；

F-G. MCJ-KO移植的GF小鼠肝脏中脂肪酸氧化活性, Fatp2和Acadl的表达显著增加；

H-I. 在A模型（供体鼠）中，观察到Dorea属的相对丰度与肝脏NAD+/NADH 比率和Sirt1表达呈正相关；

J. 在B模型（受体鼠）中, Dorea属的相对丰度也与肝脏Nampt和Sirt1的表达水平呈正相关。

6. MCJ-KO小鼠的特定菌群特征与特异的代谢组特征有关，进而促进肠道NAD+生物合成

A. 代谢物谱的主成分分析发现饮食依赖的代谢物明显分离（38.6%）,以及基因型导致的轻微分离（12%）；

B. 非饮食依赖的WT和MCJ-KO小鼠之间表达差异的主要代谢物是胞苷和核黄素；

C. 饮食依赖的WT和MCJ-KO小鼠之间表达差异的代谢物包括显著减少的脱氧胆酸以及增加的尿囊素、肌肽、脱硫生物素和山梨糖醇；

D. CDA-HFD饮食的WT和MCJ-KO小鼠之间代谢物没有显著差异。

E. 喂食CDA-HFD的MCJ-KO小鼠粪便丙酸盐和异丁酸盐浓度显著增加（肠道菌群功能相关的主要代谢物之一）；

F. Dorea属的相对丰度与腺苷、甜菜碱和核黄素水平（与MCJ-KO基因型直接相关的代谢物）之间存在正相关。

7. 接受MCJ-KO菌群的CDA-HFD喂养GF小鼠中肝脏NAD+含量增加，且与MCJ缺乏导致的肠道微生物组特征有关。也就是说，MCJ-KO小鼠通过特定菌群、与特异的代谢组特征相联系，最终促进肠道NAD+生物合成

A. 移植了MCJ-KO菌群的GF小鼠中Nampt和Sirt1的肠道表达显著增加；

B. 移植了MCJ-KO菌群的GF小鼠，肠道总NAD水平和NAD+/NADH比率增加；

C. Dorea相对丰度与肠道NAD总水平呈正相关；

D. 肠道Sirt1表达也与Dorea属的相对丰度呈正相关；

E-G. 在CDA-HFD喂养的MCJ-KO小鼠的A模型中观察到相同模式，表明这种细菌可能在NAD信号通路中发挥作用。

8. 验证Dorea属在人类NAFLD患者队列中的作用

鉴于上述实验发现Dorea菌属是参与MCJ 缺失对NAFLD进展发挥保护作用的最相关肠道微生物菌属之一，研究者进一步利用公共数据库进行分析：通过一组肝硬化患者的数据，将患者根据体重指数（BMI）分为肥胖（BMI≥30；n=71）和非肥胖（BMI<30；n=121），有趣的是，在非肥胖受试者的子集中，粪便Dorea的丰度显著降低（p=0.026），而在肥胖患者中未观察到显著差异（p=0.636）。这些发现可能表明瘦型NASH患者的肠道菌群组成发生了特定变化，特征表现为Dorea菌属的减少。

主编点评

孙超主任

高脂饮食造模6周后的NASH小鼠模型中，甲基化控制的J蛋白（MCJ）缺失减轻了肝损伤，同时改善了肠-肝轴，并且这种保护效应通过盲肠菌群移植成功转移到了无菌（GF）小鼠。研究结果阐明了MCJ-KO的特定菌群谱，表现为Dorea和Oscillopira菌属的粪便相对丰度增加，以及AF12、Allboaculum和[Ruminococcus]菌属的减少，通过增强短链脂肪酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）代谢和sirtuin（长寿蛋白）的活性，增加了GF小鼠的脂肪酸氧化来发挥肝脏保护作用。值得注意的是，Dorea菌属及其相关代谢产物是这种菌群依赖性保护表型的主要调节剂。总的来说，该研究为NASH发生进展过程中线粒体-菌群互作的相关性提供了证据，今后可能成为一种潜在治疗方法的有效靶点。

本期分享的文章有以下亮点：

1. 建立了受体和供体两组小鼠模型，验证了MCJ蛋白在NASH进展中的关键病生理作用。

2. 除了Dorea菌属外，鉴别出与之表达水平相关的代谢产物变化，有利于今后对机制进行深入阐明以及开发监测治疗效果的生物标志物。

3. 利用人类公共数据库，发现了Dorea菌属丰度降低更加倾向通过影响代谢途径促进NAFLD的发生进展。

展望：

鉴于NAFLD的患病率在全球呈不断上涨趋势，针对NASH组织病理学改变的有效逆转是目前研究的热点。线粒体稳态、氧化应激、肠道菌群以及相关代谢组学都可能参与了NASH的进展，通过鉴别特定的肠道微生物组特征，靶向特异的菌群，实现“牵一发而动全身”——最终治疗这一高发疾病不失为有趣的思路。

本文作者简介

邓优

首都医科大学医学博士在读，研究方向为脂肪肝的自然史及诊疗干预，失代偿肝硬化患者的再代偿等，以第一（含共同）作者在Journal of Hepatology、 Liver international等杂志发表SCI论文9篇，并多次在AASLD、EASL、中华肝病学会等国内外学术会议上做口头发言和壁报展示。

专家简介

谢雯

主任医师、教授、博士生导师，首都医科大学附属北京地坛医院、国家传染病医学中心（北京）肝病中心主任，北京医学会肝病学分会候任主任委员，中国防痨协会结核病与肝病专业分会副主任委员，中国毒理学会临床毒理学分会副秘书长等，《肝脏》《临床肝胆病杂志》等多家杂志编委。主要从事失代偿期肝硬化患者的再代偿研究及脂肪性肝病、药物性肝损伤的临床及基础研究。主持及参与国家自然科学基金5项。以第一及通讯（含共同）作者在Journal of Hepatology、Clinical Gastroenterology and Hepatology等杂志发表英文论文20余篇；主编参编专著8本。

专家简介

孙超

副主任医师，本科毕业于北京大学医学部，天津医科大学医学/理学博士，日本兵库医科大学研究员。全国疑难及重症肝病攻关协作组成员。主持完成国家自然科学基金一项。担任SCI期刊Journal of Clinical and Translational Hepatology编委，Gene Expression编委，任职Portal Hypertension & Cirrhosis首届学术委员会。2020年在EASL（欧洲肝脏研究学会）年会做口头发言，2021年在AASLD（美国肝病研究协会）年会做壁板展示。获得EASL的“Full Bursary”和APDW的“Travel Grant”奖励。以通讯作者在Clinical Nutrition, Liver International, Cell Death & Disease, Hepatology Communications等杂志发表SCI文章近60篇，他引750余次，h指数16，研究成果被ASGE（美国胃肠内镜学会）和EASL发布的临床实践指南引用。目前研究方向为调节性细胞死亡在急慢性肝损伤中的作用机制，体成分异常、营养不良、衰弱、睡眠障碍以及微量元素对肝硬化预后的影响及干预措施。

本文仅供医疗卫生专业人士为了解资讯使用，不代表本平台观点。该等信息不能以任何方式取代专业的医疗指导，也不应被视为诊疗建议。如该等信息被用于了解资讯以外的目的，平台及作者不承担相关责任。

打赏