文献解读 | Gut:肠道菌群失调会通过NLRP3促进肝病进展

肠道菌群失调会通过NLRP3促进肝病进展

Intestinal dysbiosis augments liver disease progression via NLRP3 in a murine model of primary sclerosing cholangitis.

● 期刊：Gut

● IF=17.016

● 发表时间：2019.3.14

研究背景

研究背景：原发性硬化性胆管炎（PSC）是一种特发性、慢性、胆汁淤积性肝病（CLD），PSC常发展为肝硬化，并有发展为胆管癌和胆囊癌的显著风险。小鼠多药耐药蛋白2的遗传缺失(Mdr2−/−) 与人类PSC过程极为相似，是研究疾病进展相关PSC依赖机制的合适PSC动物模型。在核苷酸结合寡聚化域样受体-炎症小体复合物中，NLRP3（也称为NALP3）炎症小体的特征最为广泛，是一个重要的信号传导节点。NLRP3激活与许多肝病的发病机制有关，NLRP3也有助于维持肠道内环境平衡和调节肠道微生物群，进而影响肠道和远端器官。PSC和肠道微生物失调有显著相关性，但微生物群对肠-肝串扰在PSC发病机制中的作用仍不清楚。此项研究旨在通过使用Mdr2−/−小鼠模型解剖肠道微生物群和肠道-肝脏串扰在PSC发病机制中的功能作用。

研究材料

Mdr2−/−小鼠、野生型（wt）对照小鼠、 Mdr2−/−/casp8双基因敲除小鼠。

PSC患者样本。

研究方法

LC-MS/MS、western blot、qrt-pcr、caspase活性测定、免疫染色、微生物群数据分析等。

研究思路

研究结果

1. Mdr2−/−缺乏导致胆汁淤积性肝损伤，caspase-8依赖性凋亡信号对Mdr2−/−小鼠疾病进展是不必要的。

在第8周和第52周时， Mdr2−/−小鼠的血清转氨酶（ALT）水平显著升高（图1A），血清碱性磷酸酶（AP）（图1A）和胆汁酸（图1B）显著增加，MDR2−/−小鼠的肝脏组织学表现出强烈的慢性导管周围炎性反应。这说明，Mdr2−/−基因的确实导致了胆汁酸的淤积，特别是具有疏水性的胆汁酸的积累，会引起胆汁淤积诱导的肝细胞死亡。Mdr2−/−肝脏显示出明显较高的半胱天冬酶-3和半胱天冬酶-8表达（图1D和1E）。与杂交产生的雄性Mdr2−/−/casp8小鼠相比，雄性Mdr2−/−小鼠在12周和26周时转氨酶水平没有显著差异（图1I）。这些结果表明肝细胞中的caspase-8尽管具有很强的活化作用，但对Mdr2−/−肝的疾病进展是不必要的。

图1

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2. PSC患者和Mdr2−/−小鼠肝脏中的NLRP3炎症小体会显著激活。

为了研究NLRP3激活与PSC的相关性，对PSC患者和健康对照患者的肝脏切片进行NLRP3染色（图2A）。有趣的是，PSC患者的IHC显示NLRP3和IL1-β-阳性细胞显著增加；IL1-β-阳性细胞显示炎症激活，而健康对照组则没有（图2A和B）。8周龄和52周龄的Mdr2−/−小鼠肝脏的IHC显示NLRP3阳性细胞显著增加（图2C和D）。这些结果表明，Mdr2−/−小鼠的胆汁淤积性肝损伤是由显著的炎症激活介导的。

图2

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3. Mdr2−/−小鼠肠道微生物群组成会发生改变。

由于胆汁酸代谢的变化可能影响肠肝循环，从而改变微生物群的组成，文章研究了Mdr2−/−小鼠是否出现肠发育不良。基于Bray Curtis差异性的非度量多维标度（NMDS）分析显示52周大的Mdr2−/−和WT小鼠之间存在明显的分离（图3A）。与野生型小鼠相比，Mdr2−/−的微生物物种多样性降低（图3C）。通过对所有属进行计算性LDA效应大小（lefse）分析，梭状芽孢杆菌（Lachnospirae）在WT和Mdr2−/−Littermas之间最显著地调节（图3D）。这些数据表明，Mdr2−/−小鼠的肠道微生物群组成显著改变，并导致特定的微生物群特征。

图3

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4. Mdr2−/−微生物群的转移诱导健康WT小鼠肠道发育不良。

由于Mdr2−/−小鼠肠道微生物群组成的变化与NLRP3炎症激活增加有关，接下研究Mdr2−/−微生物群对肠道内环境平衡的影响。从Mdr2−/−或WT对照小鼠衍生的微生物群通过口服管饲转移到健康WT小鼠中1周，Mdr2−/−的粪便微生物转移（FMT），导致了血清转氨酶活性的显著增加（图4B），Mdr2−/−衍生微生物群的转移诱导了受体WT小鼠细菌群落结构的显著变化（图4H），总共12个细菌群显著上调，8个在微生物群转移中下调。在WT菌群转移时，只观察到三个组的微小变化，所有这些组都属于乳酸菌科（图4I）。

图4

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5. 泛半胱天冬酶抑制剂IDN-7314治疗减轻Mdr2−/−小鼠肝损伤、重塑微生物群组。

在Mdr2−/−肝中，发现不同的半胱天冬酶的激活，通过使用IDN-7314治疗来测试全身性的泛半胱天冬酶抑制性。用IDN-7314处理的八周龄的Mdr2−/−小鼠显示出明显的肝脏损伤，这是由各自的血清参数（图5A）所证实的。IDN-7314处理的Mdr2−/−肝脏的炎症减少，胆管增殖降低（图5B），血清中胆汁酸浓度显著降低（图5C）。

图5

IDN-7314治疗不仅显著改善了肝脏疾病并降低了血清胆汁酸浓度，而且也部分地逆转了Mdr2−/−微生物的特征（图6A），分析了泛半胱天冬酶抑制剂治疗对分离52周龄Mdr2−/−和WT小鼠的细菌的影响（图3D）。与wt微生物群相比，最初在Mdr2−/−中过度表达的Lachnospiraceae（otu2）现在在IDN-7314治疗后显著降低（图6A）。这些数据表明，caspase抑制可以通过重塑Mdr2−/−小鼠中的不利微生物群特征来调节胃肠道-肝脏串扰。

图6

研究结论

●Mdr2基因的缺失/PSC会引起胆汁酸异常、肠道菌群结构改变，从而引发肠道发育不良。NLRP3炎症小体激活也造成了胆汁酸的异常升高，继而导致更高的肝损伤。这个过程基本上不依赖肝细胞中的caspase-8，但可以被IDN-7314阻断。

文章延伸

迈维代谢不仅可以做文章中提到的胆汁酸的检测，而且也可以做代谢物和肠道微生物的关联分析，这样可以更全面的阐释代谢物、菌群与疾病之间的关系。

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