Nature Communications | 狄氏副拟杆菌通过调节胆汁酸代谢改善雄性小鼠肝纤维化

团队通过公开数据挖掘，发现临床胆汁淤积与拟杆菌（门）和副杆菌（属）水平降低有关。P. distasonis在胆汁淤积患者、肝纤维化患者和 TAA （硫代乙酰胺）诱导的小鼠肝纤维化中减少。ROC分析和相关性分析（临床样本和小鼠）显示P. distasonis具有鉴别肝纤维化能力，且与ALP、TBA、Col1a1等肝纤维化指标呈负相关。代谢组学分析显示，肝纤维化患者血清和粪便中的未结合胆汁酸/结合胆汁酸比率降低。潜在表达BSH酶的菌群中，只有P. distasonis在胆汁淤积患者和TAA诱导的肝纤维化小鼠模型中同时降低，且与临床粪便样本中的BSH表达呈正相关，表明P. distasonis可能在肝纤维化的发展中起重要作用。

团队通过菌群移植（FMT）重建小鼠（抗生素）肠道环境，组织学显示肠道菌群失调导致TAA诱导的肝纤维化、血清和肝脏中胆汁酸等指标均增加、AST、ALT活性增加；FMT和P. distasonis移植均能改善这些指标，同时P. distasonis移植降低ALT、促炎因子和肝纤维化基因mRNA和蛋白质表达，表明总体肠道菌群和P. distasonis可以改善TAA诱导的肝纤维化。非靶向血清代谢组发现胆汁酸、酰基肉碱和脂质被P. distasonis改变；胆汁酸靶向分析发现P. distasonis降低血清和肝脏中的胆汁酸，增加回肠和盲肠中的胆汁酸含量，表明P. distasonis促进肠肝循环中胆汁酸的排泄。胆汁酸和酰基肉碱均与肝损伤指标呈正相关；P. distasonis降低了健康小鼠血清和肝脏中的胆汁酸但不影响酰基肉碱水平。TAA导致的肝胆汁酸合成和转运蛋白的基因表达被P. distasonis处理逆转，表明P. distasonis促进胆汁酸的排泄并改善肝纤维化。

根据二者正相关关系，团队预测并验证P. disasonis具有BSH活性——在厌氧条件下P. distasonis将牛磺鹅脱氧胆酸（TCDCA）转化为CDCA；小鼠经P. distasonis处理后，盲肠BSH活性、未结合/结合胆汁酸水平增加。回肠FXR参与胆汁酸的重吸收。P. distasonis抑制回肠FXR靶基因表达和蛋白质表达（非肝脏）并通过双荧光素酶实验和细胞实验进行证实。组织染色及指标活性（AST、ALT）检测表明GUDCA是回肠FXR的天然拮抗剂，可减少TAA-肝纤维化；与P. distasonis一致，GUDCA降低了血清和肝胆汁酸，促进了回肠和盲肠胆汁酸排泄，表明回肠FXR参与了P. distasonis的保护作用，改善肝纤维化。

肝纤维化患者血清TCDCA和GCDCA分别增加494倍和24倍；然而，TAA-肝纤维化小鼠模型中，TCDCA是唯一在TAA处理后增加并经P. distasonis（经BSH转化为CDCA）和GUDCA处理而降低的胆汁酸，并在血清和肝脏中被抗生素增强。血清TCDCA与患者和小鼠的肝纤维化指标呈正相关。TCDCA（非CDCA）在小鼠原代肝细胞中诱导毒性。组织学分析、AST水平、促炎因子和肝纤维化 mRNA水平和血清代谢组学表明，TCDCA增强了TAA-小鼠肝损伤；增强了TAA和脱氧胆酸 (DCA) 在小鼠原代肝细胞中的毒性，表明干预TCDCA可能有助于肝纤维化治疗。

线粒体特征（线粒体嵴、基因、跨膜电位）的改变表明TCDCA在小鼠原代肝细胞中诱导了MPT（线粒体通透性转换）。TCDCA在小鼠原代肝细胞和TAA-肝损伤中诱导Caspase-11细胞焦亡途径。P. distasonis和FMT改善了TAA-肝纤维化小鼠的 Caspase-11细胞焦亡。GCDCA也可以诱导MPT 和Caspase-11细胞焦亡。随后团队测试了不同细胞，发现肝细胞和肝星状细胞HSC（Kupffer细胞除外）在TCDCA处理不同时间后都会引起Caspase-11 细胞焦亡。Caspase-11抑制剂蟛蜞菊内酯能改善小鼠原代肝细胞中TCDCA诱导的Caspase-11细胞焦亡，表明MPT和Caspase-11细胞焦亡参与了TCDCA诱导的肝损伤。此外，团队还发现Caspase-4蛋白被LX2细胞内化，增加肝纤维化和细胞焦亡基因mRNA和蛋白表达，表明TCDCA 诱导肝细胞和HSC中的MPT-Caspase-11细胞焦亡，Caspase-11细胞焦亡激活HSC（分化为肌成纤维细胞样细胞）；TCDCA刺激Kupffer细胞分泌 IL1β、TNFα和TGFβ蛋白来激活HSC。

体内实验发现TAA-肝纤维化模型和健康小鼠中， 雷公藤红素增加了P. distasonis的水平并在体外实验确证。定量和定性实验表明雷公藤红素促进生物膜形成。代谢组学分析发现，雷公藤红素改变了P. distasonis的代谢物。

雷公藤红素可以防止TAA-肝纤维化，包括组织学、降低AST和ALT活性、促炎因子表达和肝纤维化基因和蛋白质表达，以及血清和肝脏代谢物。雷公藤红素促进了胆汁酸的排泄——降低血清和肝脏中的胆汁酸（尤其是TCDCA），增加肠道、尿液和粪便胆汁酸。与P. distasonis的效果一致，雷公藤红素增加BSH活性，抑制回肠FXR，并减弱小鼠的Caspase-11细胞焦亡。雷公藤红素对抗生素处理后的小鼠保护作用降低，2周雷公藤红素处理小鼠经FMT 可以改善TAA-肝纤维化。这些结果表明，雷公藤红素调节肠道胆汁酸代谢，并对肝纤维化具有保护作用。

团队通过H&E、油红O、Masson三色、免疫组织化学和免疫荧光染色发现P. distasonis改善了MCD饮食诱导的肝纤维化，对脂质、AST、ALT、肝纤维化基因mRNA和蛋白表达均有所改善；靶向代谢组学表明胆汁酸排泄增加；与前面一致，BSH活性增加，回肠FXR信号被抑制，Caspase-11 细胞焦亡被改善；雷公藤红素也有类似效果，但在FXR缺失小鼠中降低，表明回肠FXR在肝纤维化的发展中发挥重要作用。

肝主藏血，同时也是人体解毒的主要场所；肝纤维化、肝硬化、肝衰竭或肝细胞癌影响肝脏对血液的过滤、代谢和储存等功能。本研究着眼于人类肝纤维化，分别收集临床、动物和细胞样本，通过多种组学技术（非靶向代谢组、靶向代谢组、宏基因组、16S菌群测序）、菌群移植、生化分析&组织学、基因/蛋白表达、透射电镜等实验，揭示了肠道菌群通过肠道胆汁酸和肝细胞焦亡对肝纤维化的改善——肝纤维化患者P. distasonis水平降低，外源补充该菌和雷公藤红素可以通过增加BSH活性和降低回肠FXR，可调节胆汁酸代谢，减轻肝细胞焦亡，从而改善饮食诱导（TAA、MCD）的小鼠肝纤维化。当前，肠道菌群补剂受到的关注日益增加，该研究结果同样表明患者或可通过补充P. distasonis改善肝纤维化症状。

参考文献

Parabacteroides distasonis ameliorates hepatic fibrosis potentially via modulating intestinal bile acid metabolism and hepatocyte pyroptosis in male mice. Nature Communications. 2023.

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