Cell子刊：中科大/安医大/清华联合研究，首次揭示膳食纤维缓解酒精性肝损伤的机制

酒精性肝病（ALD），是由于长期大量饮酒导致的肝脏疾病，是我国常见的肝脏疾病之一。对于ALD患者而言，戒酒自然是治疗肝损伤最有效的方式，但可能因为某些“现实”因素戒酒较为困难，或者想要更好地缓解肝损伤，需要“另谋出路”。

膳食纤维是食物中的非营养成分，能够降低多种慢性疾病的风险，对人体健康有益。近年来，肠道微生物与饮食诱导的微生物群组成变化被认为与各种肝脏疾病密切相关，但对于具体的微生物和机制的研究仍然不够深入。

近日，清华大学刘志华、安徽医科大学王华、中国科学技术大学殷实等研究人员在“Cell Host Microbe”期刊上发表了研究成果，通过DIA蛋白组学、代谢组学以及16S rDNA分析等研究方法，证明饮食中增加可溶性膳食纤维可以重塑ALD小鼠的肠道微生物群，使得产酸拟杆菌（B. acidifaciens）的丰度有所增加，从而减轻小鼠的酒精性肝损伤。

总结来说，这项研究揭示了可溶性膳食纤维在缓解酒精性肝损伤中的潜在作用及其相关机制。

一、研究内容与思路

1、可溶性膳食纤维通过重塑肠道菌群结构缓解ALD

作者使用使用Gao-binge模型建立ALD小鼠模型，添加可溶性膳食纤维（E+sDF，20%菊粉和低聚果糖）或不溶性膳食纤维（E+isDF，20%纤维素和小麦麸皮）进行实验。

结果发现，E+sDF显著减轻了ALD小鼠肝损伤，表现为血清ALT、AST和肝组织中的甘油三酯（TG）水平下降，肝脂肪变性得到改善，中性粒细胞募集减少。而E+isDF对ALD小鼠无显著缓解作用。

进一步，作者采用粪便微生物群移植(FMT)来探讨E+sDF是否通过重塑肠道菌群结构来缓解ALD。实验发现，相比于移植正常小鼠菌群的ALD小鼠，移植E+sDF的ALD小鼠肝脏脂肪变性及炎症指标显著减少。16S rDNA测序分析显示，可溶性膳食纤维显著增加产酸拟杆菌（B. acidifaciens）丰富度。

研究思路1：作者想要探讨膳食纤维对于ALD的影响，而膳食纤维又分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维，作者通过动物实验证明可溶性膳食纤维可以改善ALD。之后将其与肠道菌群联系，通过FMT实验表明肠道菌群的确发挥了作用，继而采用微生物组测序发现改变的菌群类型。

2、B.acidifaciens改善ALD模型小鼠的肝损伤、脂肪变性和炎症水平

作者给予ALD小鼠活的B. acidifaciens或经热杀死的B. acidifaciens（KB. aci）来评价B. acidifaciens对酒精性肝病发生发展的影响。

结果发现，添加B. acidifaciens后ALD小鼠血清ALT、AST和肝TG水平显著降低，肝脏脂肪变性和中性粒细胞浸润得到改善，而添加KB. Aci的ALD小鼠则无改善作用。此外，作者还发现了B. acidifaciens减少ALD小鼠血清中脂多糖（LPS）浓度，保护肠道屏障完整性。

研究思路2：测序发现了B.acidifaciens。对此，作者通过给予活的或死的B.acidifaciens来研究B.acidifaciens对ALD的作用，表明B.acidifaciens可以保护肠道健康，还可以改善ALD。

3、B.acidifaciens通过恢复肝脏中OAT蛋白的表达水平缓解ALD

作者对小鼠进行了肝脏蛋白组学分析来探讨相关分子机制，发现ALD小鼠鸟氨酸氨基转移酶（OAT）水平降低，而B. acidifaciens增加了OAT水平，增加了鸟氨酸向谷氨酸的转换，从而增强氨解毒能力。

进一步，作者构建了肝细胞特异性OAT过表达的腺病毒开展研究，发现OAT过表达会降低血清中ALT、AST、结肠和肝脏TG水平以及肝脏脂肪变性。

研究思路3：发现了作用的肠道菌群后，B.acidifaciens是如何发挥作用的？对此，作者进行了蛋白组学测序分析，发现了OAT，开展体内实验发现过表达OAT的确可以改善ALD。

4、OAT通过改善谷氨酸代谢促进氨解毒和减少氧化应激损伤

OAT主要生物学功能是催化鸟氨酸向谷氨酸的代谢，因此OAT的表达可以调节谷氨酸相关代谢产物的水平。

作者研究发现，补充B.acidifaciens后，ALD小鼠OAT表达水平增加，小鼠肝脏中的氨浓度表达减少，小鼠抗氧化应激能力增加。过表达OAT后，得到了与上述一致结果。

这些结果表明，B.acidifaciens通过促进肝细胞中OAT的表达来调节肝脏鸟氨酸-谷氨酸代谢，而谷氨酸与肝组织中的氨结合产生谷氨酰胺进行解毒，从而减少肝损伤。

研究思路4：OAT主要生物学功能是催化鸟氨酸向谷氨酸的代谢，而谷氨酸与肝组织中的氨结合产生谷氨酰胺，那这一过程在B.acidifaciens与ALD中是否存在呢？OAT是否通过这一过程改善ALD。

5、肝细胞特异性的OAT基因敲除小鼠对乙醇诱导的氨蓄积和肝损伤更敏感

作者构建了肝细胞特异性OAT敲除小鼠(OATΔHep)来明确OAT在氨代谢以及ALD中发挥的作用。

实验发现OAT缺失加重了肝损伤，且肝脏谷氨酰胺水平显著低于空白小鼠。将NH4Cl注射到过表达OAT的小鼠和OATΔHep小鼠后检测氨水平和肝损伤情况，发现过表达OAT的小鼠肝损伤减轻，肝氨含量降低，而OATΔHep小鼠的肝损伤比对照小鼠更严重，肝氨含量增加。

这些实验结果有力地证明肝细胞中的OAT在氨代谢的调节中起着重要的作用，其缺失会导致肝内氨的积累，加重肝损伤。

研究思路5：过表达OAT证实了OAT在ALD的重要性。接下来，作者构建了OAT敲除小鼠，发现OAT缺失加重了肝损伤、降低了谷氨酰胺的水平、氨水平增加，更进一步佐证了过表达上述过表达OAT的结果，使得OAT在ALD中扮演重要角色的结论更可靠。

6、B.acidifaciens通过非结合胆汁酸激活肠道中的FXR-FGF15信号通路

作者对小鼠肠道内容物进行了代谢组学分析以探讨B.acidifaciens如何影响OAT表达。Kegg富集发现与非结合胆汁酸生物合成相关的途径显著富集，实验发现B.acidifaciens降低了胆汁酸水平。而多种胆汁酸水平则是核受体FXR的有效激动剂。

作者假设肠道FXR表达水平受这些差异丰度的代谢物的调节并进行验证，发现ALD小鼠肠道FXR表达下降，而补充B.acidifaciens可以增加FXR水平，进一步探讨发现FXR下游FGF15水平在ALD小鼠中表达下降，但在补充了B. acidifaciens和可溶性膳食纤维的小鼠中表达增加。

研究思路6：既然涉及到了肠道菌群，那么肠道菌群代谢是必不可少的研究部分之一。对此，作者开展了代谢组学测序，发现非结合性胆汁酸，通过这一过程不断挖掘，最终发现B.acidifaciens通过非结合胆汁酸激活肠道中的FXR- FGF15信号通路。

7、FXR-FGF15/19的激活增加了OAT的表达，减轻了酒精性肝损伤

为了进一步验证这一信号通路的调控，作者给予OATΔHep小鼠和对照小鼠肠道特异性FXR激动剂和FXR抑制剂。结果显示，FXR激动剂减轻了小鼠的肝损伤，降低了血清ALT、AST和肝组织的氨水平，但OAT的消融却消除了FXR激动剂的保护作用。

最后，作者还进行了小规模的临床观察性研究，对12例健康对照志愿者和24例ALD患者的血清和粪便样本进行检测分析发现，ALD患者粪便中B.acidifaciens的丰度和血清中的FGF19水平均显著降低，而血氨水平升高，且FGF19水平与血清GGT、AST、TBil等生化指标呈显著的负相关关系。

研究思路7：那么，FXR-FGF15与OAT之间存在什么联系？最后，作者简单开展了人体实验，来浅浅地验证结论，发现了ALD患者中B.acidifaciens的确减少，FGF19（人体是FGF19，小鼠是FGF15）减少且其表达水平与肝脏代谢指标呈负相关。

二、小结

综上所述，该研究通过微生物组-代谢组-蛋白质组的多组学分析以及体内外实验证实：可溶性膳食纤维可以通过增加小鼠肠道中B.acidifaciens的丰度减轻肝损伤；B.acidifaciens可以调节小鼠肠道胆汁酸谱和激活肠道FXR信号，通过循环FGF15/19调节肝脏中OAT的表达，进而可以通过维持肝脏内谷氨酰胺合成减轻氨积累引起的毒性损害。

这项研究表明了膳食纤维在预防和治疗ALD中的重要作用，强调了不同膳食纤维类型在调节肠道微生物群方面的差异；提出通过倡导合理的饮食结构，纠正目前全球膳食纤维均摄入不足的现状，也许可以通过肠道微生物发挥控制或治疗ALD的效果。

参考文献：

[1] Shen, Haiyuan et al. “Dietary fiber alleviates alcoholic liver injury via Bacteroides acidifaciens and subsequent ammonia detoxification.” Cell host & microbe, S1931-3128(24)00226-9. 25 Jun. 2024, doi:10.1016/j.chom.2024.06.008