2024-02-28
文章題目：Hyodeoxycholic acid alleviates non-alcoholic fatty liver disease through modulating the gut-liver axis
技術(shu)手段：轉錄組(zu)、宏基(ji)因(yin)組(zu)、膽(dan)汁酸靶向代謝(xie)組(zu)
上海交通大學(xue)醫學(xue)院附屬第(di)六人(ren)民醫院在《Cell Metabolism》上發表了(le)豬去(qu)氧膽酸通過調節腸(chang)-肝軸(zhou)治療非酒(jiu)精性脂肪肝的(de)研究成果。本研究的(de)宏基因組(zu)、轉錄組(zu)測序和部(bu)分數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完(wan)成。
研(yan)究背景
非酒精性(xing)脂(zhi)肪性(xing)肝病(NAFLD)被認為(wei)是一(yi)種影響全(quan)球約(yue)四分之一(yi)人口的流行病。但驅動NAFLD發(fa)生和發(fa)展的病因和病理(li)因素尚(shang)(shang)未(wei)完(wan)全(quan)闡明。此(ci)外，尚(shang)(shang)未(wei)有(you)抗(kang)NAFLD藥物得到國(guo)際權威(wei)機構(gou)的批準。膽(dan)汁(zhi)酸(BAs)是一(yi)組由肝細胞內膽(dan)固醇合成的兩親性(xing)分子(zi)，BA-腸道菌群串擾與包括(kuo)NAFLD在(zai)內的代(dai)謝(xie)性(xing)疾(ji)病有(you)關，在(zai)調(diao)節(jie)宿(su)主葡(pu)萄糖和脂(zhi)質代(dai)謝(xie)中起重要作用(yong)。前(qian)期研(yan)究(jiu)顯(xian)示(shi)非12α-羥基(ji)化(hua)膽(dan)汁(zhi)酸、豬膽(dan)酸（HCA）和豬脫氧膽(dan)酸（HDCA）在(zai)調(diao)節(jie)葡(pu)萄糖穩態和預測(ce)2型糖尿病未(wei)來風險方(fang)面具有(you)治(zhi)療潛力(li)。因此(ci)我們假(jia)設了一(yi)種藥物治(zhi)療策略，通過(guo)靶向替代(dai)BA合成通路來治(zhi)療代(dai)謝(xie)性(xing)疾(ji)病。
技術路線
研究結果
1、NAFLD與血(xue)清HCA和HDCA水(shui)平降低有關
178個(ge)NAFLD患者和(he)73個(ge)健康對照的(de)BAs譜結果顯(xian)(xian)示，隨著NAS的(de)增加(jia)，NAFLD個(ge)體中HCA與TBA的(de)比值(zhi)逐漸降低(圖1B)。NAFLD患者的(de)HCA+GHCA/TBA和(he)HDCA+GHDCA/TBA比值(zhi)明顯(xian)(xian)低于健康對照組(圖1C )。HCA species/TBA和(he)HDCA+GHDCA/TBA與NAS呈負相關(圖1D)。以及(ji)合并2型糖尿病(T2DM)-NAFLD患者的(de)HCA與TBA的(de)比值(zhi)比非T2DM-NAFLD的(de)低(圖1E)。
另一(yi)個(ge)隊(dui)列與(yu)隊(dui)列1一(yi)致，208個(ge)健康組(zu)和312個(ge)肝(gan)脂(zhi)肪變(bian)性(xing)患者的BAs譜(pu)結果顯(xian)示，肝(gan)脂(zhi)肪變(bian)性(xing)組(zu)中HCA與(yu)TBA的比值低(di)于健康組(zu)(圖1G)。Spearman相關(guan)(guan)分析(xi)顯(xian)示，HCA與(yu)TBA、HCA+GHCA與(yu)TBA、HDCA+GHDCA與(yu)TBA的比值與(yu)HSI、血(xue)清(qing)總膽(dan)固醇(TC)、TG呈負相關(guan)(guan)(圖1H )。這些數據表明NAFLD患者具(ju)有獨特的代謝表型，其特征是血(xue)清(qing)中HCA species水(shui)平顯(xian)著降低(di)，特別是HDCA + GHDCA。
圖1（A-H） 在(zai)NAFLD患者和hfd誘導的NAFLD小鼠的HCA種類減(jian)少
2、小鼠模型的肝脂肪變性與HDCA水(shui)平(ping)降低有關(guan)
在長(chang)(chang)期HFD小(xiao)鼠模型(xing)中(zhong)，隨著HFD飼(si)喂(wei)時(shi)間的(de)延長(chang)(chang)，HFD模型(xing)的(de)HCA的(de)濃(nong)度逐漸降低，尤其是HDCA + THDCA(圖1J)。STAM小(xiao)鼠模型(xing)模擬(ni)了(le)人類NAFLD的(de)肝(gan)臟變化，在NAFLD進(jin)展的(de)不(bu)同階段，HDCA + THDCA濃(nong)度顯著低于對(dui)照組(zu)(圖1L)。
圖1（I-K） 在NAFLD患者和(he)hfd誘導的NAFLD小鼠(shu)的HCA種類(lei)減(jian)少
3、HDCA減(jian)輕了NAFLD表(biao)型
HFD喂養的彌漫性肝(gan)(gan)脂肪變(bian)性小鼠(shu)分(fen)別(bie)給予豬膽(dan)(dan)粉或純(chun)化的HDCA 8周(圖(tu)2A)。結果顯(xian)示，豬膽(dan)(dan)粉和(he)(he)(he)HDCA顯(xian)著(zhu)(zhu)降(jiang)(jiang)(jiang)低了肝(gan)(gan)細胞內積聚的多余脂滴(圖(tu)2B和(he)(he)(he)2C)和(he)(he)(he)肝(gan)(gan)臟(zang)重量(liang)(圖(tu)2D)。HFD+HDCA組(zu)和(he)(he)(he)HFD+豬膽(dan)(dan)粉組(zu)血(xue)清ALT水平(ping)顯(xian)著(zhu)(zhu)降(jiang)(jiang)(jiang)低(圖(tu)2E)。干預組(zu)肝(gan)(gan)臟(zang)TG濃(nong)度降(jiang)(jiang)(jiang)低(圖(tu)2F)。CDAHFD和(he)(he)(he)db/db小鼠(shu)模(mo)型給予HDCA治(zhi)療(liao)后肝(gan)(gan)臟(zang)TG、組(zu)織學評(ping)估(脂肪變(bian)性、氣球樣變(bian)、炎癥和(he)(he)(he)纖維化評(ping)分(fen))和(he)(he)(he)血(xue)清ALT顯(xian)著(zhu)(zhu)改善(圖(tu)2H-2M)。
圖2 HDCA減弱了nafld相關的代謝表(biao)型
4、HDCA激活(huo)肝(gan)臟替代BA合成途徑
對照組(zu)、HFD組(zu)、HFD+豬膽粉組(zu)和HFD+HDCA組(zu)的肝(gan)臟(zang)組(zu)織RNA測序分析結(jie)果(guo)顯示，對照組(zu)、HFD +豬膽粉和HFD + HDCA組(zu)聚在一起(qi)(圖3A)，Cyp7b1顯著(zhu)上(shang)調，Cyp7a1顯著(zhu)下(xia)調(圖3C)。KEGG分析發(fa)現(xian)原發(fa)性膽汁酸生物(wu)合成通路受到顯著(zhu)影響(圖3B)。表明BA生物(wu)合成過(guo)程在HDCA干預下(xia)從經典途(tu)徑轉(zhuan)向替(ti)代途(tu)徑(圖3D)。qPCR和WB證實了(le)轉(zhuan)錄組(zu)的結(jie)果(guo)，即(ji)CYP7A1表達(da)下(xia)調，CYP7B1表達(da)上(shang)調(圖3E、3F)。
肝(gan)臟(zang)Cyp7b1敲(qiao)低/敲(qiao)除結(jie)(jie)果(guo)顯示，HDCA或豬膽粉對shCyp7b1小鼠的治(zhi)療作用受(shou)損(圖3H-3I)。肝(gan)臟(zang)Cyp7b1過表(biao)達時，肝(gan)臟(zang)中脂肪(fang)堆(dui)積已(yi)經大大減少(圖3K)。這些結(jie)(jie)果(guo)表(biao)明，CYP7B1驅動(dong)的BA替代合成途(tu)徑在減輕肝(gan)臟(zang)脂肪(fang)變性中起著至關(guan)重(zhong)要的作用，可能是HDCA抗NAFLD作用的關(guan)鍵機制。
圖3 HDCA激(ji)活BA替(ti)代(dai)合(he)成途徑，以CYP7B1為關鍵靶點
5、HDCA以腸道(dao)依賴(lai)的方(fang)式(shi)減輕(qing)肝脂肪(fang)變性
從腸(chang)道(dao)基因(yin)、蛋白、血清(qing)FGF15水平(圖4A-4C)和FXR免疫染(ran)色可以看出，HDCA或豬膽粉對(dui)不同(tong)模型小鼠(shu)腸(chang)道(dao)FXR-FGF15信(xin)號(hao)傳導(dao)均(jun)有(you)抑制作(zuo)用(yong)(yong)(圖4D-4E)。用(yong)(yong)腸(chang)道(dao)限制性(xing)FXR抑制劑甘氨酸-b-膽酸(Gly-MCA)模擬HDCA對(dui)腸(chang)道(dao)FXR信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響后(hou)，發現肝(gan)臟CYP7A1和CYP7B1均(jun)上調(diao)(圖4F-4H)，這表(biao)明還(huan)有(you)其他(ta)因(yin)素導(dao)致BA合成途(tu)徑的(de)改變(bian)。糞便移植實驗（FMT）結(jie)果表(biao)明。與FMT-HFD組相比(bi)，接受(shou)HFD+HDCA組糞便的(de)小鼠(shu)肝(gan)臟脂肪積累減少(圖4J)，葡萄糖穩態狀(zhuang)態得到改善(shan)(圖4L)。這證實了腸(chang)道(dao)微生物(wu)群在HDCA對(dui)肝(gan)脂肪變(bian)性(xing)的(de)治療作(zuo)用(yong)(yong)中(zhong)的(de)關鍵作(zuo)用(yong)(yong)。
圖4 HDCA以腸道依賴的方(fang)式減輕肝脂肪變性
6 狄氏副擬桿(gan)菌介導的肝PPARα活化下(xia)調了CYP7A1
HFD、HFD+豬(zhu)(zhu)膽粉和(he)(he)(he)HFD+HDCA組(zu)盲腸內容物(wu)(wu)(wu)宏(hong)基因組(zu)測(ce)序結果(guo)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)，HFD和(he)(he)(he)豬(zhu)(zhu)膽粉、HDCA治療組(zu)之間(jian)腸道微生物(wu)(wu)(wu)群落聚(ju)類明顯(xian)(xian)(xian)(圖5A)；在門(men)水平(ping)上，豬(zhu)(zhu)膽粉和(he)(he)(he)HDCA處理后厚壁菌門(men)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)減(jian)少，擬桿菌門(men)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)增加(圖5B)；擬桿菌門(men)的狄氏副(fu)擬桿菌(P. distasonis)差異顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)，在處理組(zu)急劇(ju)增加(圖5C-5D)；不飽(bao)和(he)(he)(he)脂(zhi)肪(fang)酸(suan)(suan)途徑的生物(wu)(wu)(wu)合成明顯(xian)(xian)(xian)增加(圖5G)。生長曲線分析顯(xian)(xian)(xian)示(shi)，HDCA比(bi)CA和(he)(he)(he)CDCA更能促進(jin)P. distasonis的生長(圖5E)。P. distasonis單(dan)菌定殖(zhi)實驗(yan)結果(guo)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)，HFD+活菌組(zu)脂(zhi)肪(fang)堆積程度明顯(xian)(xian)(xian)減(jian)輕(qing)(圖5F)，肝臟(zang)CYP7B1表(biao)達(da)升高，CYP7A1表(biao)達(da)降低(di)。定量代謝物(wu)(wu)(wu)分析顯(xian)(xian)(xian)示(shi)，單(dan)菌定殖(zhi)后不飽(bao)和(he)(he)(he)脂(zhi)肪(fang)酸(suan)(suan)，尤其(qi)是γ-亞(ya)麻酸(suan)(suan)(C18:3)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)增加(圖5H-5I)。此(ci)外(wai)，相比(bi)對照飲食(shi)，在HFD提(ti)取物(wu)(wu)(wu)中培養(yang)P. distasonis時，P. distasonis在很(hen)短的時間(jian)內會(hui)產(chan)生γ-亞(ya)麻酸(suan)(suan)(C18:3)(圖5J)。
圖(tu)5 HDCA富集了異(yi)裂副桿菌及(ji)其衍生(sheng)的(de)脂(zhi)肪(fang)酸
轉錄(lu)組結果顯(xian)(xian)示，PPAR信號通(tong)路被顯(xian)(xian)著上調(圖6A)。原(yuan)代小(xiao)(xiao)鼠(shu)肝(gan)(gan)細(xi)胞、PPARα激(ji)動(dong)劑(ji)、匹立尼酸(suan)(suan)和(he)梯度濃(nong)度的γ-亞麻酸(suan)(suan)共培養(yang)結果顯(xian)(xian)示CYP7A1被抑制(圖6B)。PPARα/RXRα的過表(biao)達也降(jiang)低(di)了(le)CYP7A1熒光素酶的活性(xing)，在293T細(xi)胞中添加(jia)匹立尼酸(suan)(suan)和(he)γ-亞麻酸(suan)(suan)后(hou)，這(zhe)種(zhong)活性(xing)進一步(bu)降(jiang)低(di)(圖6C)。HFD喂(wei)養(yang)Pparα-/-小(xiao)(xiao)鼠(shu)12周后(hou)，HDCA和(he)P. distasonis并沒有(you)顯(xian)(xian)著改善(shan)這(zhe)些小(xiao)(xiao)鼠(shu)的脂肪肝(gan)(gan)表(biao)型(xing)(圖6D-6H)。此外(wai)，當(dang)原(yuan)代肝(gan)(gan)細(xi)胞與PPARα激(ji)動(dong)劑(ji)和(he)低(di)劑(ji)量FGF19共培養(yang)時，CYP7A1被抑制(圖6I)。考慮到PPARα與FXR之間的分子聯系，PPARα激(ji)動(dong)劑(ji)治療(liao)原(yuan)代肝(gan)(gan)細(xi)胞后(hou)，觀察到FXR表(biao)達上調(圖6J和(he)6K)。我(wo)們認為(wei)肝(gan)(gan)臟(zang)PPARα被γ-亞麻酸(suan)(suan)激(ji)活，而γ-亞麻酸(suan)(suan)又激(ji)活了(le)肝(gan)(gan)臟(zang)FXR。
圖6 CYP7A1被腸道菌群產生的(de)脂(zhi)肪酸介導的(de)PPARα激活所抑制
綜上所述，HDCA通(tong)(tong)過(guo)抑制腸道FXR并激活以(yi)CYP7B1為中心的替代(dai)途徑，通(tong)(tong)過(guo)P. distasonis -γ-亞麻酸-PPARα信號(hao)通(tong)(tong)路(lu)抑制以(yi)CYP7A1為中心的經典途徑，從而改變(bian)了肝臟BA合(he)成途徑(圖7)。
圖7 HDCA改(gai)善(shan)肝脂肪變(bian)性的(de)分子機(ji)制(zhi)
結 論
本文研究(jiu)了一組由(you)腸道(dao)微(wei)生物群(qun)修(xiu)飾的(de)(de)膽汁酸(suan)（BAs），即豬去氧膽酸(suan)（HDCA）species，與(yu)非(fei)酒精(jing)性脂肪肝(gan)(gan)病的(de)(de)存在(zai)和嚴重程度(du)呈負相關。在(zai)多種(zhong)小鼠(shu)模型(xing)中，HDCA被證實能夠通過(guo)抑制腸道(dao)的(de)(de)法尼(ni)酯X受(shou)體（FXR）并上(shang)調(diao)肝(gan)(gan)臟(zang)的(de)(de)CYP7B1來(lai)緩解NAFLD。此外，HDCA顯著增加了益(yi)生菌種(zhong)類如(ru)狄氏(shi)副(fu)擬桿菌的(de)(de)豐度(du)，這種(zhong)益(yi)生菌通過(guo)脂肪酸(suan)-肝(gan)(gan)臟(zang)過(guo)氧化物酶體增殖物激活受(shou)體α（PPARα）信(xin)號通路(lu)增強脂質分解代謝，進而上(shang)調(diao)肝(gan)(gan)臟(zang)的(de)(de)FXR。這些發現表明，HDCA具有(you)治(zhi)療NAFLD的(de)(de)潛力(li)，其(qi)獨特(te)機(ji)制是同(tong)時激活肝(gan)(gan)臟(zang)的(de)(de)CYP7B1和PPARα。
原(yuan)文索(suo)引： Kuang J, Wang J, Li Y, Li M, Zhao M, Ge K, Zheng D, Cheung KCP, Liao B, Wang S, Chen T, Zhang Y, Wang C, Ji G, Chen P, Zhou H, Xie C, Zhao A, Jia W, Zheng X, Jia W. Hyodeoxycholic acid alleviates non-alcoholic fatty liver disease through modulating the gut-liver axis. Cell Metab. 2023 Oct 3;35(10):1752-1766.e8. doi: 10.1016/j.cmet.2023.07.011.
