2024-02-28
文章題目：Hyodeoxycholic acid alleviates non-alcoholic fatty liver disease through modulating the gut-liver axis
技術手段：轉錄組、宏基因組、膽汁酸靶向代謝組
上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院在《Cell Metabolism》上發表了豬去氧膽酸通過調節腸-肝軸治療非酒精性脂肪肝的研究成果。本研究的宏基因組、轉錄組測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
研究背景
非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)被認為是一種影響全球約四分之一人口的流行病。但驅動NAFLD發生和發展的病因和病理因素尚未完全闡明。此外，尚未有抗NAFLD藥物得到國際權威機構的批準。膽汁酸(BAs)是一組由肝細胞內膽固醇合成的兩親性分子，BA-腸道菌群串擾與包括NAFLD在內的代謝性疾病有關，在調節宿主葡萄糖和脂質代謝中起重要作用。前期研究顯示非12α-羥基化膽汁酸、豬膽酸（HCA）和豬脫氧膽酸（HDCA）在調節葡萄糖穩態和預測2型糖尿病未來風險方面具有治療潛力。因此我們假設了一種藥物治療策略，通過靶向替代BA合成通路來治療代謝性疾病。
技術路線
研究結果
1、NAFLD與血清HCA和HDCA水平降低有關
178個NAFLD患者和73個健康對照的BAs譜結果顯示，隨著NAS的增加，NAFLD個體中HCA與TBA的比值逐漸降低(圖1B)。NAFLD患者的HCA+GHCA/TBA和HDCA+GHDCA/TBA比值明顯低于健康對照組(圖1C )。HCA species/TBA和HDCA+GHDCA/TBA與NAS呈負相關(圖1D)。以及合并2型糖尿病(T2DM)-NAFLD患者的HCA與TBA的比值比非T2DM-NAFLD的低(圖1E)。
另一個隊列與隊列1一致，208個健康組和312個肝脂肪變性患者的BAs譜結果顯示，肝脂肪變性組中HCA與TBA的比值低于健康組(圖1G)。Spearman相關分析顯示，HCA與TBA、HCA+GHCA與TBA、HDCA+GHDCA與TBA的比值與HSI、血清總膽固醇(TC)、TG呈負相關(圖1H )。這些數據表明NAFLD患者具有獨特的代謝表型，其特征是血清中HCA species水平顯著降低，特別是HDCA + GHDCA。
圖1（A-H） 在NAFLD患者和hfd誘導的NAFLD小鼠的HCA種類減少
2、小鼠模型的肝脂肪變性與HDCA水平降低有關
在長期HFD小鼠模型中，隨著HFD飼喂時間的延長，HFD模型的HCA的濃度逐漸降低，尤其是HDCA + THDCA(圖1J)。STAM小鼠模型模擬了人類NAFLD的肝臟變化，在NAFLD進展的不同階段，HDCA + THDCA濃度顯著低于對照組(圖1L)。
圖1（I-K） 在NAFLD患者和hfd誘導的NAFLD小鼠的HCA種類減少
3、HDCA減輕了NAFLD表型
HFD喂養的彌漫性肝脂肪變性小鼠分別給予豬膽粉或純化的HDCA 8周(圖2A)。結果顯示，豬膽粉和HDCA顯著降低了肝細胞內積聚的多余脂滴(圖2B和2C)和肝臟重量(圖2D)。HFD+HDCA組和HFD+豬膽粉組血清ALT水平顯著降低(圖2E)。干預組肝臟TG濃度降低(圖2F)。CDAHFD和db/db小鼠模型給予HDCA治療后肝臟TG、組織學評估(脂肪變性、氣球樣變、炎癥和纖維化評分)和血清ALT顯著改善(圖2H-2M)。
圖2 HDCA減弱了nafld相關的代謝表型
4、HDCA激活肝臟替代BA合成途徑
對照組、HFD組、HFD+豬膽粉組和HFD+HDCA組的肝臟組織RNA測序分析結果顯示，對照組、HFD +豬膽粉和HFD + HDCA組聚在一起(圖3A)，Cyp7b1顯著上調，Cyp7a1顯著下調(圖3C)。KEGG分析發現原發性膽汁酸生物合成通路受到顯著影響(圖3B)。表明BA生物合成過程在HDCA干預下從經典途徑轉向替代途徑(圖3D)。qPCR和WB證實了轉錄組的結果，即CYP7A1表達下調，CYP7B1表達上調(圖3E、3F)。
肝臟Cyp7b1敲低/敲除結果顯示，HDCA或豬膽粉對shCyp7b1小鼠的治療作用受損(圖3H-3I)。肝臟Cyp7b1過表達時，肝臟中脂肪堆積已經大大減少(圖3K)。這些結果表明，CYP7B1驅動的BA替代合成途徑在減輕肝臟脂肪變性中起著至關重要的作用，可能是HDCA抗NAFLD作用的關鍵機制。
圖3 HDCA激活BA替代合成途徑，以CYP7B1為關鍵靶點
5、HDCA以腸道依賴的方式減輕肝脂肪變性
從腸道基因、蛋白、血清FGF15水平(圖4A-4C)和FXR免疫染色可以看出，HDCA或豬膽粉對不同模型小鼠腸道FXR-FGF15信號傳導均有抑制作用(圖4D-4E)。用腸道限制性FXR抑制劑甘氨酸-b-膽酸(Gly-MCA)模擬HDCA對腸道FXR信號的影響后，發現肝臟CYP7A1和CYP7B1均上調(圖4F-4H)，這表明還有其他因素導致BA合成途徑的改變。糞便移植實驗（FMT）結果表明。與FMT-HFD組相比，接受HFD+HDCA組糞便的小鼠肝臟脂肪積累減少(圖4J)，葡萄糖穩態狀態得到改善(圖4L)。這證實了腸道微生物群在HDCA對肝脂肪變性的治療作用中的關鍵作用。
圖4 HDCA以腸道依賴的方式減輕肝脂肪變性
6 狄氏副擬桿菌介導的肝PPARα活化下調了CYP7A1
HFD、HFD+豬膽粉和HFD+HDCA組盲腸內容物宏基因組測序結果顯示，HFD和豬膽粉、HDCA治療組之間腸道微生物群落聚類明顯(圖5A)；在門水平上，豬膽粉和HDCA處理后厚壁菌門顯著減少，擬桿菌門顯著增加(圖5B)；擬桿菌門的狄氏副擬桿菌(P. distasonis)差異顯著，在處理組急劇增加(圖5C-5D)；不飽和脂肪酸途徑的生物合成明顯增加(圖5G)。生長曲線分析顯示，HDCA比CA和CDCA更能促進P. distasonis的生長(圖5E)。P. distasonis單菌定殖實驗結果顯示，HFD+活菌組脂肪堆積程度明顯減輕(圖5F)，肝臟CYP7B1表達升高，CYP7A1表達降低。定量代謝物分析顯示，單菌定殖后不飽和脂肪酸，尤其是γ-亞麻酸(C18:3)顯著增加(圖5H-5I)。此外，相比對照飲食，在HFD提取物中培養P. distasonis時，P. distasonis在很短的時間內會產生γ-亞麻酸(C18:3)(圖5J)。
圖5 HDCA富集了異裂副桿菌及其衍生的脂肪酸
轉錄組結果顯示，PPAR信號通路被顯著上調(圖6A)。原代小鼠肝細胞、PPARα激動劑、匹立尼酸和梯度濃度的γ-亞麻酸共培養結果顯示CYP7A1被抑制(圖6B)。PPARα/RXRα的過表達也降低了CYP7A1熒光素酶的活性，在293T細胞中添加匹立尼酸和γ-亞麻酸后，這種活性進一步降低(圖6C)。HFD喂養Pparα-/-小鼠12周后，HDCA和P. distasonis并沒有顯著改善這些小鼠的脂肪肝表型(圖6D-6H)。此外，當原代肝細胞與PPARα激動劑和低劑量FGF19共培養時，CYP7A1被抑制(圖6I)?？紤]到PPARα與FXR之間的分子聯系，PPARα激動劑治療原代肝細胞后，觀察到FXR表達上調(圖6J和6K)。我們認為肝臟PPARα被γ-亞麻酸激活，而γ-亞麻酸又激活了肝臟FXR。
圖6 CYP7A1被腸道菌群產生的脂肪酸介導的PPARα激活所抑制
綜上所述，HDCA通過抑制腸道FXR并激活以CYP7B1為中心的替代途徑，通過P. distasonis -γ-亞麻酸-PPARα信號通路抑制以CYP7A1為中心的經典途徑，從而改變了肝臟BA合成途徑(圖7)。
圖7 HDCA改善肝脂肪變性的分子機制
結 論
本文研究了一組由腸道微生物群修飾的膽汁酸（BAs），即豬去氧膽酸（HDCA）species，與非酒精性脂肪肝病的存在和嚴重程度呈負相關。在多種小鼠模型中，HDCA被證實能夠通過抑制腸道的法尼酯X受體（FXR）并上調肝臟的CYP7B1來緩解NAFLD。此外，HDCA顯著增加了益生菌種類如狄氏副擬桿菌的豐度，這種益生菌通過脂肪酸-肝臟過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）信號通路增強脂質分解代謝，進而上調肝臟的FXR。這些發現表明，HDCA具有治療NAFLD的潛力，其獨特機制是同時激活肝臟的CYP7B1和PPARα。
原文索引： 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.
