原文题目：Western diet contributes to the pathogenesis of non-alcoholic steatohepatitis in male mice via remodeling gut microbiota and increasing production of 2-oleoylglycerol
通讯作者：Guangfu Li
隶属单位：密苏里大学外科系
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35861-1
非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是一种新兴的全球健康威胁，并迅速成为慢性肝病的主要原因，影响全球25%的人口。NAFLD的发展范围从简单的脂肪变性到其晚期形式的非酒精性脂肪性肝炎（NASH），其特征是肝细胞损伤和气球，肝脏炎症和肝纤维化。NASH进展可导致随后的肝硬化性肝病和终末期肝细胞癌（HCC）。近年来，越来越多的证据表明，西式饮食（WD）和肠道微生物群相互作用产生代谢物，有助于NAFLD的发展和进一步的疾病进展。然而，促进NAFLD的特定细菌和代谢物以及潜在的机制尚不清楚。解决这些知识差距将为这场不断发展的医疗保健危机确定治疗目标。
图1：小鼠NASH模型的建立和表征。
肠道和肝脏通过门静脉连接，具有密切的解剖学和功能交流。这种肠-肝轴能够将饮食和微生物成分以及结果产品从肠道运输到肝脏，而肝脏分泌影响肠道稳态的原胆酸等因子。不健康的生活方式和肠道微生物群的相应变化导致许多致病因素的产生，这些因素显着影响肝脏免疫学和体内平衡，导致NAFLD发病机制。典型的WD富含果糖，蔗糖和饱和脂肪，正在成为导致NAFLD发病率的主要因素。喂食高脂肪饮食（HFD）模拟WD的小鼠可重复地发展为肥胖，代谢综合征和肝脂肪变性，但NASH与肝纤维化没有。许多人类和动物研究已经证明了肠道微生物群在NAFLD中的重要作用。肠道微生物组成的变化可以显着影响肝碳水化合物和脂质代谢以及促炎和抗炎效应之间的平衡，影响NAFLD的发展。此外，饮食-肠道微生物群的相互作用塑造了新陈代谢，产生了大量的生物活性代谢物，对NASH的发病机制有重大影响。一项研究表明，肠道革兰氏阴性菌的过度生长可促进胰岛素抵抗和内源性乙醇的产生，并诱发胆碱缺乏，所有这些因素都与NASH有关。此外，据报道，微生物衍生的代谢物（如游离脂肪酸、三甲胺、仲胆酸和乙醇）可诱发肝细胞应激、损伤和死亡。这导致纤维化和基因组不稳定，使肝脏易患肝硬化和肝细胞癌。尽管知识取得了这些进步，但仍需要进一步的研究来识别导致WD诱导的NAFLD的未识别细菌和代谢物，并剖析潜在机制以全面了解NAFLD发病机制。
在这项研究中，研究人员通过用CL-HFS喂养野生型（WT）小鼠，成功地建立了NASH的临床相关小鼠模型，CL-HFS比胆碱缺乏的HFD（CD-HFD）更接近典型的WD。使用该模型，研究人员鉴定了一种特定的微生物Blautia producta（B。producta）及其结果代谢物2-油酰甘油（2-OG），可引起肝脏炎症和纤维化。与人类NASH特别相关的是，研究人员检测到人类NASH患者肝脏中2-OG的积累增加。细胞机理研究表明，2-OG是一种微生物代谢物，可激活肝星状细胞（HSC）以巨噬细胞（MΦ）依赖性方式产生细胞外基质（ECM）蛋白。分子研究表明，2-OG是一种G蛋白偶联受体GPR119激动剂，通过TAK1 / NF-κB / TGF-β1信号通路刺激MΦ。这些发现显著增强了研究人员对NASH发病机制的理解，并提供了潜在的治疗靶点。
最近，由于NAFLD和NASH的流行和对公共卫生的影响，人们对它们的兴趣急剧上升。然而，研究人员对饮食、肠道微生物组和宿主代谢之间相互依存关系的理解仍然有限，这严重阻碍了NASH治疗的微生物和代谢靶点的鉴定。通过喂养西型CL-HFS，研究人员建立了一个小鼠NASH模型，该模型概括了人类疾病的典型特征。使用该模型和人类患者生物标本，研究人员已经确定B。producta及其代谢物2-OG是一种致病细菌和代谢介质，可促进NAFLD / NASH的发生和发展。机理研究表明，2-OG 通过 GPR119/TAK1/NF-κB/TGF-β1 信号通路调节 MΦ，激活 HSC 诱导肝纤维化。
图2：ABX处理减缓CL-HFS诱导的NASH的发展。
临床和临床前研究强调了NAFLD / NASH中的微生物组相关机制。然而，尚未开发出微生物靶向治疗方法来治疗NAFLD和NASH。需要更多的努力来识别有益和致病细菌，并剖析这种日益流行的疾病的细胞和分子机制。研究人员的研究将B。producta确定为临床相关的NASH促进细菌。布劳蒂亚，苜蓿科的一个属，据报道，人类NAFLD患者增加，啮齿动物NAFLD治疗后减少。相比之下，其他研究表明，蓝褐花和内脏脂肪之间存在负相关关系和炎症性疾病，而蓝花的消耗与肥胖儿童胰岛素抵抗的恶化有关。在这里，研究人员显示了在NASH发育过程中小鼠中Blautia的丰度及其家族Lachnospiraceae在人类中的增加。研究人员证明，Blautia减少与抗生素介导的NASH发病机制抑制有关。特别是，用Blautia重新繁殖显着促进WT小鼠的肝脏炎症和纤维化以及CL-HFS喂养小鼠NASH的进一步进展。同样，补充B。producta可促进ND喂养小鼠的肝纤维化。然而，含有蓝花属的Lachno螺旋体科对宿主生理的影响在不同的研究中通常是不一致的。这些结果表明，需要分析人类NASH患者的微生物群落，并阐明其在物种水平上的有益和致病作用。
微生物代谢产物在宿主代谢和人体健康中起着至关重要的作用。据报道，短链脂肪酸、三甲胺-N-氧化物、胆汁酸、内源性乙醇、吲哚等是显著影响NAFLD/NASH发展的关键调节因子。与研究人员的研究结果相关的是，一些研究表明，B。producta可以消化果糖和蔗糖，产生与NASH发育相关的乙酸盐，乙醇，乳酸和琥珀酸盐。相比之下，肥胖儿童中产粪丁酸盐的布劳蒂西亚减少。在这里，研究人员检测到乙醇和乳酸的平均增加，但在CL-HFS喂养的小鼠中没有乙酸盐，丁酸盐和琥珀酸盐与Blautia丰度平行，并且这些增加没有统计学意义。有趣的是，研究人员确定2-OG是导致CL-HFS诱导的先前未识别的代谢介质，但不是CCl4-诱导小鼠肝纤维化。特别具有临床相关性的是，在小鼠和人NASH中均检测到增加的2-OG。此外，2-OG减少与ABX介导的肠道微生物群抑制有关，可预防性减缓NASH的发作。研究人员的体外和体内研究表明，B。producta是一种产生脂肪酶的细菌，可以产生2-OG，而B。producta的再种群导致2-OG在肝脏中积累。
图3：ABX治疗改变了肠道微生物群和肝脏代谢物的特征。
与研究人员的发现一致，一些生物活性脂质，如花生四烯酸（AA），已被证明可以诱导炎症反应。由 AA 产生的前列腺素 （PG） 可在具有不同细胞和分子机制的几种疾病中引起慢性炎症，例如免疫细胞（例如 MΦ 和 T 辅助细胞）的活化以及由病原体和损伤相关分子模式（PAMP 和 DAMP）介导的炎症反应的放大。相比之下，一些生物活性脂质如N-酰基乙醇胺（NAEs），包括N-油酰基乙醇胺（OEA）和N-棕榈酰乙醇胺（PEA），N-亚油酰乙醇胺（LEA）等，已被报道具有抗炎作用。Leafort等人报告说，肝细胞中N-酰基磷脂酰乙醇胺选择性磷脂酶D（NAPE-PLD）的基因敲除导致NAE和2-OG的产生减少以及AA的产生增加，这与肝脂肪变性的诱导有关。Chen等报道，通过口服强饲法接受NAPE过表达大肠杆菌的小鼠减少了肝脏甘油三酯的积累和肝脏炎症。研究报告，2-OG刺激胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和肠促胰岛素释放，作为人肠细胞（如肠道L细胞）中GPR119的激动剂，导致胰岛素分泌增加并改善葡萄糖耐量。总之，这些研究表明，不同生物活性脂质对炎症反应的影响与特定的细胞类型和环境有关。
一个重要的发现是MΦ / HSC串扰是介导CL-HFS诱导NASH的细胞机制。在这项研究中，研究人员进一步证明2-OG是一种代谢调节剂，可以激活HSC并以MΦ依赖性方式诱导小鼠肝纤维化。在MΦs中，2-OG调节TGF-β1的产生，TGF-β1是介导HSC活化和ECM蛋白产生的主调节因子。激活HSC从静止状态转变为增殖性和纤维化性肌成纤维细胞是动物模型和人类患者肝纤维化的基本细胞事件53，54 。MΦs有助于肝脏炎症和纤维化， 2-OG作为重要的调节器发挥作用。这些结果建立了NASH中肝脏MΦs和HSC之间的机制联系。
图5：双歧杆菌再增殖促进CL-HFS诱导的肝纤维化与肝脏驻留MΦs的调节有关。
在分子水平上，研究人员证明了2-OG作为GPR119激动剂的功能。以激活 MΦ。通过体内和体外研究，研究人员证明2-OG刺激增加了鼠肝中GPR119的产生和MΦs中GPR119的表达。在MΦs中敲低GPR119废除了2-OG诱导的HSC活化。此外，通过全面探索负责产生炎症细胞因子基因（包括Nfkb，Erk1，Ampk，Jun，Mapk14和Tak1）的典型信号通路，研究人员证明了CL-HFS消耗选择性地增加肝脏MΦs中Tak1的表达，表明TAK1参与CL-HFS诱导的肝脏炎症。 此外，Tak1敲低不影响2-OG诱导的GPR119在MΦs中的表达，但阻断了2-OG刺激的TGF-β1和NF-κB表达。总之，这些结果表明2-OG通过GRP119 / TAK1 / NF-κB / TGF-β1信号通路激活MΦ。其他人的研究表明，TAK1是一种重要的正调节因子，可影响小鼠胚胎成纤维细胞，T细胞和其他细胞的先天免疫信号传导和凋亡，但是一种负调节因子，会影响中性粒细胞中细胞发育和促炎信号通路的激活。需要进一步努力研究TAK1是否有必要介导体内2-OG或CL-HFS诱导的NASH，以及TAK1在不同肝细胞亚群中的作用。鉴于所有年龄段的男性NAFLD患病率均高于女性，在本研究中，研究人员首先选择了雄性小鼠，但未选择雌性小鼠;因此，这些发现对雌性小鼠的普遍性是未知的。
图6：2-OG引起ND喂养小鼠的肝纤维化，与肝脏驻留MΦs的调节有关。
总之，研究人员开发了一种具有典型西式饮食的临床相关鼠NASH模型，以研究NASH的发病机制。B。producta和2-OG被鉴定为NASH相关细菌和代谢调节因子，通过GPR119信号传导调节MΦ。这些细胞和分子机制发现显着促进了研究人员对NASH发病机制中饮食/肠道/肝脏/免疫轴的理解，这反过来将推动针对这一全球健康威胁的饮食和微生物干预措施的发展。
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