多吃膳食纤维可减轻酒精性肝损伤

2019年11月13日，安徽医科大学第一附属医院王华团队在期刊《Cell Host & Microbe》上在线发表题为“Dietary fiber alleviates alcoholic liver injury via Bacteroides acidifaciens and subsequent ammonia detoxification”的研究性文章。酒精消费与各种伤害和疾病有关，是全球疾病负担的一个主要风险因素。然而对于严重的ALD患者，戒酒后疾病仍会发展，目前尚无有效的治疗方法进行干预。随着对“肠-肝轴”机制的深入研究，肠道微生物群与多种慢性肝病之间的相关性越来越被认识到。研究表明，高膳食纤维摄入量与降低多种慢性疾病(如心血管疾病、2型糖尿病和结直肠癌)的风险之间存在显著关联，高膳食纤维摄入量的人因各种原因死亡的风险降低了15%-16%，膳食纤维摄入是否能通过改变肠道菌群来改变ALD的进展值得探讨。

通过实验证明了富含可溶性膳食纤维的饮食增加了酸化拟杆菌(B. acidifaciens)的丰度，并减轻了小鼠酒精性肝损伤。酸化拟杆菌单独治疗可通过胆盐水解酶改善肝损伤，该酶产生未结合的胆汁酸，激活肠道法脂类X受体(FXR)及其下游靶点成纤维细胞生长因子-15 (FGF15)。FGF15促进肝细胞表达鸟氨酸转氨酶(ornithine amininotransferase, OAT)，促进肝脏内积累的鸟氨酸代谢为谷氨酸，从而通过谷氨酰胺合成途径为氨解毒提供充足的谷氨酸。总的来说，这些发现揭示了补充膳食纤维和酸化b杆菌可作为一种潜在的治疗ALD的策略

1. 可溶性膳食纤维可减轻小鼠酒精性肝损伤，增加肠道酸化芽孢杆菌的丰度

使用高暴模型诱导小鼠ALD，可以诱导显著的氧化应激和促炎细胞因子的产生，同时导致显著的肝损伤和肝脂肪变性。其中添加可溶性膳食纤维(E + sDF)或不溶性膳食纤维(E + isDF)。添加可溶性膳食纤维可显著缓解小鼠ALD，而不溶性膳食纤维对ALD无显著缓解作用。细菌种群分析显示，添加可溶性膳食纤维的小鼠的细菌组成与酒精喂养的小鼠有显著差异，酸化是导致两组差异的关键物种。通过对肠道菌群基因组检测，发在补充可溶性膳食纤维后，酸化剂显著增加。推测在ALD小鼠模型中添加可溶性膳食纤维会增加小鼠肠道中酸化拟杆菌的丰度。

2. 酸化拟杆菌治疗可改善ALD患者的肝损伤、脂肪变性和炎症

采用灌胃酸化芽胞杆菌(E + B. aci)治疗高暴模型小鼠，另一组小鼠采用巴氏杀菌酸化芽胞杆菌(E + KB)治疗，探讨细菌的活性是否影响治疗效果。添加酸化拟杆菌后酒精性肝模型小鼠的肝损伤水平明显降低。然而，补充KB.aci无改善作用。补充B. aci后，模型小鼠酒精诱导的肝损伤、脂肪变性和肝细胞凋亡减少，aci不能减弱ALD表型。中性粒细胞比例和炎症水平在E + B. aci组降低，而aci，EtOH组和KB之间无显著差异。 此外，我们发现酸化芽孢杆菌降低了ALD小鼠血清LPS浓度，还可以防止酒精引起的肠道屏障损伤。除了对肠道屏障具有保护作用外，肠道中的酸化B.菌可能直接作用于肝脏，从而影响ALD的进展。

3. 酸化芽孢杆菌通过恢复OAT蛋白表达来改善ALD

与EtOH组相比，E + B. aci组OAT的表达增长最强。小鼠肝脏中OAT的表达水平在饮酒后被显著抑制，在补充B.aci后得到部分恢复。OAT过表达显著降低血清ALT、AST、TBil和肝脏TG水平，肝切片H&E染色和油红O染色也显示OAT对酒精性肝脂肪变性具有显著的保护作用。

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

肝小叶中心周围区域为肝脏氨解毒提供足够的谷氨酸，以合成谷氨酰胺。随着OAT表达的抑制，ALD小鼠肝脏中鸟氨酸的积累显著增加，补充B. aci后，鸟氨酸的积累显著减少，谷氨酰胺水平也随着OAT表达上调而显著升高。添加B. aci或促进肝细胞OAT表达可减轻ALD小鼠的高氨血症，减少肝脏中氨的积累。添加B. aci引起的OAT表达上调可促进鸟氨酸向谷氨酸的代谢，足够的谷氨酸可与肝组织中的氨结合产生谷氨酰胺解毒，从而减轻肝损伤。E +组谷胱甘肽代谢途径明显增加，由于ALD中氧化应激对GSH的消耗EtOH组GSH含量明显降低，补充B. aci后，GSH水平显著恢复。利用小鼠原代肝细胞建立体外ALD模型得到了类似结果。表明B. aci通过促进肝细胞中OAT的表达来调节肝鸟氨酸-谷氨酸代谢。一种机制是通过谷氨酰胺合成途径解毒氨，另一种机制是通过谷胱甘肽合成，从而减轻酒精诱导的肝细胞损伤。

5. 肝细胞特异性敲除小鼠更容易受到乙醇诱导的氨积累和肝损伤

建立肝细胞特异性OAT敲除小鼠验证酒精对OAT基因消融后肝损伤的影响。发现Oat缺失加重了肝损伤，同时降低了肝脏中谷胱甘肽和谷氨酰胺的水平。正常喂养时, Oat^△Hep小鼠肝脏氨含量正常,但在饮酒后肝脏氨含量明显高于^Oatflox/flox模型小鼠。将_NH4Cl注射到燕麦过表达小鼠和小鼠中， Oat过表达组的肝脏氨含量也有所下降，而Oat基因敲除组的肝脏氨含量有所增加，鸟氨酸水平也呈现出相同的趋势。这些实验结果证明肝细胞中OAT在氨代谢的调控中起着重要作用，其缺失会导致肝内氨的积累，加重肝损伤。

6. B. aci通过非共轭胆汁酸激活肠道中的FXR-FGF15信号通路

可保护肠上皮屏障的SCFAs含量在EtOH组和E + B. aci组之间无显著差异。然而KEGG富集分析显示，与初级胆汁酸生物合成相关的途径显著富集。E + B. aci组肠道内酸化杆菌丰度显著增加，但肠道微生物群多样性无显著影响。在E + B. aci组中，多种胆汁酸(包括CDCA、DCA、CA)和其他游离胆汁酸水平增加，这些胆汁酸是核受体FXR的强效激动剂，而肠道中共轭胆汁酸的水平降低。在酒精喂养的小鼠中，FXR在肠道中以及肝脏中与FXR相关的下游基因如Shp和Cyp7a1的表达下调，但在补充增酸杆菌后恢复。因此假设B. aci通过增加小鼠肠道内非共轭胆汁酸水平激活FXR-FGF15信号通路，从而影响肝脏中靶基因的表达，减轻酒精性肝损伤。

综上所述，酸化芽孢杆菌的BSH活性可能重塑肠道胆汁酸代谢。非共轭胆汁酸如CDCA、DCA、CA等激活FXR会引发一系列下游调控变化。

7. FXR-FGF15/19的激活增加了OAT的表达，减轻了酒精损伤

分析来自健康对照个体和有长期ALD患者的样本，发现ALD患者血清FGF19水平明显低于健康对照个体。通过对ALD患者临床资料的分析，FGF19水平与血清AST、γ -谷氨酰转移酶(GGT)、氨和TBil水平呈负相关。通过对两组粪便微生物基因组的qPCR检测，发现ALD患者中酸化芽孢杆菌的相对丰度显著降低。肠道FXR的激活减轻了Oat△Hep小鼠肝损伤，降低了血清ALT、AST水平和肝氨水平。然而，消融Oat后，fxr的保护作用被消除。肠道FXR表达的增加减轻了酒精相关性肝损伤和脂肪变性，上调了肝脏中OAT的表达。使用肠道特异性FXR抑制剂(Gly-b-MCA)和AAV8-TBG-OAT在体内进一步验证了这一假设。抑制肠道FXR可加重小鼠肝损伤，提高血清ALT和AST水平，而过表达OAT可减轻Gly-b-MCA的不良反应。

大量研究证实肠内FXR的激活与肠屏障完整性的维持密切相关。饮酒显著降低ZO-1和OCCLUDIN的表达，给药后肠完整性得到恢复。FXR抑制剂的使用加重了紧密连接蛋白的丢失。此外，B.aci激活FXR可以恢复肠道屏障的完整性，并对减轻ALD小鼠的炎症和肝损伤具有协同保护作用。

综上所述，摄入可溶性膳食纤维可增加肠道内酸化芽胞杆菌的丰度，通过BSH活性调节胆汁酸代谢，进而通过非共轭胆汁酸激活肠道FXR。FXR激活通过下游FGF15-OAT途径减少肝脏的铵毒性和氧化应激损伤，同时保护肠道屏障的完整性，从而减轻酒精诱导的肝损伤。

参考资料：膳食纤维通过酸化拟杆菌和随后的氨解毒减轻酒精性肝损伤