微生物代谢物通过抑制HIF-2α-鞘氨醇通路介导限时进食对MASH的有益效果

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微生物代谢物 限时进食 HIF-2α 鞘氨醇 MASH MASLD 乳杆菌

一种微生物代谢产物通过抑制 HIF-2A-神经酰胺通路中介时间限制进食对 MASH 的有益作用

引言

背景介绍：

代谢功能障碍相关脂肪变性肝病/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease/Metabolic Dysfunction-Associated Steatohepatitis，MASLD/MASH）是一种影响全球四分之一人口的主要健康问题。MASLD 包括从肝脏脂肪变性到更具攻击性的 MASH，后者以坏死性炎症和纤维化为标志，可能发展成肝硬化和肝细胞癌。当前临床治疗主要集中于阻止 MASLD 的进展和逆转现有的 MASH。然而，由于其复杂的病理学和缺乏有效的医学干预手段，饮食和生活方式的调整仍是主要的管理选择，但病人坚持这些方法存在困难。

研究问题：

时间限制进食（Time-Restricted Feeding，TRF）是一种有效的饮食干预方法，已被证明可以减轻体重、改善胰岛素抵抗和抑制肝脂肪积累。然而，这种方法的具体分子机制仍未完全阐明。本研究旨在探讨 TRF 改善 MASLD/MASH 的潜在机制，重点研究肠道菌群的变化及其代谢产物在这一过程中所扮演的角色。

相关背景知识：

TRF 指的是将每日的食物摄入限制在一个4到12小时的时间窗口内，这种方法虽然不限制卡路里摄入，但研究显示其对于改善代谢疾病有显著效果。因为肠道菌群在宿主代谢调节中起关键作用，研究表明 TRF 可以部分恢复高脂饮食引起的肠道菌群周期性波动，从而影响宿主的代谢功能。然而，肠道菌群及其代谢产物在 TRF 改善 MASLD/MASH 中的作用还需进一步探讨。

研究来源

作者与机构：

本文的作者为 Yi Zhang, Xuemei Wang, Jun Lin 等，他们分别来自北京大学第三医院、中日友好医院，北京大学基础医学院等机构。同时，他们的研究也得到了腾讯基金会的支持。本研究于2024年8月6日发表在《Cell Metabolism》期刊上。

通信作者：Wang Guang、Zhang Zhipeng、Wei Fu、Changtao Jiang、Yanli Pang

发表时间：2024年8月6日

论文题目：A microbial metabolite inhibits the HIF-2A-ceramide pathway to mediate the beneficial effects of time-restricted feeding on MASH.

研究细节

a) 研究工作流程

实验设计：

  1. 临床试验：作者首先进行了一项4周的临床干预研究，招募了19名 MASLD 患者，要求他们从早上7点到晚上5点（10小时进食窗口）不限量进食，并在其他时间禁食。研究期间收集了受试者的粪便和血浆样本，检测了肝功能和血脂水平的代表性指标。

  2. 小鼠实验：8周龄的雄性 C57BL/6J 小鼠被喂食高脂饮食（HFD），并限制进食时间至10小时（ZT13到ZT23）以模拟 TRF 方法，同时结合或不结合抗生素治疗来研究肠道菌群在 TRF 干预中的作用。此外，利用全基因组鸟枪式测序分析 TRF 小鼠和对照组肠道菌群的变化。

  3. 功能验证实验：通过将顶十“TRF后菌群”微生物模型（ATM）和不含 R. torques 的 ATM 模型饲养小鼠，验证 R. torques 在 MASLD 进展中的作用。作者还通过 RNA 测序分析 R. torques 对改善 MASLD 的机制。

  4. 代谢物分析：通过多种实验方法，包括共免疫沉淀、液相色谱-质谱（LC-MS），分析 R. torques 产物 HMP 对肠道 HIF-2A-神经酰胺轴的抑制作用，并进一步验证 R. torques 和 HMP 在 MASH 进程中的作用。

新颖的方法与设备：

作者首次在 R. torques 中鉴定了可以合成 HMP 的酶 RTMOR，并进行了相应的基因表达和功能验证。这些新颖的方法为研究微生物代谢产物在 TRF 改善 MASLD/MASH 的作用机制提供了重要基础。

b) 主要结果

临床试验结果：

  1. TRF 干预后，受试者的血浆 ALT、AST、GGT 水平显著下降，肝脂肪浸润指数（HSI）显著降低，血清甘油三酯（TG）水平也明显下降，BMI下降。

  2. 粪便样本的全基因组鸟枪式测序显示，TRF 干预显著提高了 Clostridiales 顺序中 R. torques 的丰度。

小鼠实验结果：

  1. TRF 小鼠组的 ALT 和 AST 水平均低于对照组，BMI、肝脏重量和肝脏/体重比率也显著下降。

  2. 通过 H&E 染色和油红 O 染色，发现 TRF 改善了 HFD 引起的 MASLD，小鼠肠道菌群的多样性明显增加，R. torques 的丰度显著增加。

  3. Gavage 证明 R. torques 补充显著缓解了小鼠的 MASLD 症状，并降低了肝脏和血浆 TG、TC 水平。

机制研究结果：

  1. 共免疫沉淀试验证实 HMP 通过破坏 HIF-2A-ARNT 互作，抑制肠道 HIF-2A 功能。

  2. 小鼠试验显示，R. torques 和 HMP 可以显著降低 HIF2A 相关下游基因（如 NEU3、DMT1、FPN）的表达，抑制神经酰胺合成通路，从而改善 MASLD。

  3. HMP 通过抑制肠道 HIF-2A-神经酰胺信号轴，减少肠道神经酰胺水平，从而显著缓解 MASLD 症状。

c) 结论与研究价值

科学价值：

本研究首次揭示了肠道菌群及其代谢产物在 TRF 改善 MASLD/MASH 中的关键作用，明确了R. torques 和其代谢产物 HMP 在抑制肠道 HIF-2A-神经酰胺通路中的作用。研究结果为理解肠道共生菌调节宿主代谢性疾病的发展提供了新的视角，并提出了 R. torques 和 HMP 作为潜在益生菌干预剂或药物治疗 MASLD/MASH 的可能性。

应用价值：

该研究结果为治疗 MASLD/MASH 提供了新的策略，通过微生物代谢产物（如 HMP）的补充，可以模仿难以持久坚持的禁食饮食方案，从而减缓肝脂肪变性和其进展。这为开发基于微生物的治疗方案开辟了新的途径，具有广阔的临床应用前景。

d) 研究亮点

  1. 重要发现：首次鉴定了 R. torques 在 TRF 改善 MASLD/MASH 中的关键角色，并发现其代谢产物 HMP 通过抑制肠道 HIF-2A-神经酰胺通路发挥作用。
  2. 新颖方法：首次在 R. torques 中鉴定了可以合成 HMP 的酶 RTMOR，并实现了其基因表达和功能验证。
  3. 应用潜力：提出了 R. torques 和 HMP 作为益生菌干预剂或药物治疗 MASLD/MASH 的潜力，为开发基于微生物的治疗方案开辟了新的途径。