非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是全球性的健康负担，非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD的严重形式，是一种除脂肪变性外还伴有炎症和肝细胞损伤的疾病。如不进行干预，NASH可能会发展为肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌。据预测，到2030年，非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的发病率和相关死亡率将会翻一番。因此，迫切需要提出预防NAFLD进展为NASH的策略。目前还没有经过FDA批准上市的NASH治疗药物。由于NASH与代谢紊乱和肥胖密切相关，饮食调整被认为是预防NASH的主要策略之一。膳食纤维对降低血清甘油三酯（TG）、胆固醇（CHOL）和肥胖具有有益作用，补充膳食纤维可减轻NAFLD，但目前对于膳食纤维的这种作用机制仍然知之甚少。

为此，香港中文大学于君团队借助诺禾致源测序技术，开展了肠道微生物区系通过膳食纤维改善小鼠NASH作用机制的研究，于2023年5月26日在著名期刊 Nature Microbiology 上正式发表题为”Parabacteroides distasonis uses dietary inulin to suppress NASH via its metabolite pentadecanoic acid”的学术论文，该研究发现，可溶性膳食纤维菊粉能够富集一种肠道细菌狄氏副拟杆菌，通过其代谢产物十五烷酸恢复肠道屏障功能和抑制促炎信号传导，从而抑制小鼠饮食诱导的非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。这项研究表明了肠道菌群可以利用膳食纤维产生有益代谢物来抑制代谢性疾病的发展。

主要研究成果

1. 小鼠模型中，菊粉比纤维素能更有效地抑制非酒精性脂肪肝炎（NASH）；

2. 用稳定同位素探测法（¹³C标记的菊粉）结合宏基因组测序和代谢组分析，发现菊粉可改变肠道菌群（富集潜在有益菌、抑制潜在致病菌）并可被特定肠菌吸收，其中被菊粉富集的狄氏副拟杆菌可活跃地利用菊粉生成脂肪酸十五烷酸；

3. 菊粉、狄氏副拟杆菌或十五烷酸可恢复NASH小鼠模型的肠道屏障功能，从而减少血清脂多糖和肝脏促炎细胞因子表达，对NASH发挥保护作用。

研究结果

1. 菊粉可改善两种疾病小鼠模型的NASH

饮食调整是改善非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）及其进展为非酒精性脂肪肝炎（NASH）的一种有前景的策略。在本研究中，作者系统地评价了膳食纤维在小鼠NASH进展中的保护作用，并证明菊粉在减缓NASH进展方面比纤维素更有效。在这两种饮食模式中，服用菊粉减少了NASH的表现，包括减少肝脏脂肪变性、坏死性炎症、气球和纤维化；改善肝脏和血清脂质状况；以及改善肝脏损伤的标志。这些发现表明，在西式高热量饮食的背景下，菊粉是一种很有前途的预防NASH的膳食补充剂。

图1 菊粉改善CDHFD诱导的小鼠NASH

2. 菊粉改变肠道微生物群并被特定细菌同化

鉴于菊粉作为益生素对NASH具有保护作用，作者推测菊粉的保护作用可能是由于它调节了肠道微生物群和代谢组，进而保护肝细胞免受NASH的影响。然而，迄今为止的研究在很大程度上依赖于整体微生物组成分析，能够直接利用菊粉的特定肠道微生物种类仍不清楚。为此，作者采用¹³C菊粉标记来阐明菊粉对肠道微生物的直接贡献。通过用¹³C菊粉处理小鼠，追踪菊粉在肠道微生物基因组中的同化情况，发现捕获的¹³C标记的微生物DNA中90%以上属于拟杆菌属（ Bacteroides）和副拟杆菌属（ Parabacteroides）。生态网络分析表明，拟杆菌属和副拟杆菌属下的菊粉衍生物与肠杆菌属下的潜在病原菌具有很强的共排除联系，这些潜在病原菌经常从结肠炎患者中分离出来。因此，菊粉的发酵促进了有益共生体的生长，并为细菌病原体创造了不利于细菌病原体生长的生态位。作者的研究为菊粉如何逆转西式饮食引起的肠道微生物失调和抑制NASH发展提供了见解。

图2 菊粉改变了肠道微生物区系

3. 菊粉富集的狄氏副拟杆菌抑制NASH的发展

作者选择了菊粉富集狄氏副拟杆菌、芽孢杆菌和酸杆菌，用于DHFD模型中进行验证，服用狄氏副拟杆菌可减少体重增加，狄氏副拟杆菌的小鼠肝脏脂肪变性和坏死性炎症显著减少，表明狄氏副拟杆菌抑制NASH。因此，菊粉衍生的狄氏副拟杆菌在预防NASH方面发挥了有益的作用。

图3 狄氏副拟杆菌可改善CDHFD诱导的小鼠NASH

4. 菊粉通过肠道菌群转化为有益的代谢物

为了描述代谢的变化，以小鼠粪便为研究对象，进行了非靶向代谢组学研究。对整个代谢物成分的主成分分析表明是菊粉改变了肠道代谢物谱而不是纤维素，因此，菊粉可能会调节肠道微生物和代谢物以抑制NASH。接下来作者试图识别菊粉衍生物的代谢物情况，通过分析¹³C标记的代谢组发现¹³C标记的代谢物包括脂肪酸、核苷酸和维生素，表明菊粉被肠道微生物用于生物合成。随后，作者研究菊粉衍生的代谢物是否可以通过肠-肝轴运输到肝脏。重叠了小鼠粪便和静脉血清的代谢特征。十五烷酸是唯一在小鼠粪便和门静脉血清中同时富集的 ¹³C-菊糖标记代谢物。还观察到非标记代谢物的变化，磷脂酰丝氨酸是一种据报道在 NASH 患者的肝活检中耗尽的代谢物，但在粪便和门脉血清中含量丰富，而有害代谢物鞘氨醇（一种血清生物标志物）则在粪便和门静脉血清中富集，在NASH 患者中已耗尽。这些发现表明，菊粉利用肠道微生物群产生有益的代谢物被吸收然后转运到肝脏。其他 ¹³C 标记的粪便代谢物，例如泛酸盐和吡哆醛与狄氏副拟杆菌相关，但在静脉血清中并未富集。

图4  菊粉调节肠道代谢

5. 狄氏副拟杆菌产生的十五烷酸可改善NASH

为了确定肠道微生物-代谢物的相互作用，作者进行了相关性分析。狄氏副拟杆菌与十五酸呈正相关，推测十五酸可能是稻瘟病菌的下游代谢产物。当添加菊粉时，狄氏副拟杆菌培养上清液中的十五酸含量升高。狄氏副拟杆菌作用于无菌小鼠10天显著增加了粪便和静脉血清中十五酸的水平，与粪便样本相比，静脉血中十五酸的增加幅度较小，可能是由于肠道吸收损失所致。因此，狄氏副拟杆菌可以在体外和体内生物合成十五酸。先前的工作表明十五烷酸是一种有益的代谢物。作者评估了十五烷酸对 CDHFD 诱导的小鼠 NASH 的预防作用。研究发现十五烷酸减轻了血清 ALT、AST、TNF-α和 IL-6以及肝脏，从而证实了十五烷酸在NASH中的肝脏保护作用。

图5  菊粉，狄氏副拟杆菌 和十五烷酸恢复了肠道屏障功能

6. 菊粉、狄氏副拟杆菌或十五烷酸可以预防NASH

生态失调驱动的肠道屏障功能障碍是NASH发展的重要因素。那么菊粉是否也会影响 NASH 背景下的肠道屏障功能。测定静脉血清中细菌衍生的脂多糖（LPS）水平，发现 CDHFD 和 HFHCD 均诱导 LPS 水平，菊粉、狄氏副拟杆菌或十五烷酸可逆转这种效应，表明菊粉、狄氏副拟杆菌或十五烷酸可以恢复肠道屏障功能。作者推断菊粉衍生的狄氏副拟杆菌及其代谢物十五酸改善了肠道屏障功能，从而抑制了NASH。除了狄氏副拟杆菌外，其他研究表明，富含菊粉的类杆菌和蓝藻通过一种无醋酸盐的脂肪酸受体来缓解NASH。因此，以菊粉为靶点的肠道细菌通过产生保护性代谢产物对NAFLD和NASH起到有益的作用。

图6 菊粉通过富集狄氏副拟杆来抑制肝脏炎症和 TG 合成途径

参考文献：

Wenchao Wei , Chi Chun Wong, Zhongjun Jia, Weixin Liu, Changan Liu1, Fenfen Ji, Yasi Pan, Feixue Wang, Guoping Wang, Liuyang Zhao, Eagle S. H. Chu, Xiang Zhang, Joseph J. Y. Sung, & Jun Yu. Parabacteroides distasonis uses dietary inulin to suppress NASH via its metabolite pentadecanoic acid. nature microbiology. 6(2023).