膽汁淤積性肝損傷（CLD）是肝膽系統(tǒng)的一種嚴(yán)重病理狀況，發(fā)病機(jī)理復(fù)雜，存在多種病因。目前，膽汁淤積性肝損傷的治療方法有限，病情發(fā)展為嚴(yán)重膽汁性肝硬化的患者需要接受肝移植手術(shù)。因此，迫切需要更有效的治療方法，尤其是預(yù)防措施。

鋅（Zn）是一種參與多種病理生理事件的必需微量元素。近期研究表明，鋅可以在肝癌化療期間減少炎癥和免疫抑制。此外，還發(fā)現(xiàn)鋅補(bǔ)充劑可以緩解糖尿病心肌病，也是多種酶的重要輔助因子，與腸道微生物群密切相關(guān)。盡管哺乳動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)菌需要鋅才能生存，但鋅與腸道微生物群之間的分子聯(lián)系及其對(duì)疾病進(jìn)展的影響仍知之甚少。

2024年11月27日，南方醫(yī)科大學(xué)陳鵬教授、南方醫(yī)科大學(xué)第七附屬醫(yī)院陳羽教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第六附屬醫(yī)院賈偉教授合作在 Cell Host & Microbe上發(fā)表了題為“Zinc promotes microbial p-coumaric acid production that protects against cholestatic liver injury” 的研究論文，結(jié)合動(dòng)物-細(xì)胞模型實(shí)驗(yàn)、多組學(xué)技術(shù)方法揭示了補(bǔ)充鋅可以刺激宿主-微生物群的相互作用，改變腸道微生物組，從而減輕膽汁淤積性肝損傷。（麥特繪譜提供200+種膽汁酸旗艦版檢測(cè)技術(shù)服務(wù)）

研究思路

圖1. 技術(shù)路線

研究結(jié)果

1. 鋅對(duì)膽汁淤積性肝病（CLD）的影響

膽管結(jié)扎（BDL，梗阻性膽汁淤積）和α -萘基異硫氰酸酯（ANIT，肝內(nèi)膽汁淤積）誘導(dǎo)小鼠CLD，BDL和ANIT均引起肝損傷相關(guān)參數(shù)的顯著升高，包括血漿丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）、堿性磷酸酶（ALP）和總膽紅素（TBIL），口服鋅處理顯著降低了這些參數(shù)，改善了小鼠膽汁淤積性肝損傷。

圖2. 補(bǔ)鋅可減輕小鼠膽汁淤積性肝損傷

2. 鋅的保護(hù)作用是由腸道菌群介導(dǎo)的

進(jìn)一步探討鋅是如何保護(hù)機(jī)體免受慢性肝病（CLD）的損害，通過(guò)代謝組學(xué)分析肝臟膽汁酸水平，發(fā)現(xiàn)鋅處理并未顯著影響膽汁酸代謝譜，但膽汁淤積（BDL）小鼠與假手術(shù)（sham）小鼠的膽汁酸譜存在差異。鑒于鋅與腸道微生物群的相互作用以及腸道微生物群與慢性肝病發(fā)病機(jī)制的密切聯(lián)系，研究假設(shè)腸道微生物群的變化可能介導(dǎo)鋅對(duì)慢性肝病的保護(hù)作用。通過(guò)無(wú)菌（GF）小鼠、皮下注射鋅的小鼠以及使用抗生素雞尾酒（ABXs）破壞腸道微生物群的小鼠實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了腸道微生物群在鋅保護(hù)慢性肝病中的作用。此外，在人類志愿者中進(jìn)行的鋅補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)也支持了小鼠研究的結(jié)果，即鋅對(duì)慢性肝病的保護(hù)作用部分來(lái)源于腸道微生物群的變化。

圖3. 腸道菌群有助于鋅的保護(hù)作用

3. B. producta是鋅補(bǔ)充響應(yīng)的關(guān)鍵菌種

基于上述研究中鋅的保護(hù)作用是由腸道菌群介導(dǎo)的，通過(guò)16S對(duì)糞便樣本進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)鋅能顯著改變腸道微生物的整體組成，其中Blautia菌的相對(duì)豐度在小鼠和人類中均有所增加，qPCR結(jié)果顯示，在小鼠接受鋅補(bǔ)充后，B. producta成為Blautia中最主要的富集菌種。通過(guò)宏基因組測(cè)序分析，也證實(shí)了鋅處理的小鼠糞便中B. producta的豐度增加，表明B. producta可能是對(duì)鋅補(bǔ)充響應(yīng)的關(guān)鍵菌種。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，活體B. producta能改善膽道結(jié)扎（BDL）和α-萘異硫氰酸酯（ANIT）誘導(dǎo)小鼠的肝病理改變，而滅活細(xì)菌的效果有限。

圖4. 鋅增加了人類和小鼠體內(nèi)B. producta的豐度

4. 對(duì)香豆酸是改善CLD的關(guān)鍵代謝物

鑒于活體B. producta對(duì)慢性肝�。–LD）具有保護(hù)作用，推測(cè)其可能產(chǎn)生具有生物活性的產(chǎn)物。使用非靶向代謝組學(xué)對(duì)鋅處理的小鼠糞便和B. producta培養(yǎng)上清液進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)香豆酸是優(yōu)先富集的代謝產(chǎn)物，其濃度在GF小鼠中顯著低于SPF小鼠。結(jié)合體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，B. producta能在體外產(chǎn)生對(duì)香豆酸，且鋅補(bǔ)充能進(jìn)一步增加其培養(yǎng)上清液中的對(duì)香豆酸濃度，顯著改善CLD的病理變化。

圖5. 鋅促進(jìn)了對(duì)香豆酸的生物合成

5. 對(duì)香豆酸抑制NOX2/ROS/GSDME軸，抑制肝細(xì)胞焦亡

膽汁酸（BAs）是CLD中導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡的主要毒素，特別是脫氧膽酸（DCA）和鵝脫氧膽酸（CDCA）可能誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)香豆酸能顯著抑制DCA和CDCA在原代小鼠肝細(xì)胞和HepG2細(xì)胞中的細(xì)胞毒性，提示對(duì)香豆酸可能抑制CLD中的細(xì)胞死亡。進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄組分析顯示，對(duì)香豆酸干預(yù)主要影響的是細(xì)胞焦亡途徑。對(duì)香豆酸抑制了Gasdermin E（GSDME）和caspase-3的活性，且這種抑制作用在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中均得到驗(yàn)證。此外，對(duì)香豆酸還下調(diào)了與活性氧（ROS）相關(guān)的過(guò)程，并抑制了BA誘導(dǎo)的ROS積累。研究還發(fā)現(xiàn)，對(duì)香豆酸與NOX2（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶2）蛋白有直接相互作用，并抑制NOX2的活性，從而減少ROS的生成。分子對(duì)接分析顯示，NOX2的絲氨酸殘基（S48）是對(duì)香豆酸的可能結(jié)合位點(diǎn)，突變此位點(diǎn)后，對(duì)香豆酸的益處不再顯現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了S48在ROS生成中的功能作用。綜上所述，對(duì)香豆酸可能通過(guò)直接與NOX2蛋白相互作用并抑制肝細(xì)胞中ROS的生成，從而抑制BAs誘導(dǎo)的caspase-3/GSDME相關(guān)的肝細(xì)胞焦亡。

圖6. 對(duì)香豆酸抑制GSDME介導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡

6. 鋅和對(duì)香豆酸干預(yù)CLD的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)潛力

鋅和對(duì)香豆酸均能有效抑制小鼠膽汁淤積性慢性肝損傷和纖維化，在豬模型（大型動(dòng)物模型）中，鋅預(yù)處理顯著降低了膽汁淤積性肝損傷標(biāo)志物，而對(duì)香豆酸也表現(xiàn)出對(duì)豬CLD的保護(hù)作用。此外，患者血漿中對(duì)香豆酸水平與多種肝功能指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步表明這種微生物功能化合物參與CLD的發(fā)展。

圖7. 鋅和對(duì)香豆酸可改善小鼠膽汁淤積性纖維化和豬CLD

小結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)B. producta產(chǎn)生的對(duì)香豆酸能夠抑制NADPH氧化酶2（NOX2）的活性，從而減少膽汁酸（BA）誘導(dǎo)的GSDME介導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡，最終保護(hù)宿主免受肝外梗阻性和肝內(nèi)膽汁淤積的損害。此外，還驗(yàn)證了在大型動(dòng)物中，口服鋅和對(duì)香豆酸對(duì)慢性肝病也具有潛在的治療作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了本研究的轉(zhuǎn)化意義。

參考文獻(xiàn)

Zinc promotes microbial p-coumaric acid production that protects against cholestatic liver injury. Cell Host & Microbe. 2024

繪譜幫你測(cè)

膽汁酸是膽汁的重要組成部分，由肝細(xì)胞代謝產(chǎn)生，進(jìn)入腸道由菌群進(jìn)行代謝和修飾，之后部分通過(guò)腸肝循環(huán)反作用于肝臟。因此，膽汁酸水平異�？赡芘c肝臟疾病有關(guān)，如肝硬化、脂肪肝、急慢性肝炎、肝癌等。這些疾病會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞功能受損，膽汁代謝出現(xiàn)異常，從而出現(xiàn)膽汁酸水平升高。此外，膽汁酸與膽囊疾病、腸道疾病也有一定的相關(guān)性。探討膽汁酸水平異常與上述等疾病的關(guān)系，有助于為疾病的診斷和治療提供新的思路和方法。

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