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我国学者发布首个抗性淀粉靶向肠道菌群治疗非酒精性脂肪性肝病的临床数据
信息来源:生物世界      更新时间:2023-09-08   【字体:
  

  

  据估计,目前全球有30%的人患有非酒精性脂肪性肝病(NAFLD),不仅可能发展为严重的慢性肝病,还可导致2型糖尿病、心血管疾病和慢性肾脏病等肝外疾病,造成沉重的卫生经济负担。NAFLD并非是以往认为的良性疾病,不同组织学分期的NAFLD均显著增加患者的死亡率,即使是单纯性脂肪肝也会增加71%的全因死亡率。然而,迄今为止,NAFLD仍缺乏获批的治疗药物,迫切需要探索有效的干预策略。
  抗性淀粉(Resistant starch,RS)于1982年被发现,无法在小肠中被消化,可在结肠中发酵,是存在于青香蕉、冷却米饭、全谷物、薯类、豆类等天然食物中的益生元。但是随着现代碾磨和食品加工工艺的改变,精加工食品的摄入增加,抗性淀粉在日常饮食中的含量日益下降。数据显示在中世纪欧洲,抗性淀粉的平均日摄入量高达50-100 克/天。然而,目前在西方发达国家,抗性淀粉的摄入仅为3-8克/天。2010年中国的一项调查发现中国居民的抗性淀粉平均摄入量也仅为14.9克/天。
  既往研究发现,NAFLD是一种与肠道微生物群密切相关的疾病,这促使研究者开始探索通过调节肠道微生物群改善NAFLD的干预措施。2019年,Jeffrey I. Gordon教授在其文章中提出了微生物组导向型食品(MDF)的概念,意为可以引起微生物群特异性变化而改善宿主代谢健康的食品。抗性淀粉作为天然食物中的成分,已被发现可影响肠道菌群组成,其作为微生物组导向型食品或许具有治疗NAFLD的潜力。
  2023年9月5日,上海交通大学医学院附属第六人民医院内分泌代谢科、上海市糖尿病重点实验室的贾伟平教授和李华婷教授团队联合德国莱布尼茨汉斯诺尔研究所 Gianni Panagiotou 教授、中国科学院大连化学物理研究所许国旺教授,在 Cell Metabolism 期刊发表了题为:Resistant starch decreases intrahepatic triglycerides in patients with NAFLD via gut microbiome alterations 的研究论文,该论文还被选为当期封面文章
  研究团队在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者中开展了一项为期4个月的随机、双盲、平行对照临床试验,通过精准的临床指标评估抗性淀粉干预对NAFLD的治疗作用,同时进行多组学研究全面分析肠道微生物和代谢物的改变,探索抗性淀粉改善NAFLD的潜在机制,并进一步对其中发挥作用的关键菌种和代谢物进行因果验证。

 

  贾伟平教授和李华婷教授团队首先在NAFLD患者中开展了一项为期4个月的随机、双盲、平行对照临床试验。筛选出200名NAFLD受试者,随机分成两组,分别接受抗性淀粉干预(40g/天)和等能量的对照淀粉干预。试验期间,由营养师为受试者制定一日三餐平衡膳食食谱,并全程提供饮食咨询和营养跟踪,指导受试者填写饮食记录达到精准的营养管理。除了人体测量学和临床生化指标外,在干预前后均使用磁共振波谱学检查对受试者肝脏甘油三酯含量进行精确定量,用标准餐耐量试验评估受试者糖调节稳态变化情况。
  干预后发现,相对于对照组,抗性淀粉干预可显著降低肝内甘油三酯含量,绝对降幅为9.08%,相对降低39.42%,且改善作用独立于体重的降低,在校正体重变化后,肝内甘油三酯含量绝对降幅为5.89%,相对降低24.3%,效果依然显著。此外,代表肝脏损伤程度的谷丙转氨酶、谷草转氨酶、γ-谷氨酰转移酶以及NAFLD生物标志物成纤维细胞生长因子-21、细胞角蛋白-18水平在抗性淀粉治疗组均显著降低,血脂谱、胰岛素抵抗状况、全身炎症水平等在抗性淀粉治疗组均显著改善。
  研究人员对受试者进行了血清和粪便的靶向代谢组学研究,发现两组受试者整体代谢物谱的改变有显著差异。在抗性淀粉干预后,有13种代谢物发生显著变化,其中三种支链氨基酸(BCAA)缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸均显著下降,且干预后的缬氨酸在两组间存在显著差异。临床指标和代谢物关联分析发现,在校正肥胖相关临床指标后BCAA与肝酶显著相关,且缬氨酸与肝内甘油三酯含量、血清甘油三脂水平均呈现正相关。
  宏基因组学分析发现两组干预后菌群多样性显著不同,其中粪便拟杆菌(Bacteroides stercoris)在抗性淀粉干预后较对照组显著下降,与临床指标关联分析发现其与肝内甘油三酯含量、谷丙转氨酶、谷草转氨酶均呈显著正相关,同时,在与代谢组学关联分析中发现其与重要的代谢物缬氨酸显著正相关。在欧洲(肝活检)和中国的外部队列中也发现,与较为健康的对照组相比,NAFLD患者的Bacteroides stercoris丰度显著升高。
  接着,研究者分别将两组干预后的受试者粪便菌群移植给饮食诱导的NAFLD模型小鼠,发现相比于对照组,接受抗性淀粉组粪菌移植的小鼠NAFLD组织学表现显著改善,其肝酶、肝内脂质均显著更低,在分子水平上,肝脏炎症相关基因表达显著下降,肝脏脂质合成相关基因显著下降而脂解基因表达增加。此外,接受抗性淀粉组粪菌移植的小鼠肠道紧密连接蛋白相关基因表达增加,血清LPS显著降低,肠道内容物中的BCAA水平也显著降低。证明了抗性淀粉对肠道菌群整体组成产生的有益改变与NAFLD改善之间的因果关系。
  研究者进一步分析宏基因组功能变化以探讨可能的机制,发现抗性淀粉干预后,与肝内甘油三酯含量显著相关的KEGG功能模块中,有4个与BCAA生物合成相关。此结果与代谢组分析相呼应,显示BCAA与NAFLD发病的强相关性。随后,肠道菌群驱动物种分析发现了对BCAA相关功能模块与肝内甘油三酯含量的相关性有重要驱动作用的肠道菌,其中Bacteroides stercoris对这4个模块的平均驱动作用最强。结合血液BCAA水平(尤其缬氨酸)与该菌丰度的显著相关性,提示了Bacteroides stercoris可能通过BCAA促进NAFLD。
  除了菌群整体变化,为了进一步验证关键菌Bacteroides stercoris的丰度与NAFLD潜在的因果关系,研究者给予饮食诱导的NAFLD模型小鼠Bacteroides stercoris灌胃。与对照组相比,接受Bacteroides stercoris干预的小鼠NAFLD组织学表现、肝酶水平、肝内甘油三脂含量及血清LPS水平均显著升高,肝脏炎症及纤维化相关基因表达显著增加,提示了Bacteroides stercoris可以促进NAFLD的进展。另外,与驱动物种分析结果一致,接受Bacteroides stercoris灌胃小鼠的粪便BCAA水平显著更高。体外培养中,Bacteroides stercoris培养基中的BCAA水平随时间显著积累,尤以缬氨酸最明显。在体外实验中用缬氨酸处理肝细胞系,发现细胞内甘油三酯含量显著增加,肝内脂肪从头合成基因和转运基因的表达显著增加、而脂质分解代谢基因的表达显著降低。这些结果共同提示抗性淀粉干预抑制Bacteroides stercoris,该关键功能菌可通过增加BCAA的产生从而加重肝内脂肪累积。
  在全球195个国家和地区中,中国因饮食结构造成的死亡率和疾病负担占比在世界人口前20大国中均位列前三,不良饮食结构包括全谷物、蔬菜和水果的摄入不足。在NAFLD的早期阶段及时和适当的生活方式干预(如饮食结构的改变和运动)可以逆转肝脏病理改变,减少其发展到难以控制的肝内肝外疾病阶段的可能性,且能大幅降低未来的医疗成本。
  该研究首次通过随机双盲对照临床试验证明膳食中补充抗性淀粉可能成为治疗NAFLD的新策略,并揭示其作用通过改变肠道菌群组成和功能实现,关键功能菌Bacteroides stercoris被抗性淀粉抑制而减少肠源性BCAA产生,改善肝脏脂质代谢。

 

  这项研究从随机双盲对照临床试验,到鉴定与之相关的微生物,到建立微生物及其产物和宿主表型之间因果关系,给出了微生物相关疾病机制和干预研究的完整证据链,有助于进一步理解NAFLD的发病机制,为NAFLD的治疗提供了一种有效、经济且可持续的生活方式干预模式,也为开发诸如微生物组导向型食品等基于微生物组的NAFLD创新疗法提供了新思路。
  上海交通大学医学院附属第六人民医院贾伟平教授、李华婷教授、德国莱布尼茨汉斯诺尔研究所Gianni Panagiotou教授和中国科学院大连化学物理研究所许国旺教授为论文共同通讯作者。上海交通大学医学院附属第六人民医院及德国莱布尼茨汉斯诺尔研究所倪岳琼博士、上海交通大学医学院博士研究生钱玲玲、德国莱布尼茨汉斯诺尔研究所博士研究生Sara Leal Siliceo、上海交通大学医学院博士研究生龙晓雪为论文共同第一作者。

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