eBioMedicine（IF 9.7）:代谢组+微生物组，浙医郑树森等团队揭示Akk菌可促进脂肪肝小鼠肝脏再生

方法

结果

在对5周龄的C57BL/6J小鼠进行12周的高脂饮食（HFD）喂养后，研究对小鼠进行了50%的PHx（图1A）。HFD导致小鼠体重显著增加，肝脏变得苍白肿大，并出现明显的脂肪变性和炎症（图1B-E）。血清分析结果显示HFD小鼠的TG、TC、ALT和AST水平显著升高，表明血脂异常和肝功能受损（图1F）。术后7天，HFD小鼠的肝再生能力出现延迟，肝细胞增殖的高峰出现在术后第三天，而非正常饮食小鼠的1-2天内。血清中的肝损伤指标ALT和AST水平术后第一天暂时性增加，而胆红素和胆汁酸的浓度则呈整体上升趋势，表明肝功能波动。此外，术后发现小鼠肠道黏膜变薄以及LPS水平升高，进一步确认了肠道屏障功能受损。这些结果揭示了 高脂饮食对肝脏再生能力的负面影响，以及肠道屏障功能在肝再生中的重要性。

为确定与肝再生相关的肠道菌群变化，研究对粪便样本进行了16S rRNA扩增子测序。Chao1和Shannon指数均显示HFD小鼠的肠道微生物多样性在PHx后急剧下降，随后逐渐恢复（图2A）。通过beta多样性分析，研究发现肠道微生物群结构在PHx后发生显著变化，并逐渐向术前状态转变（图2B）。在门水平上，厚壁菌门/拟杆菌门的比例持续降低，并在后期开始恢复（图2C-E）。属水平的微生物组组成也随再生过程中的时间点而变化，其中Akkermansia在术后第三天成为优势菌属，与肝再生速率的高峰相吻合（图2C）。这些结果表明 PHx诱导了MAFLD小鼠肠道菌群的显著变化，每个时间点对应于不同的微生物组成。

研究使用R包TimeSeriesExperiment对肠道微生物群的ASV水平进行了时间序列分析，并得到了6个不同趋势的簇（图3A）。热图展示了这6个簇在不同时间点和样本中的分布情况（图3B）。其中，簇3的趋势曲线在第2天上升并在第3天达到高峰，与MAFLD小鼠的肝脏再生曲线高度吻合，表明这些细菌与MAFLD的肝脏再生可能存在正相关。簇3的主要微生物为Akkermansia（89.37%），而且它在肥胖、代谢和肝脏疾病方面的关系被广泛研究，因此选择Akkermansia作为深入研究对象（图3C，D）。

通过对PHx后不同时间点小鼠肝脏组织进行代谢组学测序分析，研究揭示了肝脏代谢在肝脏再生过程中的动态变化。非靶向LC-MS/MS共检测到923个代谢物，包含584个阳离子代谢物和339个阴离子代谢物。PCA图显示各组之间存在分离趋势（图4A）。在第0天和第1天的代谢物组成有显著差异，随着时间推移逐渐趋于第0天的状态。功能富集分析显示，KEGG通路主要富集于脂质代谢、氨基酸代谢、辅因子和维生素代谢、核苷酸代谢和碳水化合物代谢，并且与肠道菌群密切相关的胆汁酸和脂肪酸等脂质代谢产物也发生了变化（图4B，C）。

研究进一步利用Mfuzz进行时间序列聚类分析，将923个代谢物分为8个不同模式的簇（图4D）。值得注意的是，簇6的代谢物在术后第三天表达量达到峰值，与肝再生速率最快时期相吻合。因此， 这些代谢物被确定为可能参与调节肝脏再生的候选代谢物，主要涉及柠檬酸循环、嘧啶代谢、嘌呤代谢、初级胆汁酸生物合成和甘油磷脂代谢等过程（图4E）。

肠道菌群与肝脏代谢之间的相互作用在MAFLD发病机制中起着重要作用。为了研究肝脏再生改变的微生物和代谢物之间的潜在联系，研究对通过时间序列分析选择的两个簇进行了相关性分析。结果显示，Parabacteroides、Blautia、Shinella、Akkermansia、Lachnoclostridium和Eubacterium_coprostanoligenes_group等肠道细菌与代谢物密切相关（图5A）。Akkermansia与TCA循环中的柠檬酸、α-KG、D-2HG和谷氨酰胺等代谢物显示出显著的正相关性。其他细菌（如Parabacteroides、Blautia等）也与特定代谢物表现出正相关性。这些代谢物大多与三羧酸循环（TCA）密切相关，提示 肠道微生物可能通过影响TCA循环来调节肝再生过程，而Akkermansia可能起重要作用。

通过对PHx前后小鼠粪便样本进行宏基因组测序分析，研究发现Akkermansia属的A. muciniphila明显上调，而PHx后小鼠的某些代谢途径相当丰度上升，因此考虑对A. muciniphila进行进一步验证（图5B，C）。通过采用A. muciniphila的口服益生菌治疗HFD诱导的MAFLD小鼠模型，研究发现AKK治疗组小鼠体重增长减缓，血清ALT和TG水平降低，表明肝脏损伤和高脂血症得到改善（图6A-C）。同时，小鼠肝损伤和脂肪堆积明显减轻，炎症和脂肪合成相关基因表达下调（图6D-F）。此外，A. muciniphila还维护肠道屏障的完整性（图6G，H）。进一步的代谢组学分析发现，A. muciniphila能够促进TCA循环的进行。总的来说， A. muciniphila治疗可以抑制HFD诱导的MAFLD发展，并缓解脂肪肝所引发的肝脏再生延迟。