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摘要
客观的酒精性肝病(ALD)是一个全球性的健康问题,治疗方案有限。肠道屏障完整性和微生物群调节ALD易感性。Akkermansia muciniphila大肠杆菌是一种革兰氏阴性肠道共生菌,部分通过增强粘液产生来促进屏障功能。这项研究的目的是调查ALD中的微生物改变,并确定其影响答:muciniphilaALD病程的给药。
设计通过对Lieber-DeCarli ALD小鼠模型和粪便中的16S核糖体DNA (rDNA)测序,以无偏倚的方法分析肠道微生物群答:muciniphila在一组酒精性脂肪性肝炎(ASH)患者中确定了丰富度。的影响答:muciniphila在预防和治疗环境中测定了实验性急性和慢性ALD的发展,并分析了肠道屏障的完整性。
结果ASH患者的粪便丰度降低答:muciniphila与健康对照组相比,与肝病严重程度间接相关。野生型小鼠经乙醇喂养后,血清中乙醇含量明显下降答:muciniphila丰富。Ethanol-induced肠答:muciniphila口服可恢复耗竭答:muciniphila补充。此外,答:muciniphila预防性给药可减少肝损伤、脂肪变性和中性粒细胞浸润。答:muciniphila还可以防止乙醇诱导的肠道渗漏,增强粘液厚度和紧密连接表达。在已经建立的ALD中,答:muciniphila用于改善肝损伤和中性粒细胞浸润。
结论接触乙醇会减少肠道答:muciniphila并且可以通过口服补充剂在实验性ALD中恢复。答:muciniphila促进肠道屏障的完整性,改善实验性ALD。我们的数据表明,ALD患者可能受益于答:muciniphila补充。
- Akkermansia muciniphila
- 酒精性脂肪肝
- 酒精性肝病
- 肠道菌群
- 肠道屏障
数据来自Altmetric.com
本研究的意义
关于这个问题我们已经知道了什么?
酒精性肝病(ALD)的发展受到微生物群的强烈影响。
破坏肠屏障功能可促进ALD。
Akkermansia muciniphila支持维持肠道屏障的完整性。
新的发现是什么?
答:muciniphila酒精性脂肪性肝炎患者的丰度降低。
乙醇暴露会消耗肠道答:muciniphila在野生型小鼠中含量丰富。
答:muciniphila补充剂在预防和治疗环境中改善实验性ALD。
乙醇对肠道屏障完整性的破坏可以通过答:muciniphila.
在可预见的未来,它会对临床实践产生怎样的影响?
我们的数据表明口服补充剂答:muciniphila是一种很有前途的治疗人类ALD的策略。
介绍
酒精性肝病(ALD)是全球肝脏相关死亡的最常见原因,占全球死亡总数的5.9%。1 2ALD包括单纯性脂肪变性、纤维化和肝硬化,所有这些都可恶化为急性酒精性脂肪性肝炎(ASH),死亡率高。3.尽管我们越来越了解ALD的发病机制,但治疗策略仍然缺乏。4
ALD的疾病过程是多层次的,涉及对肝细胞的直接乙醇毒性作用(例如,活性氧的出现),但也包括通过病原体相关分子模式(PAMPs;脂多糖(LPSs))主要来源于肠道。5个6这些PAMPs可有效激活肝巨噬细胞(Kupffer细胞),并促进由白细胞介素1β (IL-1β)、白细胞介素8和肿瘤坏死因子α (TNF-α)驱动的炎症反应。这些细胞因子因此吸引白细胞,从而促进肝损伤。7 - 10类似的情况似乎发生在人类ALD中,因为患者表现出内毒素血症与肝损伤程度密切相关。11 - 13由于紧密连接的破坏,PAMPs的转运可能由乙醇和乙醇衍生的代谢物(如乙醛)促进14日15还有肠区隔化。16此外,越来越多的证据表明,微生物群可以调节ALD的易感性。13 17 18与此相一致,乙醇相关的生态失调促进肝脏疾病和乳酸菌改进实验性ALD。月19 - 21日
Akkermansia muciniphila是一种革兰氏阴性厌氧共生菌,利用宿主来源的粘蛋白作为碳源和氮源。22在健康个体中,答:muciniphila占粪便菌群的1%至4%。23日24答:muciniphila在高脂肪饮食的小鼠中促进粘液增厚和肠屏障功能(即,降低全身内毒素浓度)。25日26日我们的目的是确定乙醇消费对答:muciniphila在小鼠和人类中的丰富程度以及答:muciniphila在开发实验性ALD的过程中。
材料与方法
人类研究
答:muciniphilaALD患者(ASH, n=21,年龄50.9岁±10.04岁或重度ASH, n=15;年龄55.1岁±11.95岁20.在非肥胖健康个体中(n=16;年龄41.1岁±2.6岁)。酒精患者的特征为(1)过去一年每天饮酒50克乙醇,(2)肝活检存在嗜酸小体、肝细胞膨大、Mallory小体、中性粒细胞浸润、脂肪变性和纤维化。由两名独立的盲法观察者对酒精性肝炎的特征(气球变性、坏死区域和浸润多形核细胞(PMNs)进行肝活检评分。一种广泛使用的评分系统27用于评估嗜酸体(0:无;1:≤1个/小叶或结节;2: >1/小叶或结节),肝细胞澄清/膨大(0:无;1:不是所有小叶/结节都有;2:在所有小叶/结节中),Mallory小体(0:无;1:≤1个/小叶或结节;2:≥2个/小叶或结节),中性粒细胞浸润(0:无;1:孤立或稀有;2:标记)。脂肪变性分为5级:0级:无脂肪变性; 1: mild (1% to 5% of hepatocytes); 2: moderate (6% to 32%); 3: marked (33% to 66%); and 4: severe (67% to 100%). Fibrosis was determined by a modified METAVIR score27: 0:无纤维化;1:中心周和/或门静脉周围纤维化,无纤维隔;2:中心周和/或门静脉周围纤维化,纤维间隔少;3:纤维间隔多,无肝硬化;4 .肝硬化。将患者分为(非严重)ASH组:评分<6,>为2或评分≥6,但无中性粒细胞浸润;重度ASH:评分≥6分,中性粒细胞浸润评分≥1分。根据这些组织学特征,如前所述,将患者分为ASH或重度ASH。20.患者的粪便样本是在法国的一个中心住院期间收集的,并立即冷冻并在- 80°C下储存。
老鼠实验
采用四种不同的实验性ALD模型,研究乙醇诱导的微生物变化和作用机理答:muciniphila补充。所有实验都符合法律规定的伦理原则。(1)为研究乙醇对C57BL/6野生型(WT)小鼠微生物区系组成的影响,采用前体所述的急性-慢性酒精喂养模型。28这些实验是在绍博实验室进行的。(2)研究答:muciniphila添加ALD后,7 ~ 8周龄雌性WT小鼠饲喂Lieber-DeCarli饮食28 - 30含有1-5 vol%(乙醇喂养),可自由食用15天。酒精喂养小鼠或成对喂养小鼠答:muciniphila(1.5×109菌落形成单位(CFU)/200 μ l磷酸盐缓冲生理盐水(PBS))或对照物(PBS),从第1天开始,每隔一天用24号不锈钢游离管灌胃。(3)探讨答:muciniphila在ALD组,小鼠喂食Lieber-DeCarli饮食15天。第9天经丙氨酸转氨酶(ALT)测定证实肝损伤后,答:muciniphila政府(1.5×109CFU/200 μ l PBS)仅在第10、12和14天进行。(4)在乙醇中毒急性模型中,给予小鼠答:muciniphila(1.5×109CFU/200 μ l PBS)灌胃前2天,每公斤体重灌喂6 g乙醇。乙醇灌胃8小时后处死小鼠。所有动物在放血和组织取样前麻醉。在模型2-4中,采鼠时间为08:00 - 11:00。31
16S测序和生物信息学
直接从提取的盲肠中收集盲肠粪便,并在−80°C冷冻。根据制造商的建议,使用粪便DNA提取试剂盒(Qiagen)提取DNA。Fadrosh先前描述的测序等32在辛辛那提大学儿童医院医疗中心完成。基于测序设备确定的质量指标,样本被排除在下游分析中,基于测序数据不充分,乙醇喂养组和成对喂养组各有一个样本被排除。序列数据用usparse处理,33和UTAX34用于从16S核糖体DNA (rDNA)读取数据生成可操作的分类学单位表,并进行分类学分配。线性判别分析效应量(LEfSe)35用于处理16S序列数据。采用非参数因子Kruskal-Wallis和秩检验和Wilcoxon秩和检验检验各组间LEfSe差异的显著性。16S rDNA测序数据已存入国家生物技术信息中心GenBank存储库,登录号为:KY571432- - - - - -KY572675.
量化的答:muciniphila在病人的粪便中
细菌DNA是通过在硫氰酸胍裂解缓冲液中使用Fast Prep均质器均质粪便获得的。通过连续的纯化和沉淀步骤提取出高质量的细菌DNA。36引物用于检测答:muciniphila基于16S rDNA基因序列:正向CAG CAC GTG AAG GTG GGG AC和反向CCT TGC GGT TGG CTT CAG AT。25检测使用Light Cycler 480 (Roche Diagnostics, Basel, Switzerland),使用LC FastStart DNA Master SYBR Green I试剂盒(Roche Diagnostics),引物浓度为10µM,退火温度为60°C。然后将每个样本的周期阈值与标准曲线进行比较,标准曲线重复执行,由稀释基因组DNA制成答:muciniphila(DSM 22959)。数据以纳克表示答:muciniphila每克粪便中的DNA含量。
的培养答:muciniphila
的文化答:muciniphila民大T(CCUG 64013)来自CCUG (Culture Collection, University of Göteborg, Sweden),在37°C厌氧条件下在巧克力琼脂(Biomerieux, Marcy l’etoile, France)上生长。为了维持厌氧条件,使用GENbox和GENbox anaer系统(Biomeriux)。在本届政府之前,答:muciniphila从琼脂板上刮取,在无菌PBS中稀释,并在厌氧条件下保存,直到给药。26每只小鼠口服1.5×109CFU答:muciniphila.作为对照,使用无菌PBS。
结果
乙醇消耗答:muciniphila丰富
由于肠道微生物群调节对ALD的易感性,13 18 37 38我们的目标是以无偏的方式确定影响乙醇诱导的肝病过程的细菌种类。为此,我们将小鼠暴露于含有5%乙醇的Lieber-DeCarli饮食中,并对盲肠内容物进行16S rDNA测序。通过LEfSe,我们注意到乙醇喂养显著地降低或增加了许多分类类群的丰度(图1一个,在线补充图1A).这个分支程序图1一个显示了那些在成对喂养的动物(绿色)或乙醇喂养的小鼠(红色)中显著丰富的分类(' p_ ',门;“c_”类;“f”,家庭;o_,秩序;“g_”,属)。答:muciniphila包括Verrucomicrobia门在内的所有高级分类在成对喂养的动物中显著富集(即通过乙醇喂养减少)。我们确认了答:muciniphila通过定量PCR富集成对喂养小鼠的盲肠粪便和粪便(图1 b,在线补充图1B).然而,乙醇刺激并没有限制答:muciniphila体外生长(见在线补充图1C).
然后,我们转向组织学证实的人类ASH队列(见在线)补充表1和2),并分析粪便答:muciniphila浓度。我们发现粪便数量减少了答:muciniphila与健康对照组相比,ASH患者(图1 c).答:muciniphila丰度与组织学疾病严重程度呈显著的间接相关(r=−0.33,p=0018) (图1 d).此外,我们相关性粪便答:muciniphila计数与临床参数呈负相关答:muciniphila纤维化(r=−0.5,p=0.01)39并与高密度脂蛋白和低密度脂蛋白呈正相关补充表3).
答:muciniphila补充剂可预防实验性ALD
评估减少的影响答:muciniphila对ALD的发展有很大的影响,我们挑战了WT小鼠,它们要么被预处理答:muciniphila或载体(PBS)通过口服灌胃单次乙醇(图2一个).pbs治疗的WT小鼠出现肝损伤和炎症,表现为ALT升高(图2 b), IL-1β表达(图2 c)和中性粒细胞浸润(图2 d, E),分别。相比之下,答:muciniphila经预处理的WT小鼠对急性乙醇诱导的肝病有保护作用(图2中).
下一步,我们评估了是否补充答:muciniphila在慢性疾病模型中预防ALD。我们将小鼠暴露于含有5%乙醇的Lieber-DeCarli饮食中15天,并进行灌胃答:muciniphila每隔一天(图3一).补充恢复答:muciniphila乙醇喂养的WT小鼠(图3 b).载体处理的乙醇喂养的WT小鼠表现出肝损伤的迹象,肝脏与体重比显著增加(图3 c)、ALT水平升高(图3 d),并显著增加促炎细胞因子如TNF-α和IL-1β的表达(见在线补充图2A,B).此外,载体处理的乙醇喂养的WT小鼠表现出由髓过氧化物酶阳性(MPO)指示的肝脏炎症+)中性粒细胞浸润(图3 e, F)和脂肪变性(图3 g, H,在线补充图2C).重要的是,答:muciniphila -接受治疗的小鼠免受肝损伤(图3 c, D)、MPO渗透+中性粒细胞(图3 e, F)和脂肪变性(图3 g, H).炎性细胞因子的表达无显著性降低(见在线补充图2A,B, D-E).Lieber-DeCarli 5%乙醇饮食没有诱导肝细胞膨胀、坏死体(数据未显示)或库普弗细胞激活(见在线)补充图2F).
补充与答:muciniphila改善已建立的ALD
接下来,我们测试了是否答:muciniphila这种疗法可以用于已经确诊的ALD。为此,WT小鼠暴露于Lieber-DeCarli饮食15天,并且答:muciniphila第10天开始治疗(图4一).此时,乙醇诱导的肝损伤在两个治疗组中均可明显检测到并具有可比性(图4 b).值得注意的是,灌胃答:muciniphilaWT小鼠肝脏损伤的改善,表现为谷丙转氨酶水平降低(图4 c).与此相对应,答:muciniphila -经治疗的小鼠肝脏中IL-1β的表达降低(图4 d), TNF-α表达降低的趋势(见在线补充图3A),显著减少MPO的浸润+中性粒细胞(图4E, F).乙醇饲喂后脂肪变性加重,3 d有保护趋势答:muciniphila补充小鼠(图4 g, H,见网上补充图3B).
答:muciniphila在ALD中恢复肠屏障功能
接下来我们探讨了假定的机制答:muciniphila预防ALD。我们排除了…的可能性答:muciniphila体外代谢乙醇(见在线补充图4A).与此相一致,我们从乙醇喂养的WT小鼠血液中检测到类似的乙醇浓度,添加和不添加答:muciniphila在我们所有的ALD模型中(见在线补充图4B-D).我们也没有发现证据答:muciniphila治疗对乙醇降解酶肝脏表达的影响(见在线补充图4E-G).此外,我们无法检测到相关的答:muciniphila肝脏中的DNA,这表明保护作用可能源于肠道补充图5H).
改善代谢控制答:muciniphila在肥胖和2型糖尿病的小鼠模型中,上皮表面黏液分泌增加并恢复了屏障功能。25 26 40由于肠屏障决定了ALD的易感性,41-43我们评估了乙醇喂养的WT小鼠15天后肠屏障的完整性答:muciniphila补充。与成对喂养的WT小鼠相比,乙醇喂养破坏了黏液层,减少了粘膜厚度(图5 a, B).相比之下,治疗用答:muciniphila防止酒精引起的黏液层破坏(图5 a, B).这与体内产生粘液的杯状细胞数量的增加有关答:muciniphila -处理过的老鼠(图5 c, D)和增厚的黏蛋白2黏液层,这似乎在转录后受到调控(见在线补充图5A-D).
进一步研究是否增强了黏液的产生答:muciniphila我们使用了异硫氰酸荧光素(FD4)暴露于体内肠黏膜的模型,并在血清中进行系统跟踪,以量化肠道渗漏。肠答:muciniphila与乙醇喂养的对照组相比,补充乙醇喂养的小鼠导致系统性FD4易位减少(图5 e),表示A.muciniphila确实促进了黏膜屏障功能。44当小鼠暴露于单次急性乙醇注射时,观察到的这种程度较小补充图5F).与ALD中肠屏障功能的恢复一致,我们观察到答:muciniphila治疗降低了乙醇喂养小鼠血清中的内毒素水平(图5 f),并倾向于在我们的治疗方法中减少LPS(见在线补充图5G).在单次乙醇注射后,系统LPS浓度保持不变补充图5H).
上皮间紧密连接影响肠上皮渗漏,对维持屏障完整性至关重要。45 46作为答:muciniphila为了防止酒精诱导的肠渗漏,我们评估了结肠组织中紧密连接蛋白的表达。乙醇喂养导致表达降低Claudin-3和Occludin,由答:muciniphila治疗(图6 a, B),但在Claudin-1和带occludens-1表达式(数据未显示)。据此,我们在大肠上皮细胞中检测到claudin-3和occludin的恢复免疫反应性答:muciniphila -经处理的小鼠与乙醇喂养的对照组相比(图6氟).
讨论
肠道菌群在各种肝脏疾病中扮演着重要角色,47最近有几项研究表明,肠道微生物群在ALD中起着重要作用。48在这里,我们用一种无偏倚的方法证明了乙醇消耗消耗肠道丰度答:muciniphila。据此,我们注意到还原答:muciniphila与肝脏疾病严重程度间接相关。口服补充剂答:muciniphila在急性和慢性实验环境中恢复肠道丰度并改善ALD。
在人类中,酒精摄入与肠道微生物的改变有关,而生态失调似乎是ALD的驱动力。6 11 13 18 20ALD患者的拟杆菌门丰度降低,变形杆菌门丰度增加。13Llopis等最近的研究表明,ASH患者的肠道微生物群失衡会增加患ALD的易感性。20.酒精性肝炎患者的生态失调的特点是体内代谢能力的增加双歧杆菌,链球菌和肠道菌而leptum梭状芽胞杆菌和Faecalibacterium prausnitzii它们都是公认的抗炎菌株,49个50被降低了。将这种非生物的人类粪便微生物群转移到无菌或常规饲养的小鼠体内,会增加ALD的易感性。20.我们现在证明共体答:muciniphila(Verrucomicrobia门)在ASH患者和暴露于Lieber-DeCarli乙醇饮食的小鼠中显著减少。后一种观察结果分别在两个不同的实验室得到16S rDNA核型和PCR定量的支持。相比之下,使用不同实验方法的ALD研究显示出部分不同的结果答:muciniphila酒精暴露后的数字。11 30 48乙醇消耗的机制答:muciniphila富足目前还不被理解。因为乙醇没有损害答:muciniphila体外生长,其他(如间接)机制答:muciniphila耗竭可能是存在的,这可能涉及到生态失调群落中的微生物相互作用。除乙醇摄入外,饮食也可能直接影响肠道答:muciniphila丰度;然而,我们无法在ASH队列中收集饮食信息,这代表了我们研究的局限性。
最近的报告揭示了……的有益作用答:muciniphila宿主代谢。埃弗拉德等的显着减少答:muciniphilaWT小鼠的高脂饮食和补充答:muciniphila改善代谢失调。25 51的答:muciniphila膜蛋白Amuc_1100可能通过调节TLR2信号介导这种保护作用。52与我们的研究相似,作者也证明了答:muciniphila恢复屏障功能。此外,在肥胖个体中答:muciniphila丰度与空腹葡萄糖浓度、腰臀比、皮下脂肪细胞直径呈负相关。具有一定的保护作用答:muciniphila对肥胖患者的代谢有明显的影响答:muciniphila热量限制极大地促进了丰腴。53李等证明了答:muciniphila以西方饮食喂养的载脂蛋白e缺陷小鼠可以预防动脉粥样硬化。26更具体地说,答:muciniphila在动脉粥样硬化病变中防止全身内毒素介导的炎症,可能是通过恢复肠屏障功能。答:muciniphila也改善了急性和慢性高脂血症由增强低密度脂蛋白受体表达介导。54在ALD中,益生元(如植物提取物大黄)和乳酸菌SPP已被证明可以改善肝脏炎症和损伤。55-59然而,我们的研究是第一次直接证明了维生素d的保护作用答:muciniphila在退化。更具体地说,答:muciniphila减少乙醇诱导的肝损伤、脂肪变性和MPO浸润+嗜中性粒细胞,它是ALD的关键驱动因素。60
答:muciniphila在体外没有代谢乙醇,我们在血液中观察到类似的乙醇浓度答:muciniphila -治疗小鼠与对照组进行比较。21我们证明了答:muciniphila防止乙醇暴露引起的屏障破坏。改善肠屏障功能的例子是减少肠道渗漏,紧密连接蛋白的恢复表达和增厚黏液层答:muciniphila -治疗的WT小鼠。与此同时,体内脂多糖水平在答:muciniphila -处理过的乙醇暴露WT小鼠。由于肠道渗漏和LPS与ALD的发展有关,9日17我们的观察可能会提供一种解释答:muciniphila预防ALD。作为答:muciniphila -接受治疗的小鼠也免受急性乙醇诱导的损伤,这不会改变我们手上的肠道渗透性,其他机制答:muciniphila -中介保护可能已经到位。
基于这些数据,我们提出消耗答:muciniphila反映了ALD病理生理的早期事件,可能是通过调节肠道屏障功能。乙醇诱导的恢复答:muciniphila口服补充剂可能是ALD患者的一种新的治疗选择。
致谢
我们感谢Cindy Hugot对这项研究的帮助。
参考文献
脚注
CG和TEA的贡献相当。
贡献者大多数实验由CG设计、执行和分析,VW、FG、BE、LW、PL、DVW、BG、DC、SM、LM和AP。MD进行组织学分析,AMC、PM、RRG、ARM、GP、GS和TEA提供专业知识。CG和TEA准备了手稿。HT协调了该项目。
资金这项工作得到了基督教多普勒研究学会(HT)的支持。HT得到了奥地利研究促进机构FFG的卓越计划(优秀技术能力中心)的支持:血管衰老蒂罗尔卓越研究中心,VASCage (K:项目号843536),由联邦部委für Verkehr,创新与技术(BMVIT),联邦部委für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW), Wirtschaftsagentur Wien和Standortagentur Tirol资助。TEA由奥地利科学基金(FWF) P 29379:B28和蒂洛尔科学基金(TWF) 0404/1812资助。GS和PL得到了美国国家酒精中毒和酒精滥用研究所R01 AA017729的支持。
相互竞争的利益没有宣布。
出处和同行评审不是委托;外部同行评审。