Cell Metabolism（IF=27.7）│微生物代谢物抑制HIF -2α-神经酰胺途径介导限时摄食对MASH的有益作用

导读：

2024年8月6日，北京大学第三医院庞艳莉、付卫和张志鹏团队、北京大学姜长涛团队及首都医科大学附属北京朝阳医院王广及团队在Cell Metabolism（IF₂₀₂₄=27.7分）杂志发表了题为“A microbial metabolite inhibits the HIF-2α-ceramide pathway to mediate the beneficial effects of time-restricted feeding on MASH”的研究论文。该研究揭示了限时摄食（TRF）可促进瘤胃球菌属（Ruminococcus torques，R. torques）的增长，其中R. torques产生的2-羟基-4甲基戊酸（HMP）通过抑制肠道HIF-2α-神经酰胺轴改善代谢功能障碍相关的脂肪性肝病/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASLD/MASH）。

01 研究背景

代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)由代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）发展而来，以坏死炎症和纤维化为特征，可发展为肝硬化和肝细胞癌(HCC)。减缓MASLD的进展，特别是逆转已形成的MASH，是临床治疗的重点。限时摄食（TRF）可改善代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎（MASH），但其功效机制不明。肠道菌群与饮食周期息息相关，研究表明肠道微生物群可能在TRF的益处中发挥重要作用。为探究肠道菌群是否与TRF对MASLD/MASH的影响有关，作者进行了以下研究。

02 研究结果

首先，为了探究TRF是否可改善MASLD，作者临床募集了19名MASLD患者予早7点至下午15点随意进食，下午15点至第二天早7点禁食的限时摄食干预。发现TRF治疗后（AT）患者肝酶水平、肝脏脂肪变性指数（HSI）、甘油三酯显著下降，提示TRF可改善MASLD，其中患者粪便高通量测序提示经TRF治疗后的MASLD患者R. torques丰度增加。(Fig.1）

Fig.1 TRF治疗可改善MASLD

然后作者通过动物实验验证TRF对HFD诱导的MASLD的影响。作者通过高脂饮食喂养构建了MASLD小鼠，给予TRF干预或抗生素处理，结果提示TRF可改善HFD诱导的MASLD小鼠肝脏脂肪变性，而抗生素处理后改善效果消失，提示TRF改善作用与肠道菌群密切相关，其中小鼠粪便高通量测序结果同样提示R. torques丰度增加。(Fig.2）

Fig.2 TRF改善了HFD诱导的MASLD小鼠模型肝脂肪变性

为了进一步探究R. torques在TRF诱导的MASLD改善中的影响，作者分别予MASLD模型小鼠灌胃瘤胃球菌属（Ruminococcus torques，R. torques）和哈氏梭菌属（Clostridium hathewayi，C. hathewayi）。发现R. torques组改善效果显著优于C. hathewayi组及对照组。R. torques组脂肪酸转运、脂肪生成和炎症相关基因mRNA表达量显著降低也进一步提示R. torques可以减轻MASLD。(Fig.3）

Fig.3 R. torques可改善MASLD

同时作者构建了AT组中排名前十的菌种混合后组成的“后TRF微生物”（ATM）。分别予小鼠灌胃含或不含R. torques的ATM，发现含R. torques的ATM组改善效果优于不含R. torques组，进一步验证R. torques介导了TRF的改善作用。(Fig.4)

Fig.4 R. torques介导了TRF的改善作用

为了探究R. torques介导TRF改善MASLD具体分子机制，作者对R. torques灌胃小鼠的肠上皮细胞进行了转录组分析。通过GO分析，发现脂质代谢过程和对缺氧的反应发生了显著变化。转录因子富集分析及脂质组学分析提示缺氧诱导因子-β（ARNT）和HIF-2α介导的转录激活及神经酰胺的合成可能在R. torques介导的MASLD代谢益处中发挥重要作用。(Fig.6)

Fig.6 肠道HIF-2α-神经酰胺轴介导R. torques对MASLD的改善作用

为了进一步确定R. torques介导的HIF-2α功能抑制的主要代谢物，作者用R. torques的不同代谢物共同处理HEK293T细胞，发现2-羟基-4甲基戊酸（HMP）可显著降低HIF-2α荧光素酶活性，且呈剂量依赖性抑制。免疫共沉淀实验和哺乳动物双杂交分析进一步发现HMP破坏了HIF-2α-ARNT的相互作用，提示R. torques的代谢物HMP作为肠道HIF-2α的内源性抑制剂起作用。(Fig.7)

Fig.7 R. torques代谢物HMP为HIF-2α内源性抑制剂

随后作者利用BLAST对R. torques基因组进行筛选寻找到编码RT ctg001_orf00325的序列，其编码的蛋白能够催化4-甲基-2-氧戊酸（MO）还原成HMP，并将该蛋白命名为rtMor。作者将rtMor转染至大肠杆菌构建了E. coli-rtMor，经E. coli-rtMor灌胃的小鼠HMP显著升高，MASLD显著改善，HIF-2α下游基因表达和肠道神经酰胺水平显著降低，提示R. torques中存在可产生HMP的酶rtMor。(Fig.8)

Fig.8 E. coli-rtMor可改善MASLD

为进一步验证R. torques及其代谢物HMP对MASH的作用，作者通过构建MASH模型小鼠分别予PBS、R. torques、HMP灌胃，发现R. torques和HMP处理减缓了AMSH的进展，肝脏脂肪变性、炎性和纤维化的严重程度减轻，参与肝脏脂质代谢、促炎细胞因子产生和胶原合成的mRNA表达下降，肠道神经酰胺水平显著下降，提示R. torques或HMP可延缓MASH的进展。(Fig.9)

Fig.9 E. coli-rtMor可改善MASLD

最后，作者回归临床，通过临床干预验证R. torques - MHP的改善作用。作者临床招募了15名MASLD患者进行为期4周的间歇性禁食（每周5天随意进食、2天饥饿，5A2F）。干预4周后肝损伤指标显著降低，BMI下降，R. torques及MHP水平显著升高，且与HSI呈显著负相关，提示R. torques - MHP参与5A2F介导的MASLD改善过程。(Fig.10)

Fig.10 R. torques - MHP参与5A2F介导的MASLD改善过程

03供稿者短评

在本项研究中，作者在临床中发现限时摄食可改善MASLD，且与瘤胃球菌属（R. torques）的显著富集有关。R. torques衍生的代谢物HMP可通过抑制肠道HIF-2α-神经酰胺介导TRF改善的MASLD。作者证实R. torques的定植或口服补充HMP都可以改善MASH小鼠模型中的炎症和纤维化。

本研究仍有以下几个方面有待于进一步探究。（一）作者通过将rtMor转染至大肠杆菌构建了E. coli-rtMor评估rtMor对MASLD的改善效果时无法排除大肠杆菌对MASLD的影响，此处未控制单一变量。（二）文中对HIF-2α与神经酰胺之间的互作关系未予进一步的探究和验证。（三）不同的间歇性禁食研究中肠道菌群存在差异，与不同饮食或不同地理区域存在相关，未来可进行大型多中心临床试验，增大样本量进一步证实肠道菌群在TRF对MASLD的改善中发挥的作用。

文献来源

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.07.004

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编辑：杨诗琦     排版：徐沁雯     审核：许芸芸