肠道共生菌 由产孢梭菌（Clostridium sporogenes）产生的5-氨基戊酸可通过抑制小鼠体内的M1型巨噬细胞活化来减轻肝脏损伤

《Microbiological Research》：Gut commensal Clostridium sporogenes-derived 5-aminovaleric acid attenuates liver injury by suppressing M1 macrophage activation in mice

产5-氨基戊酸的梭菌通过抑制M1巨噬细胞活化减轻肝损伤，机制涉及IFIT1-NF-κB通路。

　　

周和祺|尤秋红|王瑞婷|兰志贤|赵周|陈玉川|郑德凯|张凯凯|孙健

中国南方医科大学南方医院传染病科；国家器官衰竭研究重点实验室；教育部南方地区传染病研究重点实验室；广东省重大肝病防治重点实验室；广东省病毒性肝炎临床研究中心；广东省肝病研究所；广东省肝纤维化工程技术研究中心

摘要

肝脏损伤和持续炎症是肝病发病机制中的常见过程，最终会导致纤维化/肝硬化和癌变。Clostridium sporogenes是一种肠道共生细菌，能够产生生物活性代谢物来抑制结肠炎症并促进神经元修复。然而，关于C. sporogenes如何影响肝脏损伤和炎症的信息很少。在本研究中，我们发现活的C. sporogenes补充剂在多种动物模型中显著减轻了肝脏损伤，包括急性及慢性四氯化碳（CCl₄）诱导的肝损伤，以及蛋氨酸-胆碱缺乏（MCD）饮食诱导的脂肪性肝炎。对接受C. sporogenes治疗的小鼠的上清液和粪便样本进行代谢组学分析后发现，活的C. sporogenes能够生成一种重要的生物活性分子5-氨基戊酸（5-AVA）。5-AVA在急性和慢性肝模型中均表现出对肝脏损伤的保护作用。此外，C. sporogenes和5-AVA在体内和体外均显著抑制了LPS诱导的M1巨噬细胞活化。C. sporogenes在CCl₄暴露小鼠中的护肝作用在巨噬细胞被清除后消失。机制上，5-AVA上调了干扰素诱导的含四肽重复序列1的蛋白（IFIT1），该蛋白抑制NF-κB通路活化，抑制促炎细胞因子的表达，并减轻肝脏炎症。

这些发现表明C. sporogenes和5-AVA通过抑制M1巨噬细胞活化来减轻肝脏损伤，这为它们作为新型治疗候选物的潜力提供了依据。

概述

Clostridium sporogenes通过其代谢物5-氨基戊酸（5-AVA）缓解急性和慢性肝脏损伤及炎症。5-AVA通过上调IFIT1来抑制M1巨噬细胞活化，从而发挥护肝作用。

引言

肝脏疾病，包括急性肝损伤/衰竭、慢性肝损伤、终末期肝病和肝癌，是全球疾病和死亡的主要原因。流行病学数据显示，全球肝脏疾病的患病人数已超过十亿例，每年导致超过两百万人死亡。此外，这些疾病显著影响患者的生活质量，并给社会带来巨大的经济负担（Harshad等人，2023年）。尽管各种肝脏疾病的病因和机制可能不同，但它们共有的一个病理机制是肝细胞破坏和持续炎症反应的建立，这会导致纤维化或肝硬化和癌变（Anupam等人，2014年；Linda等人，2023年）。因此，除了控制导致肝脏损伤的病因因素（如减少酒精摄入和预防乙型肝炎和丙型肝炎（HBV和HCV）感染）之外，减轻肝脏损伤和炎症的干预措施对于抑制肝脏疾病的发生和发展至关重要。

肠道与肝脏通过胆道、门静脉和全身循环之间的紧密双向交流已有充分记录（Anupriya等人，2018年）。各种肝脏疾病的发展常常会引起肠道微生物群的变化和肠道屏障功能障碍，触发促炎级联反应，加剧肝脏损伤和炎症（Agustín等人，2019年）。一些针对肠道微生物群的干预措施已被证明可以显著缓解肝脏疾病的进展并改善临床结果。近年来，越来越多的研究探讨了益生菌作为肝脏疾病靶向治疗的使用；例如，Akkermansia muciniphila这种新一代益生菌在多种肝脏疾病小鼠模型中显示出广泛的保护作用，能够增强宿主的代谢并减少炎症（Jiafeng等人，2022年；Patrice Det等人，2022年；Shahrbanoo等人，2021年；Wenrui等人，2023年；Yuqiu等人，2023年）。识别更多的益生菌对于提供新的治疗靶点、减缓肝脏疾病进展和改善疾病后果是必要的。

Clostridium sporogenes属于肠道微生物群，是一种严格的厌氧革兰氏阳性共生细菌，属于Firmicutes门。它是小分子代谢物（如吲哚-3-丙酸（IPA）和短链脂肪酸（SCFAs）的强大生产者，这些代谢物的浓度可达毫摩尔级别，在调节宿主免疫和代谢中起着重要作用（Chun-Junet等人，2019年；Dylan等人，2017年）。功能上，C. sporogenes参与了多种生理和病理过程。证据表明，它产生的IPA可以促进神经损伤后的轴突再生，增强癌症免疫疗法的效果，并抑制心肌细胞和结肠的炎症（Elisabeth等人，2022年；Felix等人，2024年；Lei等人，2021年；Madhukumar等人，2014年）。然而，也有研究指出它在小鼠模型中会促进脂肪生成和脂质积累（Du等人，2024年），这表明其作用具有依赖性。临床上，心力衰竭患者体内C. sporogenes含量升高与心脏代谢的保护作用相关（Tuerhongjiang等人，2024年）。相反，肥胖人群中C. sporogenes含量降低与瘦素敏感性下降和能量平衡失调相关（Wang等人，2024年；Wang等人，2024年）。临床前研究还表明，C. sporogenes与骨骼健康呈正相关，因为卵巢切除小鼠中C. sporogenes的缺乏与骨骼平衡受损有关（Peng等人，2024年）。尽管取得了这些进展，C. sporogenes与肝脏损伤或肝脏炎症之间的关联仍完全未被探索，这代表了理解其全身影响范围的一个关键空白。

因此，我们旨在研究C. sporogenes在急性和慢性肝脏损伤中的治疗效果和机制。我们的研究发现C. sporogenes可以缓解这两种类型的损伤。后续的体内和体外分析表明C. sporogenes产生5-AVA，后者通过上调IFIT1表达来抑制M1巨噬细胞活化，从而抑制NF-κB信号通路。我们扩展了对C. sporogenes病理生理功能的理解，并为临床治疗肝脏损伤提供了新的潜在方法。

部分摘录

C. sporogenes培养

C. sporogenes菌株（ATCC 15579）来自美国类型培养物收藏中心（ATCC，美国）。包括培养、分装和过滤在内的所有操作都在严格的厌氧条件下进行（90% N?，5% H?，5% CO?），使用的是厌氧工作站（苏州江东精密仪器有限公司，YQX-II，中国）。在每次细菌转移或培养之前，采样室会被抽至负压，然后进行3-5次99.99% N?冲洗以去除

预防性给予活的C. sporogenes可缓解小鼠的急性和慢性肝脏损伤及炎症

为了探索C. sporogenes在肝脏损伤和炎症方面的潜在护肝作用，使用了急性CCl₄诱导的肝脏损伤模型，这是一种能够引起肝细胞破坏并升高氨基转移酶水平的常用化学试剂。该模型得到了成功建立，表现为ALT水平显著升高（图S1A）和促炎细胞因子增加（图S1B）。雄性C57BL/6小鼠接受了7天的抗生素预处理

讨论

持续的肝脏炎症是进行性肝纤维化和肝细胞癌发展的关键驱动因素。鉴于肠道微生物群在调节肝脏病理学中的重要作用，针对特定细菌已成为延缓肝脏疾病进展的有希望的治疗策略（Jiafeng等人，2022年；Shahrbanoo等人，2021年；Wenrui等人，2023年；Yuqiu等人，2023年）。本研究证明了C. sporogenes的预防性给药

作者贡献

J.S.、H.Z.和Q.Y.提出了研究概念并设计了研究方案。H.Z撰写了手稿并进行了所有统计分析，R.W.、Z.L.、Z.Z.、Y.C.和D.Z.完成了大部分实验。K.Z.对手稿进行了严格审阅。J.S.、H.Z.和Z.L.获得了资金支持。所有作者都阅读并批准了最终版本的手稿。

披露

作者声明没有需要披露的利益冲突。

CRediT作者贡献声明

张凯凯：方法学。赵周：方法学、数据管理。兰志贤：方法学。王瑞婷：写作——初稿撰写、方法学。尤秋红：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、可视化、项目管理、方法学、研究、数据管理。周和祺：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证、监督、项目管理、方法学、研究、正式分析、数据管理，