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北京大学发27.7分cell子刊，揭秘轻断食通过HIF-2α-神经酰胺途径改善脂肪性肝炎的微生物代谢机制
Highlights
1. TRF相关细菌R. torques通过其代谢物HMP改善MASLD/MASH
2. rtMor是一种在R. torques中鉴定出的酶，可产生HMP
3. HMP可以作为TRF模拟物，解决对禁食方案的依从性差的问题
近日，“Cell Metabolism”（IF=27.7）上发表了一篇题为“A microbial metabolite inhibits the HIF-2a-ceramide pathway to mediate the beneficial effects of time-restricted feeding on MASH”的文章。这篇文章探讨了限时进食（TRF）对代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）的改善作用及其潜在机制。
研究背景介绍
限时进食（TRF）是一种饮食干预手段，通过限制每天进食的时间窗口来改善代谢性疾病。研究表明，TRF可以减少体重、改善胰岛素抵抗，并抑制肝脏脂肪积累。
HIF-2α是一种在低氧条件下稳定并激活的转录因子，与多种代谢途径有关。
神经酰胺是一类脂质分子，与细胞信号传导、细胞死亡和炎症反应相关。
研究思路分析
研究技术路线图01TRF对肠道微生物群的影响及与MASLD的关联
①收集和分析临床试验参与者在进行10小时TRF前后的粪便和血浆样本，发现肝功能指标如ALT、AST和GGT显著降低，血清甘油三酯水平和体重指数(BMI)也有所下降。此外，通过全基因组测序发现，TRF后肠道微生物群的多样性略有增加，Ruminococcus torques（R. torques）的丰度显著增加。此外，在小鼠实验中，TRF同样改善了HFD诱导的MASLD模型，并证实了肠道菌群在TRE干预中的重要作用。
②通过给小鼠灌胃R. torques，观察到与对照组相比，实验组小鼠的体重、肝脏重量以及肝脏/体重比显著降低，血浆和肝脏中的甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)水平也有所下降。此外，通过组织学染色发现，R. torques处理组小鼠的肝脏脂肪沉积减少。R. torques组脂肪酸转运、脂肪生成和炎症相关基因的mRNA表达量显著降低，而脂肪酸β-氧化相关基因的mRNA表达量升高。表明R. torques对TRF的益处起到了核心作用。
02R. torques的作用机制
①通过对R. torques和PBS处理的小鼠进行转录组分析，GO分析发现与脂质代谢和低氧反应相关的通路发生了显著变化。转录因子富集分析发现缺氧诱导因子(HIF)-β（ARNT）和HIF-2a介导的转录激活可能在R. torques介导的MASLD代谢益处中发挥重要作用。
②脂质组学分析显示，R. torques处理能够降低肠道神经酰胺的水平，特别是肠道上皮细胞中最丰富的神经酰胺(d18:1/16:0)。高脂饮食(HFD)喂养小鼠2周，发现在没有体重变化的情况下，与对照组相比，R. torques处理组的肝脏TG水平和肠道神经酰胺水平较低。R. torques给予肠道特异性HIF-2α敲除(Hif2αΔIE)小鼠和对照组(Hif2αfl/fl)小鼠，发现R. torques处理改善了Hif2αfl/fl小鼠的肝脏形态和降低了体重，但在Hif2αΔIE小鼠中没有改善。表明，HIF-2a-神经酰胺轴是R. torques补充对MASLD有益的原因。
③通过分离R. torques培养基，发现<1 kDa的小分子质量部分能够抑制HIF-2α的转录活性，而>1 kDa的部分没有显著效果。进一步的实验表明，R. torques产生的代谢物HMP处理能够剂量依赖性地抑制HIF-2α活性，并干扰HIF-2α与ARNT的相互作用。此外，通过点突变和HRE-Luc实验，研究确定了HMP介导HIF-2a抑制的两个关键氨基酸残基。
03HMP的治疗潜力及间歇性禁食的影响
①通过在高脂饮食中添加HMP，研究发现HMP能够改善肝脏脂肪变性，减少肝脏重量，降低血浆和肝脏中的TG和TC水平，以及ALT和AST水平。此外，HMP处理还降低了与脂肪酸运输、脂肪酸合成、炎症相关的基因表达，并增加了脂肪酸β-氧化相关基因的表达。这些结果表明，HMP通过调节肠道HIF-2a-神经酰胺轴来保护小鼠免受MASLD的影响。
②使用缺乏胆碱的氨基酸定义饮食和高脂饮食(CDAA-HFD)来诱导MASH模型，发现，与对照组相比，接受R. torques或HMP治疗的小鼠在肝脏重量、肝脏/体重比、ALT、AST水平以及血浆和肝脏中的TG和TC水平均有所降低。肝脏组织化学分析显示，R. torques或HMP治疗能够减轻肝脏脂肪变性、炎症和纤维化的程度。此外，这些治疗还降低了与肝脏脂质代谢、促炎细胞因子产生和胶原蛋白合成相关的基因表达。进一步的实验表明，R. torques或HMP治疗能够降低肠道中Neu3的表达和神经酰胺水平，表明这些治疗效果可能依赖于HIF-2a-神经酰胺信号通路的调节。
③在对MASLD患者进行4周的5:2（每周5天随意进食和2天饥饿饮食）干预后，观察到肝脏损伤指标和甘油三酯水平显著降低，BMI也有所下降。肠道微生物群的α-多样性略有增加，而β-多样性在干预后没有显著差异。通过线性判别分析效应大小(LEfSe)发现，5:2饮食后R. torques的水平显著增加，并且与肝脂肪变性指数(HSI)呈负相关。同样，HMP水平在5:2饮食后也显著增加，并与HSI呈负相关。表明，R. torques和HMP可能参与了间歇性禁食对MASLD的改善作用。
图1. 肠道微生物群的变化与TRF对MASLD的益处相关
图2. R. torques是有助于TRF治疗MASLD获益的关键细菌菌种
图3. .HIF-2a-神经酰胺信号通路介导R. torques对MASLD的有益作用
图4. HMP是HIF-2a的内源性抑制剂
图5. HMP通过HIF-2a-神经酰胺轴改善HFD诱导的MASLD
图6. R. torques或HMP改善小鼠的MASH
图7. 5A2F干预增加R. torques和HMP水平
图8. abstract
结论与讨论
研究发现，通过TRF可以显著改善MASLD和MASH。研究揭示了肠道细菌R. torques及其代谢产物HMP在其中的关键作用。R. torques通过抑制肠道HIF-2α-神经酰胺信号通路，减少了肝脏脂肪积累和炎症。此外，HMP作为一种内源性HIF-2α抑制剂，能够独立于R. torques发挥改善MASLD的效果。
然而，尽管研究揭示了R. torques和HMP在改善MASLD/MASH中的潜在作用，但仍需进一步的研究来完全理解TRF如何丰富肠道中R. torques水平的深层机制。此外，由于R. torques难以进行遗传操作，未来的研究需要通过其他方法来验证其功能。