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2020-01-16 18:00
和饮酒过量相关的酒精性肝炎,背后另有“元凶”?

本文来自微信公众号: Nature自然科研(ID:Nature-Research),作者:Martha R. J. Clokie,题图来自:图虫


酒精性肝炎是一种与过量饮酒相关的肝脏疾病,治疗方法有限。动物实验表明,病毒疗法可以“对付”导致该疾病的微生物。


1984年,微生物学家Barry Marshall进行了一场石破天惊的实验。他把自己当作实验对象,喝下了整整一烧瓶的幽门螺杆菌(Helicobacter pylori),只是为了证明这种细菌可以导致胃溃疡[1]。段屹等人[2]近期发表在《自然》的研究同样探索了细菌与疾病的关系,但没有采取这么极端的方式。他们研究的是一种名为“酒精性肝炎”的肝脏疾病,通过开展小鼠研究并对酒精肝患者的样本进行详细分析,研究人员发现了可能与疾病发生关系密切的“细菌元凶”。


《自然》论文:Bacteriophage targeting of gut bacterium attenuates alcoholic liver disease


酒精性肝炎与过度饮酒相关,由于对该疾病的了解尚不充分,因此治疗有一定难度。既往小鼠实验表明,该疾病可能与栖息于肠道的粪肠球菌(Enterococcus faecalis)有关[3]。但是,粪肠球菌在整个进化树中非常常见,从人类到线虫蠕虫,许多生物的肠道中都存在这种细菌[4]。在健康人群中,粪肠球菌只占所有粪便细菌的0.1%不到[5]。但在抗生素治疗后,肠球菌属的数量会大量增加,成为肠道中最常见的微生物之一[6]。粪肠球菌可以造成菌血症、引起心脏、膀胱、大脑和根管手术后的牙齿感染[7、8]


段屹和同事对人类粪便标本进行了分析。他们发现,80%的酒精性肝炎患者粪便中存在粪肠球菌,其中约30%的粪肠球菌菌株含有编码毒素“溶细胞素”的基因。此外,与没有酒精性肝炎的对照组相比,酒精性肝炎患者粪便中的粪肠球菌含量高出近3000倍。当然,这不足以证明这种细菌便是病因。不过,实验数据还显示,粪便标本中的溶细胞素与疾病死亡率呈现出相关性:粪便中含有溶细胞素的酒精性肝炎患者中,89%的人会在住院后的180天内死亡;粪便中没有该毒素的患者中,死亡比例只有3.8%。


接下来,研究人员在小鼠中进一步考察了粪肠球菌与肝病的关系。他们先在小鼠肠道内定植粪肠球菌——有些菌株能产生溶细胞素,有些不能。随后,研究人员分别给小鼠喂食高酒精饮食和无酒精饮食。最后发现,只有那些既摄入高酒精饮食、且肠道定植的粪肠球菌能产生溶细胞素的小鼠才会出现肝损伤(见图1a)


图1 | 酒精性肝炎。


段屹等人[2]报告了关于酒精性肝炎小鼠的研究以及对酒精性肝炎患者粪便样本的分析结果。


a)作者发现酒精性肝炎与肠道定植的产溶细胞素粪肠球菌有关。这些细菌会损伤或杀死肝细胞。研究人员认为高酒精饮食会增加肠壁通透性,让细菌能从肠道转移到肝脏。


b)为寻找酒精性肝炎的新疗法,研究人员尝试使用噬菌体,这种病毒能以产溶细胞素的粪肠球菌为特异性靶点。经过噬菌体治疗后,接受高酒精饮食的粪肠球菌感染小鼠不会发展出酒精性肝炎。


随后,研究人员从酒精性肝炎患者的粪便样本中分离出含有或不含有溶细胞素的粪肠球菌菌株,并将菌株移植到无菌小鼠(不含天然微生物)的肠道内。结果发现,摄入高酒精饮食且肠道定植了产溶细胞素粪肠球菌的小鼠会出现一系列肝细胞损伤或死亡的现象;接受同样饮食但肠道定植了不产溶细胞素粪肠球菌的小鼠则未出现类似症状。


为进一步探究粪肠球菌的致病机制,研究人员从小鼠体内分离出肝细胞,并发现溶细胞素引起的细胞死亡呈剂量依赖。无论小鼠是否摄入高酒精饮食,其肝细胞对溶细胞素的反应都是相同的。这表明酒精并不会直接损伤肝细胞,导致酒精性肝炎,而是通过增加肠壁的通透性,使产生溶细胞素的粪肠球菌从肠道转移至肝脏,引起相应疾病症状(图1a)


考虑到目前酒精性肝炎的治疗选择有限,研究人员进一步探索了细菌噬菌体(简称噬菌体)作为治疗手段的可能性——已知这种病毒以特定细菌为靶点。相比抗生素,噬菌体的特异性更高,可以避免杀死有益菌。此外,由于人类细胞表面与细菌细胞表面差异较大,一般不认为噬菌体会感染动物或人类细胞[9]


噬菌体用于治疗人类肠道沙门氏菌(Salmonella)和志贺氏菌(Shigella)感染已有近百年的历史[10]此外,它们还可去除人工肠道和仓鼠肠道内的致病性艰难梭菌(Clostridium difficile)[11、12]。曾有人提出,噬菌体将来或能用于重塑人类或动物肠道的微生物群落(即微生物组),使其含有更多有益菌、更少致病菌[13]。而粪肠球菌噬菌体治疗人类疾病的可行性也在文献中有过讨论[7],噬菌体可以杀死人类骨感染、伤口感染[14、15]和牙洞感染中的耐药粪肠球菌[16]。此外,用于食品工业的噬菌体也在开发中,人们希望能够借此去除奶酪培养基中的粪肠球菌,减少有毒废物的产生[17]


为了检验是否存在靶向去除小鼠体内产溶细胞素粪肠球菌的方法,研究人员鉴定了一些专门针对粪肠球菌的噬菌体(图1b),且这些噬菌体不会影响其他肠道细菌。研究人员将人类粪便移植至小鼠肠道内,并喂以高酒精饮食,再让部分小鼠同时接受粪肠球菌特异性噬菌体,其余小鼠接受针对一种少见菌的噬菌体。结果发现,接受粪肠球菌特异性噬菌体的小鼠肝脏损伤明显轻于另一组。


研究证明了用噬菌体探索微生物与疾病发病关系的优越性。研究人员表明,噬菌体不仅可以用于寻找与疾病发生有关的细菌,还能为治疗提供更多选择。不过,评估噬菌体方法是否可用于人类,仍需开展包括临床试验在内的进一步实验。例如,噬菌体治疗是否能在患者接受肝移植手术前帮助靶向肠道中的粪肠球菌。


段屹和同事将噬菌体用来治疗一类由肠道细菌导致的、但症状发生在肠道之外的疾病。多数关于噬菌体的研究都围绕耐药细菌的治疗,而段屹等人的研究证明了噬菌体更广阔的临床可能性。越来越多的证据表明,肠道微生物可能会影响某些大脑细胞的功能,探索肠道微生物与人脑疾病关系的研究也在进行中。对于部分目前我们仍束手无策的疾病,噬菌体可能会成为下一代靶向抗菌治疗不可或缺的一部分。事实上,很多疾病可能都有微生物的身影,只是我们尚未意识到,而噬菌体有望提供这些疾病的治疗方法。


参考文献:


1.Marshall, B. J., Armstrong, J. A., McGechie, D. B. & Glancy, R. J. Med. J. Aust. 142, 436–439 (1985).

2.Duan, Y. et al. Nature 575, 505–511 (2019).

3.Llorente, C. et al. Nature Commun. 8, 837 (2017).

4.Van Tyne, D. & Gilmore, M. S. Annu. Rev. Microbiol. 68, 337–356 (2014).

5.Lebreton, F. et al. Cell 169, 849–861 (2017).

6.Ubeda, C. et al. J. Clin. Invest. 120, 4332–4341 (2010).

7.Bolocan, A. S. et al. Viruses 11, 366 (2019).

8.Arias, C. A. & Murray, B. E. Nature Rev. Microbiol. 10, 266–278 (2012).

9.Nguyen, S. et al. mBio 8, e01874–17 (2017).

10.Abedon, S. T., Kuhl, S. J., Blasdel, B. G. & Kutter, E. M. Bacteriophage 1, 66-85 (2011).

11.Nale, J. Y., Chutia, M., Carr, P., Hickenbotham, P. T. & Clokie, M. R. J. Front. Microbiol. 7, 1383 (2016).

12.Nale, J. Y., Redgwell, T. A., Millard, A. & Clokie, M. R. J. Antibiotics 7, 13 (2018).

13.Whiteson, K. L. mSystems 3, 00166-17 (2018).

14.Melo, L. D. R., Ferreira, R., Costa, A. R., Oliveira, H. & Azeredo, J. Sci. Rep. 9, 6643 (2019).

15.Barros, J. et al. Int. J. Antimicrob. Agents 54, 329–337 (2019).

16.Al-Zubidi, M. et al. Infect Immun. 87, e00512-19 (2019).

17.del Rio, B. et al. Front. Microbiol. 10, 566 (2019).


原文以Microbial clues to a liver disease为标题发表在2019年11月13日的《自然》新闻与观点上


© nature


Nature|doi:10.1038/d41586-019-03417-3


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本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈,如需转载,请邮件China@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。


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本文来自微信公众号: Nature自然科研(ID:Nature-Research),作者:Martha R. J. Clokie

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