Nature：肠道微生物异常为何会导致肝病？

Microbial clues to a liver disease？

作者：Martha R. J. Clokie

酒精性肝炎是一种与高酒精摄入相关的肝病，治疗选择比较有限。对小鼠的研究表明，造成这种状况的微生物可以通过病毒治疗来解决。


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1984年，微生物学家巴里·马歇尔将自己作为他研究的实验对象，喝下了装有幽门螺杆菌的烧瓶中的内容物，作为他证明细菌导致胃溃疡努力的一部分。在《Nature》杂志上，Duan等人则没有采取如此激烈的行动来调查细菌与疾病的联系。然而，他们对一种叫做酒精性肝炎的肝病的仔细分析，在对小鼠的研究和对病人样本的分析中，也为疑似细菌罪魁祸首的参与提供了引人注目的证据。

酒精性肝炎是一种与高酒精摄入量相关的不为人知的疾病，很难治疗。之前在小鼠身上的实验暗示肠道细菌粪肠球菌可能参与其中。然而，粪肠球菌通常被认为是一个老朋友，它栖息在进化树上许多动物的内脏中，从人类到线虫。这种细菌通常占健康人粪便样本中细菌总数的不到0.1%。然而，经过抗生素治疗后，肠球菌属细菌的患病率增加，成为肠道中最常见的微生物类型之一。粪肠球菌可以感染血液、心脏、膀胱和大脑，以及接受根管手术的牙齿。

Duan及其同事分析了人类粪便样本。他们在大约80%的酒精性肝炎患者的粪便中鉴定出粪肠球菌，目前大约30%的粪肠球菌菌株具有编码一种叫做细胞溶解素的毒素的基因。此外，患有这种疾病的人粪便样本中粪肠球菌的数量几乎是没有酒精性肝炎的人的3000倍。那并不能具体证明这种疾病是由这种细菌引起的。然而，作者的数据也显示粪便中细胞溶解素的存在与死亡率相关——粪便样本中含有细胞溶解素的人有89%在住院后180天内死亡，相比之下，只有3.8%的酒精性肝炎患者粪便样本中缺乏毒素。

作者接着在小鼠身上研究了粪肠球菌和肝病之间的联系。这些动物被具有或不具有溶细胞素的粪肠球菌菌株所定居，一些动物被喂食高酒精食物，另一些被喂食不含酒精的食物。只有高酒精饮食的小鼠和已经产生细胞溶解素的粪肠球菌定居的小鼠出现肝损伤**(图1a)**。

然后，作者用无菌小鼠(没有天然微生物)移植了酒精性肝炎患者的粪便样本，样本中含有粪肠球菌菌株，该菌株中存在或不存在细胞溶解素。高酒精饮食的小鼠，其粪便中含有细胞溶解素，显示出一系列表明肝脏损伤和肝细胞死亡的迹象，而高酒精饮食的小鼠，其粪便中不含细胞溶解素，显示出肝脏损伤的主要迹象。

为了了解致病机制，作者从动物中分离出肝细胞，并发现细胞溶解素暴露引起的细胞死亡是剂量依赖性的。不管小鼠是否接受了高酒精饮食，对细胞溶解素的反应都是一样的。这表明，酒精不是通过损害肝细胞导致酒精性肝炎，损害的产生是因为酒精增加了肠壁的渗透性，使产生溶细胞素的粪肠球菌能够到达肝脏并引起疾病症状**(图1a)**。

图1 |酒精性肝炎。Duan等人报道了对一种叫做酒精性肝炎的肝病小鼠的研究，以及对患有这种疾病的人粪便样本的分析。a、作者报告说，酒精性肝炎与肠道细菌粪肠球菌菌株的存在有关，该菌株产生一种叫做细胞溶解素的毒素。这些细菌损伤或杀死肝细胞，作者建议高酒精饮食增加肠道通透性，从而使细菌从肠道转移到肝脏。b、为了研究这种疾病可能的新疗法，作者探索了一种称为噬菌体的细菌靶向病毒的用途，这种病毒专门作用于产生溶细胞素的粪肠球菌。当用这些噬菌体治疗时，给予高酒精饮食的粪肠球菌感染小鼠不会发展成肝病。


鉴于酒精性肝炎的治疗选择有限，作者研究了是否可以采取措施开发一种利用细菌靶向病毒(简称噬菌体)的疗法。噬菌体比抗生物制剂具有高度特异性的优势，因此，也避免杀死有益细菌。此外，因为人类细胞的表面与细菌细胞的表面有很大不同，噬菌体不被认为会感染动物或人类细胞。

噬菌体已经被用于从感染的人体肠道中去除沙门氏菌和志贺氏菌将近100年了。它们也被用于从人工肠和感染了这种细菌的仓鼠中去除致病细菌艰难梭菌。有人提出，有一天它们可能会被用于人类或动物，以重塑肠道微生物群落(微生物群落)的组成，产生一个更健康的微生物群落，由更多与健康相关的细菌和更少与疾病相关的细菌组成。粪肠球菌靶向噬菌体解决人类疾病的潜力已经在讨论中，噬菌体可以杀死与人酮和伤口感染以及牙洞相关的抗生物的粪肠球菌菌株。此外，噬菌体正被开发用于食品工业，以从干酪培养物中去除粪肠球菌防止有毒废物的产生。

为了测试是否可以开发出一种方法从小鼠体内特异性去除产生细胞溶解素的粪肠球菌，作者鉴定了一些针对这些细菌的噬菌体(图1b)，但其他肠道细菌不受影响。接受人类粪便样本和高酒精饮食并给予粪肠球菌靶向噬菌体的小鼠比给予杀死动物中通常不存在的不同细菌的噬菌体的小鼠肝脏损伤更小。

这项研究证明了在研究微生物对疾病的贡献检测工作中使用噬菌体的优势。作者表明噬菌体可用于鉴别致病细菌成分，并提高噬菌体可能提供潜在治疗选择的可能性。需要进一步的测试，包括临床试验，来评估噬菌体方法在人类环境中是否有用。例如，噬菌体治疗可能有助于在一个人接受肝移植之前靶向肠道粪肠球菌。

在Duan及其同事的研究中，噬菌体可以治疗一种疾病，在这种疾病中，致病成分是通常存在于肠道的细菌，即使疾病部位在身体的其他地方。尽管许多噬菌体研究集中在使用这些病毒治疗与抗生素抗性细菌相关的疾病上，但Duan等人的工作提高了它们更广泛临床作用的可能性。越来越多的证据表明肠道微生物可以影响大脑中某些细胞的功能，目前正在进行研究，以确定这些微生物是否在人类脑部疾病中发挥作用**(见go.nature.com/2cp1kfk)**。也许噬菌体可以成为下一代针对目前难以治疗的疾病的靶向抗菌疗法的一部分。事实上，可能有许多我们目前没有意识到的疾病有微生物成分，可以通过噬菌体来解决。


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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 _https://doi.org/10.1038/s41586-019-1742-x(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._Antibiotic_s7, 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).