尼古丁通过诱导肠道菌群失调和屏障功能障碍加剧MASH的作用机制及益生菌干预研究

《Communications Biology》：Nicotine exacerbates MASH via inducing intestinal dysbiosis and barrier dysfunction

本研究针对尼古丁加剧代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)的机制展开探索，发现尼古丁通过诱导肠道菌群失调（如Erysipelatoclostridium和Akkermansia丰度改变）及破坏肠道屏障功能（ZO-1、occludin、claudin-1表达下调），激活HIF-1α/MEK/ERK通路以维持肠道稳态。敲低HIF-1α加重屏障损伤，而Lactobacillus rhamnosus GG上清液可通过依赖HIF-1α的机制缓解肝损伤，为吸烟相关MASH提供了新的治疗靶点。

　　

在全球范围内，代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)的患病率正呈现惊人增长，预计到2040年将影响全球约55%的成年人。作为肝癌增长最快的诱因，MASLD的发病机制尚未完全明确，但已知吸烟、不健康饮食、胰岛素抵抗等因素与其密切相关。尽管吸烟作为明确的不良生活习惯已被证实会增加肺癌和结直肠癌风险，但其主要成瘾成分尼古丁如何通过肠道微环境加剧肝病进展，特别是代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)的具体机制，仍是一个亟待阐明的科学问题。

以往研究提示，尼古丁可能在肠道中积累，并通过引起肠道菌群紊乱、破坏肠道屏障功能，进而促进全身炎症反应和肝损伤。然而，尼古丁究竟如何调控肠道缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达，以及该因子在吸烟相关MASH发病中的保护性作用，尚缺乏系统研究。为此，研究人员构建了尼古丁暴露的MASH小鼠模型，从肠道菌群组成、肠道屏障功能、相关分子通路及益生菌干预等多角度展开深入探索。

在研究过程中，作者主要应用了以下关键技术方法：使用C57BL/6J小鼠构建MASH模型（CDAHFD饲料喂养）并腹腔注射尼古丁；通过16S rRNA测序分析粪便菌群组成；利用Western blot、免疫荧光和实时定量PCR检测肠道紧密连接蛋白及HIF-1α等蛋白表达；采用透射电镜观察肠道超微结构；通过AAV7载体介导的HIF-1α基因敲低及乳酸杆菌GG上清液(LGG-s)干预，探索其治疗潜力及机制。

Nicotine exposure aggravates liver tissue damage in MASH mice

研究人员通过腹腔注射尼古丁（1.5 mg/kg）处理正常饮食及CDAHFD饲料喂养的小鼠，持续10周。结果显示，尼古丁在正常饮食小鼠中未引起明显肝脂肪变性和纤维化，但在CDAHFD饮食背景下显著加重了肝脏脂肪堆积、纤维化程度及炎症细胞浸润。血清ALT、AST水平以及肝脏中甘油三酯、胆固醇含量均显著升高，促炎细胞因子Il6、Il1b、Tnf-α表达上调，抗炎因子Il10下降，提示尼古丁显著加剧了MASH小鼠的肝脏炎症损伤。

Nicotine alters the intestinal microbiota composition in MASH mice

肠道组织H&E染色显示，尼古丁处理的CDAHFD小鼠出现肠上皮结构紊乱和上皮细胞丢失。16S rRNA测序分析发现，尼古丁暴露显著降低了肠道菌群的α多样性，改变了菌群结构。在门水平上，Bacteroidota减少，Verruccirobiota增加；属水平上，Akkermansia和Erysipelatoclostridium显著富集。LEfSe分析进一步确认这两个菌属在尼古丁暴露组中明显升高，提示尼古丁诱导的菌群失调可能与MASH恶化相关。

Nicotine impairs intestinal barrier function in MASH mice

尼古丁处理显著降低了肠道紧密连接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1的表达，血清LPS水平升高，透射电镜显示细胞连接结构受损。同时，抗菌肽（Defa2、Defa3、Defa5、Reg3b等）表达下降，肠道免疫屏障功能受损。GO分析显示，差异表达基因富集于细菌防御反应、免疫球蛋白受体结合等通路，综合表明尼古丁破坏了肠道机械、化学及免疫屏障。

Antibiotic treatment mitigates nicotine-induced liver damage in MASH mice

为验证肠道菌群在尼古丁诱导肝损伤中的作用，研究人员使用抗生素混合物(Abx)清除肠道菌群。Abx处理后，尼古丁暴露MASH小鼠的肝脏和肠道损伤明显减轻，血清ALT、AST、LPS及肝脏脂质含量下降，紧密连接蛋白表达恢复，抗菌肽基因表达上调，Akkermansia与Erysipelatoclostridium丰度降低，说明肠道菌群失调是尼古丁加剧MASH的关键媒介。

HIF-1a knockdown exacerbates nicotine-exposed MASH in mice

Western blot显示尼古丁暴露上调了肠道HIF-1α表达，而Abx处理可降低其水平。通过尾静脉注射AAV7-HIF-1a敲低肠道HIF-1α后，尼古丁暴露MASH小鼠出现更严重的肝损伤和肠道屏障破坏，紧密连接蛋白表达进一步下降，MEK/ERK磷酸化水平降低，提示HIF-1α通过激活MEK/ERK通路发挥肠道保护作用。

HIF-1a is crucial for the therapeutic effect of LGG-s in nicotine-exposed MASH mice

给予尼古丁暴露MASH小鼠LGG-s干预后，血清ALT、AST水平下降，肝脏炎症减轻，肠道紧密连接蛋白表达上调，且透射电镜显示细胞连接结构改善。然而，在HIF-1α敲低小鼠中，LGG-s的保护作用被取消，说明其疗效依赖HIF-1α的存在。

HIF-1a/MEK/ERK pathways in LGG-s intestinal protection

在Caco-2细胞中，HIF-1α特异性siRNA敲低或MEK抑制剂U0126处理均阻断了LGG-s对紧密连接蛋白的上调作用，证实LGG-s通过HIF-1α/MEK/ERK通路发挥肠道保护功能。

本研究系统揭示了尼古丁通过扰乱肠道菌群平衡、破坏肠道屏障功能，进而加剧MASH的分子机制，并指出HIF-1α/MEK/ERK通路在这一过程中的关键调控作用。值得注意的是，益生菌Lactobacillus rhamnosus GG的培养上清液能够通过依赖HIF-1α的机制缓解尼古丁诱导的肝损伤，这为吸烟相关肝病提供了潜在的微生态干预策略。该研究不仅深化了对“肠-肝轴”在MASH发病中作用的理解，也为未来针对尼古丁相关肝病的靶向治疗提供了理论依据和实验基础。该论文发表于《Communications Biology》，为代谢性肝病的研究开辟了新的方向。