肠道菌群失调通过D-乳酸蓄积加重慢加急性肝衰竭肝损伤

《Frontiers in Microbiology》：Gut microbiota dysbiosis aggravates liver injury in acute-on-chronic liver failure through D-lactate accumulation

　　

摘要

引言：慢加急性肝衰竭（acute-on-chronic liver failure, ACLF）是一种危及生命的疾病，源于原有慢性肝病的突然恶化，通常伴有多器官功能衰竭和显著升高的短期死亡率。ACLF患者中常观察到肠道菌群失调，但微生物改变促进疾病进展的机制仍不清楚。在此，研究人员探讨了肠道菌群失调是否可加重ACLF中的肝损伤，并探索了其潜在机制。

方法：分析了ACLF患者血清乳酸水平与肝损伤之间的相关性。建立SD大鼠ACLF模型，研究乳酸转运体抑制剂对肝损伤的影响。进行16S rRNA测序以表征ACLF大鼠肠道菌群的改变，并评估血清乳酸水平、粪便乳酸水平与肝损伤相关指标之间的相关性。建立假无菌ACLF大鼠模型，以确定肠道菌群失调是否能加重ACLF大鼠的肝损伤。

结果：ACLF患者血清L-乳酸和D-乳酸水平与ALT水平显著正相关。此外，抑制乳酸转运可加重ACLF大鼠的肝损伤。ACLF大鼠肠道中产乳酸菌（尤其是乳杆菌属Lactobacillus和轻型乳杆菌属Ligilactobacillus）的丰度显著增加，同时血清、肝组织和粪便中的乳酸水平升高。相关性分析显示，血清乳酸水平、粪便乳酸水平与肝损伤生化标志物之间，以及D-乳酸水平与产乳酸菌群丰度之间存在强正相关。此外，将常规ACLF大鼠的粪便微生物群移植到假无菌ACLF大鼠中，降低了微生物多样性，富集了产乳酸菌属，增加了血清、肝组织和粪便中的乳酸水平，并加重了肝损伤。

结论：研究结果表明，肠道菌群失调可能通过产乳酸菌的扩张及随后的D-乳酸蓄积促进ACLF进展。研究结果为靶向微生物乳酸代谢作为ACLF治疗策略提供了概念基础。

论文解读：肠道菌群失调通过D-乳酸蓄积加重慢加急性肝衰竭肝损伤

一、研究背景与问题

慢加急性肝衰竭（acute-on-chronic liver failure, ACLF）是指在慢性肝病基础上出现的急性肝功能恶化，常伴多器官功能衰竭和极高的短期病死率。尽管人工肝支持系统和重症监护不断进步，ACLF的病死率仍居高不下，28天病死率可达38.6%，90天病死率约45.8%。全身性炎症和免疫代谢紊乱被认为是ACLF发生发展的关键驱动因素。近年研究发现，ACLF患者存在明显的肠道菌群失调，表现为微生物多样性和组成失衡，但菌群改变如何促进疾病进展的具体机制尚不明确。乳杆菌属（Lactobacillus）作为主要的革兰氏阳性产乳酸菌，在ACLF患者肠道中丰度显著升高，而乳酸产生增多与肝衰竭严重程度密切相关。肝是清除乳酸的主要器官，约承担全身70%的乳酸清除。然而，肠道来源的乳酸能否穿过肠屏障进入循环并加重ACLF肝损伤，此前尚无直接研究证据。为此，研究人员建立ACLF大鼠模型，系统探讨肠道菌群失调是否通过增加乳酸蓄积加重肝损伤。

二、主要技术方法

该研究纳入9例乙型肝炎病毒相关ACLF（HBV-ACLF）患者和9例慢性肝病（CLD）患者，采集血清进行生化及乳酸检测。动物实验采用Sprague-Dawley（SD）大鼠，第一部分将大鼠分为对照组、ACLF模型组和ACLF+乳酸转运体抑制剂（AR-C155858）组，通过腹腔注射CCl₄橄榄油溶液8周联合脂多糖（LPS）和D-半乳糖胺（D-Gal）诱导ACLF；第二部分建立假无菌大鼠模型，分为假无菌组、假无菌+ACLF组和假无菌+ACLF+粪菌移植（FMT）组，将常规ACLF大鼠粪便悬液灌胃给假无菌ACLF大鼠。采用苏木精-伊红（HE）染色和Masson染色观察肝组织病理，生化法检测血清ALT、AST、ALP、T-BIL及炎症因子，比色法检测血清、肝组织和粪便中L-乳酸和D-乳酸，16S rRNA全长测序分析肠道菌群组成，Western blot检测乳酸转运蛋白MCT1和MCT2表达。

三、研究结果

3.1 血清乳酸水平与ACLF患者肝损伤相关
与CLD患者相比，ACLF患者血清ALT、AST、ALP和T-BIL显著升高，AST/ALT比值也显著升高。ACLF患者血清L-乳酸和D-乳酸水平均显著高于CLD患者。Spearman相关分析显示，ACLF患者血清L-乳酸和D-乳酸水平与ALT呈显著正相关，提示循环乳酸升高可能与更严重的肝损伤相关。

3.2 抑制乳酸转运加重ACLF大鼠肝损伤和全身炎症
HE染色显示ACLF组肝小叶结构紊乱、肝细胞肿胀、汇管区炎性细胞浸润；Masson染色显示胶原沉积增加。乳酸转运体抑制剂AR-C155858处理进一步升高ACLF大鼠血清ALT、AST、ALP、T-BIL以及IL-1β、IL-6和TNF-α水平，表明抑制乳酸转运可加重肝损伤和全身炎症。

3.3 ACLF扰乱大鼠肠道菌群组成
16S rRNA测序显示，ACLF大鼠肠道微生物α多样性呈下降趋势（未达统计学显著），β多样性分析显示各组菌群结构明显分离。门水平上，ACLF大鼠Bacteroidota、Verrucomicrobiota和Deferribacterota丰度降低，Bacillota、Actinomycetota和Actinobacteriota丰度增加。属水平上，乳酸产生菌Lactobacillus、Ligilactobacillus和Clostridium成为ACLF大鼠优势菌属，而对照组以Blautia为主。LEfSe分析进一步确认ACLF组富集Lactobacillus_intestinalis和Lactobacillus_oris等产乳酸菌。

3.4 ACLF大鼠血清、肝和粪便中乳酸水平升高
ACLF大鼠在造模第4周、第8周及急性发作后24 h、48 h的血清L-乳酸和D-乳酸均显著高于对照组，肝组织和粪便中乳酸水平同样显著升高。乳酸转运抑制可进一步升高这些乳酸水平。相关分析显示，血清L-乳酸和D-乳酸与ALT、AST、ALP、T-BIL显著正相关；血清D-乳酸与Lactobacillus oris、Enterococcus asini、Lactobacillus hominis等多种产乳酸菌丰度正相关；粪便L-乳酸和D-乳酸与血清ALT显著正相关。

3.5 ACLF大鼠乳酸转运相关蛋白表达受抑
Western blot结果显示，与对照组相比，ACLF组肝组织中单羧酸转运体MCT1和MCT2蛋白表达显著下降；乳酸转运抑制剂进一步下调这两种蛋白的表达，表明ACLF状态下的乳酸清除能力受损。

3.6 肠道菌群失调加重ACLF大鼠肠道菌群组成紊乱
将常规ACLF大鼠粪便菌群移植至假无菌ACLF大鼠后，受体大鼠肠道微生物多样性降低，群落结构发生显著改变。FMT增加了产乳酸菌属如Ligilactobacillus、肠球菌属（Enterococcus）和埃希菌-志贺菌属（Escherichia-Shigella）的丰度。LDA分析显示，大肠埃希菌（Escherichia coli）和肠球菌科（Enterococcaceae）在FMT组中显著富集。

3.7 肠道菌群失调增加ACLF大鼠乳酸水平
与假无菌ACLF组相比，接受FMT的大鼠血清、肝组织和粪便中的L-乳酸和D-乳酸水平在多个时间点均进一步显著升高，表明肠道菌群失调可增加ACLF大鼠乳酸蓄积。

3.8 肠道菌群失调加重ACLF大鼠肝损伤和全身炎症
HE和Masson染色显示，FMT组大鼠肝细胞肿胀、肝索紊乱和汇管区纤维化更明显。血清生化检测显示，FMT组ALT、AST、ALP和T-BIL水平较假无菌ACLF组显著升高，同时IL-1β、IL-6和TNF-α也显著增加。粪便乳酸水平与血清ALT呈强正相关（L-乳酸r=0.9821，D-乳酸r=0.9758）。

四、讨论与结论

讨论部分指出，ACLF患者肝损伤指标和乳酸水平均显著升高，且乳酸与ALT正相关，提示乳酸蓄积与肝损伤严重程度相关。抑制乳酸转运可加重ACLF大鼠肝损伤和炎症，支持乳酸在ACLF进展中的致病作用。肠道菌群失调导致产乳酸菌（特别是Lactobacillus）过度增殖，其产生的乳酸可通过肠屏障进入循环，而肝功能受损时乳酸清除能力下降，进一步加重肝损伤。D-乳酸主要由肠道细菌发酵产生，因此血清D-乳酸升高更直接反映肠道菌群来源的乳酸生成。FMT实验证实，来自ACLF大鼠的菌群可富集产乳酸菌、升高乳酸水平并加重肝损伤。研究局限性包括动物样本量较小、未直接验证假无菌模型菌群清除效率、FMT实验缺乏健康供体对照组，以及乳酸导致肝损伤的分子机制尚未完全阐明。

结论：该研究证明抑制乳酸转运可加重ACLF大鼠肝损伤；ACLF大鼠肠道中Lactobacillus等产乳酸菌丰度显著升高，血清、肝组织和粪便中D-乳酸和L-乳酸水平显著增加。肠道产乳酸菌富集会增强全身乳酸蓄积（尤其是D-乳酸），从而加重ACLF肝损伤。研究结果为理解肠道菌群失调如何诱导ACLF肝损伤提供了新见解，也为靶向微生物乳酸代谢治疗ACLF奠定了理论基础。该论文发表在《Frontiers in Microbiology》。