CMI文獻(xiàn)解讀：腸道菌群代謝物IPA或成為肝硬化新候選藥物的研究

2025年9月8日，由東方醫(yī)院曾欣團(tuán)隊(duì)和中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院林勇團(tuán)隊(duì)合作完成的題為“Gut-derived indole propionic acid alleviates liver fibrosis by targeting profibrogenic macrophages via the gut‒liver axis”的研究論文在《cellular & molecular immunology》發(fā)表。該研究首次證實(shí)腸源性 IPA 可通過腸-肝軸調(diào)控肝臟巨噬細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)其抗纖維化作用，為肝纖維化臨床治療提供了新的候選藥物。

南模生物為該研究提供了 Ccr2-KO（目錄號(hào) NM-KO-190018）、Ahr-Flox（目錄號(hào) NM-CKO-200060）、Lrat-2A-Cre（目錄號(hào) NM-KI-190097）小鼠。

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哺乳動(dòng)物體內(nèi)具有數(shù)以萬億計(jì)的微生物群，遍布各個(gè)部位，包括皮膚、唾液、口腔粘膜等部位，其中大多數(shù)存在于胃腸道。近些年，腸道微生物衍生的代謝物及功能機(jī)制逐漸被揭示，相關(guān)代謝產(chǎn)物作為機(jī)體代謝反應(yīng)的信號(hào)分子和底物，影響著宿主生理、病理等過程。

腸-肝軸作為通過門靜脈循環(huán)和膽道樹連接胃腸道和肝臟的橋梁，被認(rèn)為是介導(dǎo)腸道菌群、代謝物、肝臟代謝、炎癥和免疫之間雙向串?dāng)_的關(guān)鍵模式。隨著代謝組學(xué)和其他大規(guī)模分析技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的證據(jù)闡明了腸道微生物衍生的代謝物通過腸-肝軸對(duì)纖維化的潛在和深遠(yuǎn)影響，這為肝硬化患者的治療干預(yù)提供了潛在的靶點(diǎn)。

色氨酸是一種必需氨基酸，腸道中多種細(xì)菌可直接將色氨酸降解為多種代謝物，包括吲哚、吲哚乙醇（IE）、吲哚丙酸（IPA）、吲哚乳酸（ILA）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚醛（IAld）、吲哚丙烯酸（IA）、甲基吲哚和色胺等。其中，吲哚丙酸IPA被認(rèn)為可以緩解炎癥性腸病，并且在多種肝臟疾病中發(fā)現(xiàn)糞便和循環(huán)的IPA水平降低。

這些線索是否暗示了IPA可能影響著肝纖維化？具體機(jī)制是什么？以及是否具有靶向治療意義？

因而，研究者嘗試探索 IPA 在肝纖維化中的潛在作用。

肝硬化患者糞便中的 IPA 顯著低于對(duì)照組

研究者針對(duì) 14 名肝硬化患者與 14 名健康對(duì)照者的糞便樣本進(jìn)行了宏基因組測序和代謝組學(xué)測定，并就色氨酸代謝進(jìn)行相應(yīng)的分析。值得注意的是，肝硬化患者的色氨酸代謝途徑發(fā)生了顯著變化。在肝硬化患者樣本中有助于 IPA 生成的梭狀芽孢桿菌豐度降低，說明肝硬化患者色氨酸代謝相關(guān)腸道生態(tài)的紊亂。并且，肝硬化患者樣本中的 IPA、吲哚-3-羧酸（I3CA）和3-甲基吲哚（3MI）水平顯著低于健康對(duì)照者，且 IPA 與幾個(gè)肝纖維化相關(guān)指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)。
 

為探索 IPA 與肝纖維化的具體聯(lián)系，研究者構(gòu)建了 CCl₄ 誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型，并使用 Cy7 標(biāo)記的IPA以追蹤胃腸道 IPA 的遷移和攝取軌跡。在灌胃后三小時(shí)內(nèi)，Cy7-IPA 穿透肝臟。在連續(xù)灌胃 14 天后，門靜脈中的 IPA 濃度顯著增加，表明 IPA 可以通過腸-肝軸易位到肝臟；血清 AST、ALT、TNFα 和 IL-1β 水平明顯降低，COL1A1、COL3A1、COL6A1、α-SMA 和 TIMP 表達(dá)下調(diào)，MMP9 表達(dá)增加，說明 IPA 顯著抑制了肝纖維化。
 

圖2. IPA 可抑制 CCl₄ 誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠的肝纖維化。

IPA 在抗纖維化中發(fā)揮多種作用

研究者采用單細(xì)胞 RNA 測序（scRNA-seq）和批量 RNA 測序（RNA-seq）研究 IPA 對(duì)抗纖維化途徑和參與肝臟纖維化的必需纖維化細(xì)胞群的影響。RNA-seq 分析表明，IPA 可以顯著抑制促纖維化和促炎基因途徑。scRNA-seq 分析表明，在分類的 10 個(gè)細(xì)胞群中，單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞（單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞）簇在 IPA 給藥后在百分比和數(shù)量上均表現(xiàn)出最顯著的減少；并且成纖維細(xì)胞簇中纖維化特征的轉(zhuǎn)錄也被明顯抑制；此外，肝細(xì)胞簇的 scRNA-seq 分析表明 IPA 促進(jìn)肝功能相關(guān)基因的表達(dá)，如肝細(xì)胞核因子（HNF）4α、HNF1α和Cyp1a2。這些數(shù)據(jù)表明 IPA 在抗纖維化中可發(fā)揮多種作用。

圖3. IPA 在抗纖維化中可發(fā)揮多種作用。

 

 

IPA 直接靶向肝臟巨噬細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)其抗纖維化作用

鑒于 IPA 在肝纖維化中的多細(xì)胞作用，研究者使用 Cy7-IPA 灌胃CCl₄ 處理后小鼠，從而確定 IPA 的直接靶細(xì)胞。結(jié)果表明，在 Cy7-IPA 灌胃后 3 小時(shí)、12 小時(shí)、48 小時(shí)和14 天，Cy7-IPA 信號(hào)主要由 F4/80 巨噬細(xì)胞捕獲�；�于 scRNA-seq 數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)組的促纖維化和促炎通路受到抑制。

圖4. F4/80 巨噬細(xì)胞捕獲 Cy7-IPA，其促纖維化和促炎通路被抑制。

 

研究者進(jìn)一步在體外模型中進(jìn)行研究，使用100μM IPA或 DMSO 處理 PMA 誘導(dǎo)分化的 THP-1 細(xì)胞，并在細(xì)胞層面上進(jìn)行一系列細(xì)胞因子的檢測。正如預(yù)期的那樣，IPA 降低了促纖維化和促炎細(xì)胞因子（TNFα、CCL2、TGFβ1等）的表達(dá)，并抑制了 THP-1 細(xì)胞中 NF-κB 和 Wnt/β-catenin 信號(hào)傳導(dǎo)的活性。

圖5. IPA可降低 THP-1 細(xì)胞中促纖維化和促炎細(xì)胞因子表達(dá)。

 

研究者回到小鼠模型，利用氯膦酸鹽脂質(zhì)體構(gòu)建了巨噬細(xì)胞耗竭小鼠模型，并進(jìn)一步探索 IPA 在體內(nèi)的抗纖維化作用與巨噬細(xì)胞的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)巨噬細(xì)胞耗竭后 IPA 在體內(nèi)的抗纖維化作用也被阻斷。以上證據(jù)表明 IPA 直接靶向肝臟巨噬細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)其抗纖維化作用。

圖6. 在巨噬細(xì)胞耗竭小鼠模型中，IPA 的抗纖維化用被阻斷。

 

 

IPA 調(diào)節(jié) AhR/NF-κB 通路，抑制巨噬細(xì)胞促纖維化功能

由于常見 IPA 受體有芳烴受體（AhR）和孕烷X受體（PXR），而巨噬細(xì)胞主要表達(dá) AhR。因此，研究者懷疑 AhR 介導(dǎo) IPA 在巨噬細(xì)胞中的作用，并構(gòu)建了 AhR-KO 的 THP-1 細(xì)胞。結(jié)果表明，體外 AhR 缺失阻斷了 IPA 對(duì)促炎細(xì)胞因子的抑制作用，并恢復(fù)了 NF-κB 信號(hào)通路的激活。

圖7. THP-1 細(xì)胞中 AhR 的缺失影響 IPA 的抑制作用。

 

研究者進(jìn)一步構(gòu)建了AhR 藥物抑制模型與巨噬細(xì)胞特異性敲除模型，結(jié)果表明AhR 拮抗劑 CH223191 阻礙了 IPA 對(duì)體內(nèi)促炎信號(hào)傳導(dǎo)和膠原蛋白沉積的抑制作用；而在巨噬細(xì)胞特異性 AhR 敲除小鼠中，IPA 的抗纖維化作用同樣被中斷。

圖8. AhR 藥物抑制與巨噬細(xì)胞特異性敲除小鼠同樣影響 IPA 的抑制作用。

 

 

IPA 抑制 S100A8/A9 巨噬細(xì)胞，改變鞘脂代謝以減弱纖維化

研究者在 scRNA-seq 數(shù)據(jù)中進(jìn)一步分析，觀察到了 S100A8 / A9 巨噬細(xì)胞亞簇。將 S100A8/A9 巨噬細(xì)胞與其他巨噬細(xì)胞亞群進(jìn)行比較的基因集變異分析 （GSVA） 顯示，S100A8/A9 巨噬細(xì)胞的纖維發(fā)生途徑顯著富集。熱圖、KEGG 分析、CellPhone DB、流式分析發(fā)現(xiàn) S100A8/A9 巨噬細(xì)胞與成纖維細(xì)胞存在互作，并且 IPA 抑制巨噬細(xì)胞促纖維化和促炎基因和通路的表達(dá)、顯著減少了體內(nèi) S100A8/A9 巨噬細(xì)胞的數(shù)量。

圖9. GSVA、熱圖、KEGG分析、CellPhone DB、流式分析等表明 IPA 減少 S100A8/A9 巨噬細(xì)胞數(shù)量，并抑制其促炎化。

 

據(jù)報(bào)道，S100A8 和 S100A9 可以上調(diào)以響應(yīng)持續(xù)炎癥，S100A8/A9 巨噬細(xì)胞富含促炎途徑，特別是 NF-κB 信號(hào)通路。AhR 與 RelA（p65）相互作用，從而抑制 p-p65 和 NF-κB 活性。研究者通過 CUT&Tag 和雙熒光素酶報(bào)告基因測定，驗(yàn)證了 p65 直接與 S100A8 和 S100A9 的啟動(dòng)子結(jié)合并增強(qiáng)其活性，明確了 IPA 通過 AhR/NF-κB/S100A8/A9 軸抑制 S100A8/A9⁺ 巨噬細(xì)胞的分化。

圖10. IPA 通過 AhR/NF-κB/S100A8/A9 軸抑制 S100A8/A9⁺ 巨噬細(xì)胞的分化。

 

鞘脂代謝是各種炎癥性疾病中巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)的觸發(fā)因素。作為鞘脂代謝途徑中的主要代謝產(chǎn)物，S1P 具有強(qiáng)大的促炎和促纖維化功能，可加重肝臟纖維化。而在THP-1 細(xì)胞中使用IPA、AhR 激動(dòng)劑/拮抗劑處理，ELISA 顯示 IPA 降低了 S1P 水平，而這種降低被 AhR 拮抗劑阻斷，表明 IPA 通過改變鞘脂代謝而減弱巨噬細(xì)胞促纖維化和促炎表型，從而減輕肝纖維化。

圖11. IPA 抑制 S100A8/A9 巨噬細(xì)胞，改變鞘脂代謝以減弱纖維化。

 

IPA 通過巨噬細(xì)胞-造血干細(xì)胞軸改善肝纖維化

為了確定 IPA 對(duì)巨噬細(xì)胞和造血干細(xì)胞之間串?dāng)_的影響，研究者將 THP-1 和 LX2 細(xì)胞在 transwell 培養(yǎng)系統(tǒng)中共培養(yǎng)。IPA 遞送后 24 小時(shí)，共培養(yǎng)的 LX2 細(xì)胞的激活受到抑制，COL1A1、α-SMA 和 TIMP1 表達(dá)顯著降低，MMP9 表達(dá)增加，p-Smad2/3 的表達(dá)被抑制。而敲除 AhR 可有效阻斷 IPA 對(duì) HSC 激活的抑制作用。研究者使用 3D NAC-肝臟球體來驗(yàn)證IPA的抗纖維化作用，組織學(xué)、免疫組織化學(xué)染色和 ELISA 結(jié)果顯示，IPA 處理 48 小時(shí)后，肝纖維化和炎癥特征明顯受到抑制。以上研究說明 IPA 可通過巨噬細(xì)胞-造血干細(xì)胞軸改善肝纖維化。

圖11. IPA 通過巨噬細(xì)胞-造血干細(xì)胞軸改善肝纖維化。

綜上所述，研究人員發(fā)現(xiàn)了14 名肝硬化患者中的腸道菌群色氨酸代謝途徑發(fā)生顯著變化，其中關(guān)鍵代謝產(chǎn)物 IPA 與肝纖維化呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。通過使用 CCl₄ 誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型，研究人員確定了 IPA 給藥可顯著抑制肝纖維化。借助小鼠與細(xì)胞等多種模型分析，IPA 直接靶向肝臟巨噬細(xì)胞，通過調(diào)節(jié) AhR/NF-κB 通路，調(diào)控巨噬細(xì)胞的分化與促纖維化功能�？傊�，該研究增加了對(duì)腸源性色氨酸代謝物 IPA 通過腸道-肝軸對(duì)肝纖維化的調(diào)節(jié)作用的理解，為 IPA 在開發(fā)肝纖維化治療策略中的潛力提供了令人信服的證據(jù)。

 

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