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大家好,今天为大家带来的是2026年1月2日,来自中山大学的洪艳军团队发表于Gut Microbes的一篇研究论文。该研究首次揭示了他莫昔芬肝毒性的肠道菌群机制,并提出了猪去氧胆酸作为潜在辅助治疗策略的新思路。
文献信息:
原文标题:《Tamoxifen induced hepatotoxicity via gut microbiota-mediated hyodeoxycholic acid depletion and Farnesoid X receptor signaling disruption》
DOI号:10.1080/19490976.2025.2610077
一、摘要
他莫昔芬是一种广泛用于乳腺癌治疗的雌激素受体调节剂。然而,该药在临床中表现出显著的肝毒性,影响近50%的患者,从而限制了其临床应用。他莫昔芬所致肝损伤的具体机制迄今尚不清楚。本研究阐明了他莫昔芬相关肝毒性中肠道菌群的机制性作用。
他莫昔芬给药可诱发小鼠显著的肝损伤和肠道菌群失调,表现为大肠杆菌丰度升高及毛螺菌科NK4A136群减少。这些菌群变化导致粪便总胆汁酸水平降低,尤以猪去氧胆酸下降最为明显,且其水平与他莫昔芬诱导的肝损伤呈负相关。此外,他莫昔芬通过增强肠道法尼醇X受体活性,同时经非肠道FXR替代机制刺激肝脏胆汁酸合成,从而扰乱胆汁酸稳态。
值得注意的是,肠道菌群耗竭可逆转上述效应,证明菌群在调节他莫昔芬致肝损伤中的肠-肝FXR轴方面发挥关键作用。粪便菌群移植实验进一步证实,他莫昔芬通过菌群依赖机制直接刺激肝脏胆汁酸合成。肠-肝胆汁酸-FXR轴的破坏导致肠肝胆汁酸循环障碍,促成他莫昔芬给药相关的肝毒性。
重要的是,补充猪去氧胆酸可恢复肠-肝胆汁酸-FXR轴并缓解他莫昔芬诱导的肝损伤。这些发现凸显了他莫昔芬、肠道菌群与胆汁酸代谢之间的复杂关系,提示以猪去氧胆酸靶向肠-肝FXR轴可能为缓解他莫昔芬相关肝损伤提供有前景的治疗策略。
二、引言
乳腺癌是全球最常见的恶性肿瘤,其中雌激素受体阳性乳腺癌为主要亚型,约占全部病例的70%。他莫昔芬是一种选择性雌激素受体调节剂,广泛用于乳腺癌的一线治疗。然而,他莫昔芬治疗与显著的肝损伤相关,在临床中影响30.4%–56.2%的患者。尽管他莫昔芬诱导的肝毒性已被认为与活性氧生成增加有关,但其具体潜在机制迄今尚未完全阐明。
近期,越来越多的证据表明药物-肠道菌群相互作用在治疗结局中发挥关键作用。药物可调节肠道菌群组成,而肠道菌群反过来也可影响药物疗效与毒性。值得注意的是,尽管他莫昔芬是一种靶向人体的药物,但其表现出广谱杀菌活性。此外,特定细菌可通过影响宿主脂肪酸代谢来调节他莫昔芬诱导的氧化应激。鉴于他莫昔芬与肠道菌群之间存在的这些潜在相互作用,本研究推测肠道菌群可能在调节他莫昔芬相关肝损伤中发挥关键作用。
肠-肝轴是指肝脏与肠道之间的双向通讯,涉及肠道微生物的相互作用,并受遗传和环境因素调控。营养物质、细菌产物和胆汁酸在调节宿主代谢和免疫应答中发挥关键作用,进而塑造肠道菌群的组成与功能。细菌代谢产物,特别是胆汁酸,作为关键信号分子影响肠-肝轴,从而调节肠道和肝脏功能。这种宿主-微生物对话的破坏已被证实与多种肝脏疾病的发病机制有关,包括药物性肝损伤。
胆汁酸可通过肠-肝轴有效调节自身的代谢与转运。胆汁酸代谢、转运和信号传导的损害可导致胆汁淤积性肝损伤,其特征为线粒体功能障碍及随之而来的氧化应激。基于这些发现,本研究推测他莫昔芬可能扰乱肠道菌群稳态、损害肠-肝轴功能,最终导致肝毒性。
本研究旨在阐明肠道菌群在他莫昔芬诱导肝毒性中的机制性作用。首先,研究利用伪无菌小鼠模型证实,肠道菌群的缺失可减轻他莫昔芬诱导的肝脏氧化应激。16S rDNA测序结果显示,他莫昔芬显著改变了肠道菌群组成,表现为大肠杆菌丰度显著增加,而毛螺菌科NK4A136群明显减少。重要的是,这些菌群变化与次级胆汁酸生物合成途径的抑制显著相关。粪便胆汁酸分析进一步证实了这一密切关联:他莫昔芬暴露导致猪去氧胆酸水平下降,进而激活肠道FXR信号。
与此同时,改变的菌群反过来调节他莫昔芬对肝细胞的影响,增加下游肝脏胆汁酸的产生,该结果已通过粪便菌群移植实验验证。这些发现表明,他莫昔芬破坏肠-肝猪去氧胆酸-FXR轴,从而导致胆汁酸代谢紊乱。此外,补充猪去氧胆酸可逆转他莫昔芬在小鼠中的上述效应,恢复肠-肝胆汁酸-FXR轴并减轻肝脏氧化应激。综上,本研究强调了猪去氧胆酸在缓解他莫昔芬相关肝毒性方面的治疗潜力。
三、材料与方法
1. 实验动物
雌性C57BL/6J小鼠(6–7周龄)购自广东维通利华实验动物技术有限公司。所有动物饲养于12小时光照/黑暗循环环境中,自由进食饮水。为减少笼养效应并均衡肠道菌群组成,实验前小鼠合笼饲养3周。玉米芯垫料和饮用水每3–4天更换一次。所有实验在深圳市药品检验研究院完成,并遵循机构动物护理与使用委员会批准的方案(202209082)。
2. 他莫昔芬肝毒性小鼠模型的建立
他莫昔芬肝毒性模型(200 mg/kg)基于已发表研究并略作修改建立。简言之,将他莫昔芬溶解于0.5%羧甲基纤维素钠中,经口服给药。小鼠随机分为六组(n = 5–10),分别给予溶媒对照(0.5% CMC-Na)或他莫昔芬溶液(200 mg/kg),每日一次,持续4周、8周或16周:4周对照组、8周对照组、16周对照组、4周他莫昔芬组、8周他莫昔芬组和16周他莫昔芬组。
3. 抗生素处理实验
小鼠随机分为四组(n = 9–10):WT对照组(野生型+溶媒)、WT他莫昔芬组(野生型+他莫昔芬)、ABX对照组(抗生素处理+溶媒)和ABX他莫昔芬组(抗生素处理+他莫昔芬)。为耗竭肠道菌群,ABX组饮用水中加入广谱抗生素混合物(1 g/L新霉素、1 g/L氨苄西林和0.5 g/L万古霉素),并每日口服灌胃2 mg甲硝唑。WT组在整个研究期间饮用正常水。经过3天抗生素预处理后,所有小鼠开始每日口服给予溶媒对照(0.5% CMC-Na)或他莫昔芬溶液(200 mg/kg),持续4周。
4. 粪便菌群移植
粪便菌群移植按照已发表方法进行,持续4周。小鼠随机分为两组(n = 10):FMT对照组(接受WT对照供体菌群)和FMT他莫昔芬组(接受WT他莫昔芬供体菌群)。移植前,受体小鼠通过连续5天每日口服抗生素混合物(氨苄西林200 mg/kg、新霉素200 mg/kg、甲硝唑200 mg/kg和万古霉素100 mg/kg)进行肠道菌群耗竭。
为验证抗生素处理耗竭肠道菌群的效果,采用通用16S引物(正向:5′-TCCTACGGGAGGCAGCAGT-3′;反向:5′-GGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTT-3′)通过定量PCR检测总细菌载量。FMT制备时,将WT对照和WT他莫昔芬供体小鼠的新鲜粪便样本在含20%甘油的PBS中匀浆(20 mg粪便/mL),于4°C以100×g离心10分钟。收集所得粪便上清液,分装后于-80°C保存待用。
移植方案包括初始强化阶段,即连续3天每日口服200μL粪便上清液;随后进入维持阶段,在整个4周实验期间每2天给药一次。
5. 猪去氧胆酸和奥贝胆酸干预研究
经过12周对照或他莫昔芬处理后,小鼠进入额外的4周干预期,实验分组如下(n = 4–6):(1)溶媒组:继续给予对照或他莫昔芬溶液及0.5% CMC-Na溶媒;(2)OCA组:给予对照或他莫昔芬溶液加OCA(10 mg/kg/天,溶于0.5% CMC-Na);(3)HDCA/100 mg/kg组:给予对照或他莫昔芬溶液加猪去氧胆酸(溶于0.5% CMC-Na);(4)HDCA/150 mg/kg组:给予对照或他莫昔芬溶液加猪去氧胆酸。所有溶液每日通过口服灌胃给药。OCA和猪去氧胆酸的剂量依据已发表研究选择。
6. 细菌β-葡萄糖醛酸酶靶向抑制
小鼠随机分为四组(n = 8):对照-溶媒组、对照-GUSi组、他莫昔芬-溶媒组和他莫昔芬-GUSi组。按照已发表方案,将细菌GUS抑制剂(UNC10201652,MCE)溶于100% DMSO中(2 mg溶于200μL),然后用水稀释至20 mL,终浓度为0.1μg/μL。GUSi通过口服灌胃给药,持续4周,每日两次(每10小时一次,10μg/天)。溶媒组给予等体积的1% DMSO(每日两次,每次100μL)。
7. 生化检测
禁食12小时后,采集血样并于1000×g离心10分钟以获取血清。采用商品化试剂盒(南京建成生物工程研究所)定量检测血清碱性磷酸酶活性。肝脏脂质谱分析中,取肝组织样本检测甘油三酯和总胆固醇浓度(南京建成生物工程研究所)。
为评估氧化应激,将肝组织在冰浴缓冲液中匀浆,并于4°C以8000×g离心10分钟。收集所得上清液,使用商品化试剂盒(Solarbio,北京)按照制造商说明书测定还原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽水平。通过计算GSH/GSSG比值进一步评估抗氧化活性。
8. 组织病理学
肝组织样本以4%多聚甲醛固定,石蜡包埋后进行苏木精-伊红染色。切片经苏木精和伊红染色后,使用Leica Aperio GT450扫描仪获取组织学图像。
免疫荧光检测中,将石蜡包埋的肠组织切成4μm厚切片,在二甲苯中脱蜡,并依次通过梯度乙醇系列复水。通过微波炉或水浴加热,在柠檬酸盐缓冲液(pH 6.0)中于95°C进行抗原修复15–20分钟。冷却至室温后,用PBS洗涤切片,以0.3% Triton X-100透化处理10–15分钟,并以5%牛血清白蛋白封闭1小时以减少非特异性结合。加入一抗(FXR,稀释比1:100,Abcam 129089),于4°C在湿盒中孵育过夜。洗涤后,用相应的荧光素标记二抗在室温避光条件下孵育1小时。以DAPI复染细胞核5分钟。切片以抗荧光淬灭封片剂封片,于荧光显微镜下观察。从每个样本的多个随机视野中采集图像。使用ImageJ软件定量荧光强度。
9. 16S rDNA基因测序
在无菌条件下收集盲肠内容物,立即冷冻于-80°C待分析。16S rDNA基因测序由上海美吉生物医药科技有限公司按照已发表方法完成。简言之,使用粪便DNA提取试剂盒(QIAGEN)根据制造商说明书提取微生物DNA。采用通用细菌引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)扩增16S rDNA基因的V3–V4可变区。
扩增产物在2.0%琼脂糖凝胶上分离,并使用QIAquick PCR纯化试剂盒(QIAGEN)纯化。微生物DNA在Illumina MiSeq平台上测序,按照标准方案对连接接头的DNA片段进行进一步测序。16S扩增子分析的标准流程涉及将97%相似性阈值内的序列聚类为操作分类单元。原始序列数据随后使用美吉云平台进行处理。
10. 胆汁酸分析
称取约50 mg粪便样本,在5 mL冰甲醇(含10μL内标氯丙酰胺,10μg/mL)中匀浆。涡旋后,样本于4°C以14,000×g离心15分钟。收集上清液,真空干燥,以500μL 50%甲醇复溶。样本溶液经0.22μm滤膜过滤后进行LC-MS/MS分析。
胆汁酸分析使用Nexera LC-30系统(岛津)联用AB SCIEX 4500三重四极杆质谱仪。色谱分离采用ACQUITY HSS T3色谱柱(100× 2.1 mm i.d., 1.8μm, Waters),柱温40°C,流速0.3 mL/min。流动相A为含10 mM乙酸铵水溶液的20%乙腈,流动相B为含10 mM乙酸铵水溶液的80%乙腈。质谱参数设置如下:离子化模式为电喷雾负离子模式;毛细管电压4.5 kV;气源压力:GAS1(50 psi),GAS2(60 psi);源温550°C;Curtain气30 psi;检测模式为多反应监测。
11. 胆盐水解酶活性测定
取新鲜粪便样本(55±5 mg),在250μL冰PBS(pH 7.4)中涡旋2分钟匀浆。细菌细胞通过超声处理(在冰浴中超声90秒,间隔30秒)裂解。裂解物于4°C以15,000 rpm离心30分钟,收集所得上清液用于进一步分析。使用Multiskan Sky微孔板分光光度计(Thermo Scientific)测定总蛋白浓度。样本以PBS稀释至1 mg/mL用于后续检测。
通过测定d4-CA的生成量评估胆盐水解酶活性。酶促反应在200μL乙酸钠缓冲液(3 mM,pH 5.2)中进行,含50μM d4-TCA作为底物和0.1 mg/mL蛋白工作液。37°C孵育20分钟后,反应通过干冰速冻立即终止。样本与100μL甲醇混合,于4°C以15,000 rpm离心20分钟。收集上清液测定BSH活性。采用上述LC-MS/MS方法定量d4-TCA向d4-CA的转化。
12. 定量实时PCR
使用传统TRIzol法从组织样本中提取总RNA,并以HifairⅡ 1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR(含gDNA digester)进行逆转录。使用Hieff qPCR SYBR Green Master Mix(High Rox Plus)在Applied Biosystems QuantStudio 5实时PCR系统上进行实时PCR。
13. 统计分析
所有定量数据以平均值±标准误表示。采用社会科学统计软件包(IBM,版本27)进行统计分析。组间比较采用独立样本t检验和单因素方差分析。统计学显著性设定为三个水平:p < 0.05、p < 0.01和p < 0.001。使用GraphPad Prism软件(版本9)进行数据可视化。
四、结果
1. 他莫昔芬治疗诱导小鼠肝损伤
他莫昔芬给药(4周、8周和16周)在小鼠中诱导了显著的肝损伤。与对照组相比,他莫昔芬处理小鼠的肝脏重量显著增加(图1A),并出现组织病理学改变,表现为肝索排列紊乱、显著的肝细胞空泡化和大量炎性细胞浸润(图1G–J)。此外,他莫昔芬处理还增加了脾脏和盲肠组织的重量(图1B,C)。
氧化应激已被确立为他莫昔芬介导肝毒性的关键机制。他莫昔芬给药显著降低肝脏GSH水平(图1D),同时GSH/GSSG比值明显降低(图1E,F)。他莫昔芬处理4周和8周后,肝脏GSH/GSSG比值较对照小鼠显著降低(图1F),提示早期氧化失衡。尽管16周他莫昔芬处理组小鼠该比值也有所下降,但与对照组相比差异无统计学意义(图1F)。这些发现表明,短期他莫昔芬暴露可诱导肝脏氧化应激,而长期暴露可能触发适应性抗氧化反应,部分恢复GSH池和氧化还原平衡。
2. 他莫昔芬以肠道菌群依赖方式诱导肝毒性
为探究肠道菌群在他莫昔芬介导肝损伤中的作用,进行了抗生素处理实验(图2A)。使用广谱抗生素混合物消除肠道微生物后,观察到他莫昔芬诱导的肝损伤显著减轻,表现为肝脏重量(图2B)和肝脏指数(图2C)显著降低。他莫昔芬引起的脾脏重量和脾脏指数也通过抗生素处理降低,盲肠组织重量也减少(图2D–G)。
组织病理学结果显示,抗生素处理后肝脏结构显著改善,表现为肝细胞肿胀和圆润程度减轻(图2K,L)。重要的是,抗生素干预调节了他莫昔芬处理小鼠的肝脏氧化应激标志物,同时降低GSH水平(图2H)和GSSG生成(图2I),导致GSH/GSSG比值降低(图2J)。这些发现表明,肠道菌群耗竭可缓解他莫昔芬诱导的氧化应激和肝毒性,凸显肠道细菌在他莫昔芬相关肝损伤中的关键作用。
3. 微生物β-葡萄糖醛酸酶不是他莫昔芬诱导肝损伤的核心驱动因素
肠道菌群因其广泛的代谢能力常被称为"第二肝脏",在调节药物代谢和毒性中发挥关键作用。在肠腔内,微生物β-葡萄糖醛酸酶(GUS)可水解葡萄糖醛酸结合物,释放出母体化合物,从而促进其肠肝循环。这一过程是药物毒性的公认驱动因素——例如,GUS催化的SN-38(伊立替康活性代谢物)再活化可诱发严重胃肠道毒性。他莫昔芬及其活性代谢物主要通过肝脏葡萄糖醛酸化灭活,随后排入肠道。先前的体外研究已证明他莫昔芬-葡萄糖醛酸苷是微生物GUS酶的底物,提示微生物GUS活性可能调节他莫昔芬的清除和毒性。
为验证这一假说,研究考察了药理学抑制微生物GUS酶能否缓解他莫昔芬相关肝毒性。在他莫昔芬处理小鼠中,检测了粪便GUS活性并评估了GUS抑制剂的保护效果。出乎意料的是,他莫昔芬给药4周或8周后并未显著影响粪便GUS活性,而16周他莫昔芬暴露后观察到显著降低(补充图3B)。肠道菌群耗竭后,粪便GUS活性较野生型组显著降低(补充图3A)。此外,研究还评估了FMT受体小鼠的粪便GUS活性,但FMT对照组和FMT他莫昔芬组之间未检测到显著差异(补充图3I)。
而且,4周GUS抑制剂处理未能缓解他莫昔芬诱导的肝损伤,表现为肝脏重量增加、肝脏指数、血清ALP水平和肝脏空泡化均无明显变化(补充图3D–H)。综合这些发现,微生物GUS不太可能是他莫昔芬诱导肝毒性的主要驱动因素,提示需要进一步探究其他微生物因素。
4. 他莫昔芬诱导小鼠肠道菌群失调
为确定他莫昔芬诱导肝毒性中的其他微生物驱动因素,进行了16S rDNA测序以全面表征他莫昔芬诱导的肠道菌群组成改变。他莫昔芬处理显著降低了α多样性,表现为Chao指数(图3A)和Ace指数(图3B)降低。通过主坐标分析(PCoA)进行的β多样性分析显示,他莫昔芬处理组与对照组之间的微生物组成存在差异(图3C)。
他莫昔芬给药引起肠道菌群组成的显著改变,与对照组相比,革兰氏阳性菌减少,革兰氏阴性菌增加(图3I)。在门水平上,厚壁菌门和拟杆菌门仍占主导地位(图3D),但他莫昔芬处理特异性降低了厚壁菌门丰度,导致厚壁菌门/拟杆菌门比值下降(图3H),这是公认的菌群失调指标。值得注意的是,毛螺菌科(厚壁菌门的一个特定分类群)在各分类水平上的相对丰度均下降(图3E–G)。相反,疣微菌门和变形菌门在他莫昔芬处理后显著增加(图3D)。在科、属和种水平上,艾克曼菌科和肠杆菌科的相对丰度也显著升高(图3E–G)。这些发现表明,他莫昔芬对肠道微生物组成具有显著影响。
5. 他莫昔芬下调次级胆汁酸生物合成途径
为研究他莫昔芬诱导肠道菌群失调的功能后果,进行了KEGG通路分析(图4A)。虽然他莫昔芬处理上调了鞘脂和甘油磷脂代谢(图4B),但同时下调了多条关键通路,包括脂肪酸生物合成、甘油脂代谢,以及最显著的次级胆汁酸生物合成(图4C)。
相关性分析显示,次级胆汁酸生物合成通路与特定毛螺菌科分类群(包括毛螺菌科_NK4A136_群、unclassified_f_毛螺菌科和norank_f_毛螺菌科属)呈强正相关(图4G),这些分类群已知可通过依赖胆盐水解酶的去结合反应介导次级胆汁酸转化。重要的是,他莫昔芬给药显著抑制了粪便胆盐水解酶活性(图4D),并抑制了后续次级胆汁酸转化关键酶的基因表达,包括3-脱氢胆汁酸Δ4,6-还原酶(图4E)和7α-羟基类固醇脱氢酶(图4F)。
综合这些发现表明,他莫昔芬破坏了次级胆汁酸生物合成途径,这可能归因于毛螺菌科各属的耗竭。
6. 他莫昔芬破坏微生物依赖的猪去氧胆酸生成
肠肝循环通过高效回收胆汁酸至肝脏并将剩余部分排入粪便,有效维持胆汁酸稳态。胆汁酸谱分析显示,他莫昔芬处理显著改变了粪便胆汁酸组成,次级胆汁酸水平明显降低(图5A–O)。此外,他莫昔芬诱导粪便总胆汁酸浓度显著下降(图5C,H,M及补充图1C),这与肝脏氧化应激密切相关(补充图1D)。相比之下,肝脏脂质谱基本保持不变(补充图1A和B),仅16周暴露后总胆固醇水平下降。
粪便胆汁酸分析显示,去结合胆汁酸占主导地位,包括初级胆汁酸(α-鼠胆酸、β-鼠胆酸)和次级胆汁酸(脱氧胆酸、ω-鼠胆酸和猪去氧胆酸)(图7A,D,E)。这些去结合胆汁酸疏水性更强,有利于粪便排泄。他莫昔芬给药显著降低了去结合/结合胆汁酸比值(图5B,G,L),提示粪便胆汁酸排泄减少。
在给药4周期间,他莫昔芬显著诱导ω-鼠胆酸和猪去氧胆酸耗竭(图6A,B和7A),同时增加β-鼠胆酸和牛磺酸-β-鼠胆酸水平。ω-鼠胆酸是β-鼠胆酸经肠道微生物C6-差向异构化生成的关键代谢物,可进一步经7α-脱羟基化形成猪去氧胆酸(图7C)。他莫昔芬对胆盐水解酶活性的抑制可能损害了牛磺酸-β-鼠胆酸向游离β-鼠胆酸的去结合,从而减少ω-鼠胆酸和猪去氧胆酸的生成。长期他莫昔芬处理(8周和16周)降低了牛磺酸-β-鼠胆酸和β-鼠胆酸水平(图6C–F),从而限制了ω-鼠胆酸和猪去氧胆酸合成的底物供应(图7D,E)。
重要的是,相关性分析表明猪去氧胆酸水平与关键肝脏抗氧化标志物(GSH和GSH/GSSG比值)之间存在强正相关(补充图1D)。此外,相关性分析揭示了特定微生物分类群与胆汁酸谱之间的显著关联(补充图2B)。值得注意的是,毛螺菌科NK4A136群与猪去氧胆酸浓度呈强正相关,而大肠杆菌与猪去氧胆酸呈负相关(补充图2B)。这些发现表明,他莫昔芬显著诱导微生物猪去氧胆酸耗竭,直接导致肝脏氧化应激。
7. 他莫昔芬扰乱肠-肝胆汁酸-FXR轴
胆汁酸主要通过调节FXR活性发挥其生理效应,FXR在肠道和肝脏组织中均高表达。由于猪去氧胆酸是已知可调控肝脏胆汁酸合成的肠道FXR信号抑制剂,本研究探究了他莫昔芬诱导肝毒性是否涉及肠-肝胆汁酸-FXR轴的破坏。
在他莫昔芬给药初始4周内,观察到肠道FXR显著激活(图7G)。肠道FXR激活与肝脏疾病相关,因其可增加胆汁酸蓄积。长期他莫昔芬处理(8周和16周)后,肠道FXR信号降低至对照水平(图7I,K)。肠道FXR蛋白相对表达量在4周他莫昔芬处理时显著增加,随后在长期给药期间下降(图8)。在4周时,FXR激活可能代表对早期胆汁酸失调和他莫昔芬处理后初级胆汁酸短暂蓄积的代偿反应。鉴于肠道总胆汁酸池逐渐减少,FXR信号通路最初恢复正常,随后在后期(8–16周)下降。
有趣的是,调控肝脏胆汁酸合成的关键酶显著上调(图7F)。这种肝脏胆汁酸合成的高激活状态在更长处理时间(8–16周)内持续存在,CYP8B1和CYP7B1保持升高(图7H,J),表明他莫昔芬通过FXR非依赖通路的代偿性激活对胆汁酸代谢产生持续影响。尽管肝脏胆汁酸生成增强,但粪便胆汁酸排泄显著减少,提示肠肝胆汁酸循环障碍。这种代谢失调进一步通过升高的ALP水平(图7B,胆汁淤积的临床标志物)得到证实。综合这些结果表明,他莫昔芬诱导的肝损伤涉及以复杂微生物-胆汁酸-FXR信号为特征的肠-肝轴破坏。
8. 他莫昔芬诱导的肠-肝胆汁酸-FXR轴破坏具有菌群依赖性
为探究肠道菌群在他莫昔芬诱导的肠-肝胆汁酸-FXR轴破坏中的作用,在抗生素处理小鼠中进行了粪便胆汁酸谱分析和FXR信号通路检测。结果显示,抗生素给药显著升高结合胆汁酸水平(图9A,B),粪便中牛磺酸-β-鼠胆酸显著增加(图9E,F)。鉴于牛磺酸-β-鼠胆酸是公认的肠道FXR拮抗剂,其蓄积抑制成纤维细胞生长因子15表达,从而刺激肝脏胆汁酸合成。
值得注意的是,肠道菌群耗竭减弱了肠道FXR激活,尤其是在他莫昔芬处理小鼠中(图9D),这可能归因于粪便胆汁酸组成的显著改变促进了牛磺酸-β-鼠胆酸蓄积(图9E,F)。有趣的是,抗生素处理抵消了他莫昔芬诱导的肝脏胆汁酸合成,表现为肝脏关键生物合成酶(CYP7A1、CYP8B1、CYP27A1和CYP7B1)的下调(图9C)。这些发现提示,他莫昔芬诱导的肝脏胆汁酸合成可能由额外的菌群依赖机制介导。
为进一步证实肠道菌群在他莫昔芬介导的肠-肝胆汁酸-FXR轴破坏中的作用,将来自对照组和他莫昔芬处理组供体的菌群移植到抗生素预处理的受体小鼠中(图9G)。移植前,抗生素处理显著降低了盲肠样本中的总细菌载量(补充图4),证明有效清除了大部分肠道菌群。
引人注目的是,来自他莫昔芬组的肠道菌群在受体小鼠中重现了与供体小鼠相似的改变,包括盲肠重量减少(图9J)和肠道FXR信号激活增强(图9L)。尽管肠道FXR激活,FMT受体的肝脏胆汁酸合成能力显著降低,表现为CYP8B1、CYP27A1和CYP7B1下调;然而,肝脏中CYP7A1表达上调(图9K)。因此,他莫昔芬可能直接作为刺激信号作用于肝细胞,增强下游胆汁酸生成,这一过程受肠道菌群影响。
综合这些发现表明,他莫昔芬-微生物相互作用通过特定机制途径扰乱肠-肝轴:一方面,他莫昔芬诱导的肠道菌群失调减少特定胆汁酸(如猪去氧胆酸)的生成,增强肠道FXR激活;另一方面,改变的菌群反过来调节他莫昔芬对肝细胞的影响,上调胆汁酸合成酶,提示存在非肠道FXR机制。
9. 猪去氧胆酸通过肠-肝胆汁酸-FXR轴缓解他莫昔芬诱导的肝损伤
越来越多的证据表明,猪去氧胆酸通过调节肠-肝FXR轴成为治疗肝脏疾病的有前景药物。本研究进一步探究了猪去氧胆酸在他莫昔芬肝毒性中的治疗潜力。在对照组中,猪去氧胆酸处理未改变肝脏重量或形态(图10A,B和11A),也未影响脾脏或盲肠重量(图10C,D),表明基础条件下的生理扰动极小。有趣的是,猪去氧胆酸显著增强肝脏抗氧化活性,表现为肝脏GSH/GSSG比值升高(图10E–G)。
值得注意的是,在他莫昔芬处理小鼠中,猪去氧胆酸发挥显著保护作用。具体而言,猪去氧胆酸补充明显缓解氧化应激并降低血清ALP水平,改善肝脏胆汁酸超负荷(图10M–P)。组织病理学分析证实,猪去氧胆酸处理减轻了他莫昔芬诱导的肝脏形态学改变,减少肝脏空泡化(图10J和11A)。这些发现共同证明猪去氧胆酸对他莫昔芬诱导肝损伤的保护作用。
研究进一步评估了猪去氧胆酸对FXR信号通路的影响。猪去氧胆酸对肠道FXR信号表现出剂量依赖性的矛盾作用:在100 mg/kg剂量下作为拮抗剂,在150 mg/kg剂量下发挥激动剂样作用(图11F–I),这与近期报道的高剂量猪去氧胆酸通过FXR过度激活诱导细胞毒性一致。有趣的是,研究发现两个剂量(100和150 mg/kg)的猪去氧胆酸均可恢复他莫昔芬扰乱的肝脏胆汁酸合成,下调关键肝脏胆汁酸合成酶(CYP7A1、CYP8B1、CYP27A1和CYP7B1)(图11B–E,J–M)。这些发现提示,猪去氧胆酸减少肝脏胆汁酸过度产生的作用可能依赖于额外的调节机制。
已有研究表明,猪去氧胆酸可促进与胆汁酸代谢相关的细菌生长,特别是毛螺菌科NK4A136群。这种微生物组成改变改变了粪便胆汁酸池,增加总胆汁酸和次级胆汁酸同时降低初级胆汁酸水平。相反,他莫昔芬给药后,小鼠表现出大肠杆菌的显著富集,该菌与保护性毛螺菌科NK4A136群和次级胆汁酸生物合成通路均呈负相关。他莫昔芬诱导的肝脏胆汁酸过度产生可能通过特定细菌(如大肠杆菌)的增殖介导,而抗生素或猪去氧胆酸处理可抑制该菌。
这些发现揭示,100 mg/kg剂量的猪去氧胆酸通过抑制肠道FXR激活和调节肝脏胆汁酸合成有效保护他莫昔芬诱导的肝损伤,可能以菌群依赖方式发挥作用。
奥贝胆酸是一种临床批准的半合成胆汁酸类似物,用于治疗胆汁淤积性肝病。本研究采用奥贝胆酸验证肠-肝胆汁酸-FXR轴在他莫昔芬诱导肝毒性中的关键作用。结果显示,奥贝胆酸处理显著缓解了他莫昔芬诱导的肝损伤(图11A),表现为肝脏氧化应激和血清ALP水平降低(图10I–P)。此外,奥贝胆酸通过抑制肠道FXR激活和下调肝脏胆汁酸合成恢复肠-肝胆汁酸-FXR轴(图11H–M)。这些发现揭示,改善肠-肝胆汁酸-FXR轴为治疗他莫昔芬诱导肝损伤提供了有前景的治疗途径。
五、讨论
药物性肝损伤是常见且临床意义重大的不良事件,在患者治疗中构成重大医学挑战。越来越多的证据强调肠道菌群在通过组成性和代谢性改变调节肝毒性方面发挥关键作用。药物相关肝毒性中特征性的肠道菌群改变通常表现为微生物多样性降低、厚壁菌门丰度减少和变形菌门升高。本研究发现,他莫昔芬处理在小鼠中重现了这种菌群失调改变。
具体而言,他莫昔芬给药显著耗竭有益菌毛螺菌科NK4A136群,同时富集致病性大肠杆菌。由此产生的菌群失调显著破坏了次级胆汁酸生物合成途径。具体而言,他莫昔芬给药显著抑制了微生物胆盐水解酶活性,从而损害牛磺酸-β-鼠胆酸向游离β-鼠胆酸的去结合,进而减少猪去氧胆酸的生成。本研究结果与近期将毛螺菌科NK4A136群确立为猪去氧胆酸水平关键微生物调节者的研究一致,将该细菌分类群定位为维持猪去氧胆酸水平和缓解他莫昔芬相关肝损伤的潜在益生菌。
胆汁淤积是药物性肝损伤的关键机制,其特征为胆汁酸转运和代谢障碍。胆汁淤积期间胆汁酸在肝脏蓄积引发线粒体功能障碍和氧化应激,驱动疾病发病机制。此外,本研究结果表明,他莫昔芬通过类似机制诱发平行的病理改变,表现为破坏胆汁酸代谢并诱导氧化应激(补充图1D)。此外,肠道菌群作为胆汁酸代谢的关键调节者,对胆汁淤积性肝病的发病和进展产生深远影响。
法尼醇X受体不仅作为胆汁酸稳态的主调节者,还与临床胆汁淤积的发生发展密切相关,凸显其作为胆汁淤积性肝病关键治疗靶点的重要性。本研究表明,他莫昔芬给药引起肠道菌群失调,进而改变肠道胆汁酸组成。最显著的是,他莫昔芬处理显著降低猪去氧胆酸水平,导致肠道FXR信号激活(图7G和8A)。由于肠道FXR激活可上调肠胆汁酸结合蛋白和成纤维细胞生长因子15表达,而两者是胆汁酸肠肝循环的关键介导者。肠胆汁酸结合蛋白表达增加可增强跨肠细胞胆汁酸转运,促进其进入门静脉循环。因此,抑制肠道FXR凸显了一种缓解病理性胆汁酸蓄积和促进胆汁淤积性肝病临床治疗的有前景的治疗途径。
本研究发现,猪去氧胆酸补充可缓解他莫昔芬诱导的肝损伤(图10I–P)。机制上,研究结果表明猪去氧胆酸通过调节肠-肝胆汁酸-FXR轴调控胆汁酸代谢。值得注意的是,研究鉴定出猪去氧胆酸对肠道FXR信号具有剂量相关的相反效应——100 mg/kg剂量发挥抑制作用,150 mg/kg剂量激活FXR(图11F–I),这与近期报道的FXR介导的高浓度肠道细胞毒性一致。因此,建议使用100 mg/kg剂量的猪去氧胆酸以有效抑制他莫昔芬诱导的肠道FXR激活。
此外,本研究结果揭示,他莫昔芬通过非肠道FXR依赖机制刺激肝脏胆汁酸过度产生(图7F–K)。粪便菌群移植实验结果进一步表明,他莫昔芬可能以菌群依赖方式对肝脏胆汁酸合成酶发挥刺激作用(图9K,L)。给予猪去氧胆酸补充后,可下调参与胆汁酸合成的肝脏酶的基因表达(图11J–M)。
广泛研究已阐明猪去氧胆酸通过两种互补机制在维持胆汁酸稳态中的关键作用:1)抑制肠道FXR/FGF15信号通路;2)调节肠道菌群群落。猪去氧胆酸已被报道可诱导粪便胆汁酸组成的有利改变,表现为初级胆汁酸减少和总胆汁酸及次级胆汁酸增加,可能改善胆汁酸的肠肝循环。重要的是,猪去氧胆酸促进胆汁酸代谢细菌的生长,特别是毛螺菌科NK4A136群——该关键微生物分类群具有胆盐水解酶活性,能够产生猪去氧胆酸。这强调了他莫昔芬和猪去氧胆酸在调节微生物-胆汁酸轴方面的对立作用。具体而言,他莫昔芬通过选择性抑制胆汁酸转化细菌分类群增强肝脏胆汁酸合成,而猪去氧胆酸可对抗这一效应。
广泛的临床前研究已确立猪去氧胆酸作为非酒精性脂肪性肝病的有前景治疗候选药物。本研究首次提供证据表明,猪去氧胆酸在小鼠模型中有效减轻他莫昔芬诱导的肝损伤(图10I–P),阐明了内源性猪去氧胆酸通过肠-肝微生物-FXR信号轴改善胆汁酸代谢的药理学潜力。这一研究方向可能将猪去氧胆酸定位为缓解他莫昔芬相关肝毒性同时保持其抗癌疗效的新型辅助治疗。未来研究应阐明猪去氧胆酸保肝作用的分子介导因素,特别是其与FXR以外核受体的相互作用,并在相关患者人群中评估其临床转化潜力。
本研究首次证实,他莫昔芬处理引起肠道菌群组成的显著改变,表现为选择性富集大肠杆菌和耗竭参与胆汁酸代谢的关键细菌分类群毛螺菌科NK4A136群。这些菌群变化驱动猪去氧胆酸水平降低,从而破坏肠-肝胆汁酸-FXR轴并加重肝脏损伤。重要的是,100 mg/kg剂量的猪去氧胆酸有效恢复肠-肝胆汁酸-FXR信号并缓解小鼠他莫昔芬诱导的肝损伤。研究结果表明肠道菌群组成、猪去氧胆酸信号和他莫昔芬诱导肝毒性之间存在复杂的相互作用。这些结果强调猪去氧胆酸在治疗他莫昔芬相关肝病方面的治疗潜力,为改善这一广泛应用药物的安全性提供了新方法。
六、局限性与展望
尽管本研究提示他莫昔芬诱导肝毒性、肠道菌群紊乱和猪去氧胆酸缺乏之间存在强关联,但仍有以下几点局限需要注意。
首先,鉴于猪去氧胆酸在人体中的含量远低于啮齿类动物,未来需要纳入人类胆汁酸谱分析和临床验证的研究以提高本研究发现的转化相关性。
其次,毛螺菌科,特别是NK4A136群,在猪去氧胆酸代谢和他莫昔芬诱导肝损伤中的因果作用尚不充分明确,未来需要使用无菌或悉生模型开展研究。进一步阐明微生物贡献并进行临床验证,有助于更好地理解这些发现在人体中的相关性。
数据可用性声明
本研究分析的数据可在国家医学图书馆网站(https://dataview.ncbi.nlm.nih.gov/object/PRJNA1271280)查阅。
缩略语表
英文缩略语
TAM 他莫昔芬
BA 胆汁酸
DILI 药物性肝损伤
GSH 还原型谷胱甘肽
GSSG 氧化型谷胱甘肽
ABX 抗生素混合物
PCoA 主坐标分析
BSH 胆盐水解酶
BaiN 3-脱氢胆汁酸Δ4,6-还原酶
7α-HSDH 7α-羟基类固醇脱氢酶
αMCA α-鼠胆酸
βMCA β-鼠胆酸
ωMCA ω-鼠胆酸
CA 胆酸
DCA 脱氧胆酸
LCA 石胆酸
CDCA 鹅去氧胆酸
UDCA 熊去氧胆酸
HDCA 猪去氧胆酸
T-αMCA 牛磺酸-α-鼠胆酸
T-βMCA 牛磺酸-β-鼠胆酸
T-ωMCA 牛磺酸-ω-鼠胆酸
TCA 牛磺胆酸
TDCA 牛磺脱氧胆酸
TLCA 牛磺石胆酸
TCDCA 牛磺鹅去氧胆酸
TUDCA 牛磺熊去氧胆酸
THDCA 牛磺猪去氧胆酸
FXR 法尼醇X受体
FGF15 成纤维细胞生长因子15
CYP7A1 胆固醇7α-羟化酶
CYP8B1 固醇12α-羟化酶
CYP27A1 固醇27-羟化酶
CYP7B1 细胞色素P450家族7亚家族B成员1
OCA 奥贝胆酸
CMC-Na 羧甲基纤维素钠
TG 甘油三酯
TC 总胆固醇
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