胆汁酸和肠道菌群在肥胖儿童非酒精性脂肪肝病中的交互作用和机制研究

Gut microbiota and bile acids play an important role in the development of NAFLD. It has rapidly evolved into the most common liver disease in the pediatric population with the increased incidence of obesity and NAFLD worldwide, but it lacks medication for pediatric NAFLD so far. Life style and diet intervention can effectively control and revert the early NAFLD, however, it remains challenging due to the lack of non-invasive and validated biomarkers for the early diagnosis. More importantly, the mechanistic studies on pediatric NAFLD are limited. This study will identify the characteristic compositions of gut microbiome and bile acid profiles of pediatric NAFLD, and validate their regression along with the improvement of NAFLD after diet intervention. Then, we will conduct animal experiment with microbiota and bile acid metabolism intervention, to demonstrate the critical interplay between gut microbiota and bile acids. This study will help us to understand the important role of gut microbiota and bile acids during the development of NAFLD, and providing potential noninvasive biomarkers and therapeutic targets for future diagnosis and prognosis.

肠道菌群和胆汁酸代谢是近年来非酒精性脂肪肝（NAFLD）发病机制研究的热点。当今儿童肥胖成为全球“流行病”，肥胖儿童NAFLD发病率持续攀升，已成为儿童最常见的慢性肝脏疾病，迄今没有药物批准治疗儿童NAFLD。生活方式和饮食干预能有效控制和逆转早期NAFLD，但临床上缺乏无创的准确的早期诊断方法，关键原因是儿童NAFLD机制研究甚少。本项目拟采用临床研究获取NAFLD患儿的肠道菌群和胆汁酸代谢特征谱，利用饮食干预验证紊乱的肠道菌群和胆汁酸得到恢复。通过动物实验干预标准或高脂饮食喂养小鼠的胆汁酸和肠道菌，进一步阐明关键胆汁酸和菌种参与调控NAFLD发生发展的机制。本研究的完成，将拓展我们认识肠道菌群和胆汁酸在肥胖儿童NAFLD发生发展的重要作用，为开发无创、灵敏的生物标志物辅助诊断儿童NAFLD，和“通过改善胆汁酸代谢和肠道菌群来治疗NAFLD”这一潜在临床治疗靶点提供科学的理论依据。

非酒精性脂肪肝病（NAFLD）已成为肥胖儿童中最常见的慢性肝脏疾病，但缺少有效的早期诊断和干预方法。肠道菌群与胆汁酸代谢紊乱是肥胖NAFLD发生发展的重要特征，但是儿童肥胖NAFLD的肠道菌群和胆汁酸代谢特征研究较少，且两者的交互作用尚不清楚。我们针对该科学问题开展了深入研究。首先，通过临床横断面研究，我们利用超高效液相色谱串联质谱联用仪（UPLC-MS/MS）靶向代谢组学的检测方法，系统分析和比较健康儿童，单纯性肥胖儿童，和肥胖伴有非酒精性脂肪肝病（NAFLD）儿童的血清、粪便、和尿液样本的胆汁酸代谢谱。利用宏基因组测序方法，分析三组研究对象粪便样本中的肠道菌群特征。其次，通过多种饮食诱导肥胖NAFLD小鼠模型，系统研究NAFLD发生早期和发展过程中肝肠循环中的胆汁酸代谢特征，以及肠道菌群与胆汁酸代谢的相互作用网络。从临床和动物实验中，我们发现次级胆汁酸代谢(LCA等)与肠道梭杆菌属菌种交互作用最显著，是潜在的干预和治疗靶点。通过比较不同年龄阶段的肥胖NAFLD小鼠模型，发现早期不健康饮食暴露导致更严重的胆汁酸代谢紊乱。最后，我们采用限糖饮食干预可以缓解肥胖NAFLD儿童的体脂分布和糖脂代谢紊乱。基于NAFLD患者大队列，进一步验证次级胆汁酸代谢与NAFLD患者肝脏纤维化严重程度密切相关，石胆酸LCA等多个次级胆汁酸可预测NAFLD患者的肝脏早期纤维化。通过本项目的研究，我们完成了既定科学目标，为儿童肥胖NAFLD机制研究和治疗干预靶点提供科学依据。此外，在临床应用研究方面，我们系统分析并建立了浙江地区健康儿童血清胆汁酸参考区间，为临床诊断和应用提供参考依据。基于临床和动物实验研究中所产生的高通量多组学数据，我们还开发了肠道宏基因组和代谢组学整合分析的生信交互式分析软件M2IA和MetOrigin，推动肠道微生物和代谢组学研究和临床应用。