年12月美国密执安大学内科学系Y.EugeneChen于SCIENCETRANSLATIONALMEDICINE发表文章Glycine-basedtreatmentamelioratesNAFLDbymodulatingfattyacidoxidation,glutathionesynthesis,andthegutmicrobiome其研究发现葡萄糖代谢受损可能是NAFLD发病的原因之一。基于甘氨酸的治疗通过刺激肝脏粮农组织和谷胱甘肽的合成来减轻实验性NAFLD，因此值得临床评估。
非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是最常见的慢性肝病，影响全球25%的人口。NAFLD包括一系列的肝脏病理，包括单纯性肝脂肪变性(HS)，以肝细胞损伤和小叶炎症为特征的伴有纤维化进展的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，以及可能导致肝功能衰竭或肝细胞癌的肝硬化。包括肥胖、2型糖尿病(T2D)、代谢综合征(METS)和血脂异常在内的心脏代谢合并症在NAFLD中很常见。除了肝脏特有的死亡，心血管疾病是NAFLD患者的主要死亡原因，特别是那些NASH患者。尽管非酒精性脂肪肝的全球负担和药物开发方面的巨大努力，到目前为止还没有批准任何治疗方法。
代谢组学和肠道微生物组方面的进展，提高了研究人员对NAFLD发病机制的理解，提出了新的治疗靶点。虽然脂肪和碳水化合物代谢异常是NAFLD的已知特征，但最近基于代谢组学的研究表明，特定氨基酸的代谢异常在NAFLD的发病机制中起着重要作用。尤其是，尽管大多数循环氨基酸在NAFLD中增加，但甘氨酸浓度降低，并且与HS、肝细胞膨胀和小叶炎呈负相关。最近，一个预测NASH的模型包括较低的甘氨酸和已知的生物标志物[例如，天冬氨酸氨基转移酶(AST)和PNPLA3(PNPLA3)。此外，较低的甘氨酸水平与NAFLD合并症(包括肥胖(11例)、T2D(12例)、Mets(13例)、冠心病和心肌梗死(14例、15例))的高患病率相关，而较高的甘氨酸浓度则与有利的脂谱相关(14例)。
图1：NAFLD中甘氨酸生物合成受损
非必需氨基酸甘氨酸主要是由几种前体在肝脏中合成的。这些反应是由关键的酶催化的，这些酶推动丝氨酸(丝氨酸羟甲基转移酶，SHMTs)、苏氨酸(苏氨酸脱氢酶，TDH)、胆碱通过肌氨酸(胆碱脱氢酶和肌氨酸脱氢酶，SARDH)以及丙氨酸合成乙醛。
甘氨酸用于多种途径来产生必需分子，包括嘌呤、谷胱甘肽(GSH)、血红素和肌酸。根据流行病学证据将循环中较低的甘氨酸与心脏代谢性疾病联系在一起，在人类或啮齿动物模型中的研究报告了甘氨酸治疗的降糖/降脂，保护肝脏或抗炎作用。然而，应用完全模拟人类疾病和精确剂量的模型，对甘氨酸在NAFLD中的作用进行全面的调查还没有进行。
考虑到NAFLD的负担，现有治疗方法的缺乏，以及循环甘氨酸降低与NAFLD严重程度相关的一致报道，有充分的理由更好地了解NAFLD的甘氨酸代谢，这可能导致有效的治疗方法。在目前的研究中，研究人员的目标是通过对患有NAFLD的人和小鼠的肝脏进行转录转录，以及通过遗传和饮食方法限制小鼠的甘氨酸供应，来研究甘氨酸代谢改变是否有助于NAFLD的发生。研究人员进一步探索了基于甘氨酸的化合物作为治疗NAFLD的潜在疗法及其作用机制。
氨基酸代谢紊乱被认为与NAFLD和NASH有关。尤其是在NAFLD患者中，循环甘氨酸降低的报道一直很多，但到目前为止，甘氨酸减少背后的机制及其作为致病因子或治疗靶点的潜在作用还没有系统地被解决。在这里，研究人员发现人类和小鼠NAFLD的甘氨酸生物合成受损。利用遗传和饮食方法限制甘氨酸的供应，研究人员为甘氨酸在NAFLD中的致病作用提供了证据。在寻找治疗NAFLD的基于甘氨酸的潜在疗法的过程中，研究人员发现DT-具有双重的降糖/降脂作用，并能有效地保护小鼠免受饮食诱导的NASH的影响。
图2：NASH饮食对Agxt1?/?小鼠血浆的改变
研究人员的发现表明，在非酒精性脂肪肝中发现的较低甘氨酸与Agxt1?/?小鼠肝脏的基因组学有关，表明糖脂代谢途径发生了变化，但AGXT1基因在NASH中的作用以前还没有被评估过。使用CRISPR-CAS9，研究人员获得了Agxt1?/?小鼠，这些小鼠在NASH饮食12周后出现了加重的NASH。研究人员确定了粮农组织途径的抑制，这些途径反过来促进了Agxt1?/?小鼠的脂肪性肝炎和纤维化，支持了甘氨酸代谢受损在NASH中起致病作用的假设。
研究人员进一步应用饮食方法来限制甘氨酸的供应，并使用喂食或不喂食甘氨酸的WD的APOE?/?小鼠，允许同时研究血脂异常、糖耐量受损和HS。在喂食甘氨酸缺乏WD的小鼠中观察到的肥胖症、高脂血症、高血糖和HS的增加得到了以前的报道的支持，其中饮食甘氨酸加速了不同啮齿动物模型中的脂肪减少，改善了糖耐量，降低了血脂，或者HS。这些发现表明甘氨酸缺乏在NAFLD中起着致病作用，同时也构成了测试其治疗潜力的强有力的理论基础。在这里，研究人员使用脂肪性肝炎和纤维化并存的晚期NAFLD的长期饮食模型进行了彻底的调查，该模型更好地模拟了人类疾病，研究人员记录了甘氨酸的保护作用。
图3：Agxt1?/?小鼠中饮食加速诱导的NASH。
在以前的研究中，甘氨酸是通过啮齿动物的饮用水或饮食给药的。为了提高本研究的价值，研究人员每天对小鼠口服甘氨酸，并进行控制。鉴于上述研究表明，较高剂量的甘氨酸(≥1mg/g/d)具有降血糖、降脂和保护肝脏的作用，研究人员在NASH模型中报道了较低剂量(0.33mg/g/d)的保护作用。考虑到老鼠和人类之间12.3剂量的转换系数，研究人员的发现表明，每天至少27毫克/公斤的甘氨酸可能对人类有好处。虽然甘氨酸对NAFLD患者的潜在益处和最佳剂量的评估还没有报道，但T2D患者每天服用5g(~70mg/kg)甘氨酸治疗3个月可降低血糖和促炎细胞因子，进一步强调了其潜在的临床益处。研究人员注意到，每天补充毫克/千克的甘氨酸前体丝氨酸，15个肝脏甘氨酸生物合成基因中有10个被抑制。特别是，在小鼠和人类的NASH中，研究人员都发现了AGXT1的显著抑制，AGXT1催化乙醛酸转化为甘氨酸，并表明AGXT1的表达与人类的肝脏脂肪呈负相关。尽管其他人报道AGXT1在NASH患者和小鼠模型中被抑制，但研究人员的工作强调了AGXT1在NAFLD中的致病作用。Proto降低非酒精性脂肪肝患者的HS和血浆肝酶，尽管队列小且疗程短。
为了寻找比甘氨酸更有效的基于甘氨酸的化合物的双重降糖/降脂作用，研究人员测试了甘氨酸和亮氨酸的组合，亮氨酸是另一种先前报道可以改善小鼠糖耐量和降低HS的氨基酸。应用不同的T2D模型，研究人员的实验室发现DT-三肽的降糖效果超过游离甘氨酸、亮氨酸或它们的二肽组合。在这里，研究人员使用高脂血症和NAFLD小鼠模型显示DT-还可以改善脂谱、HS和NASH。与之前报道的不同，研究人员没有观察到亮氨酸对小鼠的实质性影响，这可以用当前研究中使用的较低剂量来解释。然而，甘氨酸治疗后的代谢益处是明显的。此外，较低剂量的DT-(每天0.毫克/克)也有明显的益处。每天0.5mg/g的DT-治疗可阻止NASH饮食诱导的身体成分改变，并降低肝脏DAG和NAS，表明DT-在预防饮食诱导的NASH方面比同等剂量的甘氨酸更有效。
肠道微生物群已被认为是治疗NAFLD的潜在靶点。非酒精性脂肪肝患者粪便微生物区系的变化影响肝脏脂肪代谢和炎症，并与氨基酸代谢失调有关。为了解决基于甘氨酸的治疗预防饮食诱导的NASH的机制，研究人员应用了几种方法，包括无偏见的元基因组学。研究人员发现梭状芽胞杆菌和梭状芽孢杆菌-1在NASH小鼠中分别是最具代表性的目和科，这反映了之前在NAFLD患者中的研究。此外，研究人员还发现严格意义梭状芽胞杆菌在NASH中有明显的过度表达，这与NAFLD相关的各种参数有关。在以甘氨酸为基础的治疗期间，严格感觉梭状芽胞杆菌的减少进一步表明了该属在NAFLD中的重要作用。作为支持，在饮食诱导的NAFLD小鼠中的研究表明，抗氧化剂治疗(Tempol)有效地降低了HS，使感觉严格梭状芽胞杆菌的数量显著减少。相反，泽泻属在CD或DT-治疗期间过度表达，与NAS呈负相关。这与先前报告NAFLD(48例)、NASH(51例)和肝硬化(52例)患者的泽泻丰度较低的研究是一致的。
图4：DT-预防饮食引起的NASH
通过研究DT-对非NASH依赖的肠道菌群的影响，研究人员发现DT-对CD也有双重的降糖/降脂作用。然而，与NASH研究相比，肠道微生物群中的15个中有11个在接受DT-治疗后发现有轻微的相似之处。DT-治疗引起了菌群水平的变化，增加了双胞菌和减少了Firmicmin，这在健康的人或动物中常见，与肥胖者或Met患者相比，这是常见的。然而，在服用DT-的纳什饮食的小鼠中，没有观察到这一门水平的变化。此外，DT-处理虽然略微降低了狭叶梭状芽孢杆菌在Cd上的丰度，但并没有增加石蒜的丰度。这些发现表明，在NASH饮食中观察到的不同肠道微生物群不太可能是DT-直接作用的结果，肠道微生物群的改变可能不是DT-预防饮食诱导的NASH的主要机制。
图5：对喂食NASH或对照饲料的小鼠肠道微生物组的影响
肝脏游离脂肪酸超载是NASH发病机制的核心。当游离脂肪酸被过量供应给肝脏或其通过粮农组织的处置受到损害时，它们被用作脂毒物质的底物，这些物质诱导氧化应激和促炎/促纤维化途径，促进脂肪性肝炎和纤维化。研究人员的转录分析表明，FAO是NASH小鼠肝脏中受抑制程度最高的途径之一，DT-逆转了这一途径，随后HS和脂毒性降低。与肠道微生物群不同，DT-对粮农组织的影响被发现是独立于NASH的，因为在WD的APOE?/?小鼠和CD的野生型小鼠中，肝脏Tg降低，粮农组织相关基因也上调。作为支持，此前有报道称，甘氨酸摄入会增加食用蔗糖的大鼠肝脏中的粮农组织指数。活体证据和使用海马进行的代谢分析表明，粮农组织的增加是以甘氨酸为基础的治疗预防NASH的核心机制。
已建议将加强粮农组织和增加谷胱甘肽可获得性作为治疗非酒精性脂肪肝的潜在战略。甘氨酸是谷胱甘肽合成所必需的最终氨基酸前体。在NAFLD和T2D中，由于甘氨酸供应有限，GSH合成减少，并在饮食补充后恢复。在这里，转录组学显示，NASH患者的GSH代谢受到抑制，并通过以甘氨酸为基础的治疗(减少肝脏脂质过氧化)而恢复。应用体内和体外代谢组学，研究人员发现DT-直接促进GSH从头合成。与其对微生物群的影响不同，DT-对FAO和GSH的影响与NASH无关。因此，研究人员的研究表明，以甘氨酸为基础的治疗诱导肝脏粮农组织并刺激GSH合成，降低HS和脂毒性，进而减缓Nash进展。通过研究人员的模型，研究人员发现基于甘氨酸的治疗减轻了纳什饮食引起的肝脏/全身炎症和纤维化，这一点在组织学、转录学和血浆分析中都很明显。
图8：以甘氨酸为基础的治疗可减轻NASH饮食引起的肝脏炎症和纤维化
研究人员的研究有一些局限性，反过来也可能成为未来研究的方向。人类研究仅限于转录学，重点是与非酒精性脂肪肝相关的调节甘氨酸代谢的基因表达的改变。未来的临床研究有必要评估基于甘氨酸的治疗非酒精性脂肪肝(NAFLD)的可能性。虽然研究人员使用了一种长期的高脂肪、胆固醇和果糖饮食模型，在该模型中，小鼠表现出人类NASH的组织学和代谢特征，但其他模型也可以用于研究DT-的作用。通过研究DT在NASH小鼠和健康小鼠中的作用，研究人员发现了相似的生理结果，包括降低循环中的血糖、脂质和肝脏脂肪，同时诱导肝脏中FAO和GSH的合成。因为研究人员发现患有NASH的小鼠和健康小鼠的肠道微生物群中依赖于DT-的变化不同，所以研究人员将重点放在肝脏上来研究DT-保护NASH的机制。然而，与肠道微生物群相关的一些方面值得进一步研究。关于DT是否可以直接和不同地影响微生物群与宿主生理的关系，可以在未来的研究中进行评估，重点是DT-对肠道微生物群及其代谢组的影响。用DT-建立微生物区系的体外培养可以解决化合物如何影响微生物区系的问题，而不会受到寄主生理的干扰因素，从而解开寄主和微生物区系的影响。此外，评估以前与肝病相关的严格感觉梭状芽胞杆菌或泽泻杆菌可能的致病作用，可以提高研究人员对微生物群对NAFLD的贡献的理解，并可能导致新的诊断和治疗方法。
研究人员的发现可能对非酒精性脂肪肝的临床治疗有潜在的翻译潜力，目前还没有得到批准的治疗方法。在人类中，尽管样本量小，而且不包括NASH患者，但基于甘氨酸的治疗被证明改善了血糖控制，降低了促炎标志物，并减少了HS。此外，甘氨酸即使在高剂量下也有很好的耐受性和安全性。因此，DT-对NAFLD的治疗潜力值得进一步临床评估。
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