多组学分析揭示先天性肝纤维化小鼠模型中宿主-微生物组的互作机制

《BMC Microbiology》：Multi-omics analysis of host-microbiome interactions in a mouse model of congenital hepatic fibrosis

编辑推荐：本研究针对PKHD1基因突变导致的先天性肝纤维化(CHF)发病机制不清的问题，通过CRISPR/Cas9构建Pkhd1del3-4/del3-4小鼠模型，结合16S rDNA测序和非靶向代谢组学，发现Mucispirillum等核心菌群与胆汁酸代谢通路的异常激活显著相关，建立的诊断模型AUC达0.982，为遗传性肝病提供了新的微生物标志物和干预靶点。

　　

先天性肝纤维化(CHF)是一种由PKHD1基因突变引起的罕见遗传病，其特征性胆管扩张和门静脉周围纤维化给临床诊断带来巨大挑战。尽管已知纤维囊蛋白(FPC)缺陷会通过巨噬细胞募集促进纤维化，但肠道微生物组在这一遗传性疾病中的作用仍是未解之谜。更引人深思的是，既往关于肝纤维化的研究多聚焦于获得性病因，而遗传因素如何通过"肠-肝轴"影响疾病进程尚属空白领域。这些知识缺口使得开发针对CHF的早期诊断方法和靶向干预策略面临严峻挑战。

南京医科大学的研究团队在《BMC Microbiology》发表的研究中，创新性地采用多组学整合策略揭示了CHF中宿主-微生物组的互作网络。研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建Pkhd1^{del3-4/del3-4}小鼠模型，对11只基因敲除鼠和10只野生型对照的粪便样本进行16S rDNA测序和非靶向代谢组学分析，运用DIABLO算法进行数据整合。关键实验技术包括：基因编辑动物模型构建、透射电镜观察纤毛超微结构、Illumina NovaSeq平台进行微生物组测序、Q-Exactive质谱仪进行代谢物检测，以及PICRUSt2功能预测分析。

研究结果部分，"Pkhd1^{del3-4/del3-4}小鼠模型的建立"显示，敲除小鼠不仅出现典型的胆管囊肿和进行性肝纤维化，透射电镜更首次捕捉到胆管上皮细胞纤毛结构紊乱的特征性改变，这为遗传缺陷导致的原发性纤毛功能障碍提供了直接证据。"微生物组成与多样性分析"揭示，虽然α/β多样性无显著差异，但Deferribacterota门和Mucispirillum等13个属在CHF小鼠中特异性富集，且Mucispirillum与Eisenbergiella、Oscillibacter形成强正相关网络，提示其可能作为"核心菌群"协同参与疾病进程。"功能预测分析"发现CHF组丁酸代谢通路显著下调，而结直肠癌、帕金森病等相关通路异常激活，这为理解遗传性肝病与全身性并发症的关联提供了新视角。"代谢组学特征"鉴定出145种差异代谢物，其中99种在CHF组上调，GSEA分析显示牛磺酸代谢和辅因子生物合成通路显著激活，特别是胆汁酸代谢的增强与胆管病变特征高度吻合。"多组学整合与诊断模型"部分最具突破性，DIABLO分析显示微生物-代谢物相关性高达0.93，随机森林模型以代谢组数据达到AUC 0.982的惊人判别效能，关键特征包括Desulfovibrionaceae未分类菌和吡咯烷二酮等代谢物。

这项研究首次绘制了遗传性肝纤维化的多组学图谱，其科学价值主要体现在三个方面：首先，发现Mucispirillum等菌群可能通过破坏肠道屏障和丁酸代谢缺陷加剧纤维化进程，这为"肠-肝轴"理论在遗传性疾病中的应用提供了实证；其次，建立的代谢标志物panel突破了传统组织学诊断的局限性；最后，提出的PKHD1突变-菌群失调-代谢紊乱三联机制，为开发菌群移植或代谢干预等精准治疗策略指明了方向。值得注意的是，研究者也坦诚指出小鼠模型与人类疾病的物种差异，建议未来扩大样本量以区分遗传突变和纤维化本身对菌群的影响。这些发现不仅为CHF诊疗带来新希望，更为探索其他遗传性疾病的微生物组机制提供了范式转移的研究思路。