Cell Metabolism I 从肝脏到肠道：DT-109如何通过多重代谢通路逆转NASH？

2023年5月2日，来自西安交通大学、北京大学、密歇根大学等研究团队在《Cell Metabolism》（JCR 1区，IF=37.0）发表题为“DT-109 ameliorates nonalcoholic steatohepatitis in nonhuman primates”的研究论文。该研究围绕甘氨酸衍生三肽 DT-109（Gly-Gly-Leu） 展开，不仅建立了一个在组织学和转录组层面接近人类疾病特征的非人灵长类NASH模型，还通过转录组、蛋白质组、代谢组和微生物组等多组学手段，系统揭示了DT-109改善NASH的作用机制。

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是非酒精性脂肪性肝病进一步进展后的严重阶段，其核心病理特征包括肝脂肪变性、炎症以及纤维化。NASH药物研发面临的一个重要问题，是传统小鼠模型与人类疾病之间存在较大差异，导致许多在动物实验中表现良好的候选药物难以成功转化到临床。与此同时，越来越多研究提示，甘氨酸代谢紊乱可能参与NASH发生发展。DT-109是一种由两个甘氨酸和一个亮氨酸组成的三肽，此前研究已经发现其能够促进脂肪酸降解并增强谷胱甘肽合成，因此研究团队进一步评估其在更接近人体的非人灵长类模型中的治疗潜力。

首先，作者在小鼠NASH模型中进行了DT-109剂量筛选。结果显示，DT-109能够剂量依赖性改善肝脂肪变性、肝损伤和纤维化。其中450 mg/kg/day的作用最为明显，可降低肝脏/体重比以及血液AST、ALT水平，同时明显改善脂肪变性评分、NAS评分和纤维化评分，提示DT-109具有较稳定的抗NASH作用。

为了提高研究结果的临床转化价值，研究团队进一步从1000余只食蟹猴中筛选具有NASH易感特征的个体，最终选取20只雄性食蟹猴，并通过特定NASH饮食持续诱导10个月。结果显示，这些动物出现明显的肥胖、血脂异常、肝损伤以及肝脏脂肪变性、炎症、气球样变和纤维化。更重要的是，其肝脏转录组变化与人类NASH表现出较高的一致性，说明该模型能够较好模拟人类NASH的病理和分子特征。

在确认NASH形成后，研究人员将食蟹猴随机分为DT-109组和对照组，在继续NASH饮食的基础上给予DT-109 150 mg/kg/day，持续5个月。虽然DT-109对动物体重、血糖及外周血脂水平并没有产生明显改变，但其对肝脏病变表现出显著改善作用。DT-109降低了AST和ALP水平，并显著改善肝脂肪变性、肝细胞气球样变、NAS评分以及肝纤维化。与此同时，对照组的炎症和纤维化在5个月内继续进展，而DT-109能够明显抑制这一疾病进程。

机制研究进一步发现，DT-109的作用并非局限于单一代谢通路。转录组和蛋白质组分析显示，DT-109能够显著增强脂肪酸降解相关通路，同时上调甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，并抑制炎症、趋化因子信号及细胞外基质重塑相关通路。组织学和生化分析进一步证实，DT-109处理后肝脏甘油三酯含量明显下降，巨噬细胞相关炎症指标减少，肝脏胶原沉积降低，而具有重要抗氧化作用的谷胱甘肽（GSH）水平显著升高。因此，DT-109一方面促进脂肪酸分解，减少肝脏脂质沉积；另一方面通过增加GSH形成增强抗氧化防御，从而共同减轻NASH进展。

除了直接作用于肝脏代谢外，研究还发现了一条重要的“肠道菌群—胆汁酸—肝脏”调控途径。代谢组分析显示，DT-109能够显著降低循环胆汁酸水平，其中变化最明显的是具有肝毒性的次级胆汁酸石胆酸（LCA）。进一步的肠道菌群分析发现，DT-109能够改变肠道微生物组成，降低与NASH严重程度呈正相关的Escherichia-Shigella，同时增加具有抗炎作用的Faecalibacterium prausnitzii。同位素示踪实验进一步表明，DT-109能够抑制肠道微生物由CDCA生成LCA，而Faecalibacterium prausnitzii增加可能是其中的重要环节。

作者还在人群样本中检测了LCA水平。结果显示，NAFLD患者循环LCA水平高于健康人群，并且在校正年龄、性别、甘油三酯、空腹血糖以及HDL-C等因素后，较高的LCA仍与NAFLD风险独立相关。这进一步增强了DT-109通过调节肠道菌群和胆汁酸代谢改善脂肪性肝病的临床相关性。

总体而言，本研究建立了一条较完整的作用机制链：

DT-109 → 脂肪酸降解↑ + GSH合成↑ → 肝脂质沉积及氧化应激↓；

同时：

DT-109 → 肠道菌群重塑 → Faecalibacterium prausnitzii↑ → LCA生成↓ → 肠-肝轴损伤减轻 → NASH改善。

该研究的重要意义在于，DT-109并非仅针对单一靶点，而是同时调控脂质代谢、抗氧化防御、炎症纤维化以及肠道菌群-胆汁酸代谢等多个环节；同时，研究使用了与人类NASH在组织学和转录组层面更加接近的非人灵长类模型，因此具有较高的临床转化价值。

不过，该研究仍存在一定局限。非人灵长类实验仅采用雄性动物，因此DT-109在雌性个体中的疗效和安全性仍需验证；此外，肠道菌群只在部分动物中进行了分析，而且不同物种之间菌群组成差异较大，因此相关机制仍需要在人群中进一步确认。研究建立的食蟹猴模型还出现了较明显的高胆固醇血症，其与人类NASH的代谢特征并不完全一致。

因此，尽管目前DT-109的疗效和安全性主要得到小鼠、细胞及非人灵长类模型支持，但该研究为其进一步开展临床试验提供了重要依据，也提示针对NASH这类复杂代谢性疾病，未来可能需要从单一靶点治疗转向“肝脏代谢 + 氧化应激 + 肠道菌群/胆汁酸”多通路协同干预。

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【摘 要】

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是一种以肝脂肪变性、炎症和纤维化为主要特征的代谢性肝病，目前其药物研发仍面临临床转化率较低等问题。本研究以甘氨酸衍生三肽DT-109为研究对象，在小鼠及食蟹猴NASH模型中评价其治疗作用及潜在机制。结果显示，DT-109可显著改善肝脂肪变性、炎症及纤维化，并降低肝脏甘油三酯和肝损伤相关指标。多组学分析表明，DT-109能够促进肝脏脂肪酸降解和谷胱甘肽生成，同时抑制炎症及纤维化相关通路。此外，DT-109还可重塑肠道菌群，提高Faecalibacterium prausnitzii丰度，抑制肝毒性次级胆汁酸石胆酸（LCA）的生成，从而改善肠-肝轴代谢异常。总体而言，该研究揭示了DT-109通过“脂肪酸代谢—抗氧化防御—肠道菌群/胆汁酸代谢”多通路协同改善NASH的作用机制，并为其进一步开展临床转化研究提供了重要依据。

01

研究背景及科学问题

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）及其进展形式非酒精性脂肪性肝炎（NASH）发病率持续升高。NASH不仅表现为肝脏脂质大量积累，还伴随肝细胞损伤、炎症反应和纤维化，严重时可进一步发展为肝硬化甚至肝癌。

目前NASH药物研发面临一个突出问题，即动物实验结果向临床转化的成功率较低。传统研究主要依赖小鼠模型，但小鼠与人类在脂质代谢、炎症、纤维化及肠道菌群等方面存在明显差异，因此许多在啮齿类动物中有效的候选药物进入临床后并未取得预期疗效。

近年来，研究发现甘氨酸代谢异常与NASH发生发展密切相关。DT-109是一种由Gly-Gly-Leu组成的甘氨酸衍生三肽，前期研究提示其能够促进脂肪酸降解并增强谷胱甘肽合成，从而改善小鼠NASH。然而，其在更接近人类疾病的非人灵长类模型中是否仍然有效，以及其作用是否涉及肝脏之外的代谢调控机制，仍不明确。

基于上述背景，本研究主要围绕以下几个科学问题展开：

1. DT-109能否在与人类NASH更加接近的非人灵长类模型中发挥稳定的治疗作用？
   即验证DT-109是否能够改善已经形成的肝脂肪变性、炎症和纤维化，从而提高其临床转化可信度。

2. DT-109改善NASH的核心分子和代谢机制是什么？
   研究重点考察其是否通过促进脂肪酸降解、增强谷胱甘肽合成及抗氧化防御，同时抑制炎症和纤维化相关通路发挥作用。

3. DT-109是否还通过肠道菌群和胆汁酸代谢参与NASH调控？
   作者进一步关注DT-109能否改变肠道菌群组成，并影响具有肝毒性的次级胆汁酸，特别是石胆酸（LCA）的生成，从而建立肠道菌群—胆汁酸—肝脏之间的作用联系。

因此，本研究的核心科学问题可以概括为：

DT-109能否通过同时调控肝脏脂质代谢、抗氧化防御以及肠道菌群-胆汁酸代谢，多通路协同改善NASH，并具备进一步向临床转化的潜力？

02

重要发现及亮点

1. DT-109能够剂量依赖性改善小鼠NASH及肝纤维化

研究团队首先在高脂、高果糖、高胆固醇饮食诱导的NASH小鼠中评价DT-109的治疗效果。小鼠在完成12周NASH饮食、确认已出现脂肪性肝炎和早期纤维化后，再分别给予15、45、150和450 mg/kg/day DT-109干预12周。

结果显示，DT-109能够呈剂量依赖性降低肝脏损伤和脂肪性肝炎程度。其中，450 mg/kg/day效果最明显，肝脏/体重比降低31.1%，血浆AST和ALT分别降低34.2%和50.3%。组织学结果进一步显示，DT-109可明显减少肝脂肪变、炎症和胶原沉积，并降低NAS评分和纤维化评分。

值得注意的是，DT-109并未明显逆转NASH饮食导致的整体体重增加，提示其保护作用更可能来自对肝脏代谢和疾病进程的直接改善，而非单纯依赖减重。

图1. DT-109剂量依赖性改善小鼠NASH。
(A) 小鼠NASH建模及DT-109不同剂量干预流程；
(B) 各组肝脏/体重比；
(C-E) 血浆AST、ALT和ALP水平；
(F) 肝脏大体形态；
(G-H) H&E及Sirius Red染色评价脂肪性肝炎和纤维化；
(I-J) 肝脏甘油三酯和羟脯氨酸含量；
(K) 肝脂肪变、NAS及纤维化评分。

2. 成功建立与人类NASH高度相似的非人灵长类模型

考虑到传统小鼠模型与人类NASH之间存在明显差异，研究团队进一步构建了具有更高临床转化价值的食蟹猴NASH模型。研究首先从1000余只食蟹猴中筛选出年龄较大、BMI较高且具有NASH易感特征的动物，最终选择20只NAS评分为1–3的雄性食蟹猴，给予NASH饮食10个月。

建模后，食蟹猴出现明显的肥胖、血脂异常、肝损伤以及肝组织脂肪变、炎症、气球样变和纤维化。整体NAS评分由约1.95升高至4.39，纤维化评分由0.37升高至1.50。

更重要的是，作者将食蟹猴肝脏RNA测序结果与多个人类NASH队列进行比较，发现两者在炎症、趋化因子信号、细胞外基质重塑以及氨基酸代谢等多个通路中表现出高度一致的改变。例如，PPARA等脂肪酸代谢相关基因下降，而NLRP3、TGFB1等炎症和纤维化相关基因升高。

因此，本研究不仅评价了一种候选治疗分子，同时建立了一个在组织病理和转录组层面均较接近人类NASH的非人灵长类疾病模型。

图2. 建立与人类NASH高度相似的食蟹猴模型。
(A) 食蟹猴筛选、NASH饮食建模及后续研究流程；
(B-D) 建模前后体重、腹围和腰围变化；
(E) 血清AST变化；
(F-G) 肝组织H&E及Sirius Red染色；
(H) 脂肪变、炎症、气球样变、NAS及纤维化评分；
(I) 食蟹猴与人类NASH肝脏转录组通路比较；
(J) 脂质代谢、炎症及纤维化相关基因在人和食蟹猴中的一致性分析。

3. DT-109可逆转非人灵长类已形成的肝脂肪变，并阻止炎症和纤维化继续进展

在确认食蟹猴已经形成NASH后，作者将动物随机分为DT-109组和对照组，在继续NASH饮食的基础上给予150 mg/kg/day DT-109，持续5个月。

DT-109并未显著改变食蟹猴的体重、腹围、血糖和循环脂质水平，但能够明显降低AST和ALP，提示其作用并不是简单改善全身肥胖或血脂，而是直接影响肝脏病理过程。

组织学分析显示，DT-109处理后肝脂肪变评分由1.72降低至0.84，肝细胞气球样变、总体NAS以及纤维化评分均显著降低。更有意义的是，在继续摄入NASH饮食的情况下，对照组的炎症、NAS和纤维化在5个月内进一步恶化，而DT-109能够阻止炎症和纤维化继续进展，并逆转已经形成的肝脂肪变。

这说明DT-109不仅具有预防作用，还可能对已经形成的NASH具有一定的治疗性作用。

图3. DT-109改善已形成的食蟹猴NASH。
(A-B) DT-109处理后体重和腹围变化；
(C-E) 血清AST、ALT和ALP水平；
(F) 肝脏大体形态；
(G-H) H&E及Sirius Red染色；
(I) 干预前后脂肪变、炎症、气球样变、NAS及纤维化评分比较。

4. 多组学分析揭示DT-109同时促进脂肪酸降解，并抑制炎症和纤维化通路

为明确DT-109改善NASH的分子机制，作者对食蟹猴肝脏进行了转录组和蛋白质组分析。

RNA测序显示，DT-109处理后共有575个基因下调、391个基因上调。其中，TREM2、CCL18、LAT2和SLAMF7等炎症和免疫相关基因明显降低，TIMP1、COL16A1、MMP14、CTHRC1和ITGA11等纤维化和细胞外基质重塑相关基因也受到抑制。

与此同时，能量和脂肪酸代谢调控因子PPARGC1A以及其他脂肪酸和胆固醇代谢相关基因明显上调。通路分析进一步显示，DT-109增强了脂肪酸降解、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢等通路，而细胞因子、趋化因子、ECM-receptor interaction、细胞黏附等炎症和纤维化通路则明显下降。

蛋白质组结果与转录组结果高度一致，说明这种改变不仅停留在mRNA层面，而是进一步反映到了蛋白质和功能通路水平。

图4. 转录组和蛋白质组揭示DT-109的肝脏保护机制。
(A) DT-109组与对照组肝脏转录组PCA分析；
(B) 差异表达基因火山图；
(C-D) 上调及下调通路富集分析；
(E) 脂肪酸代谢、胆固醇代谢、炎症及纤维化相关基因热图；
(F) 转录组与蛋白质组GSEA结果；
(G) Oil Red O染色评价肝脏脂质沉积；
(H、J) CD68染色评价巨噬细胞浸润；
(I) 肝脏TG含量；
(K) 肝脏羟脯氨酸含量；
(L) 肝脏GSH水平。

5. DT-109通过促进脂肪酸降解和GSH生成，同时改善脂质毒性和氧化应激

在多组学结果基础上，研究团队进一步进行了组织学和生化验证。

DT-109处理后，食蟹猴肝脏Oil Red O染色明显减弱，肝脏TG含量降低约30.1%，说明肝脏脂质沉积明显改善。同时，CD68阳性巨噬细胞明显减少，下降约76.3%，提示肝脏炎症反应受到抑制。

肝脏羟脯氨酸含量也显著下降，与纤维化改善一致。另一方面，DT-109处理后肝脏谷胱甘肽GSH水平提高约3倍。

因此，DT-109的肝脏保护作用可以概括为两条互补的代谢通路：

DT-109 → 脂肪酸降解↑ → 肝TG及脂毒性↓

以及

DT-109 → 甘氨酸代谢/GSH合成↑ → 抗氧化能力↑ → 氧化应激↓

这也是该研究的重要亮点之一：DT-109并不是单纯降低脂质，而是同时干预了脂质处理能力和抗氧化防御能力。

6. DT-109显著抑制胆汁酸代谢异常，尤其降低具有肝毒性的石胆酸LCA

除了肝脏内部代谢，作者进一步通过非靶向和靶向代谢组学研究DT-109是否影响其他代谢通路。

结果发现，DT-109处理后血清代谢谱发生明显变化，其中变化最突出的通路之一是胆汁酸代谢。多种胆汁酸水平下降，而变化最显著的是次级胆汁酸石胆酸（LCA）。

非靶向代谢组显示LCA降低约75.7%，靶向代谢组进一步证实循环LCA降低约68.3%。总胆汁酸和次级胆汁酸水平也明显下降。

由于LCA具有肝毒性，并与肝损伤和代谢性肝病进展密切相关，这一结果提示DT-109的作用并不局限于肝细胞自身，而可能进一步涉及肠道菌群介导的胆汁酸代谢调节。

图5. DT-109抑制NASH食蟹猴胆汁酸代谢异常。
(A) 血清非靶向和靶向代谢组学分析流程；
(B-C) PCA和OPLS-DA分析；
(D) 差异代谢通路富集；
(E) 差异代谢物热图；
(F) 非靶向代谢组中不同胆汁酸变化；
(G) 靶向代谢组验证胆汁酸水平；
(H) 总胆汁酸、初级及次级胆汁酸变化。

7. DT-109重塑肠道菌群，并建立“菌群—LCA—NASH”联系

由于LCA主要由肠道细菌通过对CDCA进行7α-脱羟基作用生成，作者进一步分析了DT-109对肠道菌群的影响。

16S rRNA测序发现，DT-109能够显著改变食蟹猴的肠道菌群组成。其中，Escherichia-Shigella下降，而Faecalibacterium增加。

相关性分析显示，Escherichia-Shigella与血清AST、NAS评分、纤维化程度以及肝脏LCA水平均呈正相关；而Faecalibacterium则与上述指标呈明显负相关。

进一步qPCR验证显示，DT-109使具有抗炎特性的Faecalibacterium prausnitzii增加约2.7倍，而Escherichia-Shigella下降约92.9%。

这一结果将DT-109的作用范围从肝脏进一步延伸到了肠-肝轴，提示肠道菌群重塑可能是DT-109降低LCA并改善NASH的重要环节。

图6. DT-109改变肠道菌群并影响LCA代谢。
(A-B) 粪便胆汁酸PCA及OPLS-DA分析；
(C) 粪便胆汁酸谱热图；
(D) 粪便LCA等胆汁酸变化；
(E) 肠道菌群β多样性分析；
(F-G) 差异菌群分析；
(H) 差异菌群与AST、NAS、纤维化及LCA水平的相关性分析。

8. 同位素示踪实验进一步验证DT-109可抑制肠道微生物生成LCA

为了从“相关性”进一步推进到功能验证，作者采用**同位素标记CDCA（d4-CDCA）**作为底物，直接检测肠道微生物生成d4-LCA的能力。

结果显示，在小鼠粪便提取物中加入DT-109后，LCA生成量呈剂量依赖性降低。在最高500 μM条件下，LCA生成减少约53.3%。

进一步加入Faecalibacterium prausnitzii后，同样观察到LCA生成受到抑制，说明DT-109诱导的该菌增加可能参与了LCA下降。

因此，论文从“菌群变化—代谢物变化—同位素功能验证”三个层面建立了较完整的证据链，而不仅仅停留在菌群丰度相关性分析。

9. 人群数据进一步证实LCA与NAFLD风险相关，提高研究的临床转化意义

作者最后在149例NAFLD患者和229例健康对照中检测循环LCA水平。

结果显示，NAFLD患者血浆LCA水平明显升高。进一步校正年龄和性别后，LCA仍与NAFLD风险呈正相关；在继续校正甘油三酯、空腹血糖以及HDL-C等因素后，该相关性仍然存在。

这一结果说明，在动物实验中发现的LCA变化并非单纯属于食蟹猴模型中的特殊现象，而在人类脂肪性肝病中也具有一定临床相关性。

图7. DT-109抑制微生物LCA生成并验证LCA与人类NAFLD的关系。
(A) DT-109处理后Faecalibacterium prausnitzii丰度变化；
(B) Escherichia-Shigella丰度变化；
(C) DT-109对d4-CDCA转化为d4-LCA的剂量依赖性影响；
(D) Faecalibacterium prausnitzii对LCA生成的影响；
(E) NAFLD患者与健康人循环LCA水平比较；
(F) DT-109改善NASH的整体作用机制示意图。

文章核心亮点

这篇研究最大的亮点并不只是证明了“DT-109能够改善NASH”，而是构建了一条从小鼠剂量筛选 → 与人类高度相似的非人灵长类模型 → 多组学机制解析 → 肠道菌群功能验证 → 人群代谢物验证的完整证据链。

最终形成的核心机制可以概括为：

DT-109 → 脂肪酸降解↑ + GSH生成↑ → 肝脂质沉积、氧化应激、炎症和纤维化↓

同时还存在另一条重要的肠-肝轴：

DT-109 → 肠道菌群重塑 → Faecalibacterium prausnitzii↑ / Escherichia-Shigella↓ → 微生物LCA生成↓ → 肝毒性胆汁酸负荷↓ → NASH改善

因此，这项工作的突出之处在于提出了一个**“肝内代谢改善 + 肠道菌群/胆汁酸调节”双路径协同机制**，并利用非人灵长类模型显著增强了DT-109进一步向临床研究转化的依据。

【贡献】★★★★★

1. 建立了临床转化价值更高的非人灵长类NASH模型

本研究通过筛选NASH易感食蟹猴并进行长期饮食诱导，建立了在肝脏组织学、代谢表型及转录组特征上均较接近人类NASH的非人灵长类模型，为后续NASH药物的临床前评价提供了更具转化价值的研究平台。

1. 系统验证了DT-109对已形成NASH的治疗潜力

研究不仅在小鼠中证实DT-109具有剂量依赖性的治疗作用，还进一步证明其能够在已经形成NASH的食蟹猴中逆转肝脂肪变，并抑制炎症和纤维化继续进展，将DT-109的研究证据从啮齿类动物推进到了非人灵长类层面。

1. 揭示了DT-109改善NASH的多通路作用机制

通过转录组、蛋白质组和代谢组分析，研究发现DT-109能够促进脂肪酸降解和谷胱甘肽生成，同时抑制炎症及细胞外基质重塑，从而共同减少肝脂质沉积、氧化应激、炎症和纤维化。

1. 发现了“DT-109—肠道菌群—LCA—肝脏”调控机制

研究进一步发现，DT-109能够改变肠道菌群组成，增加Faecalibacterium prausnitzii，减少Escherichia-Shigella，并降低具有肝毒性的次级胆汁酸LCA。结合同位素示踪实验，进一步证明肠道菌群变化与LCA生成降低之间存在功能联系。

其作用链可概括为：

DT-109 → 肠道菌群重塑 → LCA生成↓ → 肝脏毒性负荷↓ → NASH改善

1. 将动物机制研究与人群数据相结合

研究进一步发现NAFLD患者循环LCA水平升高，并且LCA与NAFLD风险相关，从而将非人灵长类动物中发现的胆汁酸代谢机制与人类脂肪性肝病联系起来，增强了研究结果的临床相关性。

1. 为NASH多通路干预提供了新的治疗思路

本研究表明，DT-109并非只作用于单一靶点，而是同时调节肝脏脂质代谢、抗氧化防御、炎症纤维化以及肠道菌群和胆汁酸代谢，为NASH这类复杂代谢性疾病的多通路协同治疗提供了新的思路。

本研究在高临床转化价值的非人灵长类NASH模型中验证了DT-109的治疗作用，并系统揭示了“肝脏脂肪酸代谢和GSH防御 + 肠道菌群-LCA代谢”共同介导NASH改善的作用机制，为DT-109进一步开展临床研究提供了重要依据。

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