代谢功能障碍相关性脂肪肝病（MAFLD）估计影响了全球四分之一的人口，是所有社会面临的主要健康威胁。然而，目前尚无获批的药物治疗手段可用于MAFLD。近期有研究报道，富含氢气的水可减少MAFLD患者的肝脏脂质沉积，但由于氢气剂量较低，其疗效有限。增加氢气剂量可能增强治疗效果，但技术上仍具挑战性。本研究中，我们设计并合成了将氨硼烷封装于中空介孔二氧化硅纳米颗粒中的氢气纳米胶囊，以实现肠道内超高水平且持续的氢气释放。随后，我们评估了该氢气纳米胶囊在治疗早期MAFLD以及肥胖、糖尿病等其他代谢紊乱方面的疗效。

图2、AB@hMSN@PEG 可减轻 C57BL/6 N 小鼠的饮食诱导性代谢紊乱。将 AB@hMSN@PEG 以 0.4 mg/g 的剂量与高脂饮食（HFD）混合，喂食八周龄的 C57BL/6 N 小鼠，连续 16 周。每组 12 只。（A）每两周测量一次体重。Ns：无显著差异（B）肝脏重量。（C）表皮白色脂肪组织（eWAT）、腹股沟白色脂肪组织（iWAT）、后腹膜白色脂肪组织（rWAT）和棕色脂肪组织（BAT）的重量。Ns：无显著差异（D）肝组织切片的 H&E 和油红 O（ORO）染色代表性图像。比例尺：200 μm。（E）通过测定 ORO 染色程度定量脂质负荷。（F–G）肝脏中甘油三酯和胆固醇含量。（H）空腹 6 小时后的血糖浓度。p < 0.001。（I）腹腔内葡萄糖耐受试验（IPGTT）。差异通过曲线下面积（AUC）进行比较。（J）空腹 6 小时后的血浆胰岛素浓度。

图3、AB@hMSN@PEG 可减轻 db/db 小鼠由基因突变引起的肥胖和糖尿病。AB@hMSN@PEG 以 0.4 mg/g 的剂量与正常饮食（ND）混合使用。8 周龄的 db/db 小鼠分别喂食 ND 或含 AB@hMSN@PEG 的 ND 饮食，持续 6 周。每组 N = 10 只。（A）每周测量体重变化，终点时比较体重增长情况。*：p < 0.05。（B）表皮 eWAT、iWAT、rWAT 和 BAT 的重量。ns：无显著差异；**：p < 0.01。（C）血浆胆固醇浓度。***：p < 0.001。（D）肝脏切片 H&E 和 ORO 染色的代表性图像。比例尺：200 μm。（E）通过测量 ORO 染色程度定量脂质负荷。*：p < 0.05。（F）肝内甘油三酯含量。（G）空腹 6 小时后的血糖浓度。***：p < 0.0001。（H）腹腔内葡萄糖耐受试验（IPGTT）。采用曲线下面积（AUC）进行差异比较。**：p < 0.01。（I）血浆胰岛素浓度。***：p < 0.001。（J–K）小鼠分别接受不同剂量的 AB@hMSN@PEG（每日 48、96 和 192 μg）、HRW（每日 200 μL）或生理盐水（每日 200 μL），每组 n = 4–5 只。*：p < 0.05；**：p < 0.01；***：p < 0.001。与生理盐水对照组比较。(J) 脂肪组织重量增加与生理盐水对照组比较。(K) 空腹6小时后的血糖浓度。

图4、持续的H2供应改变了肠道菌群组成。8周龄的C57BL/6 N小鼠被喂食高脂饮食（HFD）16周，分别在第3周和第16周采集粪便样本。图中每行或每列代表来自3只小鼠的混合粪便样本。A03和A16：分别在第3周和第16周采集的AB@hMSN@PEG处理小鼠的粪便样本；E03和E16：分别在第3周和第16周采集的空白对照组（未添加AB和hMSN@PEG）小鼠的粪便样本。（A）堆叠柱状图显示各样本家族级别的分类丰度。（B）堆叠柱状图显示各样本属级别的分类丰度。（C）堆叠柱状图显示各样本属级别的分类丰度。（D）热图显示各样本属级别的分类丰度。（E）F/B指数，即拟杆菌门与双歧杆菌门丰度之比。（F）肠道菌群富集通路。（G）LEfSe系统发育树，用于分析空白对照组（无AB和hMSN@PEG）及不同时间点AB@hMSN@PEG处理组的差异。这个系统发育树显示了分类层级，最内层为门（phyla），最外层为属（genus），每个圆圈代表该层级中的一个成员。各层级的分类单元根据其丰度（LDA得分>2.0；P < 0.05）以红色（A03）、绿色（A16）、蓝色（E03）或紫色（E16）进行着色。LEfSe分析表明，基于AB@hMSN@PEG的差异性特征。

图5、破坏肠道菌群会消除H2诱导的葡萄糖代谢改善效果。将AB@hMSN@PEG以0.4 mg/g的剂量与高脂饮食（HFD）混合，喂养8周龄的C57BL/6 N小鼠16周。为破坏肠道菌群，于第三周开始向饮水添加广谱抗生素，持续一周。（A–B）每两周测量一次体重变化，终点时比较体重增长情况。**：p < 0.01；***：p < 0.0001。每组N = 11只。肝组织HE染色（C）和ORO染色（D）的代表性图像。（E–F）表皮外层脂肪（eWAT）、内层脂肪（iWAT）、网状脂肪（rWAT）和棕色脂肪（BAT）的重量。（G）6小时空腹后血糖浓度。（H–I）腹腔内葡萄糖耐量试验（IPGTT）。采用曲线下面积法比较差异。


结论与展望


结果表明该氢气纳米胶囊可减轻小鼠体内由饮食诱导或基因突变引起的早期MAFLD、肥胖和糖尿病，且未引起组织毒性。从机制上分析，我们发现氢气纳米胶囊持续且超高水平的氢气供应，对多种物种均具有显著改善作用。丰度较高的黏液膜阿克曼氏菌表明，重塑的肠道菌群可能是H2治疗代谢紊乱的一种潜在机制。此外，肝脏转录组显示肝脏代谢谱发生重编程，脂质合成减少，脂肪酸代谢增强。。