粪便、肺泡灌洗液、血清

宏基因组、宏转录组、单细胞转录组、非靶代谢组、蛋白质组、微生物比较基因组、免疫沉淀等

给小鼠喂食KD（碳水化合物/脂肪/蛋白质比例：0/90/10）或高碳水化合物、低脂肪对照饮食（CD；碳水化合物/脂肪/蛋白质比例：80/10/10）并诱导脓毒症。与CD组相比，KD显著降低了脓毒症小鼠的死亡率，并减轻了肺损伤。KD对肝脏或肾脏损伤没有显著保护作用，KD的保护作用在无菌小鼠和接受抗生素治疗的小鼠中被消除。FMT实验证实，接受KD供体小鼠粪便的小鼠，其死亡率显著降低，肺损伤也有所减轻。另外招募了30名健康个体进行为期2周的KD干预，并在饮食开始前和结束后收集他们的粪便样本。与接受KD前粪便的实验鼠相比，接受KD后粪便的实验鼠死亡率降低，肺部损伤也减轻。即KD通过与肠道微生物群相关的机制减轻了由脓毒症引起的肺部损伤。

宏基因组测序显示，KD小鼠的肠道微生物群丰度发生了显著变化。Limosilactobacillus reuteri是受KD影响最显著的物种。受KD影响排名前五的物种中有四个属于乳杆菌属，且乳杆菌属内部存在异质性反应。另外，在KD喂养的小鼠体内，所有六种乳酸杆菌菌种发生了显著变化，而在HFD喂养的小鼠体内则未出现这种变化。在人类粪便中，KD 还显著增加了L. reuteri和L. plantarum的丰度。

对CLP小鼠粪便和支气管肺泡灌洗液（BALF）的代谢组学分析，14种在KD小鼠的粪便和BALF中共同富集的代谢物中有两种二羧酸，丙二酸（MAA）和阿扎拉酸（AZA），显示出最高的倍数变化。此外，通过稳定同位素标记实验验证AZA的产生依赖于肠道微生物群，特别是L. reuteri和L. plantarum能够将患者的亚油酸分解为AZA。

分析细菌将油酸转化为AZA的常规转化途径，发现关键编码FMO基因存在于L. reuteri 和L. plantarum菌株的测序基因组中，且在KD的宏转录组数据中观察到L. reuteri 编码的β-氧化基因有显著上调。这些结果表明L. reuteri 和L. plantarum中的FMO基因在功能上是活跃的，且在KD条件下上调表达。对分离出的L. reuteri 和L. plantarum菌株中的FMO基因进行了敲除操作，突变体在体外均无法产生AZA，在无菌小鼠中，接种野生型重现了KD对肺损伤的保护作用，而FMO突变体则无法做到这一点，这些表明富含 L. reuteri和L. plantarum可通过FMO分解油酸来产生 AZA，这可能在脓毒症中具有保护作用。

在给KD饮食的小鼠体内进行AZA胃内给药，给CLP小鼠胃内给予AZA会导致死亡率和肺损伤显著降低，而不会影响肝脏和肾脏。荧光标记的AZA实验显示，在对照小鼠中，荧光信号主要局限于肠道。在CLP后，远端器官中检测到明显的信号，且肺中的荧光强度显著高于肝脏和肾脏。对 CLP小鼠肺部免疫细胞进行的单细胞RNA测序显示，AZA 处理显著改变了肺泡巨噬细胞（AM）和中性粒细胞的群体，AZA扩展了一个AM集群（AM1），该群体会高度表达与M2相关的基因，其中最显著的是Mertk，并诱导中性粒细胞中的凋亡基因表达。

流式细胞术也证实了这些发现，显示在体内和体外中，对 AZA的反应下，MerTK+AM的比例显著增加，以及凋亡中性粒细胞的比例增加。无论是巨噬细胞的耗尽还是中性粒细胞的耗尽都消除了AZA的保护作用，从AZA处理的小鼠肺中分离出的AM的吞噬能力增强AZA的有益作用在 MerTK-小鼠中被消除。这些结果表明，AZA与促进中性粒细胞凋亡以及MerTK+AMs的扩增协同作用，从而增强细胞吞噬作用和肺损伤的修复。

对AZA诱导的AM1特征进行转录因子富集分析，发现 PPAR-γ是主要的调控因子。对AM的蛋白质组分析显示，AZA处理后PPAR-γ的表达显著上调，这一结果也通过蛋白质印迹法得到了证实。PPAR-γ拮抗剂GW9662可消除AZA 对CLP小鼠存活、肺损伤和AM功能的影响。荧光共定位显示，AZA在AMs的细胞质中定位。免疫沉淀和表面等离子共振（SPR）实验证实了AZA与PPAR-γ之间的直接物理相互作用。分子对接预测表明，AZA会促进AM中PPAR-γ的核积累。PPAR-γ的过表达会增加由Mertk启动子驱动的 AM中的荧光素酶活性。

对两个独立的脓毒症患者队列的支气管肺泡灌洗液代谢组进行了分析，在重症监护病房入院后28天，存活者和非存活者之间存在228种和99种代谢物的差异丰度。AZA强度在无通气天数（VFD）增加的患者中进一步升高以及氧合改善方面表现良好。当按照中位AZA浓度（0.233纳克/毫升）对所有患者进行分层时，AZA低浓度组与机械通气解除时间延迟相比，在两组中均显示出显著差异。AZA还与疾病严重程度（SOFA和APACHE II）以及炎症（CRP和 PCT）的测量值呈负相关，在第二组中，与循环中的白细胞介素（IL）-1β和IL-6也呈负相关。第二组患者肺部分析 MerTK+巨噬细胞、凋亡的中性粒细胞和吞噬作用，观察到AZA与这些测量值之间存在正相关关系，这些细胞过程显著地介导了AZA与改善氧合之间的关系。采集的配对的BALF、粪便和血清样本中AZA浓度之间存在正相关关系。对粪便样本的宏基因组分析显示，存活者和非存活者之间的微生物分类组成存在部分差异，L. reuteri和L. plantarum是在观察到的肠道FMO基因丰度与AZA水平之间的相关性中起主要作用的微生物物种之一。这些数据验证了由肠道乳酸菌衍生的AZA介导的肠道-肺轴在败血症中的临床相关性。

文章表明，KD通过微生物-肠道-肺轴减轻了脓毒症引起的肺损伤。KD改变了小鼠和人类的肠道微生物群，使L. reuteri和L. plantarum得以丰富。这些物种的特定菌株会产生一种FMO，它能将KD中的油酸转化为AZA。在脓毒症期间，AZA移位至肺部，在那里它促进中性粒细胞凋亡，并通过PPAR-γ的激活扩增MerTK+肺泡AMs，增强吞噬作用和肺损伤的修复。在脓毒症患者中，AZA水平升高与改善的临床结果相关，包括生存率、VFD和肺功能，以及患者肺部中MerTK+AMs和凋亡中性粒细胞的增加。这些发现揭示了通过饮食-微生物组相互作用介导的肠道-肺交联途径，强调了KD和微生物组调节在脓毒症中的治疗潜力。