背景
肥胖是全球公共卫生面临的一项重大挑战,密切关联着多种代谢疾病的发生与发展【1】。诸多研究指出,高脂饮食(HFD)显著且持续地改变了人类及小鼠的肠道微生物群,进而导致代谢失调【2】。个体肠道微生物群的组成受特定细菌谱系的影响,这些谱系与体重减轻或肥胖状态息息相关【3】。随着测序和分析技术的不断进步,研究者们愈发关注肠道菌群与肥胖之间的关系,力求揭示高脂肪饮食诱发肥胖的复杂机制。
摘要
在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中,研究团队注意到相同年龄段的小鼠肥胖程度与代谢表型存在差异,促使他们进行深入调查。研究结果显示,不同肥胖程度的小鼠,其肠道微生物群的组成和结构截然不同。其中,普通拟杆菌及其代谢产物胆酸能够通过抑制5-羟色胺(5-HT)合成,降低非选择性阳离子通道TRPV1的活性及细胞内钙水平,导致空肠上皮细胞脂滴积聚和乳糜颗粒滞留,最终减缓脂质吸收。这项研究揭示了肠道微生物群在代谢性疾病预防及治疗中的潜在作用,为开发新的肥胖干预目标提供了重要理论基础。
实验流程
实验结果包括:
结果1:肠道微生物群参与调节HFD诱导的肥胖。经过12周高脂饮食影响的8周龄C57BL/6J小鼠,呈现出两种不同的代谢表型。其中,LOW组小鼠体重及肝脏重量显著减少,葡萄糖耐量和胰岛素敏感性有所改善。随后,研究人员对小鼠进行抗生素处理2周,并移植高脂组或低脂组小鼠的粪便样本,结果发现,接受LOW组小鼠粪便的小鼠在12周后体重增量减少,印证了LOW组的表现。
结果2:Bvulgatus 减轻HFD诱导的肥胖。通过对HIGH组和LOW组小鼠的粪便样本进行宏基因组测序,发现HIGH组小鼠的Firmicutes(厚壁菌门)/Bacteroidetes(拟杆菌门)比率明显增加。同时,LOW组小鼠的拟杆菌属丰度显著上升,而HIGH组小鼠的乳杆菌属丰度显著增加。通过LEfSe分析可知,LOW组中的Bdorei和Bvulgatus为关键菌种,而HIGH组中梭状芽孢杆菌属和乳杆菌属的Lreuteri显著增多。为探讨这些特定菌株是否能够治疗或诱导肥胖,研究团队向小鼠灌胃上述四种菌株,结果显示,定植Bvulgatus的小鼠体重显著低于对照组,而定植Cbeijerinckii的小鼠则表现出体重增加趋势。
结果3:微生物代谢物胆酸可预防HFD诱导的肥胖。借助超高效液相色谱串联质谱法(UHPLC-MS/MS)检测HIGH组与LOW组小鼠粪便代谢物,通过火山图分析锁定了胆酸(CA)、β-MCA、7-酮-3α,12-α-羟基胆烷酸及甘氨脱氧胆酸作为潜在的候选标记物。为深入探讨CA的具体作用,研究团队在高脂饮食中添加CA,发现小鼠的体重增长幅度和脂肪体质量占比均减小。
结果4:肠道菌群调节肠道脂质吸收以减少HFD诱导的肥胖。利用透射电子显微镜(TEM)观察小鼠肠上皮细胞内脂质转运情况,发现LOW组小鼠肠上皮细胞内显著存在乳糜颗粒积聚现象。在定植Bvulgatus或补充胆酸的小鼠中,空肠肠系膜对乳糜微粒的摄取明显减少,表明脂质的基底外侧转运速率降低,导致高脂饮食后脂质吸收延缓。同时,这些小鼠的血清中血脂水平也显著下降,进一步证明肠道微生物群能够阻碍空肠中的乳糜颗粒向乳糜管运输。
研究人员提取了对照组及定植Bvulgatus或补充CA小鼠空肠上皮mRNA进行转录组测序,MF富集分析显示差异表达基因集中在G蛋白偶联的5-HT受体及其活性相关通路,提示乳糜颗粒转运减少可能与5-HT密切相关。
研究结论
该研究揭示肠道微生物代谢如何调节与高脂饮食相关的5-HT合成,从而对宿主的脂质吸收产生重要影响。作者确认Bvulgatus和胆酸通过抑制肠内5-HT合成来减少HFD诱导的肥胖,并首次发现5-HT通过激活TRPV1增加肠道上皮细胞内钙,从而促进脂质吸收。本研究成功揭示了微生物群落-代谢物-5-HT与脂质吸收之间的新信号传导轴,为攻克HFD诱导的肥胖难题提供了极具潜力的治疗靶点,有望为此带来革命性的治疗方案,特别是在尊龙凯时的相关应用中,期待为肥胖干预提供新的解决方案。