|
论文ID 原名：A microbial metabolite remodels the gut-liver axis following bariatric surgery 译名：一种微生物代谢物重塑了减肥手术后的肠-肝轴 期刊：Cell Host Microbe IF：15.923发表时间：2020.12 通讯作者：Eric G.Sheu & A SloanDevlin 通讯作者单位：美国波士顿医学院&哈佛医学院 实验设计 
结果 1 CA7S的产生和GLP-1的诱导需要微生物组 为了确定微生物组是否在胆酸-7-硫酸盐（CA7S）的产生中起作用，对抗生素处理或未处理的饮食诱导肥胖（DIO）小鼠进行了袖状胃切除术（SG）和假手术。术后6周对小鼠实施安乐死，以测量术后早期变化（图1A）。采用超高效液相色谱-质谱法（UPLC-MS）定量测定组织中胆汁酸（BA）水平。与之前的观察结果一致，与常规组相比，SG小鼠术后盲肠内容物中的CA7S水平较高（图1B）。然而，术前用抗生素治疗小鼠可消除SG介导的CA7S水平升高（图1C）。与未处理小鼠相比，抗生素处理小鼠中CA7S的总体水平显著降低（图1B和1C）。由这些结果推测，微生物组是小鼠产生CA7S所必需的。为了研究这个问题，定量了传统DIO小鼠、抗生素处理的DIO小鼠或GF DIO小鼠的CA7S。观察到抗生素处理和GF小鼠肠道中CA7S的水平比完全定植小鼠中CA7S的水平低100-200倍（图1D）。在抗生素处理和GF小鼠的肝脏中检测不到CA7S水平（图1E）。这些结果表明，CA7S的稳健生产需要微生物组。在接受SG的DIO小鼠中观察到GLP-1循环水平升高（图1F）。然而，在SG前后使用抗生素治疗DIO小鼠可消除SG介导的GLP-1分泌增加（图1G）。这一结果表明，在体内诱导SG介导的GLP-1分泌需要微生物组。 2 微生物组诱导哺乳动物肝脏合成CA7S 接下来试图研究微生物组是否直接合成或修饰CA7S。为了确定常规组或SG小鼠的微生物组是否能够合成CA7S，培养了这些小鼠盲肠粪便中的细菌，并通过UPLC-MS分析了得到的细菌培养物。没有观察到假盲肠细菌或SG盲肠细菌在孵育7天后合成CA7S。在存在CA7S的条件下培养细菌7天，未观察到CA7S水解为CA，表明CA7S未被肠道细菌脱硫。观察到盲肠细菌将TCA7S解离为CA7S。这些数据表明，微生物产生CA7S和微生物分解TCA7S均不能解释在SG小鼠中观察到的CA7S水平升高。 BA的磺化主要通过BA磺基转移酶或SULTs在哺乳动物肝脏中发生（图1H）。在小鼠中发现了三种BA-SULTs亚型（mSULT2A1、mSULT2A2和mSULT2A8），在人类中发现了一种亚型（hSULT2A）。SG后小鼠肝脏中mSult2A1亚型的表达水平更高，但mSult2A2或mSult2A8亚型的表达无差异（图1I）。因此，SG后小鼠肝脏中mSult2A1的表达增加可能是SG小鼠CA7S产生增加的原因之一。与DIO小鼠相比，抗生素治疗和GF小鼠肝脏中mSult2A1的表达水平显著降低（图1J）。这些结果表明，肝脏中mSULT2A1从CA产生CA7S需要一个微生物群。 
图1 SG介导的CA7S和GLP-1水平升高需要微生物群。（A）使用或不使用抗生素治疗的DIO小鼠SG和假手术示意图（ABX）。（B和C）接受SG或假手术（使用或不使用抗生素）的小鼠盲肠内容物中CA7S水平。（D和E）常规DIO小鼠盲肠内容物（D）和肝脏（E）中CA7S水平显著高于抗生素治疗组（+ABX）。（F和G）接受或不接受抗生素治疗的SG或假手术小鼠的体循环中GLP-1水平。（H）哺乳动物的磺基转移酶SULT2A催化初级胆汁酸CA转化为7-硫酸胆酸（CA7S）。（I）qRT-PCR定量测定小鼠肝脏中硫酸盐胆汁酸报告的mSult2A亚型。（J）qRT-PCR检测显示，DIO组小鼠肝脏mSult2A1的表达显著高于DIO+ABX组。 3 门静脉BAs诱导肝脏磺基转移酶mSult2A1/hSULT2A的表达 BA通过肝肠再循环严格调节自身的合成和磺化。基于CA7S产生需要微生物组的发现，研究了细菌修饰的BA是否通过门静脉转运到肝脏参与CA7S的产生。对术前用抗生素治疗或未治疗的常规组和SG组小鼠的门静脉进行了BA分析（图2A）。两组SG后小鼠门静脉总BA水平与假手术对照组无显著差异（图2B和2C）。为了检测SG后门静脉BA是否可以诱导BA磺基转移酶的表达以及这种诱导是否依赖于微生物组，建立了BA体外池，模拟在常规和抗生素治疗的常规组和SG门静脉中观察到的平均生理比率（图2D和2E）。然后，检测了这些重组BA池诱导人肝HepG2细胞表达hSULT2A的能力。发现与传统的假BA池相比，传统的SG门静脉BA在体外显著诱导hSULT2A表达，而与未处理的假门静脉BA相比，用抗生素处理的假门静脉BA孵育细胞后，hSULT2A表达显著降低（图2D–2F）。发现，在所有检测浓度下，与抗生素处理的常规组相比，抗生素处理的SG小鼠的BA池未诱导hSULT2A表达（图2E）。这些结果表明，SG后通过门静脉从肠道再循环至肝脏的BA可诱导肝细胞表达hSULT2A，且该诱导具有微生物组依赖性。 
图2 门静脉BA在体外诱导肝细胞表达hSULT2A1。（A）指定组小鼠的门静脉BA分析示意图。（B）假手术和SG后6周DIO小鼠的门静脉BA。（C）假手术后用抗生素治疗的DIO小鼠和SG小鼠的门静脉BA。（D-F）在二甲基亚砜（DMSO）中，体外产生了模拟在常规和SG以及抗生素处理Sham和SG小鼠中测得的单个门静脉胆汁酸的平均生理比率的胆汁酸浓缩池。（D）qRT-PCR检测，与常规假PV BA处理细胞相比，常规SG PV BA处理细胞中hSULT2A的表达增加。（E）用abx处理的SG和假PV BA池孵育的细胞中hSULT2A表达无显著差异。（F）qRT-PCR检测，相对于DMSO对照，常规假PV BA处理的细胞中hSULT2A的表达增加，抗生素假PVBA处理的细胞中hSULT2A的表达减少。 4 微生物代谢产物LCA通过维生素D受体（VDR）诱导mSult2A1/hSULT2A的表达 BA分析显示，与未处理的完全定植小鼠相比，抗生素处理小鼠之间存在差异（图2B和2C）。具体而言，4种BA——鹅去氧胆酸（CDCA）、牛磺-脱氧胆酸（TDCA）、CA和石胆酸（LCA）——在常规组和SG组小鼠的门静脉中均有表达，而在抗生素治疗组小鼠的门静脉中未检测到（图2B和2C）。为了确定这些BA中的哪一种可以诱导mSult2A1/hSULT2A的表达，检测了这四种分子诱导HepG2细胞中hSULT2A表达的能力。LCA以剂量依赖性方式诱导hSULT2A表达，而在所有检测浓度下，CDCA、TDCA和CA均未诱导hSULT2A表达（图3A）。用LCA孵育鼠肝细胞（Hepa1-6）时，观察到mSult2A1表达的相似诱导作用。研究结果表明微生物代谢产物LCA通过门静脉转运至SG后的肝脏，并诱导肝脏mSult2A1的表达。 接下来试图确定促进LCA介导的SULT表达诱导的受体。已证明LCA与某些核激素受体结合，包括FXR或NR1H4、PXR或NR1l2、维生素D受体、CARorNR1l3和RORa或RORa和RORg或RORC，从而诱导SULTs表达。采取了一种候选方法来研究哪种受体负责LCA诱导hSULT2A。siRNA介导的VDR敲除显著降低了HepG2细胞中LCA依赖的hSULT2A表达的增加，而敲除PXR、FXR、CAR、RORa和RORg并没有显著影响hSULT2A的表达（图3B）。VDR活化导致肝细胞中VDR表达增加。SG小鼠的肝脏Vdr表达也高于假手术小鼠（图3C）。此外，在GF小鼠的肝脏中，Vdr的表达水平降低了20倍，而在抗生素治疗的动物中几乎检测不到Vdr的表达（图3D）。这些数据表明肝脏中Vdr的表达也需要微生物组。最后，对Vdr敲除小鼠粪便的BA分析发现，与野生型（WT）动物相比，CA7S的水平显著降低，证明Vdr是小鼠产生CA7S所必需的（图3E）。 为了进一步测试所提出的LCA-VDR-SULT2A1CA7S通路在体内是否可操作，我们将LCA（50 MM）直接注射到DIO小鼠的门静脉（图3F）。这一浓度与SG小鼠门静脉中LCA的生理浓度相差一个数量级（图2B）。门脉注射亚甲基蓝导致染料分布到肝脏的所有叶，解剖学证明门脉注射LCA将导致几乎所有肝细胞对配体的生物利用度。门静脉注射LCA后2h，小鼠肝脏mSult2A1和Vdr1的表达水平显著升高（图3g和3h）。值得注意的是，我们观察到胆囊中CA7S水平的增加，表明门静脉注射LCA导致了CA7S的合成和随后在胆囊中的积聚（图3I）。总之，我们的结果表明，LCA是一种微生物代谢物，通过门静脉从肠道转运到肝脏，并诱导肝脏中mSult2A1的表达和CA7S的产生。我们的数据还表明，SG后观察到的CA7S水平的升高是由LCA诱导的Vdr激活介导的。 为了进一步测试所提出的LCA-VDR-SULT2A1CA7S通路在体内是否可操作，将LCA直接注射到DIO小鼠的门静脉（图3F）。门静脉注射LCA 2h后，小鼠肝脏mSult2A1和Vdr1的表达水平显著升高（图3G和3H）。观察到胆囊中CA7S水平的增加，表明门静脉注射LCA导致了CA7S的合成和随后在胆囊中的积聚（图3I）。结果表明，LCA是一种微生物代谢物，通过门静脉从肠道转运到肝脏，并诱导肝脏中mSult2A1的表达和CA7S的产生。研究数据还表明，SG后观察到的CA7S水平的升高是由LCA诱导的Vdr激活介导的。 5 LCA触发的CA7S合成诱导肠内分泌细胞分泌GLP-1 推测在人或鼠肝细胞中，LCA诱导的hSULT2A或mSult2A1表达增加将导致CA7S合成增加，进而诱导GLP-1分泌。作为检验这一假说的第一步，研究了体外CA7S的合成。用CA7S的前体CA孵育HepG2细胞，导致CA肝细胞摄取增加，但未观察到可检测到的CA7S水平（图3J）。加入作为SULTs磺酸盐供体所需的辅因子PAPS导致肝细胞中产生CA7S（图3J）。加入LCA导致CA7S生成显著增加（图3J）。此外，siRNA介导的Vdr敲除消除了LCA介导的CA7S合成增加，证明LCA需要VDR激活诱导hSULT2A表达和肝细胞产生CA7S（图3J）。接下来在transwell环境中检测了HepG2细胞合成的CA7S诱导人肠内分泌L细胞（NCI-H716）分泌GLP-1的能力（图3K）。下肠L细胞在TGR5活化后分泌GLP-1。将NCI-H716细胞与先前诱导合成CA7S的HepG2细胞共同孵育，导致GLP-1分泌显著增加（图3L）。最后，siRNA介导的VDR敲低（消除CA7S的合成）导致GLP-1分泌减少，表明Vdr的激活是CA7S介导的GLP-1分泌诱导所必需的（图3L）。这些结果表明，LCA-VDR-SULT通路在肝肠轴中发挥作用，诱导CA7S生成，随后诱导GLP-1分泌。 
图3 LCA通过Vdr诱导SULT的表达，导致CA7S和GLP-1分泌的产生。（A）qRT-PCR定量hSULT2A的表达水平。（B）与阴性对照siRNA相比，siRNA介导的Vdr基因敲除显著降低了LCA介导的hSULT2A在HepG2细胞中的诱导作用。（C）qRT-PCR结果显示，与常规组相比，SG组小鼠肝脏Vdr表达水平升高。（D）DIO组小鼠肝脏Vdr表达较DIO+ABX组高。（E）Vdr基因敲除（KO）小鼠的粪便中CA7S水平低于WT小鼠。（F）门静脉注射LCA示意图（GB，胆囊）。（G和H）实时定量PCR定量检测注射了LCA或PBS的小鼠肝脏中mSult2A1（G）和Vdr（H）的表达水平。（J）在HepG2细胞中合成CA7S需要辅因子PAPs，在与LCA孵育时被诱导，并依赖于Vdr。用Vdr siRNA抑制Vdr的表达。击倒48h后，按指示加入底物CA和配体LCA。16h后用UPLC-MS定量检测CA7S的产生。（K）共培养研究示意图。肝细胞HepG2细胞培养于基底侧室，NCI-H716肠内分泌细胞单独培养于Transwell插入部，联合检测GLP-1分泌。（L）与HepG2细胞共培养的NCI-H716细胞可通过向肝细胞中加入LCA、CA和PAPS来诱导GLP-1的分泌，而通过siRNA介导的Vdr抑制肝细胞GLP-1的分泌。 初级BAs CA和CDCA通过梭状芽孢杆菌簇XIV细菌的7α-脱羟基作用分别转化为脱氧胆酸（DCA）和石胆酸（LCA）（图4A）。由于SG后小鼠门静脉LCA水平较高，假设SG后小鼠肠道细菌合成了更多的LCA。与假设相反，观察到SG后小鼠盲肠中LCA水平显著降低，而DCA和总BA水平保持不变。在接受SG的人类患者粪便样本中观察到相似的变化。这些结果表明，小鼠和人类的SG均导致结肠中细菌代谢物LCA水平降低，与门静脉中观察到的增加形成鲜明对比。 为了研究SG后产生LCA的肠道细菌减少的结果，对常规组和SG组小鼠盲肠内容物进行了16SrRNA测序。与之前的研究一致，发现SG后小鼠的微生物组发生了变化，包括拟杆菌门和变形菌门的丰度增加（图4B、4C）。尽管在SG后小鼠中产生LCA的梭状芽孢杆菌的相对丰度较低，但该差异无统计学显著性（图4D）。对小鼠盲肠内容物的分析表明，与常规组相比，SG组BECD基因的表达显著降低（~100倍）（图4E）。在人SG前和SG后粪便样本中观察到相似的门水平变化，与细菌拷贝数、Shannon多样性或Chao物种丰富度的变化无关，结果也与既往研究一致（图4F、4G）。在人类患者中，SG后粪便样本中梭状芽孢杆菌的相对丰度显著较低（图4H）。之前的工作也表明，减肥手术可减少肠道梭状芽孢杆菌。结果证明SG后微生物组的变化导致小鼠和人类肠道中LCA的合成减少。 
图4 小鼠和人SG后次级胆汁酸LCA生成减少。（A）宿主产生的结合胆汁酸在餐后释放到肠道中，并通过肠道细菌的酶活性转化为次级胆汁酸。通过细菌胆盐水解酶解离，然后通过胆汁酸诱导（bai）操纵子编码的酶进行7a-脱羟基化，可将CDCA分别转化为脱氧胆酸（DCA）和石胆酸（LCA）。（B）进行16S测序的假手术和SG小鼠盲肠样本的示意图和时间线。（C）堆叠条形图显示小鼠样本中门水平分类群的平均相对丰度。（D）常规组和SG小鼠中梭状芽孢杆菌的相对丰度。（E）用细菌16S核糖体DNA标准化的常规组和SG组小鼠盲肠内容物中baiCD基因簇表达水平的qRT-PCR定量。（F）进行16S测序的人SG前和SG后粪便样本的示意图和时间线。（G）堆叠条形图显示人类样本中门水平分类群的平均相对丰度。（H）SG前后人粪便中梭状芽孢杆菌的相对丰度。 6 BA转运蛋白Asbt和Ostα在SG后小鼠回肠中过表达 在SG后门静脉LCA水平升高，但在胃肠道（GI）降低，研究了BA转运蛋白在促进LCA选择性转运进入门静脉循环中的影响 。此外，通过与回肠BA结合蛋白（I-BABP或FABP6）直接结合，促进BA从肠上皮顶侧至基底外侧的转运（图5A）。通过qPCR定量了常规组和SG小鼠远端回肠中BA转运蛋白的表达水平，发现与常规组相比，SG后小鼠回肠中Asbt和Ostα的表达显著升高（图5B）。因此，SG似乎增加了参与BA转运至门静脉的蛋白表达。 7 LCA在肠上皮细胞中优先被Asbt转运 鉴于观察到SG小鼠门静脉LCA增加，假设Asbt和Ostα表达增加诱导LCA从肠道主动吸收进入门静脉循环。为了验证这一假设，测量了人肠Caco-2细胞中BA的转运，这些细胞已分化为具有细胞间紧密连接和刷状缘微绒毛的极化单层细胞（图5C）。该体外肠模型系统已用于研究小分子通过肠上皮的胞吞作用。 LCA通过肠上皮特异性转运，将确定的主要肠道BA混合物加入transwell中分化的Caco-2细胞的顶端，使用UPLC-MS在12和24h测量主动转运到基底外侧室（图5D）。加入了在小鼠和人类肠道中发现的丰富的初级BA，在transwell小室顶端侧的浓度均为10 mM）（图5D）。发现在12和24h，LCA的总转运显著高于DCA，表明单个BA分子可以具有不同的转运动力学。接下来，对12h内BA转运进行了时程分析，以研究LCA在早期时间点的转运是否更有效。与以前的结果相似，LCA似乎并不比其他BA通过上皮单层更有效地转运（图5E和5F）。然而，siRNA介导的Asbt和/或Osta敲除特异性地消除了LCA和TCA跨上皮单层的转运，表明LCA和TCA需要表达Asbt和Ostα进行胞吞作用（图5E、5F）。此外，通过用特异性MEK抑制剂U0126处理分化的Caco-2细胞过表达Asbt导致LCA通过单层细胞的转运增加（图5E、5F）。重要的是，Asbt过表达后，无其他BA显示转运增加（图5E、5F）。这些结果表明，SG小鼠回肠中ASbt和Ostα水平升高导致LCA选择性转运至门静脉增加。 
图5 肠道BA转运蛋白Asbt和Ostα促进LCA选择性转运至门静脉。（A）参与BA从肠腔转运至门静脉的蛋白示意图。（B）用小鼠核糖体18S标准化的常规组和SG小鼠远端回肠中BA转运蛋白表达水平的qRT-PCR定量。（C）transwell中未分化和分化Caco-2细胞的SEM图像。（D）BA转运研究示意图。（E和F）通过UPLCMS测定，12h内指定BA从顶室穿过分化的Caco-2细胞转运至基底室。（F）中的曲线下面积图对应于（E）正上方。 8 较低水平的LCA post-SG导致Asbt表达增加 为了进一步研究LCA在小鼠门静脉中升高但在小鼠盲肠和人SG后粪便中降低的结果，检查了BAs对Asbt（主要的BA转运蛋白）表达的影响。已证明BAs可调节肠细胞中Asbt的表达。假设LCA减少促进SG中Asbt表达增加（图6A）。为了验证这一假说，将Caco-2细胞与模拟常规组和SG组盲肠粪便中观察到的平均生理浓度的BA体外池共同孵育。然后，我们检测了这些重组BA池诱导Caco-2细胞表达Asbt的能力。发现，与常规组相比，SG盲肠BA在体外显著诱导Asbt表达（图6B）。此外，用生理相关浓度的LCA（100 mM）孵育Caco-2细胞可显著抑制Asbt表达，而不影响细胞活力（图6C）。这些结果共同表明，SG后肠道LCA水平下降导致Asbt表达增加，从而导致门静脉LCA水平增加（图6A）。基于在体外观察到微生物代谢产物LCA抑制Asbt的表达，假设LCA在体内也足以抑制Asbt的表达。为了验证这一假设，给GF小鼠灌胃0.3%的LCA，为期7天（图6D）。这种治疗导致LCA在整个胃肠道积聚（图6E）。饲喂LCA可显著抑制下消化道Asbt的表达（图6F），说明LCA在体内抑制Asbt的表达。尽管Asbt在下胃肠道中的表达被抑制，发现在肠道中引入LCA足以触发LCA-VDR-SULT通路并诱导CA7S的产生（图6G和6H）。该效应可能是由于引入了高浓度的LCA（图6E）和肠道中存在的现有Asbt水平，尽管Asbt基因表达受到抑制，但仍能够将LCA转运至肝脏。观察到CA7S在喂食LCA的GF小鼠胆囊和胃肠道中蓄积（图6G）。LCA-小鼠的肝脏mSult2A1表达水平显著较高（图6H）。与对照组小鼠相比，Vdr的表达也增加，尽管差异没有统计学意义（图6H）。因此，尽管LCA降低了这些动物的Asbt表达，但LCA饲喂能够诱导肝脏合成CA7S。总之，这些结果表明LCA足以诱导GF小鼠产生CA7S。  图6 LCA足以抑制Asbt表达并诱导CA7S的产生。（A）由梭状芽孢杆菌产生LCA调节的假肠和SG肠BA转运示意图。（B）BAS的假盲肠池与SG盲肠池相比抑制了Asbt的表达。（C）LCA（100 mM）可抑制Caco-2细胞中Asbt的表达。（D）在采集用于分析的组织前，给予含0.3%LCA（w/w）的饲料1周的GF小鼠示意图。（E）LCA喂养导致LCA在GF小鼠的近端小肠（SI）、远端回肠（DI）和盲肠中蓄积。（F）LCA抑制SI和DI中Asbt的表达。（G）在GF小鼠体内引入LCA可诱导胆囊（GB）和DI。（H）饲喂LCA使饲喂0.3%LCA的小鼠肝脏mSult2A1和Vdr的表达增加。
9 SG微生物区系移植重现GF动物的CA7S途径 为了检测SG菌群是否能在体内触发门LCA转运和LCA-VDR-SULT通路的增加，对常规组和SG组小鼠进行了CMT进入GF动物。对常规组和SG小鼠术后6周的盲肠粪便进行厌氧匀浆，并灌胃至喂食高脂饲料的GF小鼠中（图7A）。常规化后2周，处死常规组-CMT和SG-CMT小鼠。为了检测受体动物微生物群的LCA产生能力是否反映了供体的LCA产生能力，测定了两个队列盲肠粪便中微生物baiCD的表达。与以前的观察相似，与常规组动物相比，SG供体的baiCD表达水平显著降低。该效应也转移至相应的CMT受体（图7B和7C）。与常规组-CMT相比，SG-CMT动物的盲肠LCA水平较低，DCA或总BA水平无变化，与之前在常规组和SG小鼠中的观察结果相似（图7D）。总之，这些结果表明，成功地用常规组和SG组小鼠的盲肠菌群常规化了GF小鼠。 接下来，研究了SG小鼠的CMT是否在体内重建了LCA-VDR-SULT-CA7S通路。与体外结果显示LCA抑制Asbt和Ostα表达一致，与常规组-CMT相比，SG-CMT小鼠远端回肠中Asbt和Ostα表达水平显著较高（图7E）。此外，观察到与常规组-CMT相比，SG-CMT小鼠的LCA门静脉转运增加，而两个队列的其他门静脉BA水平相当（图7F）。这些数据表明，SG微生物组诱导LCA通过门静脉从肠道转运至肝脏的增加。与常规组-CMT相比，SG-CMT小鼠表现出显著更高水平的肝脏Vdr和mSult2A1表达（图7G）。还观察到SG-CMT动物盲肠内容物中CA7S水平显著增加，证明与常规组-CMT相比，SG微生物群足以触发CA7S生成增加（图7H）。先前的研究表明，CA7S的积累诱导下消化道Tgr5表达增加，循环中GLP-1水平增加。SG-CMT组的GLP-1水平比常规组-CMT组高50%，但差异无统计学显著性（图7I）。观察到与常规组-CMT小鼠相比，SG-CMT动物远端回肠中Tgr5表达显著增加，表明SG后微生物组在本实验的时间范围内增加了Tgr5表达（图7J）。总之，这些数据表明微生物组足以触发LCA-VDR-SULT-CA7S通路和随后的Tgr5诱导（图7K）。更广泛地说，这项研究表明，肠道菌群产生的一种小分子调节宿主代谢途径，可能有助于改善SG后糖尿病。 
图7 SG微生物群转移在GF小鼠中重建了CA7S通路。（A）CMT示意图。（B和C）qRT-PCR定量检测供体常规组和SG小鼠盲肠内容物（B）和受体常规组-CMT和SG-CMT小鼠盲肠内容物（C）中白CD基因簇的表达量。（D）SG-CMT组小鼠盲肠内容物中LCA水平低于Sham-CMT组小鼠。（E）qRT-PCR定量检测常规组-CMT和SG-CMT小鼠DI中BA转运蛋白的表达水平。（F）常规组-CMT和SG-CMT小鼠门静脉LCA。（G）qRT-PCR定量检测常规组-CMT和SG-CMT小鼠肝脏中mSult2A1和Vdr的表达水平。（H）SG-CMT小鼠盲肠内容物中CA7S水平高于常规组-CMT小鼠。（I）SG-CMT（盲肠微生物移植）组小鼠血清GLP-1水平高于常规组-CMT组。（J）qRT-PCR定量检测TGR5在常规组-CMT和SG-CMT小鼠回肠远端（DI）中的表达水平。（K）SG后LCA介导的CA7S合成和下游GLP-1分泌的模型。 讨论 肥胖和肥胖相关的2型糖尿病是影响多器官和全身稳态的全身代谢性疾病。最近的研究发现，肥胖相关疾病具有不同的代谢组学指纹，特别是与微生物组和微生物衍生代谢物的变化相关。减肥手术已被证明可以模拟与健康肠道相关的代谢组和微生物组，从而改变这种与肥胖相关的代谢组指纹。研究SG等减肥手术如何能够对机体进行分子和代谢重编程，将有助于发现能够模拟这些手术干预效果的新型治疗方法。 在这项研究中，发现肠道细菌通过一种细菌来源的分子通过门静脉从肠道转运到肝脏与宿主进行交流。通过门静脉转运的肠道代谢物构成了肝脏暴露的分子环境的重要部分。在以前的工作中，确定了CA7S，一种肠道限制性TGR5激动剂，可以改善体内高血糖。在这项工作中，确定一种微生物介导的机制，通过BA转运蛋白Asbt和Ostα将微生物来源的LCA直接转运到门静脉，驱动肝脏中CA7S的合成。最近的一项研究发现，人类粪便微生物定植于GF小鼠可导致宿主产生的CA7S增加4倍。此外，已证明抑制门静脉中BA转运可损害葡萄糖耐量、胰岛素敏感性和GLP-1分泌。因此，本文所述途径表明，肝肠轴中微生物代谢物的交换可能是介导具有功能性微生物组的动物减肥手术抗糖尿病获益的促成因素之一。 本项研究表明，Asbt表达的增加可以选择性地增加LCA在门静脉中的转运。然而，肠道上皮的转胞作用只是体内BA整体肝肠循环的一步。吸收后，BA与门静脉血中的血清白蛋白结合，并通过肝脏中的BA转运蛋白从血液中提取。在BA中，LCA对血清白蛋白结合BA的亲和力最大，在肝肠循环中转运至肝脏。从门静脉血液至肝细胞的提取效率差异需要进一步研究。 研究数据表明，SG后微生物组的变化，特别是梭状芽孢杆菌的减少，导致LCA的产生减少，通过跨器官途径放大流量，最终导致葡萄糖调节化合物CA7S的产生增加。观察到SG小鼠的CMT在GF受体小鼠中重建了LCA-VDR-SULT2A1-CA7S通路。具体而言，SG-CMT导致门静脉LCA增加，鼠肝脏Vdr和mSult2A1表达增加，胆囊CA7S水平增加。此外，LCA-VDRSULT2A-CA7S-GLP-1通路在体外人肠和肝细胞中可操作。考虑到与SG小鼠相似，人SG后粪便也显示梭菌水平降低、LCA水平降低和CA7S水平升高，研究者认为LCA-VDR-SULT2A-CA7S-GLP-1通路有助于SG对人类患者的葡萄糖调节获益是合理的。未来在SG患者中的研究可能有助于确定本文描述的途径在人类中可操作，可能为未来治疗T2D的疗法铺平道路。 最后，影响宿主代谢和信号传导的其他细菌产生或修饰分子也直接通过门静脉转运至肝脏，包括短链脂肪酸、维生素和碳水化合物。最近的工作已经证明了小肠微生物组在影响这些分子的生成和吸收中的作用。未来在CA7S产生和SG更普遍的背景下对小肠宿主-微生物相互作用的研究可能为减肥手术后代谢表型改善的机制基础提供进一步的见解。这项研究为将功能性微生物组和微生物代谢物与宿主代谢联系起来的一种机制提供了证据，说明了研究代谢物在肝肠轴中转运和信号传导的重要性。
|