小鼠试验力证:肠道微生物与肥胖有关系 | Nature子刊
2018/02/22
“肠道微生物与肥胖、胰岛素抵抗等代谢综合征之间有着重要的关联性”—— 近日,《Mucosal Immunology》期刊发表了一篇研究文章,约翰•霍普金斯大学的科学家们以小鼠为模型,进一步为“调控肠道菌群有望预防肥胖、糖尿病”提供了支撑。


图片来源:CC0 Public Domain

“这一项研究增加了我们对于细菌影响肥胖的认知。我们发现,小鼠体内特定的细菌与代谢综合征有密切的关联。”文章通讯作者、约翰霍普金斯儿童研究中心主任 David Hackam表示,“这些证据预示着,我们可以通过调控细菌或者相关基因,实现防治肥胖的目的。

包括腰部肥胖、高血糖、高血压在内的代谢综合症,是引发心脏病、中风、糖尿病的危险因素。虽然科学家们尚未找到代谢类疾病的根源,但是已有研究表明,TLR4受体(Toll-like receptor 4,负责接收激活炎症信号的蛋白质)可能参与其中。

然而,TLR4如何影响代谢综合征?David Hackam团队推测,TLR4通过影响肠道微生物引发相关疾病。


图片来源:Mucosal Immunology(doi:10.1038/mi.2017.114)

与肥胖、糖尿病有关的重要蛋白

为了确定肠上皮细胞表面TLR4的功能,研究团队构建了肠上皮TLR4缺陷型小鼠。当以高脂肪食物喂养21周后,突变小鼠表现出一系列与代谢综合征一致的症状,例如体重显著增加、身体和肝脏脂肪增多、胰岛素抵抗,且症状明显大于正常小鼠(喂食同样的高脂肪食物)。

而且,喂食普通食物后,肠上皮内缺乏TLR4的小鼠腹部和小肠脂肪含量依然比正常小鼠高。

这意味着,代谢综合症发生过程中,肠上皮细胞TLR4受到抑制。

TLR4与肠道菌群的关联?

为了找到答案,研究团队对正常小鼠、肠上皮TLR4缺陷小鼠进行抗生素治疗,以此减少肠道内的细菌数量。结果发现,细菌数量减少的同时,TLR4缺陷小鼠的代谢类疾病也相应地受到控制。

随后,研究团队分析了肠上皮TLR4缺陷小鼠正常小鼠的粪便样本。数据显示,与代谢类疾病相关联的特定菌群在缺陷型小鼠中的基因表达模式与正常小鼠不同。这些细菌体内表达的基因会让它们感觉“不饿”,从而降低肠道营养的消化效率,最终引发小鼠摄取更多的食物,导致肥胖等问题。

研究团队进一步分析了肠上皮TLR4缺陷小鼠肠道粘膜(食物吸收的主要部位)中基因表达信息。结果显示,突变小鼠体内,过氧化物酶体增生物激活受体(PPAR)代谢通路的相关基因被显著抑制。

这些结果表明,肠上皮TLR4会改变肠道菌群与宿主之间的信号,从而影响代谢类疾病的发生。

参考资料:

Mouse study adds to evidence linking gut bacteria and obesity

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  • Intestinal epithelial Toll-like receptor 4 prevents metabolic syndrome by regulating interactions between microbes and intestinal epithelial cells in mice

    Little is known about the pathogenesis of metabolic syndrome, although Toll-like receptor 4 (TLR4) has been implicated. We investigated whether TLR4 in the intestinal epithelium regulates metabolic syndrome by coordinating interactions between the luminal microbiota and host genes that regulate metabolism. Mice lacking TLR4 in the intestinal epithelium (TLR4ΔIEC), but not mice lacking TLR4 in myeloid cells nor mice lacking TLR4 globally, developed metabolic syndrome; these features were not observed in TLR4ΔIEC mice given antibiotics. Metagenomic analysis of the fecal microbiota revealed differences between TLR4ΔIEC and wild-type mice, while meta-transcriptome analysis of the microbiota showed that intestinal TLR4 affected the expression of microbial genes involved in the metabolism of lipids, amino acids, and nucleotides. Genes regulated by peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) and the antimicrobial peptide lysozyme were significantly downregulated in TLR4ΔIEC mice, suggesting a mechanism by which intestinal TLR4 could exert its effects on the microbiota and metabolic syndrome. Supportingly, antibiotics prevented both downregulation of PPAR genes and the development of metabolic syndrome, while PPAR agonists prevented development of metabolic syndrome in TLR4ΔIEC mice. Thus, intestinal epithelial TLR4 regulates metabolic syndrome through altered host-bacterial signaling, suggesting that microbial or PPAR-based strategies might have therapeutic potential for this disease.

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