导读
中国科学院动物研究所研究团队在Gut上发表题为“肠球菌产生的肉豆蔻酸通过激活棕色脂肪组织抑制肥胖”的文章。本文通过人参提取物灌胃处理小鼠后，基于16SrDNA的高通量测序检测小鼠粪便样本的细菌群落多样性以评价人参提取物对小鼠肠道菌群的影响。此外为了进一步分析相关作用机制，研究人员对血清和培养基样品也进行了非靶向代谢组学分析。研究发现人参提取物可以改善肠道菌群的组成，富集肠道内粪肠球菌，该菌酰基辅酶A硫脂酶可促进肉豆蔻油酸的产生，肉豆蔻油酸通过增强棕色脂肪组织活性和米色脂肪的形成来减少脂肪囤积，从而改善肥胖。
论文ID
题目：Myristoleicacidproducedbyenterococcireducesobesitythroughbrownadiposetissueactivation
译名：肠球菌产生的肉豆蔻酸通过激活棕色脂肪组织抑制肥胖
期刊：Gut
IF：19.
发表时间：.6
通讯作者：金万洙
DOI号：10./gutjnl--
主要内容
1人参提取物(GE)通过激活BAT降低肥胖和增强能量代谢
本研究通过肠道菌群和棕色脂肪组织探讨人参提取物对肥胖的影响。灌胃给予10mg/kg人参提取物8周后的体重增长明显降低（图1A），CT检测的结果表明人参提取物处理组小鼠全身脂肪百分比减少了11%（图1B），经人参提取物治疗后小鼠的附睾脂肪重量显著降低，但棕色脂肪、皮下脂肪和肝脏的重量没有明显变化（图1C），这些结果表明人参提取物能显著降低db/db小鼠的体重和肥胖率。肥胖往往伴随着能量平衡的改变，随后采用间接量热法检测人参提取物对小鼠代谢的影响，与对照组小鼠相比，人参提取物显著增加了能量消耗（图1D），但对食物摄入、能量摄入、体力活动、两组间呼吸交换率、吸收能量和消耗能量等方面均没有明显改变，说明人参提取物的减肥作用是由于增加了能量消耗，而不是减少了食物摄入或增加了体力活动。此外人参提取物处理大大提高了暴露于寒冷环境（4℃，4小时）动物的核心体温（图1E和F），人参提取物治疗还改善了葡萄糖同质化和胰岛素敏感性并减少了肝脏脂肪变性，说明人参提取物能改善肥胖小鼠的能量均一性，这可以部分解释为棕色脂肪组织产热活性的提高（图1G）和解偶联蛋白1表达增加，解偶联蛋白1通过解偶联过程产生热量并在人参提取物处理的db/db小鼠的棕色脂肪和皮下脂肪中表达氧化磷酸化（图1H和I）。棕色脂肪组织产热活性在热中性条件下受到抑制，人参提取物治疗不影响热中性条件下的体重增加，说明人参提取物的减肥作用与棕色脂肪组织的活性有关。
图一：灌胃给予人参提取物（10mg/kg）8周能够增加db/db小鼠的全身能量代谢和棕色脂肪组织活性。
2GE的摄入可富集粪肠球菌
人参皂苷可以通过肠道微生物群的作用而去糖基化，随后研究肠道微生物群是否能够通过去糖基化在人参提取物处理的小鼠中发挥关键的减肥作用，通过16SrDNA基因扩增子测序检测粪便样品的细菌群落多样性。主成分分析结果表明两组动物肠道微生物群结构明显不同（图2A），并且发现粪肠球菌在科、属、种3个水平上均显著富集（图2B-D），以上结果表明肠道微生物群的组成随着人参提取物处理而发生显著变化，其中粪肠球菌大量富集（图2E）。
图二：灌胃给予人参提取物（10mg/kg）8周能够改变db/db小鼠的微生物群组成。
3粪肠球菌给药可抑制肥胖
粪肠球菌是一种革兰氏阳性细菌，是健康人体胃肠道医院获得性感染的主要原因。通过高脂饮食喂养的小鼠为模型探讨粪肠球菌在肥胖中的作用，发现粪肠球菌治疗的小鼠的体重和脂肪量都显著减少（图3A和B），随后检查粪肠球菌治疗对能量代谢的影响，粪肠球菌处理显著提高了暴露于寒冷环境（4℃，4小时）动物的核心体温（图3C和D），此外粪肠球菌处理小鼠的能量消耗与对照组相比显著增加（图3E），粪肠球菌处理的小鼠棕色脂肪组织中的脂滴大小远远小于对照小鼠（图3F），粪肠球菌处理的小鼠的棕色脂肪组织和亚脂肪组织中解偶联蛋白1和氧化磷酸化蛋白的表达显著上调（图3G和H）。上述结果表明粪肠球菌通过激活棕色脂肪组织和米色脂肪的形成增加了能量消耗，从而抑制肥胖。
图三：灌胃给予粪肠球菌8周能够增加高脂饮食喂养小鼠的全身能量代谢和棕色脂肪组织活性。
4血清代谢物中富集肉豆蔻油酸，服用可抑制肥胖
粪肠球菌影响宿主能量代谢的一个潜在机制是通过肠道微生物发酵产生的次级代谢产物，据报道长链脂肪酸作为底物永久性地附着在解偶联蛋白1上促进H+从线粒体内膜到外膜的转移。因此为了解粪肠球菌治疗是否会改变血清长链脂肪酸的含量我们对血清样本中的长链脂肪酸进行了非靶向代谢组学分析，结果表明口服粪肠球菌可显著改变多种长链脂肪酸的含量（图4A）。为了确定在粪肠球菌治疗后哪些长链脂肪酸发生了特异性改变，对有无粪肠球菌的培养基中长链脂肪酸的含量进行进一步分析，发现有粪肠球菌的培养基中含有更高水平的肉豆蔻油酸，此外非腺苷甲酸和亚油酸也显示出一定程度的显著富集，但其他长链脂肪酸的差异程度较小（图4B），这些结果表明粪肠球菌可能参与脂肪酸代谢。采用不同的长链脂肪酸处理原代棕色脂肪细胞并测定细胞耗氧量以进一步研究长链脂肪酸对棕色脂肪组织活性的潜在影响，细胞实验的结果表明肉豆蔻油酸显著上调了耗氧量（图4C），而其他包括亚油酸在内的脂肪酸没有表现出这种影响，此外肉豆蔻油酸显著增加解偶联蛋白1的表达，这些结果暗示肉豆蔻油酸可能会增强棕色脂肪组织的活性。使用被荧光素酶活性（反应内源性解偶联蛋白1表达）标记的基因改造小鼠进一步阐明这个假设，肉豆蔻油酸处理后荧光素酶活性显著增加，表明肉豆蔻油酸处理对肥胖具有潜在疗效。随后对db/db小鼠灌胃给予肉豆蔻油酸，肉豆蔻油酸通过增加棕色脂肪组织产热和全身能量代谢（图4F和G）显著降低体重增加和肥胖（图4D和E），此外还发现肉豆蔻油酸可激活棕色脂肪组织活性和诱导米色脂肪形成，并逆转肝脏脂肪变性（图4H-J），这些有益影响与食物摄入、体力活动或呼吸交换率的变化没有明显的相关性。随后使用UCP1-KO小鼠（该小鼠棕色脂肪组织活性大大降低）进一步评估肉豆蔻油酸激活棕色脂肪组织是否可用来解释人参提取物的减肥机制，结果表明肉豆蔻油酸可减轻高脂饲养的野生型小鼠体重但不能减轻UCP1KO小鼠的体重；可增加高脂饲养的野生型小鼠的棕色脂肪组织产热、改善葡萄糖均相稳态；可增加高脂饲养的野生型小鼠的能量消耗（UCP1KO小鼠没有增加）；可改善高脂饲养的野生型小鼠的棕色脂肪组织肥大、逆转脂肪肝变性（对UCP1KO小鼠则无此作用）；高脂饲养的野生型小鼠在肉豆蔻油酸治疗后，棕色脂肪组织和皮下脂肪组织中解偶联蛋白1表达显著上调；这些有益的影响不是由食物摄入或体力活动所介导的，并且肉豆蔻油酸治疗不影响热中性条件下的体重增加。以上结果表明粪肠球菌产生的肉豆蔻油酸可通过增强棕色脂肪组织活性和全身代谢来抑制肥胖。
图四：肉豆蔻油酸给药可降低肥胖。
5粪肠球菌产肉豆蔻油酸含量的降低对其抗肥胖效果具有抑制作用
ACOTs是催化羰基与硫原子之间的硫酯键水解以及产生脂肪酸和辅酶a的一个大的酶家族（图5A）。为了阐明粪肠球菌是如何产生肉豆蔻油酸的，首先利用CRISPR-dCas9技术成功地建立了酰基辅酶A硫酯酶基因敲除菌株和野生型粪肠球菌菌株（图5B），酰基辅酶A硫酯酶基因的敲除没有改变粪肠球菌的生长。随后将两种粪肠球菌菌株培养在MRS培养基中并对长链脂肪酸进行非靶向代谢组学分析，野生型菌株能够诱导肉豆蔻油酸的积累但基因敲除菌株不能（图5C）；与野生粪肠球菌相比敲除基因并未显著改变其他的长链脂肪酸和短链脂肪酸的含量。这些结果表明肉豆蔻油酸的产生至少部分是由酰基辅酶A硫酯酶介导的。随后采用多种小鼠模型研究转基因粪肠球菌菌株对解偶联蛋白1活性的影响，野生型粪肠球菌（而非基因敲除粪肠球菌）可降低高脂喂养小鼠的肥胖率（图5D和E），增加冷诱导的产热和能量消耗（图5G和F），但食物摄入量没有显著变化。在解偶联蛋白1荧光素酶转基因小鼠模型中野生型菌株的内源性解偶联蛋白1活性也显著上调，但在基因敲除粪肠球菌处理下解偶联蛋白1活性没有显著上调（图5H和I）。为了避免肠道菌群之间的种间串扰用广谱抗生素对小鼠进行预处理，野生型菌株可以增强棕色脂肪组织活性和冷诱导的产热，而基因敲除菌株处理的db/db小鼠不能，这些结果证明了酰基辅酶A硫酯酶基因在肉豆蔻油酸生物合成中的重要作用。因此我们发现粪肠球菌通过酰基辅酶A硫酯酶基因驱动肉豆蔻油酸的产生。
图五：粪肠球菌酰基辅酶A硫酯酶是参与肉豆蔻油酸合成的关键酶。
总结
肥胖对人体具有多重潜在危害，肠道菌群的调控在控制肥胖发生方面起着重要作用，然而在多样性-抗肥胖的背景下肠道菌群通过何种分子途径干预肥胖的产生往往研究较浅。本研究通过整合肠道微生物组、血清代谢组和棕色脂肪组织的数据证明了人参提取物-粪肠球菌-长链脂肪酸（特别是肉豆蔻油酸）轴通过增强棕色脂肪组织活性和米色脂肪形成来减少肥胖。还观察到粪肠球菌通过酰基辅酶A硫酯酶基因驱动肉豆蔻油酸的产生。此外本研究首次证明粪肠球菌产生的种长链脂肪酸-肉豆蔻油酸在治疗代谢综合征疾病（如肥胖）方面具有巨大潜力。目前随着肥胖治疗需求的增加和临床药物的局限性，急需研发长效、安全的肥胖预防和治疗药物。虽然这项研究并未建议人们开始食用人参作为减肥补品，但结果证实了人参用于开发抗肥胖药物及营养功能性食品的可能性。
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