 游離脂肪酸受體4通過腸道菌群調(diào)節(jié)飲食糖偏好 ● 期刊：Nature Microbiology (IF:20.5) ● DOI：https:///10.1038/s41564-024-01902-8 ●原文鏈接: https://www./articles/s41564-024-01902-8 ● 第一作者：Tingting Zhang, Wei Wang ● 通訊作者： Xinmiao Liang (梁鑫淼) ([email protected]), Yong Q. Chen (陳永泉)([email protected]), Shenglong Zhu (朱升龍) ([email protected]) ● 發(fā)表日期：2025-1-13 ● 主要單位： 江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院、江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,、腸道微生物與慢性疾病醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究創(chuàng)新中心,、徐州醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院、贛江中醫(yī)藥創(chuàng)新中心,、江南大學(xué)附屬無錫市第二人民醫(yī)院,、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 糖類偏好是糖分過度攝入和糖尿病發(fā)生率增加的一個(gè)關(guān)鍵因素。然而,，其具體機(jī)制仍不明確,。本文顯示，在糖尿病患者和小鼠模型中,，長鏈脂肪酸受體Ffar4的表達(dá)減少,，這與高糖攝入相關(guān),。小鼠腸道Ffar4基因敲除后，腸道中的Bacteroides vulgatus（普通擬桿菌）及其代謝產(chǎn)物泛酸（pantothenate）減少,，導(dǎo)致糖類偏好,。泛酸通過促進(jìn)GLP-1的分泌，進(jìn)而刺激肝臟FGF21的釋放,，抑制糖類偏好,，調(diào)節(jié)能量代謝。這些發(fā)現(xiàn)揭示了Ffar4在負(fù)向調(diào)節(jié)糖類偏好中的一個(gè)未曾認(rèn)識到的作用,，并提示B. vulgatus衍生的泛酸可能成為糖尿病治療的新靶點(diǎn),。 飲食糖偏好升高與Ffar4表達(dá)降低有關(guān) 為了研究Ffar4是否在糖尿病中存在差異性表達(dá)，我們建立了三種不同的糖尿病模型（db/db,、小鼠Nod?/?模型和STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型（DM））（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a）,。在這三種小鼠模型中，小鼠結(jié)腸中Ffar4的表達(dá)顯著下降,，血液白細(xì)胞中Ffar4的表達(dá)變化與結(jié)腸組織中的結(jié)果一致（圖1a,、b）。接下來,，我們在來自健康人群和糖尿病患者的外周血白細(xì)胞中檢測了Ffar4的信使RNA表達(dá),，結(jié)果顯示糖尿病患者的Ffar4表達(dá)顯著下調(diào)（圖1c及補(bǔ)充表2）。我們還分析了空腹血糖（FBG）與外周血白細(xì)胞中Ffar4 mRNA水平之間的相關(guān)性,，發(fā)現(xiàn)空腹血糖水平與Ffar4 mRNA水平呈負(fù)相關(guān)（圖1d）,。為了進(jìn)一步分析飲食糖類偏好與糖尿病發(fā)展的關(guān)系，我們在糖尿病模型中檢測了糖類偏好,。結(jié)果表明,，糖尿病小鼠的糖類偏好明顯高于對照小鼠（圖1e–g）。我們進(jìn)一步分析了小鼠結(jié)腸組織/白細(xì)胞中Ffar4水平與蔗糖偏好之間的相關(guān)性,，結(jié)果顯示Ffar4水平與蔗糖偏好呈負(fù)相關(guān)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1b）,。為了研究Ffar4與人群糖類偏好之間的關(guān)系，我們分析了巧克力甜味攝入數(shù)據(jù)和茶水中添加糖的數(shù)據(jù)（https://gwas./,；ID：ukb-b-9835, ukb-b-8442）,，以及Ffar4的表達(dá)數(shù)量性狀基因座（eQTL）數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了雙樣本孟德爾隨機(jī)化（MR）分析,。結(jié)果表明,，F(xiàn)far4突變導(dǎo)致人群中糖類偏好的增加（圖1h和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1c,d）。這些結(jié)果表明,，F(xiàn)far4與糖類偏好之間可能存在一種內(nèi)在聯(lián)系,，在調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用。  圖 1 | 糖尿病小鼠糖偏好及其與Ffar4表達(dá)的相關(guān)性分析 a, STZ誘導(dǎo),、db/db和NOD?/?糖尿病模型小鼠結(jié)腸中Ffar4的表達(dá)（n?=?6）,。P?=?0.0057,，95%置信區(qū)間（CI）：?0.8570，?0.1903,；P?=?0.0006，95% CI：?1.121,，?0.4179,；P?=?0.0024，95% CI：?0.6375,，?0.1828,。 b, STZ誘導(dǎo)、db/db和NOD?/?糖尿病模型小鼠血液白細(xì)胞中Ffar4的表達(dá)（n?=?6）,。P?=?0.0331,，95% CI：?0.9258，?0.04773,；P?=?0.00017,，95% CI：?0.7185，?0.2230,；P?=?0.0129,，95% CI：?0.6382，?0.09614,。 c, 健康對照組和糖尿病患者外周血白細(xì)胞中Ffar4的表達(dá)（n?=?24/60）,。****P?<?0.0001，95% CI：?0.7762,，?0.5702,。 d, 外周血白細(xì)胞中Ffar4 mRNA水平與FBG水平之間的相關(guān)性（n?=?84）。陰影區(qū)域代表95%置信區(qū)間,。 e, STZ誘導(dǎo)糖尿病模型小鼠的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n?=?6）,。***P?=?0.0007，95% CI：0.04103,，0.1121,。 f, db/db小鼠的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n?=?6）。**P?=?0.016,，95% CI：0.03773,，0.1194。 g, NOD?/?小鼠的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n?=?6）,。**P?=?0.0021,，95% CI：0.02913，0.09759,。 h, Ffar4與巧克力甜味攝入的因果關(guān)系散點(diǎn)圖,。該圖用于可視化每個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）的效應(yīng),。橫軸代表暴露效應(yīng)，縱軸代表結(jié)果效應(yīng),。線的斜率代表每種方法的因果效應(yīng),。P值使用非配對雙尾t檢驗(yàn)計(jì)算。數(shù)據(jù)表示為均值?±?標(biāo)準(zhǔn)誤差（s.e.m.）,。對于“箱線圖”：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù),，中心表示中位數(shù)，晶須表示最小值和最大值,，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都顯示,。*P?<?0.05，**P?<?0.01,，***P?<?0.001,，****P?<?0.0001。 統(tǒng)性Ffar4缺失促進(jìn)小鼠的飲食糖類偏好 盡管Ffar4主要在腸道中表達(dá),，但它在其他組織中也有廣泛表達(dá)（圖2a）,。為了明確Ffar4缺失是否影響小鼠的飲食偏好，我們構(gòu)建了Ffar4全身敲除小鼠（Ffar4KO）（圖2b,，c）,，并且與之前的研究一致，發(fā)現(xiàn)Ffar4KO小鼠的FBG水平升高（圖2d）,。此外,，F(xiàn)far4KO小鼠顯示出正常的飲食和水?dāng)z入量（圖2e，f）,，但與對照組相比,，偏好高糖飲食（HSD, high-sugar diet）的程度顯著增加（圖2g，h）,。  圖 2 | 系統(tǒng)性Ffar4敲除小鼠的飲食偏好影響 a, Ffar4在人體各器官中的表達(dá),。 b, Ffar4KO小鼠的構(gòu)建（上圖）?；蚍中鸵锿ㄟ^PCR擴(kuò)增出來自野生型小鼠DNA的110 bp條帶和來自敲除小鼠DNA的87 bp條帶（下圖）（n?=?6）,。 c, Ffar4KO小鼠主要組織中Ffar4的表達(dá)（n?=?6）。****P?<?0.0001,，95% CI: ?1.134, ?0.7993,。 d, 小鼠禁食血糖（n?=?6）。*P?=?0.0118,，95% CI: 0.1511, 0.9489,。 e, 小鼠每日食物攝入量（n?=?10）。 f, 小鼠每日水?dāng)z入量（n?=?13）。 g, 小鼠HSD/ND飲食選擇實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001,，95% CI: 0.2633, 0.4539。 h, 小鼠HFD/ND飲食選擇實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。 i, 小鼠100 mM蔗糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）,。****P?<?0.0001，95% CI: 0.02616, 0.05579,。 j, 小鼠100 mM果糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）,。****P?<?0.0001。 k, 小鼠100 mM葡萄糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）,。****P?<?0.0001，95% CI: 0.08252, 0.09829,。 l, 小鼠2%糊精的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）,。****P?<?0.0001，95% CI: 0.08783, 0.1253,。 m 小鼠0.2%阿斯巴甜的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）,。 n 小鼠0.2%糖精的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?9）。 o, 小鼠1.5 mM奎寧的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?6）,。 P值通過未配對的雙尾t檢驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算,。數(shù)據(jù)表示為均值?±?s.e.m.z。對于顯示為“箱線圖”的數(shù)據(jù)：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù),，中心表示中位數(shù),，晶須表示最小值和最大值，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均顯示,。 為了進(jìn)一步探究Ffar4KO小鼠對高糖飲食的偏好是否與糖的種類或味覺感知有關(guān),，我們進(jìn)行了兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,，與野生型（WT）小鼠相比,，F(xiàn)far4KO小鼠對蔗糖、果糖,、葡萄糖和糊精表現(xiàn)出偏好,，而對人工甜味劑阿斯巴甜、糖精或奎寧則沒有偏好（圖2i–o）,。這些結(jié)果表明,，F(xiàn)far4的全身敲除影響了小鼠對糖的偏好，且這一效應(yīng)與味覺感知無關(guān),。 腸道Ffar4負(fù)向調(diào)節(jié)飲食糖的偏好 Ffar4在多個(gè)組織中廣泛表達(dá),，主要在腸道上皮細(xì)胞（圖3a）、肝臟和腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)較為顯著,。為了進(jìn)一步探究哪些組織來源的Ffar4在小鼠糖偏好調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用,，我們構(gòu)建了不同的組織特異性敲除小鼠,，包括腸道上皮細(xì)胞Ffar4特異性敲除小鼠（Gko）（圖3b,c）、肝臟特異性敲除小鼠（Lko）（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2a,b）和小膠質(zhì)細(xì)胞特異性敲除小鼠（Mko）（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2k,l）,。結(jié)果顯示,，與對照fl/fl小鼠相比，Gko小鼠對HSD表現(xiàn)出顯著偏好,，但對高脂飲食（HFD）沒有顯著偏好（圖3d,e）,。Lko和Mko對飲食偏好沒有顯著影響（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2c,m）。與全身Ffar4敲除小鼠一致,，Gko小鼠的飲食和水?dāng)z入量正常,，但FBG升高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3a,b）。  圖 3 | 腸道中的Ffar4負(fù)向調(diào)節(jié)飲食糖的偏好 a, 人體結(jié)腸癌圖譜的t-SNE圖（可通過https://singlecell./查看）,。左側(cè)面板表示所有細(xì)胞類型,；右側(cè)面板表示所有細(xì)胞類型中的Ffar4表達(dá)。 b, Gko小鼠模型的構(gòu)建,。我們構(gòu)建了腸道上皮細(xì)胞Ffar4特異性敲除小鼠（Villin-Cre,；Ffar4Loxp/Loxp，簡稱Gko）及其相應(yīng)的對照小鼠（Ffar4Loxp/Loxp,，簡稱fl/fl）,。基因分型引物通過PCR擴(kuò)增出來自WT小鼠DNA的243 bp條帶,、來自fl/fl小鼠DNA的273 bp條帶和來自Cre小鼠DNA的272 bp條帶（n?=?6）,。 c，Gko小鼠主要組織中的Ffar4表達(dá)（n?=?6）,。****P?<?0.0001,，95% CI: ?1.004, ?0.8234。 d,，小鼠HSD/ND飲食選擇實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001，95% CI: 0.2766, 0.3553,。 e,，小鼠HFD/ND飲食選擇實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。 f,，小鼠100 mM蔗糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001，95% CI: 0.08319, 0.1412,。 g,，小鼠100 mM果糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。****P?<?0.0001，95% CI: 0.08652, 0.1477,。 h,，小鼠100 mM葡萄糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。****P?<?0.0001,，95% CI: 0.07213, 0.1069,。 i，小鼠2%糊精的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001,，95% CI: 0.05861, 0.1178。 j,，Ge小鼠模型的構(gòu)建,。我們構(gòu)建了腸道Ffar4特異性過表達(dá)小鼠（Villin-Cre；t/w）,，簡稱Ge,。基因分型引物通過PCR擴(kuò)增出來自野生型小鼠DNA的412 bp條帶,、來自cag/cag小鼠DNA的1,051 bp條帶和來自Cre小鼠DNA的272 bp條帶（n?=?6）,。 k,，Ge小鼠主要組織中的Ffar4表達(dá)（n?=?6）,。****P?<?0.0001，95% CI: 4.710, 6.168,。 l,，Ge小鼠HSD/ND飲食選擇實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。****P?<?0.0001,，95% CI: ?0.1877, ?0.07898,。 m，Ge小鼠100 mM蔗糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001,，95% CI: ?0.5130, ?0.2264。 n,，Ge小鼠100 mM果糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）,。****P?<?0.0001，95% CI: ?0.5805, ?0.4516,。 o,，Ge小鼠100 mM葡萄糖的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。****P?<?0.0001,。 p,，Ge小鼠2%糊精的兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n?=?10）。****P?<?0.0001。 P值通過未配對的雙尾t檢驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算,。數(shù)據(jù)表示為均值?±?s.e.m.,。對于顯示為“箱線圖”的數(shù)據(jù)：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù)，中心表示中位數(shù),，晶須表示最小值和最大值,，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均顯示。 兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)顯示,，與fl/fl小鼠相比,，Gko小鼠對蔗糖、果糖,、葡萄糖和糊精表現(xiàn)出偏好,，而對阿斯巴甜、糖精和奎寧沒有偏好（圖3f–i和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3c–e）,。與對照小鼠相比,，Lko和Mko小鼠沒有糖的偏好（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2d–j, n–t）。這些結(jié)果表明,，腸道Ffar4在調(diào)節(jié)飲食糖偏好中起著關(guān)鍵作用,，并且Ffar4信號能夠區(qū)分天然糖和人工甜味劑，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一偏好與味覺感知無關(guān),。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證腸道Ffar4在調(diào)節(jié)小鼠糖偏好中的作用,，我們構(gòu)建了Ffar4腸道特異性過表達(dá)小鼠（Ge）和對照小鼠（t/w）（圖3j,k）。Ge小鼠的食物和水?dāng)z入量與t/w小鼠沒有顯著差異,，但Ge小鼠的FBG顯著低于t/w小鼠（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3f,g）,。飲食選擇實(shí)驗(yàn)顯示，與對照組相比,，Ge小鼠對HSD的偏好顯著降低（圖3l和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3h）,。兩瓶偏好實(shí)驗(yàn)顯示，與t/w小鼠相比,，Ge小鼠對蔗糖,、果糖、葡萄糖和糊精的偏好顯著降低,，而對阿斯巴甜,、糖精和奎寧沒有偏好（圖3m–p和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3i–k）。 鑒定B. vulgatus為參與Ffar4調(diào)節(jié)糖偏好的關(guān)鍵微生物 有研究假設(shè)腸道微生物群可能參與食物偏好的形成,。我們推測,，腸道微生物群參與了Ffar4介導(dǎo)的糖偏好。因此,，我們進(jìn)行了共養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和糞便微生物移植（FMT）實(shí)驗(yàn)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4a）,。結(jié)果顯示,，經(jīng)過2個(gè)月的共養(yǎng)，F(xiàn)far4KO和Gko小鼠的糖偏好顯著下降（圖4a和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4b）,。相比之下,，Ge小鼠的糖偏好顯著增加（圖4b）。FMT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,，在抗生素混合物（ABX）處理后,，Gko小鼠與fl/fl小鼠之間的糖偏好差異消失（圖4c），Ge小鼠與t/w小鼠之間的糖偏好差異也消失（圖4d）,。在FMT之后,，Gko小鼠的糖偏好顯著下降（圖4e）。我們在Ffar4KO和WT小組中也得到了相同的結(jié)果（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4c,d）,。相比之下,，Ge小鼠的糖偏好顯著增加（圖4f）。這些結(jié)果表明,，結(jié)腸微生物群參與了Ffar4介導(dǎo)的糖偏好的變化,。  圖4 | Gko/Ge小鼠在與對照組共養(yǎng)/糞便微生物移植（FMT）后的糖偏好及腸道微生物群分析 a. 共養(yǎng)的Gko小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）。***P < 0.001,。 b. 共養(yǎng)的Ge小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）,。***P < 0.001。 c. 經(jīng)過抗生素（ABX）處理的Gko和fl/fl小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）,。 d.經(jīng)過ABX處理的Ge和t/w小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）,。 e. 經(jīng)過FMT的Gko和fl/fl小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）。****P < 0.0001, 95% CI: 0.1047, 0.1748; ****P < 0.0001, 95% CI: ?0.1384, ?0.1021,。 f. 經(jīng)過FMT的Ge和t/w小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 8）,。***P < 0.001; ****P < 0.0001, 95% CI: 0.1461, 0.2654,。 g. Gko小鼠與fl/fl小鼠腸道菌群屬的堆疊圖,。 h. Ge小鼠與t/w小鼠腸道菌群屬的堆疊圖。 i. Gko小鼠與Ge小鼠差異屬的log2FC,。 j. Gko小鼠與Ge小鼠差異屬的韋恩圖,；Bacteroides屬的豐度（n = 6）。*P = 0.0339, 95% CI: ?1.737, ?84.64; **P = 0.0083, 95% CI: 1.365, 6.150,。 k. 在小鼠糞便中定量B. vulgatus（n = 6）,。****P < 0.0001, 95% CI: ?0.7138, ?0.3373; ****P < 0.0001, 95% CI: 4.782, 6.850。 l. 共養(yǎng)后小鼠糞便中B. vulgatus的定量（n = 6）,。****P < 0.0001, 95% CI: 2.037, 3.277; ***P = 0.0001, 95% CI: ?0.5855, ?0.2692,。 m. 經(jīng)過B. vulgatus補(bǔ)充的Gko小鼠與蔗糖（100 mM）的雙瓶偏好實(shí)驗(yàn)（n = 9）。****P < 0.0001, 95% CI: ?0.1942, ?0.09768,。 n. 經(jīng)過B. vulgatus補(bǔ)充的Gko小鼠的空腹血糖水平（n = 9）,。*P < 0.05, 95% CI: ?0.8324, ?0.01204,。 P值通過無配對雙尾t檢驗(yàn)確定。數(shù)據(jù)表示為平均值±s.e.m,。對于“箱形圖”顯示的數(shù)據(jù)：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù),，中心表示中位數(shù)，晶須表示最小值和最大值,，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均顯示,。 為了進(jìn)一步研究Ffar4介導(dǎo)的糖偏好變化中涉及的關(guān)鍵菌群，我們收集了Gko,、fl/fl,、Ge和t/w小鼠的糞便樣本，并進(jìn)行了16S rRNA擴(kuò)增子測序,。結(jié)果顯示,，F(xiàn)far4基因敲除或過表達(dá)小鼠與對照小鼠在結(jié)腸微生物群的多個(gè)層次上存在顯著差異（圖4g，h）,。在屬水平上,，鑒定出6種與Ffar4表達(dá)相關(guān)的差異菌（圖4i）。隨后,，選擇logFC > 2的差異菌進(jìn)行韋恩分析,，最終確定了Bacteroides屬。Gko小鼠中Bacteroides的豐度顯著降低,，而Ge小鼠中Bacteroides的豐度顯著增加（圖4j）,。 為了進(jìn)一步確定特定的差異豐度細(xì)菌種類，我們定量了Gko,、fl/fl,、Ge和t/w小鼠中常見的Bacteroides物種。結(jié)果顯示,，B. vulgatus在Gko小鼠中的豐度顯著降低,，而在Ge小鼠中顯著增加（圖4k和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4e，f）,。我們還定量了在共養(yǎng)的Gko,、Ge和Ffar4KO小鼠中的B. vulgatus變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共養(yǎng)的Gko和Ffar4KO小鼠中B. vulgatus的豐度顯著高于對照組,，而共養(yǎng)的Ge小鼠中B. vulgatus的豐度顯著低于對照組（圖4l和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4g）,。此外，我們還定量了糖尿病小鼠中B. vulgatus的變化,，結(jié)果顯示糖尿病小鼠中B. vulgatus的豐度顯著低于對照組（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4h）,。另外，我們收集了45名糖尿病患者和15名健康人的糞便樣本（補(bǔ)充表3）,，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的糞便B. vulgatus豐度顯著低于對照組（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4i）,。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證B. vulgatus是否調(diào)節(jié)小鼠的糖偏好,，我們進(jìn)行了與B. vulgatus和Bacteroides dorei（B. dorei，多氏擬桿菌）相關(guān)的反向?qū)嶒?yàn),，這兩種細(xì)菌在定量豐度中排名前兩位,。結(jié)果顯示，經(jīng)過10天的灌胃處理后,，B. vulgatus和B. dorei成功定植于小鼠腸道（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4j,，k）。與對照組相比,，口服灌胃B. vulgatus的Gko小鼠糖偏好顯著降低（圖4m）,，而口服灌胃B. dorei的小鼠糖偏好與對照組沒有顯著差異（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4l）。此外,，在Gko小鼠補(bǔ)充B. vulgatus后,，F(xiàn)BG顯著低于對照組（圖4n）。而補(bǔ)充B. dorei后,，Gko小鼠的空腹血糖與對照組沒有顯著差異（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4m）,。綜合來看，這些發(fā)現(xiàn)表明,，腸道Ffar4通過調(diào)節(jié)B. vulgatus的豐度來調(diào)控糖偏好,。 泛酸是B. vulgatus調(diào)節(jié)糖偏好的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物 腸道微生物群對宿主的深遠(yuǎn)影響與宿主-微生物代謝軸的復(fù)雜相互作用密切相關(guān)。因此,，我們進(jìn)行了B. vulgatus體外培養(yǎng)的高通量非靶向代謝組學(xué)分析（圖5a–c）,。我們選擇了差異代謝物（logFC?>?2），交叉比較了0小時(shí)對12小時(shí)和0小時(shí)對24小時(shí)組,，發(fā)現(xiàn)有11種代謝物顯著變化（圖5d）,，其中泛酸在所有代謝物中排名第一（圖5e,f）。有趣的是,，我們之前的研究也表明,，F(xiàn)far4缺失在脂肪肝模型中調(diào)控了泛酸的水平。因此,，我們推測,，泛酸可能是B. vulgatus調(diào)節(jié)糖偏好的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物,，并進(jìn)一步測量了Gko,、Ffar4KO、Ge和對照組小鼠血清中的泛酸含量,。結(jié)果顯示,，Gko和Ffar4KO小鼠血清中的泛酸含量顯著低于對照組，而Ge小鼠血清中的泛酸含量則顯著高于對照組（圖5g及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5a）,。共養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，共養(yǎng)的Gko小鼠或Ffar4KO小鼠的泛酸含量顯著高于對照組,，而共養(yǎng)的Ge小鼠泛酸含量顯著低于對照組（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5b,c）。此外,，F(xiàn)far4的表達(dá)水平與泛酸含量呈正相關(guān)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5d）,。  圖 5 | 通過非靶向和靶向代謝組學(xué)發(fā)現(xiàn)泛酸是B. vulgatus的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物 a. 在0小時(shí)與12小時(shí)、0小時(shí)與24小時(shí)的代謝物主成分分析（PCA）,。 b. 根據(jù)差異倍數(shù)分析,，0小時(shí)與12小時(shí)之間顯著不同的代謝物表達(dá)。 c. 根據(jù)差異倍數(shù)分析,，0小時(shí)與24小時(shí)之間顯著不同的代謝物表達(dá),。 d. 0小時(shí)與12小時(shí)、0小時(shí)與24小時(shí)之間顯著不同的代謝物韋恩圖,。 c. 根據(jù)差異倍數(shù)分析,，0小時(shí)與24小時(shí)之間顯著不同的代謝物表達(dá)。 e. 0小時(shí)與12小時(shí),、0小時(shí)與24小時(shí)之間重疊代謝物的相對豐度熱圖,。顏色條表示代謝物豐度經(jīng)過log10轉(zhuǎn)換。 f. 0小時(shí),、12小時(shí)和24小時(shí)泛酸的相對豐度（n?=?5）,。****P?<?0.0001，95% CI：197.6,，263.0,；****P?<?0.0001，95% CI：206.8,，376.5,。 g. 小鼠血清中的泛酸水平（n?=?6）。*P?=?0.0220,，95% CI：?38.25,，?3.715；***P?=?0.0004,，95% CI：14.94,，37.23。 h. 患者血清中的泛酸水平（正常及糖尿病早期階段,，n?=?24,；糖尿病，n?=?36）,。****P?<?0.0001,。 i. 患者血清中泛酸水平與TG水平的相關(guān)性（n?=?24/36）。陰影區(qū)域表示95%置信區(qū)間,。 j. 患者血清中泛酸水平與FBG水平的相關(guān)性（n?=?24/36）,。陰影區(qū)域表示95%置信區(qū)間,。 k. Gko小鼠在補(bǔ)充泛酸后的兩瓶偏好試驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n?=?9）。****P?<?0.0001,，95% CI：?0.1461,，?0.09384。 P值使用未配對的雙尾t檢驗(yàn)計(jì)算,。數(shù)據(jù)表示為均值±s.e.m.,。對于以“箱形圖”顯示的數(shù)據(jù)：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù)，中心為中位數(shù),，晶須表示最小值和最大值,，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均顯示 我們在小鼠血清中測量了泛酸的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，在B. vulgatus處理后，泛酸顯著增加,，而在B. dorei處理后并未觀察到類似的變化（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5e）,。此外，隨著糖尿病的加重,，泛酸含量減少（圖5h和補(bǔ)充表2）,，且血清泛酸含量與甘油三酯（TG）和FBG呈顯著負(fù)相關(guān)（圖5i,j及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5f–k）。 因此,，我們補(bǔ)充了泛酸,，以驗(yàn)證其是否影響小鼠的糖偏好。結(jié)果顯示,，泛酸顯著降低了Gko小鼠的糖偏好（圖5k）,。我們還測量了小鼠糞便和門靜脈血液中的泛酸水平。結(jié)果顯示,，Gko小鼠的糞便和門靜脈血液中的泛酸含量顯著低于對照組。然而,，在給予ABX后,，Gko小鼠和對照組小鼠的糞便和門靜脈血液中泛酸含量的差異被消除,。補(bǔ)充泛酸后,，Gko小鼠和對照組小鼠的糞便和門靜脈血液中的泛酸含量顯著增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5l,m）。 將B. vulgatus和泛酸分別給予糖尿病小鼠后進(jìn)行糖偏好測試,。結(jié)果顯示,，B. vulgatus和泛酸顯著降低了糖尿病小鼠的FBG（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5n）。在給予B. vulgatus和泛酸后,，糖尿病小鼠的糖偏好顯著下降（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5o）,。綜上所述，這些結(jié)果表明,，泛酸是B. vulgatus調(diào)節(jié)糖偏好的關(guān)鍵代謝物,。 泛酸通過刺激肝臟FGF21的釋放，促進(jìn)GLP-1分泌,，從而抑制糖的偏好 大量研究表明，腸道激素在進(jìn)食行為中起著關(guān)鍵作用,，而研究也表明Ffar4調(diào)節(jié)腸道激素的分泌,；因此，我們分析了糖尿病小鼠血清中泛酸含量與幾種關(guān)鍵腸道肽的相關(guān)性,，結(jié)果顯示泛酸含量與GLP-1呈正相關(guān)（圖6a）,；然而，我們沒有發(fā)現(xiàn)泛酸含量與PYY/葡萄糖依賴性胰島素分泌多肽（GIP）/膽囊收縮素（CCK）含量之間的相關(guān)性（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6a–c）,。在糖尿病患者的血清中也觀察到類似的結(jié)果,，泛酸含量與GLP-1呈正相關(guān)（圖6b）。此外,，我們還測定了補(bǔ)充B. vulgatus和泛酸的Gko小鼠和對照小鼠的腸道激素分泌情況,。結(jié)果顯示，補(bǔ)充B. vulgatus和泛酸的Gko小鼠GLP-1分泌增加（圖6c）,，而反向補(bǔ)充B. vulgatus和泛酸則未改變PYY/GIP/CCK的分泌（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6d–f）,。此外，Gko小鼠的門靜脈血液中GLP-1水平顯著低于對照組,，經(jīng)過B. vulgatus和泛酸灌胃后,，Gko小鼠門靜脈血液中的GLP-1顯著增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6g）。與此同時(shí),，糖尿病小鼠的GLP-1水平顯著低于對照組（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6h）,。有趣的是，我們的結(jié)果顯示,，B. vulgatus和泛酸僅增加了Gko小鼠的GLP-1含量,，而未影響對照小鼠的GLP-1（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6i）。因此,，泛酸和B. vulgatus可能更適合改善由Ffar4突變或失活引起的高血糖,。  圖 6：泛酸通過影響GLP-1-FGF21通路改變小鼠的糖偏好 a. 鼠血清中泛酸水平與GLP-1水平的相關(guān)性（n = 6）。陰影區(qū)域表示95%置信區(qū)間。 b. 患者血清中泛酸水平與GLP-1水平的相關(guān)性（n = 24/36）,。陰影區(qū)域表示95%置信區(qū)間,。 c. 鼠血清中GLP-1含量的測定（n = 9）。*P = 0.0397,，95% CI: 0.009846, 0.3581,；*P = 0.0292，95% CI: 0.02242, 0.3678,。 d. 泛酸處理后STC-1細(xì)胞中GLP-1含量的測定（n = 9）,。****P < 0.0001，95% CI: 0.1856, 0.3999,。 e. Gko小鼠在補(bǔ)充利拉魯肽后進(jìn)行的兩瓶偏好試驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n = 9）,。****P < 0.0001，95% CI: ?0.1784, ?0.1043,。 f. 鼠血清中FGF21含量的測定（n = 10）,。**P = 0.0067，95% CI: ?15.47, ?2.883,；****P < 0.0001,，95% CI: 16.5, 30.57。 g. 泛酸/利拉魯肽處理后AML12和BNL CL.2細(xì)胞中FGF21水平的免疫印跡分析（n = 6）,。 h. 補(bǔ)充泛酸/利拉魯肽后,，在WT/FGF21KO小鼠中的兩瓶偏好試驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n = 9）。**P = 0.0016,，95% CI: 0.03498, 0.1244,。 i. FGF21注射后，在fl/fl和Gko小鼠中的兩瓶偏好試驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n = 9）,。****P < 0.0001,，95% CI: 0.07275, 0.1267；****P < 0.0001,，95% CI: ?0.1801, ?0.1144,。 j. 在fl/fl和Gko小鼠中，F(xiàn)GF21立體定位注射后的兩瓶偏好試驗(yàn)（100?mM蔗糖）（n = 6）,。**P = 0.0084,，95% CI: ?0.2306, ?0.04376；**P = 0.0026,，95% CI: ?0.1949, ?0.05489,。 P值使用未配對的雙尾t檢驗(yàn)計(jì)算。數(shù)據(jù)表示為均值±s.e.m.,。對于以“箱形圖”顯示的數(shù)據(jù)：箱體從上四分位數(shù)到下四分位數(shù),，中心為中位數(shù)，晶須表示最小值和最大值，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均顯示 為了進(jìn)一步證明泛酸是否直接影響GLP-1的分泌,，將泛酸添加到STC-1細(xì)胞的培養(yǎng)基中,。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泛酸顯著增加了GLP-1的釋放（圖6d）,，這一結(jié)果與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)一致,。我們在STC-1細(xì)胞中敲低了Ffar4基因,，然后在刺激細(xì)胞時(shí)加入泛酸,，檢測GLP-1的釋放量。結(jié)果顯示,，敲低Ffar4并不影響GLP-1的分泌,，但在Ffar4敲低的狀態(tài)下，泛酸仍能促進(jìn)GLP-1的分泌（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6j,k）,。 這項(xiàng)研究進(jìn)一步揭示了上皮細(xì)胞來源的Ffar4本身并不會直接影響腸道內(nèi)分泌細(xì)胞的GLP-1釋放,，而是通過腸道微生物及其關(guān)鍵產(chǎn)物作為介質(zhì)來驅(qū)動GLP-1的釋放。為了進(jìn)一步確定GLP-1的應(yīng)用是否能夠抑制Gko小鼠的糖偏好,，我們向Gko小鼠注射了利拉魯肽（liraglutide,，一種胰高血糖素樣肽-1受體激動劑）。結(jié)果顯示,，利拉魯肽處理的Gko小鼠糖偏好顯著降低（圖6e）,。與此同時(shí)，我們檢測了小鼠的FBG,，發(fā)現(xiàn)利拉魯肽治療顯著降低了Gko小鼠的FBG（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6l）,。 此外，利拉魯肽處理顯著增加了兩種正常經(jīng)典肝細(xì)胞中肝臟FGF21的mRNA和蛋白質(zhì)水平,，而泛酸對這兩種體外肝細(xì)胞中的FGF21表達(dá)沒有影響（圖6g和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6n,、o）。為了進(jìn)一步確定Ffar4-泛酸-GLP-1信號通路是否依賴于FGF21的釋放來抑制糖偏好,，使用了FGF21重組蛋白和FGF21KO小鼠（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6p）,。結(jié)果顯示，與野生型小鼠相比,，F(xiàn)GF21KO小鼠的糖偏好顯著增加,，且FGF21缺失阻斷了利拉魯肽、B. vulgatus或泛酸對糖偏好的抑制作用（圖6h和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7a）,，而FGF21重組蛋白逆轉(zhuǎn)了Ffar4缺失引起的糖偏好增加和空腹血糖升高（圖6i和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7b）,。 腹內(nèi)側(cè)下丘腦（ventromedial hypothalamus，VMH）是FGF21介導(dǎo)的糖攝取的重要靶點(diǎn)區(qū)域,。為了進(jìn)一步確認(rèn)FGF21的作用特定部位,，我們將FGF21重組蛋白注射到Gko小鼠和fl/fl小鼠的VMH中，以檢測是否能夠逆轉(zhuǎn)Gko小鼠的糖偏好。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，F(xiàn)GF21重組蛋白在Gko小鼠和fl/fl小鼠中均抑制了糖偏好（圖6j）,。由于泛酸能夠穿越血腦屏障，我們進(jìn)一步將泛酸注射到Gko小鼠的VMH中并測量糖偏好,。結(jié)果顯示,，泛酸并未改變Gko小鼠的糖偏好（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7c）。接下來,，我們在Gko小鼠的VMH區(qū)域沉默了GLP-1受體（AAV9-shGlp1r-u6-EGFP）,，以評估VMH區(qū)域GLP-1受體信號通路是否影響糖偏好。結(jié)果顯示,，病毒注射后腦區(qū)GLP-1受體的表達(dá)水平顯著降低（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7d,e）,，且在Gko小鼠給予B. vulgatus和泛酸后，敲低GLP-1受體并未影響糖偏好的減少（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7f）,?？傊現(xiàn)far4調(diào)控B. vulgatus的豐度,，其衍生的關(guān)鍵代謝物泛酸進(jìn)一步激活GLP-1-FGF21軸,，從而塑造糖偏好穩(wěn)態(tài)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8）。 梁鑫淼(通訊作者) 博士生導(dǎo)師,，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所本草物質(zhì)科學(xué)研究室主任,、研究員，國家杰出青年基金獲得者,，享受國務(wù)院政府特殊津貼,。1987-1992年博士就讀于大連化物所分析化學(xué)專業(yè)，博士畢業(yè)后留所工作至今,；1994年曾赴德國環(huán)境與健康研究中心從事合作研究,。主持多個(gè)973課題、863課題,、國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃,、國際合作項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃,、國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金,、中科院知識創(chuàng)新工程等項(xiàng)目。已發(fā)表SCI論文400余篇,，獲中國授權(quán)專利75項(xiàng),，獲美國授權(quán)專利3項(xiàng)，參與編寫專著12部,，已培養(yǎng)研究生100余名,，博士后出站10名,。 陳永泉(通訊作者) 1962年10月生，1982年獲復(fù)旦大學(xué)生物學(xué)學(xué)士學(xué)位,；1989年獲比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)腫瘤生物學(xué)博士學(xué)位,；1990年-1993年間在美國韋恩州立大學(xué)放射腫瘤學(xué)系進(jìn)行博士后研究工作，之后任職病理學(xué)系助理教授（1993年-1997年）,、副教授（1998年-2001年）,；2002年-2012年在美國維克森林大學(xué)醫(yī)學(xué)院工作，并于2005年被評為終身教授,。2012年回國工作,，在江南大學(xué)食品學(xué)院組建食品與健康研究中心；2015年-2020年擔(dān)任江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院院長,；現(xiàn)任江南大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)院院長,、無錫轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心主任,。 陳永泉教授長期致力于糖脂代謝與慢性疾病防治的研究,，研究興趣主要集中在脂肪代謝與癌癥、非酒精性脂肪肝炎的關(guān)系及機(jī)制,。已在國際核心期刊上發(fā)表論文275余篇,總引用次數(shù)超過8000余次,，H-index為54。授權(quán)專利32個(gè),。作為會議主席或分會主席組織或參加國際會議21次,作大會報(bào)告和特邀報(bào)告82次,，兼任44種英文雜志編委和審稿人,是NIH (美國國立衛(wèi)生健康研究院)、DOD (美國國防部),、國家自然科學(xué)基金等百余個(gè)美國及其他國家資助機(jī)構(gòu)的評審專家組成員,。自2003年以來,共承擔(dān)研究課題37余項(xiàng),研究課題總經(jīng)費(fèi)超過4000萬美元,其中作為PI的超過2000萬美元。 朱升龍(通訊作者) 朱升龍,，男,，1988年12月，博士,，副教授,，碩士生導(dǎo)師。研究聚焦代謝性疾病防治新靶點(diǎn)的篩選以及發(fā)病機(jī)制,。主持或完成包括國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及青年項(xiàng)目,、衛(wèi)健委及科技局轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究重大項(xiàng)目等多項(xiàng)課題。以第一作者和通訊作者發(fā)表包括Nature Microbiology, Sciecnce Advances, eBioMedicine, J Cachexia Sarcopenia Muscle等論文20余篇,。以第一發(fā)明人設(shè)計(jì)并開發(fā)了一系列重組蛋白藥物和小分子藥物,，已授權(quán)相關(guān)專利10項(xiàng)且4項(xiàng)已進(jìn)行股權(quán)轉(zhuǎn)化。擔(dān)任MTOD,、JERP雜志編委及Metabolites客座編委以及多個(gè)國際SCI期刊審稿人,。 翻譯：皮天宇,，中國農(nóng)科院沼科所，碩士在讀 審核：朱志豪,，廣東醫(yī)科大學(xué),，基因組所聯(lián)合博士后 終審：劉永鑫，中國農(nóng)科院基因組所,，研究員/博導(dǎo) 排版：荀佳妮,，中國農(nóng)科院基因組所，生物信息學(xué)碩士在讀 |
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