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近年来，肥胖人群和II型糖尿病等代谢紊乱疾病患病率不断增加。虽然这些疾病的发生与饮食模式、生活习惯等有着千丝万缕的联系，但你是否想过，这也与「肠道菌群」息息相关。比如，在生活中，我们会观察到有的人就是狂吃不胖，当然也有人连喝水都在长胖！这背后有很大可能是——你的肠道菌群在捣乱。一直以来，不少研究都强调了肠道菌群对肥胖及相关并发症的影响，但是“肠道菌群发挥作用的机制”尚未明确。接下来，小编将为你解读这篇文献，了解一下“肠道菌群是如何加剧肥胖的”。研究的过程很具有调理，图片制作也很精美，一起来欣赏一下吧！1、FI在患有肥胖症和糖尿病的小鼠和人类中高度定殖研究者分离并分析了高血糖db/db小鼠粪便中毛螺菌科的一种优势种，命名为FI菌株AJ110941。接着，探究了FI菌株在糖尿病患者与肥胖人群中的表达情况，发现与没有高血糖或肥胖症的人相比，II型糖尿病患者的FI患病率也较高。此外，在FI定植的人群中，其丰度与空腹血糖(FBG)水平和体重指数(BMI)呈正相关。以上表明，这种毛螺菌科物种可能与小鼠和人类的代谢疾病有关。研究思路：大量文献表明，肠道微生物群在糖尿病与肥胖发挥着一定作用，但对这些细菌促进代谢紊乱的机制知之甚少。对此，研究者阅读大量的文献后发现，毛螺菌科中的细菌与肥胖和II型糖尿病有关，进而继续深入分离出高表达优势菌FI，以此为主角开展研究。研究者分析了高脂肪饮食(HFD)对FI定植小鼠的代谢影响。因环境与营养资源等多因素，无法成功构建FI单克隆无菌小鼠。基于此，研究者将大肠杆菌单克隆小鼠与大肠杆菌+FI双克隆小鼠进行了比较。最终发现，单纯HFD没有改变FI的丰度及肠道微生物组成，但FI的定殖显著增加了HFD诱导小鼠体重和脂肪量增加，虽然胰岛素耐量试验(ITT)和口服葡萄糖耐量试验无统计学差异，但血清总胆固醇和促炎标志TNF-α、LPS结合蛋白 (LBP)和瘦素编码基因（脂肪组织中低度炎症和胰岛素抵抗的标志）的表达显著上调，表明FI会促进炎症反应。研究者进一步对携带9种人类共生细菌代表性物种的无菌小鼠进行了FI定植来研究复杂微生物群落中FI定植的影响；此外，研究者还从合成群落中移除了能与FI竞争的毛螺菌科的直肠真杆菌。结果显示，正如在双克隆小鼠中观察到的那样，FI显着增加了体重增加和脂肪量；该发现表明，无论微生物环境如何复杂，FI也会加剧肥胖。但值得注意的是，如果仅有FI，没有高脂饮食摄入，则FI不会影响体重及脂肪量。研究思路：第一部分研究表明，FI可能与小鼠和人类的代谢疾病有关，所以研究者顺着这条线开展相关研究，构建了较为单纯的FI定植环境与复杂的FI定植环境，并比较了高脂饮食与正常饮食，最终证实FI在结合高脂饮食情况下会影响代谢疾病，与菌群环境简单或复杂无关。基于上述研究，研究者假设，可能是FI产生了某些代谢物来与HFD相应从而影响代谢疾病。于是，通过代谢组分析了粪便中的亲水性代谢物（氨基酸和糖）和脂质代谢物（长链脂肪酸）。亲水代谢物结果表明：无论饮食如何，FI定植都会明显改变代谢特征。而脂质代谢物结果显示，FI定植明显改变了仅喂养HFD小鼠中的代谢特征，增加了许多代谢产物。进一步发现，与大肠杆菌+HFD小鼠相比，FI+HFD小鼠的反油酸酯和棕榈酸浓度增加了2倍。报告表明，反油酸酯和棕榈酸酯都参与了肥胖和胰岛素抵抗的病理学。由于仅当HFD与FI一起提供时才观察到反油酸酯和棕榈酸酯的增加，研究者推测FI可能介导脂肪酸的产生，从而对宿主代谢有害以响应膳食脂肪。对此，研究者量化了FI和其他合成人类肠道微生物组的代表性物种的细菌培养上清液中的长链脂肪酸。与FI定植小鼠的发现一致，FI细胞上清液中的细化物水平比对照组高出三倍，表明FI能产生反式脂肪酸细化物。研究思路：作者发现，只有在高脂饮食下，FI才会促进体重及脂肪量的增加。那么，是不是因为二者一起作用得到了某些代谢产物？对此，作者通过代谢组学去分析其中的代谢产物区别。接下来，作者试图使用模型细菌直接测试肠道共生体产生的过量脂肪酸是否会加剧代谢表型，探索了导致脂肪酸过量产生的FI基因。根据之前的研究，FadR基因在大肠杆菌中的过度表达导致饱和和单不饱和脂肪酸的产生。对此，作者发现FI具有包含fadR直系同源基因(FCD)。
接下来，作者比较了喂食HFD或NCD（正常饮食）FI定植小鼠中fadR的表达，发现FI-fadR和下游参与脂肪酸合成的基因在高脂肪摄入时显著上调。这些都是在大肠杆菌中没有出现的。这表明，来源于FI的脂肪酸通过脂肪酸生物合成基因的转录活性部分受膳食脂肪的调节。进一步，作者通过生信分析评估了微生物脂肪酸代谢在人类代谢疾病中的作用。发现fadR的KEGG直系同源物与FBG显着相关。此外，参与脂肪酸生物合成的下游基因与FBG水平和BMI呈正相关。另一方面，fadD等脂肪酸降解基因与BMI和FBG呈负相关。这表明，微生物脂肪酸代谢也与宿主人体的代谢表型有关。为了验证微生物中增强的脂肪酸生物合成与宿主肥胖及其相关疾病之间的因果关系，作者接下来检查了FadR过表达大肠杆菌克隆对HFD喂养小鼠的影响。结果显示，过表达后增加了fadR下游基因和几种饱和脂肪酸的表达。其中，脂肪酸（包括精油酸和肉豆蔻酸）的浓度显着更高。此外，FadR过表达显着增加了体重和脂肪量和瘦素编码基因，表明FadR过表达部分概括了在FI定植小鼠中观察到的代谢表型。总之，上述发现表明，涉及脂肪酸生物合成的微生物功能会影响宿主代谢，从而加剧肥胖。研究思路：在体内明确了FI会通过产生脂肪酸来促进肥胖及相关疾病后，作者直接在单一细菌中开展了相应的实验，来研究这一反应的基因调控层面。作者基于上述研究，作者发现上述指标在血液中无明显变化，因此，作者猜测增加的脂质代谢物会不会直接影响局部肠道组织。结果发现，口服FITC-葡聚糖和LBP的血清浓度（代谢性内毒素血症标志）在FI+HFD小鼠中显著更高。这些发现表明FI加剧了HFD诱导的肠上皮通透性。研究思路：作者基于上述结果发现血清中的代谢产物与粪便代谢产物不一致，那是不是与肠道有关并开展研究。作者进一步研究FI产生的脂肪酸对肠道屏障功能的影响，发现在TJ成分编码基因中，F11r似乎对脂质代谢物特别敏感。这些发现表明，FI产生的脂质代谢物直接参与肠上皮TJ的损伤。接下来，作者测试了长链脂肪酸对小鼠结肠类器官衍生单层培养物的影响来评估肠道屏障受损情况，包括反油酸、油酸酯、棕榈酸酯、肉豆蔻酸酯和硬脂酸酯。作者发现，反油酸补充剂导致TJ成分编码Tjp1、F11r和 cln mRNA水平最显著的自身调节。进一步测试反油酸对体内肠道通透性的影响，发现与喂食油酸补充饮食的小鼠相比，喂食了反油酸的小鼠LBP、Ocln和F11rmRNA的肠道表达降低，体重增加。这些体内发现与体外实验相结合提供了证据表明肠道环境中特定脂肪酸的升高会导致肠道完整性受损，促进肥胖和相关疾病。研究思路：明确了FI的代谢产物会导致肠道受损后，作者进一步分析了究竟是哪些脂肪酸产生的影响，以及怎么发挥的影响。首先，研究者通过定位到特异性表达FI菌株，构建相应的研究模型以及给予饮食干预来开展研究。接着一步一步剖析，明确了FI作用后，进一步分析其代谢产物影响，后续又明确到具体作用部位以及作用机制。在这中间，还采用了已有的人类数据库去佐证动物结果数据，使得其结论更具参考性。参考文献：
[1] Takeuchi T, Kameyama K, Miyauchi E, et al. Fatty acid overproduction by gut commensal microbiota exacerbates obesity. Cell Metab. 2023;35(2):361-375.e9. doi:10.1016/j.cmet.2022.12.013
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