組織特異性生長激素受體如何影響腸道菌群？膽汁酸代謝是關(guān)鍵！

生長激素在調(diào)節(jié)生長、代謝、免疫、體內(nèi)平衡過程和衰老方面具有深遠(yuǎn)的影響，它通過直接結(jié)合其膜受體(GHR)而起作用，GHR激活多個信號級聯(lián)，并與胰島素樣生長因子1 (IGF1)協(xié)同或獨立發(fā)揮多效作用，GH信號的受損被認(rèn)為是導(dǎo)致許多代謝疾病的原因。肝臟和脂肪都是生長激素（GH）的靶點。此前多項研究揭示了腸-肝軸、腸-肌肉軸、腸-脂肪軸等在宿主代謝調(diào)控中的作用，但組織特異性生長激素信號對腸道菌群的影響尚不清楚。

2023年6月，山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院吳英杰教授與團(tuán)隊在Gut microbes (IF=12.2)期刊發(fā)表題為“Deletion of hepatic growth hormone receptor (GHR) alters the mouse gut microbiota by affecting bile acid metabolism”的研究論文，作者利用脂肪組織和肝臟中特異性敲除GHR的小鼠，證明了組織特異性GH信號對腸道菌群的影響以及肝臟GHR在調(diào)節(jié)膽汁酸代謝中的作用，揭示了肝臟GHR通過膽汁酸代謝調(diào)節(jié)腸道菌群的機(jī)制以及腸道菌群改變潛在的反饋作用。（麥特繪譜提供Q300全定量代謝組、膽汁酸譜、LC-MS短鏈脂肪酸譜檢測分析）

Ghr缺失影響腸道菌群

分析肝臟中敲除GHR（LKO）和脂肪組織中敲除GHR（AKO）小鼠及GHRflox/flox（LL）小鼠腸道菌群，發(fā)現(xiàn)肝臟（而不是脂肪組織）中GHR的缺失會影響腸道菌群，其中擬桿菌門和厚壁菌門，以及乳桿菌科、Muribaculaceae、Parasutterella等幾個屬的豐度發(fā)生顯著改變，而α-多樣性未受影響。

代謝表型方面，LKO小鼠的肝臟較重，AKO小鼠棕色和白色脂肪組織較重，盡管兩者體重?zé)o差異；AKO小鼠脂肪細(xì)胞擴(kuò)大，LKO小鼠肝臟脂肪變性明顯增加；與LL小鼠相比，LKO小鼠的胰島素耐量試驗(ITT)明顯受損，而AKO小鼠的胰島素耐量試驗(ITT)改善。相關(guān)性分析表明LKO小鼠腸道菌群的變化與其代謝表型受損相關(guān)。

圖1. 腸道菌群結(jié)構(gòu)分析

肝臟膽汁酸代謝分析

對小鼠脂肪組織與肝臟組織進(jìn)行靶向定量代謝組學(xué)分析，利用WGCNA鑒定代謝模塊聚類，探索細(xì)菌門與代謝物的相關(guān)性。對于肝臟，如圖2所示，藍(lán)色模塊與擬桿菌門和厚壁菌門的相關(guān)性最顯著且最強(qiáng)；將近一半的膽汁酸聚集在藍(lán)色模塊，大多數(shù)與擬桿菌門和厚壁菌門的變化高度相關(guān)。這些結(jié)果表明，肝臟膽汁酸與腸道細(xì)菌群落的變化有關(guān)。

圖2. WGCNA分析腸道細(xì)菌與肝臟代謝物的相關(guān)性

肝臟中檢出的19種膽汁酸，LKO組總膽酸含量顯著高于LL和AKO組，一些結(jié)合型膽汁酸顯著富集；此外，LKO小鼠肝臟和血清中均顯著富集12-OH膽汁酸，且12-OH膽汁酸/非12-OH膽汁酸比值明顯增加，而血清中CYP7A1活性指標(biāo)7α-羥基-4-膽甾烯- 3-酮(C4)含量無明顯變化。

圖3. 膽汁酸譜分析

進(jìn)一步分析膽汁酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)LKO小鼠肝臟中決定12-OH膽汁酸/非12-OH膽汁酸比值的Cyp8b1顯著上調(diào)，與其比值升高的結(jié)果一致。而編碼膽汁酸合成限速酶的Cyp7a1的表達(dá)量沒有變化，這與血清C4含量一致。這些結(jié)果表明，LKO小鼠高水平膽汁酸在歸因于上調(diào)的Cyp8b1。進(jìn)一步通過小鼠及細(xì)胞實驗證實，肝臟GH信號直接調(diào)節(jié)Cyp8b1而不依賴于FXR。

肝臟Ghr缺失影響腸道膽汁酸譜

LL小鼠和LKO小鼠盲腸內(nèi)容物膽汁酸譜分析顯示，其膽汁酸池均以非結(jié)合膽汁酸為主，如DCA、ωMCA、βMCA、αMCA和LCA，這些膽汁酸的含量在LKO組均有所增加，導(dǎo)致總膽汁酸含量顯著增加；此外，LKO組初級膽汁酸含量顯著升高，次級膽汁酸和結(jié)合型膽汁酸含量顯著降低；膽汁酸轉(zhuǎn)運相關(guān)基因，如Iba、Ostb和Ibabp在盲腸中表達(dá)水平顯著下調(diào)，Fxr及其下游Fgf15的表達(dá)水平降低。并且腸道菌群中幾個屬與盲腸內(nèi)容物中膽汁酸的變化具有顯著相關(guān)性。

圖4. 盲腸內(nèi)容物膽汁酸譜的變化及其與腸道菌群相關(guān)性

肝臟Ghr缺失對微生物群功能的影響

接下來分析膽汁酸代謝相關(guān)通路的豐度，發(fā)現(xiàn)LKO組中參與初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸的微生物7α-羥基類固醇脫氫酶(7α- HSDH)基因豐度顯著低于LL組，參與結(jié)合型膽汁酸去結(jié)合的微生物膽鹽水解酶(BSH)基因的豐度表現(xiàn)升高的趨勢。另外，與短鏈脂肪酸產(chǎn)生相關(guān)的幾個通路在LKO中顯著下調(diào)。隨后對盲腸內(nèi)容物短鏈脂肪酸譜進(jìn)行分析顯示，LKO組乙酸、丙酸和異己酸含量顯著升高，己酸含量顯著降低。

圖5. 盲腸內(nèi)容物短鏈脂肪酸分析結(jié)果

此外，另一種與脂肪肝密切相關(guān)的菌群代謝物苯乙酸（PAA）在LKO小鼠中明顯升高。PAA是由細(xì)菌發(fā)酵苯丙氨酸(Phe)產(chǎn)生的，經(jīng)由苯丙酮酸(PPA)被PorA代謝而成，并后續(xù)被PaaK、PaaABC和PaaG等酶或酶亞基降解�；�于Tax4Fun2預(yù)測分析腸道菌群中PAA代謝相關(guān)基因的豐度顯示，LL組和LKO組均含有豐富的porA和paaK，但LL組中paaK的豐度相對高于porA，說明LL組腸道菌群對PAA的降解能力更強(qiáng)。

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圖6. LL小鼠和LKO小鼠的PAA代謝

小結(jié)

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了肝臟GHR通過CYP8B1調(diào)節(jié)膽汁酸酸代謝影響腸道菌群的作用，并且改變的腸道菌群反過來影響其代謝物，這些代謝物可能有導(dǎo)致胰島素抵抗和肝GHR缺失引起的肝脂質(zhì)積累。本研究提供了肝臟GH信號驅(qū)動的腸道菌群失調(diào)的代謝基礎(chǔ)，對于探索組織特異性GH信號對腸道菌群的修飾作用及其參與腸道菌群-宿主相互作用具有重要意義。

文章信息

Yu Z, et al. Deletion of hepatic growth hormone receptor (GHR) alters the mouse gut microbiota by affecting bile acid metabolism. Gut Microbes. 2023.

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上述研究涉及的多類型樣本的靶向定量代謝組檢測分析均由麥特繪譜提供。膽汁酸和短鏈脂肪酸均與腸道菌群密切相關(guān)，大量研究證實它們參與機(jī)體多種重要的生理生化過程，并在不同疾病的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵調(diào)控作用。針對膽汁酸譜，麥特繪譜擁有兩套絕對定量檢測方法：膽汁酸簡譜和65+種膽汁酸全譜；基于LC-MS平臺麥特繪譜可檢測15種短鏈脂肪酸。目前已協(xié)助客戶發(fā)表300+篇SCI文章，包括Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Signal Transduction and Targeted Therapy, Science Translational Medicine等頂級期刊。