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信號的受損被認為是導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)科大學附屬省立醫(yī)院吳英杰教授與團隊在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，盡管兩者體重無差異；AKO小鼠脂肪細胞擴大，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。

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行靶向定量代謝組學分析，利用WGCNA鑒定代謝模塊聚類，探索細菌門與代謝物的相關性。對于肝臟，如圖2所示，藍色模塊與擬桿菌門和厚壁菌門的相關性最顯著且最強；將近一半的膽汁酸聚集在藍色模塊，大多數(shù)與擬桿菌門和厚壁菌門的變化高度相關。這些結(jié)果表明，肝臟膽汁酸與腸道細菌群落的變化有關。

圖2. WGCNA分析腸道細菌與肝臟代謝物的相關性

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

進一步分析膽汁酸代謝相關基因的表達水平，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。進一步通過小鼠及細胞實驗證實，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)運相關基因，如Iba、Ostb和Ibabp在盲腸中表達水平顯著下調(diào)，Fxr及其下游Fgf15的表達水平降低。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的菌群代謝物苯乙酸（PAA）在LKO小鼠中明顯升高。PAA是由細菌發(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預測分析腸道菌群中PAA代謝相關基因的豐度顯示，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。

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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，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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