2024年10月18日下午，动物消化道营养国际联合研究中心第178期消化道营养精品学术沙龙在逸夫楼2064顺利举办。本期的学术沙龙由消化道微生物实验室的硕士生关峰、张珈维、曹雅雅及博士生余诗强做文献汇报，动物消化道营养国际联合研究中心的老师学生参与此次沙龙。特选余诗强一位同学的精彩汇报进行展示。

博士生余诗强对文献《Ketogenic diet-induced bile acids protect against obesity through reduced calorie absorption》-《生酮饮食诱导的胆汁酸通过减少能量吸收来防止肥胖》进行汇报。

由于肥胖与多种疾病有关，因此迫切需要有效的治疗方法来减轻肥胖带来的健康负担。生酮饮食（KD）是一种极低碳水化合物、高脂肪和适量蛋白质占比的特殊配方饮食，KD可以改变动物的代谢谱，包括体重减轻和空腹血糖水平降低，以及增加小鼠的能量消耗，而补充蛋氨酸逆转了KD诱导的体重减轻；补充蛋氨酸的KD (KDM)小鼠能量消耗与单独饲喂KD小鼠的能量消耗没有显著差异。这表明存在一种独立于能量消耗的未知机制。有研究表明，肠道微生物群和相关代谢物的改变在KD诱导的抗癫痫发作和肠道炎症保护中起着至关重要的作用；肠道微生物群及其代谢产物介导生酮饮食在人体和哺乳动物中引起的代谢变化，而特定的肠道微生物和代谢物是如何调控KD诱导的体重减轻尚未得知。

为探究KD诱导的肠道微生物及其代谢物变化与介导的体重减轻之间是否存在因果关系，作者运用广谱靶向代谢组学检测技术、鸟枪法宏基因组测序技术、转录组测序技术并结合代谢物回补、抗生素干预、微生物移植、BODIPY荧光探针标记等体内外实验进行了深入探究；此外，研究人员在多种肥胖和糖尿病小鼠模型中对牛磺脱氧胆酸（TDCA）和牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）的抗肥胖效果和初步安全性进行了测试；于此同时，进行了自然人群观察性研究和低碳水化合物生酮饮食干预性研究。

研究结果表明：1.KD使小鼠体重和空腹血糖水平显著降低，使血清中共有22种代谢物上调，其中包括6种牛磺酸共轭胆汁酸(BAs)。补充蛋氨酸逆转了KD诱导的体重和空腹血糖水平的下降，显著降低了KD上调的六种牛磺酸共轭BAs的循环水平。六种牛磺酸共轭BAs均与体重和空腹血糖呈负相关。进一步分析发现，在变化的6种BAs中，共轭BAs的变化更为重要，即TDCA、TUDCA、牛磺胆酸（TCA）、牛磺鹅脱氧胆酸（TCDCA）。对着4种BAs依次实验，研究者发现TDCA和TUDCA能够显著降低正常饮食小鼠的体重和空腹血糖，改善糖耐量。

2. 牛磺酸偶联BAs的血清水平受肝肠循环调节，利用抗生素处理模型进行分析，发现抗生素处理的小鼠减弱了KD对糖耐量的有益作用，说明肠道微生物群是KD和蛋氨酸补充引起的体重和葡萄糖稳态变化所必需的。利用粪菌移植技术进一步证明了肠道微生物在调节血清TDCA和TUDCA水平中发挥重要作用，影响宿主的体重和葡萄糖稳态。

3. KD导致盲肠α-多样性显著降低，通过补充蛋氨酸可以恢复α-多样性。KD降低了厚壁菌门、放线菌门和疣微菌门的相对丰度，增加了变形菌门的丰度，而补充蛋氨酸逆转了这些门的丰度变化。进一步分析发现L. murinus ASF361是对宿主体重和空腹血糖水平预测精度最高的菌株。

4. 在不同日粮中添加L. murinus ASF361后发现，KD限制了L. murinus ASF361的定植，而KDM的小鼠体重和空腹血糖水平显著升高，说明L. murinus ASF361具有调节宿主体重和葡萄糖稳态的能力。同时L. murinus ASF361能分别将TDCA和TUDCA代谢为DCA和UDCA。通过全基因组测序发现，L. murinus ASF361含有一个胆汁盐水解酶（BSH）编码序列，该编码序列催化共轭BAs中酰胺键的水解，这使得L. murinus ASF361能够有效的代谢TDCA和TUDCA转化为DCA和UDCA。此外，补充蛋氨酸可以使KD小鼠盲肠中降低的BSHs的基因水平恢复到正常水平，分泌产生BSHs的微生物也发生了同样的变化，其中Lactobacillus是不同处理小鼠BSH基因丰度差异的主要驱动属。进一步利用体外试验验证，证明了蛋氨酸显著促进L. murinus ASF361的生长和体外TDCA和TUDCA的解偶联水平。这说明KD消耗降低了编码BSHs的肠道微生物的丰度，导致粪便中DCA和UDCA水平降低，循环中TDCA和TUDCA水平升高，而补充蛋氨酸可以逆转KD诱导的BSHs编码微生物的减少。

5. 在小鼠饮食中添加TDCA和TUDCA后，粪便排除能量增加，空肠近端脂肪酸荧光强度减弱。同时TDCA和TUDCA处理显著下调了碳酸酐酶（CAR1）的表达。这说明TDCA和TUDCA处理降低了肠道对日粮脂肪酸的吸收，增加了粪便中能量的排放。利用体外模型也进一步证明了TDCA和TUDCA处理的Caco-2细胞中CAR1 mRNA和蛋白质的表达减少，脂质积累减少。TDCA处理和TUDCA处理的小鼠体重和空腹血糖水平都较低，并且表现出更好的葡萄糖耐量。此外，在四种肥胖小鼠的日粮中添加TDCA和TUDCA两种胆汁酸，发现小鼠的体重和空腹血糖显著降低，并表现出更好的葡萄糖耐量，说明TDCA和TUDCA介导小鼠的体重与血糖的变化。

6. 在临床上，BSHs与BMI和空腹血糖水平的相关系数在男性和女性之间存在差异。LC干预后血浆中TDCA、TUDCA、GDCA、GUDCA水平显著升高，粪便中DCA、UDCA水平显著降低。来自厚壁菌和放线菌门的19个BSH基因（肥胖相关基因）与BMI或空腹血糖水平呈正相关。肥胖人群中BSH基因的总丰度明显高于非肥胖人群，所有假定的“肥胖相关基因”的中位数相对丰度累计贡献了25.6%。LC干预显著降低了“肥胖相关”BSH基因的丰度。

总的来说，该研究揭示了KD消耗降低体重和空腹血糖水平的独特宿主-肠道菌群代谢相互作用机制。即KD抑制了肠道微生物BSH产生，增加了TDCA和TUDCA的循环水平。这两种共轭的BAs通过抑制肠道Car1表达来减少能量吸收，从而介导KD诱导的体重和空腹血糖水平的降低。