Nature Metabolism | 膽汁酸新功能--通過腸腦軸影響食欲-國內(nèi)聚焦-資訊-生物在線

Nature Metabolism | 膽汁酸新功能--通過腸腦軸影響食欲

作者：麥特繪譜生物科技（上海）有限公司 2021-08-23T09:04 (訪問量:23312)

膽汁酸（BAs）除了促進(jìn)脂類消化吸收外，還可作為信號分子調(diào)控代謝和免疫等多種生理功能。細(xì)胞表面的Takeda G蛋白偶聯(lián)受體5（TGR5，又稱GPBAR1）是BAs的主要受體，它們在腸道、腎臟、肝臟以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等部位均有表達(dá)。近些年有報道顯示，大腦中存在BAs，并與循環(huán)BAs水平高度相關(guān)，可通過被動擴(kuò)散到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS），但人們對BAs在CNS中的生理作用卻知之甚少。來自瑞士洛桑理工學(xué)院的Kristina Schoonjans團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，小鼠生理進(jìn)食后BAs到達(dá)下丘腦，使下丘腦BAs濃度短時上調(diào)，特異性激活A(yù)gRP/NPY神經(jīng)元膜受體TGR5的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控小鼠食欲，揭示了BA-TGR5信號在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中介導(dǎo)的生理反饋?zhàn)饔谩＿@一發(fā)現(xiàn)給肥胖治療提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表在《Nature Metabolism》。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)BA-TGR5信號可調(diào)控小鼠進(jìn)食行為

作者首先發(fā)現(xiàn)野生型小鼠生理進(jìn)食后，BAs進(jìn)入到下丘腦，幾種內(nèi)源性BAs（主要是牛磺酸結(jié)合型）濃度短時升高。給小鼠口服混合BAs后，小鼠全天食物攝入量減少，表明CNS中由飲食介導(dǎo)的BAs增加可能通過激活BA受體在禁食-進(jìn)食過渡期間觸發(fā)飽腹感。利用RNAscope腦表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)內(nèi)源Gpbar1 mRNA在控制食欲的下丘腦弓狀核（ARC）區(qū)高表達(dá)。給小鼠灌胃TGR5特異性半合成BA INT-777，發(fā)現(xiàn)INT-777與內(nèi)源BA一樣在下丘腦迅速積累。并可在10-100 mg /kg劑量范圍內(nèi)減少食物攝入，在最高劑量下，INT-777 到達(dá)下丘腦的濃度與餐后內(nèi)源性BA 的濃度相當(dāng)，概括了BA介導(dǎo)的攝食行為反饋調(diào)節(jié)所需的中樞生理濃度。在參與攝食調(diào)節(jié)的不同神經(jīng)元群體中，促食欲AgRP/NPY神經(jīng)元和抑食欲POMC神經(jīng)元位于ARC中，靠近有孔的血腦屏障，可促進(jìn)與血液的交換。ARC內(nèi)神經(jīng)肽表達(dá)顯示，小鼠口服或靜脈注射TGR5激動劑1 h后，Agrp和Npy mRNA水平降低，而Pomc水平不受影響。

圖1 生理喂養(yǎng)過程中BAs到達(dá)下丘腦，并通過TGR5抑制進(jìn)食

分析野生型(Gpbar1^+/+)和TGR5完全敲除型（Gpbar1^?/?）小鼠的表型發(fā)現(xiàn)，Gpbar1^?/?小鼠總進(jìn)食量顯著增加、夜間進(jìn)食量顯著增加，并且不能抑制Agrp和Npy –促食欲神經(jīng)肽的表達(dá)，而抑食欲神經(jīng)肽Pomc的表達(dá)不受影響，表明在喂食狀態(tài)下TGR5可能通過抑制AgRP/NPY而不是刺激POMC神經(jīng)元來協(xié)調(diào)飽腹感。進(jìn)一步分析TGR5在大腦不同細(xì)胞類型中的分布，免疫熒光分析顯示，TGR5存在于下丘腦神經(jīng)元以及其他腦細(xì)胞中，包括神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。用神經(jīng)元特異性TGR5敲除小鼠重復(fù)該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小鼠的總進(jìn)食量和促食欲神經(jīng)肽分泌量也顯著增加。

圖2 神經(jīng)元中TGR5的表達(dá)，其缺失會促進(jìn)食物攝入

TGR5通過抑制下丘腦AgRP/NPY神經(jīng)元來抑制食物攝入

為了進(jìn)一步證實(shí)上述結(jié)論，作者分別構(gòu)建了AgRP和POMC神經(jīng)元特異性敲除Gpbar1的小鼠模型，和野生型小鼠相比，AgRP突變小鼠在夜間進(jìn)食量顯著增加，而POMC突變小鼠的進(jìn)食量無變化。此外，口服INT-777后，POMC突變小鼠和野生型小鼠產(chǎn)生厭食反應(yīng)，而這種效應(yīng)在AgRP突變小鼠中顯著減弱，表明TGR5通過AgRP/NPY神經(jīng)元，而不是POMC神經(jīng)元來控制食物攝入。在 TGR5:GFP 小鼠中使用 Agrp RNAscope 探針和 GFP 免疫熒光共染色實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，TGR5在AgRP /NPY神經(jīng)元中表達(dá)。免疫熒光實(shí)驗(yàn)表明，禁食動物中 INT-777 介導(dǎo)的 TGR5 激活顯著降低了Fos陽性AgRP/NPY神經(jīng)元的百分比。這些結(jié)果表明BA-TGR5信號通過抑制下丘腦AgRP/NPY神經(jīng)元中神經(jīng)肽的表達(dá)來抑制進(jìn)食行為。

圖3 AgRP/NPY中的TGR5選擇性缺失可消除BA衍生物誘導(dǎo)的飽腹感

機(jī)制探究：TGR5能瞬時性地阻斷AgRP/ NPY神經(jīng)元神經(jīng)肽的釋放

由于TGR5能介導(dǎo)快速神經(jīng)元的反應(yīng)，作者推斷TGR5除了抑制促食欲基因表達(dá)，還可能參與阻斷神經(jīng)肽的分泌。下丘腦外植體離體實(shí)驗(yàn)表明，禁食后，用INT-777激活TGR5可迅速抑制Gpbar1^+/+的AgRP/NPY神經(jīng)元中AgRP和NPY的釋放，但在Gpbar1^-/-中無該效應(yīng)。這些結(jié)果表明進(jìn)食后BA-TGR5信號的生理厭食作用是通過選擇性減少AgRP/NPY分泌來實(shí)現(xiàn)的。

進(jìn)一步探究其分子機(jī)制，作者用AgRP/ NPY陽性且表達(dá)TGR5的小鼠胚胎下丘腦細(xì)胞系mHypoE-N41 (N41)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，與體內(nèi)和離體研究結(jié)果一致， INT-777處理能快速降低N41細(xì)胞中Agrp和Npy的表達(dá)，并短時阻斷了Agrp的釋放。

已有證據(jù)表明，在致密核心囊泡（DCVs）動員的早期階段，皮質(zhì)肌動蛋白絲是分泌囊泡和質(zhì)膜之間的主要物理屏障，肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)重塑可限制不同類型細(xì)胞（包括神經(jīng)元）的肽分泌。肌動蛋白的解聚合和穩(wěn)定性可通過Rho–ROCK信號通路來調(diào)節(jié)。那么，TGR5是否通過Rho–ROCK–肌動蛋白軸瞬時調(diào)節(jié)神經(jīng)肽的分泌？通過評估INT-777 處理后的 AgRP 和 NPY 分泌以及同時使用thiazovivin 抑制ROCK。ROCK的抑制消除了TGR5對AgRP和NPY分泌抑制。此外，用INT-777或BA混合物短期刺激TGR5可調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架，有利于肌動蛋白纖維的穩(wěn)定和聚合。與以上研究結(jié)果一致，用INT-777或BA混合物急性激活TGR5后，N41細(xì)胞內(nèi)NPY小泡的積累增加、釋放明顯減少；機(jī)制上，BA-TGR5信號可以促進(jìn)ROCK下游蛋白MLC和COFILIN的瞬時磷酸化進(jìn)而促進(jìn)肌動蛋白的穩(wěn)定和聚合。這些結(jié)果表明BA-TGR5信號可以降低AgRP/NPY mRNA的豐度，并暫時阻斷AgRP/ NPY神經(jīng)元中神經(jīng)肽的釋放，進(jìn)而抑制進(jìn)食行為。

圖4 TGR5通過Rho–ROCK信號通路的短暫激活調(diào)控促食欲神經(jīng)肽的釋放

小結(jié)

BAs作為多功能信號分子，調(diào)節(jié)肝腸和外周代謝器官之間的交流，近些年研究表明BAs在全身代謝和免疫調(diào)節(jié)方面具有重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)BA-TGR5信號軸不僅在疾病中起重要作用，而且在進(jìn)食行為的生理控制中也起著重要作用。BAs在下丘腦中通過結(jié)合AgRP/NPY神經(jīng)元上的TGR5受體抑制AgRP/NPY mRNA表達(dá)和神經(jīng)肽釋放，從而抑制進(jìn)食行為，揭示了BAs在神經(jīng)調(diào)節(jié)方面的新功能。

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腸腦軸研究中一般關(guān)注較多的代謝物有神經(jīng)遞質(zhì)、短鏈脂肪酸、激素等，而本研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸及其受體在腸腦軸調(diào)控食欲方面具有重要作用。針對膽汁酸代謝，麥特繪譜可絕對定量檢測65種膽汁酸，此外，我們可提供代謝組學(xué)一站式整體解決方案，獨(dú)家的檢測技術(shù)、全面的數(shù)據(jù)報告以及專業(yè)的售后探討，助力您的科研探索之路不斷創(chuàng)新和突破。歡迎聯(lián)系獲取詳細(xì)資料！

參考文獻(xiàn)

Alessia Perino, et al. Central anorexigenic actions of bile acids are mediated by TGR5. Nature Metabolism, VOL 3 , MAY 2021 ,595–603.

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