在生猪养殖过程中，宫内生长受限（IUGR）会导致仔猪低出生体重（LBW）以及继发的哺乳期高死亡率和全期低生长性能，此前有研究表明，IUGR导致的仔猪LBW与出生后肠道炎症状态密切相关。然而，关于LBW导致肠道炎症发生发展的分子机制尚不清楚。
2023年1月，中国农业大学王军军教授与团队在Microbiome（IF=16.874）期刊在线发表题为“Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid alleviates low birth weight‑induced colonic inflammation by enhancing M2 macrophage polarization”的论文，该研究综合运用胆汁酸谱靶向定量代谢组和微生物组学技术、粪菌移植和巨噬细胞清除等研究方法，揭示了一种胆汁酸（BAs）—熊脱氧胆酸（UDCA）通过与BAs受体法尼醇受体（FXR）结合、抑制巨噬细胞中NF-κB信号通路的活化，从而减少肠道炎性细胞因子的产生，以缓解IUGR猪肠道损伤的分子机制。（麦特绘谱提供胆汁酸谱靶向定量检测分析服务）
1. 胆汁酸谱分析
收集出生后第2天正常体重仔猪（NBW）和LBW仔猪粪便样本进行胆汁酸谱靶向定量分析，结果显示NBW组中大部分BAs（75%）浓度高于LBW组，其中以猪胆酸（HCA）、猪去氧胆酸（HDCA）和UDCA为仔猪粪便主要BAs。与NBW组相比，LBW组初级、次级和总BAs浓度显著降低，主要有UDCA、HDCA、HCA、CDCA、7-Keto LCA和βUDCA。
图1. LBW与NBW仔猪粪便胆汁酸代谢差异分析
2. 粪菌移植试验（FMT）
用LBW仔猪和NBW仔猪的粪便制备粪菌，移植到无菌小鼠体内。24天后显示，与NBW-FMT小鼠相比，LBW-FMT小鼠体重显著降低，结肠炎症因子(IL-1β和TNF-α)的表达显著上调，粘蛋白-2 (MUC2)和BA受体(FXR)的表达显著下调。随后分别对两组仔猪的粪便和两组小鼠结肠内容物进行16S rRNA分析，结果显示两组仔猪之间菌群结构存在显著差异，两组FMT小鼠亦然。属水平上，LBW仔猪的Bacteroides, Lactobacillus和Veillonella丰度较高，Escherichia-Shigella, Clostridium sensu stricto 2和Enterococcus丰度较低；而LBW-FMT小鼠Lactobacillus和 Enterorhabdus丰度较高，Akkermansia和Bacteroides丰度较低。这表明，FMT后小鼠肠道菌群模式与供体仔猪不同，提示微生物功能可能是引起LBW仔猪肠道炎症的关键因素。
图2. FMT对肠道微生物组成和肠道健康的影响
功能分析显示，LBW仔猪的初级BA合成和次级BA合成功能发生改变。与NBW相比，LBW仔猪携带7α-羟基甾体脱氢酶(7α-HSDH)基因的细菌显著减少，而BA 7-去羟基化(baiJ)活性细菌显著增加。携带7α-HSDH基因的细菌丰度在LBW-FMT小鼠中也显著降低。此外，LBW仔猪中所有参与CDCA合成UDCA的BAs和微生物酶都显著减少。
上述结果说明LBW仔猪微生物胆汁酸代谢发生显著变化。进一步分析FMT小鼠胆汁酸谱，结果与仔猪相似，LBW-FMT组初级、次级和总BAs浓度显著降低，主要有UDCA、HCA和12-DHCA。此外，7α-HSDH和7β-HSDH的基因拷贝数与结肠中UDCA浓度显著相关，炎症因子(IL-1β和TNF-α)的表达水平与结肠中UDCA浓度呈负相关。因此，LBW仔猪的表型可通过种间FMT进行再现，且LBW仔猪的BA代谢和肠道炎症均与肠道微生物组有关。
图3. LBW与NBW两组分别FMT小鼠胆汁酸谱分析
3. UDCA的体内功能分析
基于上述发现，研究人员进一步探究UDCA是否会直接预防肠道炎症和肠屏障功能障碍。给DSS诱导的结肠炎小鼠模型口服UDCA，分析发现，UDCA处理显著改善DSS诱导的结肠炎（检测指标：小鼠体重、疾病活动指数评分、结肠长度、髓过氧物酶MPO以及炎症细胞浸润、上皮层破坏、杯状细胞数量、促炎细胞因子表达、BA受体FXR和TGR5的表达）。
随后，研究人员利用LBW仔猪验证添加UDCA是否有相似作用。给新生LBW仔猪口服UDCA 7天（50 mg/kg/d），结果显示，第8天的体重显著高于对照组，并且UDCA明显改善了粘膜上皮的完整性，增加了结肠中组织学评分显著降低的杯状细胞的频率，促炎因子(IL-1β和TNF-α)表达水平降低。提示UDCA可能具有改善LBW仔猪肠道健康和产后发育的临床实用价值。
图4. 口服UDCA减轻LBW仔猪结肠炎症
4. UDCA作用机制探究
由于巨噬细胞在结肠炎的发生发展中非常关键，研究人员随后评估巨噬细胞在UDCA介导的结肠炎和肠道炎症缓解中的作用。给小鼠DSS处理的小鼠（添加或不添加UDCA）腹腔注射含氯膦酸脂质体，巨噬细胞消失（如下图）。分析发现，巨噬细胞的耗竭消除了UDCA对DSS诱导的结肠炎的缓解以及UDCA介导的DSS处理小鼠结肠中IL-1β和TNF-α的抑制。进一步利用LBW-FMT小鼠得到了证实，即UDCA在结肠中发挥抗炎作用主要是受巨噬细胞的调控。对巨噬细胞极化分析显示，DSS处理导致MI巨噬细胞（炎性）百分比增加，M2巨噬细胞（抗炎）减少，而UDCA给药逆转了这一趋势。这表明UDCA至少部分通过调节巨噬细胞极化发挥抗炎作用。
图5. 巨噬细胞耗竭对UDCA介导的DSS引起的小鼠肠道炎症缓解的影响
NF-κB和MAPK信号通路是促炎细胞因子产生的关键通路。DSS处理的小鼠结肠中检测发现UDCA在NF-κB和MAPK通路激活中的作用。UDCA处理后p65 NF-κB磷酸化显著降低，而在DSS或UDCA处理中，未观察到MAPK (p38, JNK和ERK)信号通路的显著差异。进一步转录组学分析显示，在LPS刺激的J774A.1细胞中，UDCA导致1948个基因显著上调，2099个基因显著下调，包括TNF信号通路、细胞因子受体相互作用、toll样受体信号通路和NF-κB信号通路在内的多条差异通路下调。
另外，FXR和TGR5如何介导UDCA的抗炎反应呢？分析发现，LPS处理的J774A.1细胞中，UDCA诱导了FXR，增加了FXR的蛋白表达。通过FXR siRNA干扰后，FXR表达明显下调；LPS诱导的NF-κB p65磷酸化被UDCA抑制；而使用FXR特异性siRNA敲除FXR部分消除了这种抑制作用。此外，FXR的下调也部分逆转了UDCA介导的IL-1β表达的抑制，并完全恢复了TNF-α的表达。这些结果表明，FXR参与了UDCA介导的LPS诱导的NF-κB激活和促炎细胞因子产生的抑制。
图6. FXR参与UDCA介导的LPS处理的J774A.1细胞抗炎作用
小结
本研究建立了LBW仔猪肠道炎症与肠道微生态失调，尤其是胆汁酸代谢异常之间的因果关系，并从巨噬细胞分型调控的角度揭示了关键胆汁酸UDCA的作用机制，为通过靶向肠道微生物和胆汁酸代谢调控改善LBW新生仔猪发育和肠道健康进行营养干预措施提供了理论依据。
参考文献
Pi et al., Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid alleviates low birth weigh-induced colonic inflammation by enhancing M2 macrophage Polarization. Microbiome. 2023.
请扫描二维码阅读原文
绘谱帮你测
本研究粪便胆汁酸靶向定量代谢组由麦特绘谱提供检测服务。胆汁酸作为一类具有特殊生理作用的小分子，近年来被证实参与机体糖类、脂肪代谢等重要的生理生化过程，并在多种疾病的发生发展中起重要作用。针对胆汁酸谱，麦特绘谱拥有两套绝对定量检测方法：胆汁酸简谱和65+种胆汁酸全谱。目前已协助客户在Cell Metabolism, Diabetes Care, Nature Communications, Advanced Science, Science Advances, Microbiome等国际学术期刊发表40余篇胆汁酸相关研究成果，平均IF>9。
麦特绘谱专注于代谢组学与转化医学疾病研究领域，拥有成熟的代谢组学检测平台，以全定量靶向代谢组学技术为核心，包括全球独有技术Q1000，Q500、Q300、Q200和各类小分子代谢物单独检测方法共20+系列，兼顾非靶和广靶。同时还有菌群16S测序、宏基因组学、转录组学和蛋白质组学等多组学及联合分析等全套解决方案。独家的检测技术、全面的数据报告及专业科研级别的售后探讨，助您科研探索之路不断创新和突破。欢迎联系获取详细资料！
