国科大博士生导师John Speakman团队发现棕色脂肪组织是肠道菌群清除小鼠血糖改善的关键

  • 文/遗传发育所 (中国科学院遗传与发育生物学研究所)
  • 创建于 2021-08-10
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  棕色脂肪组织Brown adipose tissue(BAT)是重要的适应性产热器官,其对体温调节维持起重要作用。近十几年来,随着18Flurodeoxyglucose-PET-CT的应用,在成人体内也发现了BAT的存在,越来越多的研究指出高代谢活性的BAT对肥胖症和葡萄糖代谢都有改善作用。解偶联蛋白1(UCP1)是一种在BAT中特异表达的线粒体内膜蛋白质,能增加机体产热,是决定BAT功能的关键因素。但也有研究发现,在长期冷暴露过程中,UCP1蛋白是非必需的,并且越来越多的研究发现了UCP1非依赖性产热途径的存在。 

  近年来研究不断发现肠道菌群也参与身体脂肪和血糖的调节。值得关注的是无菌小鼠对血糖有更好的调控能力,并且清除了小鼠体内的肠道菌群后血糖也能得以显著改善。这一现象引起了学术界的关注,但是其背后的机制存在很多争议。目前急需确定的问题是,在肠道菌群清除模型中,评估不同器官对血糖吸收的贡献,并鉴定出哪一些器官对血糖的吸收以及血糖的改善是至关重要的。另外一个待回答的问题是,肠道菌群对血糖的改善是否需要产热通路的参与。 

  基于此,利用葡萄糖耐受实验和稳定同位素追踪实验验证了肠道菌群缺失小鼠中血糖清除率明显加快,并且发现BAT的葡萄糖摄取量显著增加。而对UCP1-KO小鼠的进一步研究表明了肠道菌群缺失小鼠中血糖清除率的改善并不依赖于UCP1蛋白和适应性产热。UCP1DTR小鼠模型的进一步研究直接证明了BAT对肠道菌群缺失小鼠的葡萄糖摄取和血糖清除起着至关重要的作用。总的来说,该研究系统地评估了在清除肠道菌群情况下小鼠各个器官对葡萄糖摄取能力的变化以及各自对血糖清除的贡献。揭示了肠道菌群缺失小鼠的BAT对葡萄糖摄取和血糖清除的重要作用,并且指出这一过程不依赖于适应性产热,而白色脂肪组织和肝脏组织在这一过程中并没有起显著的作用。目前大多认为BAT对血糖的吸收和调控是通过激活适应性产热通路完成的,该研究发现了在清除肠道菌群的条件下BAT中葡萄糖代谢途径可以与产热途径分离,这将为肠道-BAT代谢轴对糖尿病影响的研究提供新的思路。 

  该项研究成果于2021年8月5日在线发表于Nature Communications杂志(DOI:10.1038/s41467-021-24659-8)。国科大毕业生、中国科学院遗传与发育生物学研究所李敏博士(导师:John R. Speakman研究员)、国科大毕业生李立博士和李保国博士为本文的共同第一作者,John R. Speakman教授为该论文的通讯作者。阿伯丁大学同位素平台的Catherine Hambly博士和苏黎世联邦理工学院的Christian Wolfrum教授等也为课题提供了大力支持。该研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划的资助。

  原文链接:Brown adipose tissue is the key depot for glucose clearance in microbiota depleted mice

图1:肠道菌群缺失小鼠中血糖清除率加速并且棕色脂肪组织葡萄糖摄取量显著增加

图2:肠道菌群缺失小鼠血糖清除率的改善不依赖于UCP1蛋白,但UCP1表达细胞是必需的

责任编辑:高塬