Cell Metabolism | FXR激活可通过胆汁酸依赖方式降低脂质吸收从而预防NAFLD
由肝脏脂质代谢失调导致的非酒精性脂肪肝（NAFLD）已成为全球最常见的肝病。目前，NALFD/NASH患者的治疗方案非常有限，不过核受体法尼醇X受体 (FXR) 激动剂已显示出较好的应用前景。已有研究表明，FXR激活与肝脏和血浆甘油三酯（TAG）水平降低、炎症减轻、胰岛素敏感性增加等多种临床变化相关。美国加州大学Thomas Q.de Aguiar Vallim研究小组发现，FXR激活可通过胆汁酸依赖的方式降低脂质吸收从而预防NAFLD。相关成果发表于《Cell Metabolism》。
FXR激活剂选择性地降低人和小鼠中MUFAs和PUFAs水平
为研究FXR激活如何改变肝脏TAG水平，将11名等待胆结石手术的患者随机分组，并用安慰剂（n = 6）或FXR激动剂OCA（n = 5）治疗3周，收集肝脏活检组织。FXR靶基因BSEP诱导和胆汁酸合成酶CYP7A1降低证实 OCA组患者肝脏FXR激活。对肝脏组织进行脂质组分析，显示FXR激活特异性地降低了肝脏中TAG，但不影响其他脂类。TAG种类具体分析表明，OCA处理造成大部分TAG种类水平降低，主要是含有一个双键脂肪酸的TAG（MUFA），以及含有不同程度的两个或多个双键 (PUFA)的TAG。
为探究FXR介导肝脏TAG降低的机制，采用合成的、水溶性的、特定FXR激动剂GSK2324处理野生型和Fxr-/-小鼠。与Fxr-/-小鼠相比，野生型小鼠FXR靶基因Shp和MafG表达显著增加。与临床结果一致，FXR激活显著降低了野生型小鼠肝脏TAG水平，并且主要降低含有MUFA和PUFA 的TAG水平。这些结果表明 FXR 激活选择性地改变了特定的脂质种类，主要是含有一个或多个双键脂肪酸的TAG。
图1 FXR激动剂选择性降低人和小鼠肝脏中MUFA和PUFA的TAG
GSK2324选择性降低脂肪酸和甘油三酯合成基因的表达
为确定参与TAG或脂肪酸合成的基因是否受到FXR激活的调节，对野生型和Fxr-/-小鼠中参与肝脏脂肪从头生成途径中编码24种酶基因的mRNA进行检测，结果显示编码饱和脂肪酸合成或脂肪酸延伸的酶相关mRNAs在FXR激活后没有显著减少，而Fasn mRNA水平增加，与早期研究一致，Fasn是FXR直接靶基因。
在24个mRNA中，GSK2324处理后只有三个基因Scd1、Lpin1和Dgat2以 FXR 依赖性方式减少，Fxr-/-小鼠则没有这种变化。以上数据表明FXR激活只会导致脂肪酸和TAG代谢的选择性变化。如MUFA的TAG以FXR依赖性降低可能是由于SCD1表达降低所致。为确定FXR活化是否减少新脂肪酸合成，给两组小鼠添加氘代水（D2O）对脂肪生成进行检测。结果显示GSK2324处理后MUFA（C16:1 和 C18:1）合成显著减少，而饱和脂肪酸的水平仅发生适度变化。以上结果表明FXR激活导致用于合成肝脏TAG的MUFA水平优先减少，从而导致TAG发生变化。
图2 GSK2324选择性降低脂肪酸和甘油三酯合成基因表达
FXR激活降低肝TAG水平，与SHP和SREBP1c无关
有研究表明，FXR通过SREBP1c（许多脂肪生成基因的主要转录激活因子）的SHP依赖性降低来调节肝脏TAG。为确定TAG的FXR依赖性减少是否由转录抑制因子SHP介导，用GSK2324处理野生型和Shp-/-小鼠3天。结果显示野生型和Shp-/- 小鼠FXR激活诱导了FXR靶基因MafG的表达，而仅在野生型小鼠中诱导了Shp表达。此外，GSK2324抑制野生型和Shp-/-小鼠肝脏中Srebp1c、Scd1、Lipin1和Dgat2基因表达，表明这些基因的抑制与SHP无关。同时GSK2324降低了肝脏 TAG水平（包括MUFA和PUFA的TAG），以上数据显示肝脏TAG的FXR依赖性调节在很大程度上独立于SHP。
GSK2324处理野生型和Srebp1c-/-小鼠、Ppara-/-小鼠，相关结果表明与SREBP1c、PPARa也无关。说明FXR抑制TAG的合成既不依赖FXR-SHP-SREBP1c通路，也不改变PPARα转录活性，而是通过一种未知的机制去改变脂质合成中特定基因表达水平,如SCD1。
图3 FXR激活降低肝TAG水平，与SHP和SREBP1c无关
FXR激活减少肠道脂质吸收
除了MUFA显著减少外，含有PUFA的TAG（如含有C18:2（亚油酸）脂肪酰的TAG）持续减少。此外，肝脂肪酸GC-MS分析结果显示总C18:2水平显著降低。亚油酸是一种只能通过饮食获得的必需脂肪酸。因此，推测FXR激活可能会减少肠道对膳食脂质的吸收。随后采用三种方法（掺有放射性标记的14C-三油酸甘油酯的橄榄油、含有C12-BODIPY荧光脂肪酸的橄榄油、含有不可吸收脂质蔗糖聚苯甲酸酯）测定FXR激活对脂质吸收的影响。研究结果表明，FXR激活可降低肠道对膳食脂肪酸的吸收。
图4 FXR激活减少肠道脂质吸收
肠道脂质吸收减少需要FXR依赖性胆汁酸的变化
肠道中对膳食脂质的吸收需要TAG分散在含有胆汁酸和磷脂的胶束中，以便胰源性脂肪酶可以水解它们释放脂肪酸和单酰基甘油酯 (MAG)。这些脂肪酸和MAG进入肠细胞，重新合成TAG并通过乳糜微粒分泌到淋巴中。胆汁酸是一种洗涤剂，对肠腔胶束形成具有关键作用。由于FXR是胆汁酸代谢的主要调节剂，因此FXR激活可能通过降低胆汁酸水平和/或改变胆汁酸组成来影响肠道脂质吸收。
通过UPLC-MS/MS 对肝脏、肠道和胆囊中胆汁酸进行定量检测，发现GSK2324激活FXR后可显著降低野生型小鼠总胆汁酸，而Fxr-/-小鼠未发生这种变化。值得注意的是，野生型小鼠中牛磺胆酸 (TCA) 和胆酸 (CA) 出现减少。而其他丰富的胆汁酸种类（如鼠胆酸 (MCA)）不受GSK2324影响。以上结果表明GSK2324以 FXR 依赖性方式降低肠道脂质吸收，可能与胆汁酸水平和/或组成变化有关。
随后采用标准饮食或0.5% CA补充饮食喂养野生型小鼠4天，喂养期最后三天用对照或GSK2324处理各组小鼠。CA饮食可增加肝脏FXR靶基因表达，而GSK2324依然可以诱导FXR靶基因Shp和MafG表达。并且GSK2324显著降低标准饮食小鼠总胆汁酸（特别CA降低），但CA饮食小鼠没有变化。表明0.5% CA足以恢复标准饮食小鼠胆汁酸池大小。肝脏TAG脂质组学分析表明，标准饮食小鼠FXR激活降低总TAG和多种TAG种类，而补充CA后肝脏TAG出现增加。标准饮食和CA饮食小鼠经GSK2324处理后关键脂肪生成基因 Srebp1c、Scd1、Lpin1和Dgat2表达显著降低。重要的是，CA可以消除GSK2324处理后粪便脂肪酸的增加。这些数据表明FXR激活会降低肠道脂质吸收，而补充胆汁酸可以挽救这种减少，说明FXR依赖性的脂质吸收减少由胆汁酸池组成变化介导。
图5 肠道脂质吸收减少需要FXR依赖性胆汁酸变化
NAFLD模型中，FXR激活显著降低肝脏TAG和肠道脂质吸收
野生型和Fxr-/-小鼠高脂饮食（WD） 8 周，最后3天采用GSK2324干预。结果显示GSK2324以FXR依赖方式诱导FXR靶基因Shp和 MafG表达。WD饮食改变肝脏脂质组， TAG成为肝脏主要脂质类型。然而，GSK2324显著降低野生型小鼠肝脏TAG，但Fxr-/-小鼠没有变化。GSK2324是否可以改变WD饮食小鼠胆汁酸池，采用UPLC-MS/MS对胆囊、肝脏、肠道中的胆汁酸含量进行测定。WD 饮食小鼠中，GSK2324 处理的野生型小鼠胆汁酸池中TCA水平显著降低，而T-βMCA水平没有变化。
FXR激活导致WD饮食小鼠肝脏TAG显著降低，表明脂质吸收的变化可能已发生变化。因此， WD 饮食野生型小鼠进行三种方法测定脂质吸收。结果表明，GSK2324处理显著增加了粪便脂肪酸含量，与肠道脂质吸收减少一致。
图6 NAFLD模型中，FXR激活显著降低肝脏TAG和肠道脂质吸收
肠道FXR介导脂质吸收变化，而肝脏FXR控制脂质合成
为确定NAFLD模型中肝脏脂质的FXR依赖性降低是否需要SHP，对WD饮食Shp-/-小鼠进行GSK2324干预。发现WD饮食的Shp-/-小鼠肝脏TAG减少，表明这些动物免受饮食诱导NAFLD。然而与低脂饮食动物结果一致，肝脏TAG减少不需要 SHP。重要的是，FXR 激活对脂肪生成基因抑制不会因SHP的丢失而改变，表明NAFLD模型中FXR对这些基因的调节与SHP无关。随后在 Srebp1c-/-小鼠中重复WD 饮食实验，发现野生型和Srebp1c-/-小鼠中FXR激活显著降低了小鼠肝脏 TAGs水平，并且Srebp1c-/-小鼠脂质水平更低。
为确定肝脏或肠道 FXR是否介导肝脏脂质和吸收的变化。本研究构建肝细胞FXR缺失小鼠（FxrLiv-KO）或肠细胞FXR缺失小鼠（FxrInt-KO）。随后WD饮食 8周，同样用GSK2324处理3天。相比FxrLiv-KO小鼠，肝脏FXR靶基因Shp在Fxrfl/fl和 FxrInt-KO小鼠中均被诱导表达。相反，肠道FXR靶基因Fgf15在 Fxrfl/fl和 FxrLiv-KO小鼠回肠中被诱导表达，但FxrInt-KO小鼠没有变化，证实了每个模型的组织特异性敲除。脂质组学分析结果显示FXR激活显著降低Fxrfl/fl小鼠肝脏TAG；然而，FxrLiv-KO和FxrInt-KO小鼠TAG水平都没有显著降低，表明肝脏和肠FXR都参与了肝脏TAG的调控。GSK2324干预后，Fxrfl/fl和FxrInt-KO小鼠肝脏脂肪生成基因Scd1、Dgat2表达降低，而在FxrLiv-KO小鼠中没有变化。粪便脂质组学分析显示FXR激活显著增加Fxrfl/fl和FxrLiv-KO小鼠粪便脂质，而FxrInt-KO小鼠中没有变化。这些数据表明肠道脂质吸收的变化很大程度上取决于肠道 FXR激活。随后对胆汁酸池进行定量分析，结果显示GSK2324显著降低Fxrfl/fl和FxrLiv-KO小鼠胆汁酸池，而在FxrInt-KO小鼠中变化不明显。这些数据表明，GSK2324介导的肝脏TAG减少需要肝脏和肠道FXR，但通过两种不同的途径发挥作用。肝脏FXR控制从头脂肪生成的选择性变化，而肠道FXR减少肠道脂质吸收。
图7 肠道FXR调节脂质吸收，而肝脏FXR控制脂质合成
小结
目前FXR激动剂已经被开发为一种候选药物用于治疗NAFLD，然而，作用机制尚未完全阐明。本研究证实肝脏和小肠中的FXR，分别通过调控脂质的合成和吸收，共同减少了肝脏中甘油三脂的累积，这种机制在临床实践中确定FXR激动剂的有效性方面尤为重要。
参考文献
BethanL.Clifford, et al. FXR activation protects against NAFLD via bile-acid-dependent reductions in lipid absorption. Cell Metab.doi: 10.1016/j.cmet.2021.06.012.
原文下载，请长按识别下方二维码
绘谱帮你测
本研究利用胆汁酸及脂质组学等检测技术揭示了FXR激活可通过胆汁酸依赖的方式降低脂质吸收从而预防NAFLD。针对本研究涉及的胆汁酸及脂质组学检测技术，麦特绘谱可绝对定量检测60+种胆汁酸及2000+种脂质。此外，我们可提供代谢组学一站式整体解决方案，独家的检测技术、全面的数据报告以及专业的售后探讨，助力您的科研探索之路不断创新和突破。详情欢迎咨询麦特绘谱热线400-867-2686。
精彩推荐
2. Protein&Cell | 胆汁酸替代合成途径与代谢性疾病
4. Gut | 菌群色氨酸代谢激活芳烃受体并改善酒精性肝损伤
5. Cell Metabolism | 肠道菌群相关代谢物–胆汁酸生物学功能
6. Journal of Hepatology | STARD1通过胆汁酸促进NASH向肝癌发展
7. Cell Metabolism | 靶向肝脏GLS1可改善非酒精性脂肪肝
| 标签： | 胆汁酸 FXR NAFLD |