客户案例 | 又双叒是UDCA！胆汁酸谱技术助力中国农业大学团队在猪肠道研究中取得新突破！

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Pi et al., Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid alleviates low birth weigh-induced colonic inflammation by enhancing M2 macrophage Polarization. Microbiome. 2023. 

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