科研 | PNAS：肥胖诱导肠屏障功能缺陷重要的内源性调节因子
编译：番茄加牛腩同学，编辑：小菌菌、江舜尧。
原创微文，欢迎转发转载。
肠道屏障功能缺陷通过导致细菌或有毒细菌产物从肠道入血进而引起全身性炎症，成为人类许多疾病的关键致病因素。但是，导致肠屏障功能缺陷的分子机制尚不明确，尚无靶向肠屏障功能的治疗方法。
本研究中作者通过构建可溶性环氧化物水解酶（Soluble epoxidehydrolase，sEH）敲除小鼠和使用sEH抑制剂，探究了sEH对于肥胖导致的肠屏障功能缺陷的重要作用，发现敲除或抑制sEH能够缓解肥胖导致的肠漏，LPS入血，菌群移位，进而缓解脂肪组织炎症，此外作者还发现抑制或敲除sEH改善肥胖引起的肠道屏障功能缺陷依赖于肠道菌群。揭示了sEH是介导肥胖诱导肠屏障功能缺陷重要的内源性调节因子。
论文ID
原名：Soluble epoxide hydrolase is an endogenous regulator of obesity-induced intestinal barrier dysfunction and bacterial translocation
译名：可溶性环氧化物水解酶是介导肥胖诱导肠屏障功能缺陷重要的内源性调节因子
期刊：PNAS
IF：9.58
发表时间：2019.02.01
通讯作者：Jennifer A Wargo
作者单位：德克萨斯大学医学博士安德森癌症中心
实验设计
结果
1 敲除sEH能缓解肥胖导致的肠漏（gut leakage）和菌群易位
与低脂饮食（LFD）相比，高脂饮食中小鼠结肠中Ephx2（编码sEH）表达升高。使用sEH敲除小鼠探究其在肥胖小鼠引起肠漏的作用。作者将WT和sEH敲除小鼠高脂和普通饲料处理3个月（图1A），发现高脂饮食下sEH敲除鼠没有表现出显著的体重增加，但是缓解了肥胖引起的肠道和菌群移位（图1B-D）。接下来，使用异硫氰酸荧光素（FITC）进行肠道通透性测定，高脂饮食增加了FITC从肠道向血液，而在sEH敲除小鼠中这种作用被缓解（图1B）。与FITC结果一致，高脂饮食处理增加了WT小鼠脂肪组织和血液中的细菌负荷（bacterial load），这种增加在sEH敲除小鼠中被缓解（图1C-D）。总之，这些结果表明sEH敲除可缓解肥胖引起的肠漏和菌群移位。
为了探究肠道菌群在sEH功能中的作用，使用混合抗生素（ABX）消除肠道菌群建立菌群消耗动物模型（图1A）。未经ABX处理下，sEH的缺失缓解肥胖引起的肠漏和菌群移位；然而随着ABX处理导致菌群的减少，sEH的缺失无法缓解肥胖引起的肠漏和菌群移位。ANOVA分析表明sEH敲除小鼠和野生型小鼠与ABX处理小鼠和对照组在肠漏方面有显著相互作用(图1B-D)。这些结果表明肠道菌群你在sEH的功能中起着重要作用。
图1 敲除sEH能缓解肥胖导致的肠道渗漏（gut leakage）和菌群易位。（A）动物实验方案。（B）基于FITC-葡聚糖的渗透性测定。（C）血液中细菌负荷的定量测定（通过16S rRNA的基因表达评估）。（D）脂肪组织细菌负荷的定量测定。
2. 敲除sEH能缓解肥胖导致的脂肪组织低度炎症，该效应依赖于肠道菌群
在证明sEH的确实缓解了肥胖引起的细菌向脂肪组织迁移后，进一步验证了sEH对脂肪组织炎症的影响。野生型小鼠在高脂饮食处理下可以增加CD45+免疫细胞的浸润，增强促炎基因（Tnf-α, Mcp-1和Tlr-5）的表达，增大脂肪细胞的直径（图2A-C）。这些影响在sEH敲除小鼠中缓解，表明sEH的缺失能抑制肥胖引起的脂肪低度炎症（图2A-C）。
为了验证sEH的敲除是否通过肠道菌群介导的机制来抑制肥胖引起的低度脂肪炎症，通过使用混合抗生素处理来探究肠道菌群是否参与sEH的调节作用。未经ABX处理下，sEH的缺失抑制了肥胖引起的脂肪炎症，然而随着ABX处理导致菌群的减少，sEH的缺失无法缓解肥胖引起的脂肪炎症（图2 A–C）。ANOVA分析表明sEH敲除小鼠和野生型小鼠与ABX处理小鼠和对照组在脂肪炎症方面有显著相互作用(图1B-D)。这些结果表明肠道菌群的存在对于sEH维持肠屏障功能起重要作用。
图2 敲除sEH能缓解肥胖导致的脂肪组织低度炎症，该效应依赖于肠道菌群。（A）脂肪组织中CD45 +免疫细胞的FACS定量分析（B）促炎基因Tnf-α，Mcp-1和Tlr-5在脂肪组织中的表达（C）脂肪组织HE染色切片。
3. 使用sEH抑制剂能够缓解肥胖导致的LPS和菌群移位
目前尚无靶向肠屏障缺陷的治疗方法。基于前面结果发现sEH的缺失能够缓解肠屏障功能缺陷，作者研究了sEH的抑制剂（trans-4-{4-[3-(4-trifluoromethoxyphenyl) ureido] cyclohexyloxy} benzoicacid，t-TUCB)对肠屏障功能的作用。给野生型C57小鼠灌胃10 mg/L的t-TUCB或vehicle，分别给予高脂或低脂饮食处理（图3A）。与sEH敲除小鼠的结果相一致，作者发现 t-TUCB对高脂饮食诱导肥胖小鼠的体重几乎无影响，同时 t-TUCB处理缓解了高脂饮食诱导肥胖引起的LPS/菌群移位（图3B-D）。高脂饮食处理显著升高了血浆中LPS的浓度，并增加了血液和脂肪组织中的细菌负荷，而使用t-TUCB则缓解了这种升高（图3 B–D）。此外，正如预期，当使用混合抗生素处理来清除肠道菌群时，t-TUCB处理对LPS /菌群易位几乎没有影响（图3 B–D）。总之，这些结果表明sEH的抑制剂能够抑制肥胖引起的LPS /菌群易位。
为了探究t-TUCB调节肠屏障功能的细胞机制，作者检测了结肠紧密连接蛋白的表达。qRT-PCR和免疫组化染色结果表明，高脂饮食处理降低紧密连接蛋白Claudin-1的结肠表达。t-TUCB的缓解作用需要肠道菌群的介导。总之，这些结果支持 t-TUCB能够调节肥胖引起的肠屏障功能缺陷，部分通过调节紧密连接蛋白的结肠表达。
图3 使用sEH抑制剂能够缓解肥胖导致的LPS和菌群移位。（A）动物实验方案。（B）血液中细菌负荷的定量测定（C）LPS浓度。（D）脂肪组织细菌负荷的定量测定。
4.使用sEH抑制剂能够缓解肥胖导致的脂肪组织低度炎症，该效应同样依赖于肠道菌群
作者进一步研究了t-TUCB对肥胖引起的脂肪炎症的影响。t-TUCB处理缓解高脂饮食诱导的脂肪炎症，伴随着免疫细胞浸润减少，促炎基因表达减弱，并且脂肪组织中的脂肪细胞变小（图4 A–C）。此外，研究发现t-TUCB对脂肪炎症的缓解作用需要肠道菌群的参与。未经ABX处理下，抑制sEH缓解了肥胖引起的脂肪炎症，然而随着ABX处理导致菌群的减少，抑制sEH无法缓解肥胖引起的脂肪炎症（图4 A–C）。这些结果与sEH敲除小鼠中的发现相一致（图2），支持sEH的抑制剂通过抑制菌群产物从肠道转移到脂肪组织中来减轻肥胖引起的脂肪炎症。
图4 使用sEH抑制剂能够缓解肥胖导致的脂肪组织低度炎症，该效应同样依赖于肠道菌群。（A）脂肪组织中CD45 +免疫细胞的FACS定量分析（B）促炎基因Tnf-α，Mcp-1和Tlr-5在脂肪组织中的表达（C）脂肪组织HE染色切片。
5.用sEH产生的脂质代谢产物dihydroxyeicosatrienoicacids （DHETs）进行治疗可引发小鼠结肠炎症和肠漏
为了探究sEH促进肠漏的分子机制，作者检测了DHET（sEH的代谢产物）对小鼠肠漏的影响（图5A）。使用小型泵按照2 mg/kg/d的DHET剂量处理小鼠4周（图5B）。使用基于FITC-右旋糖酐的通透性测定，结果发现用DHET进行治疗可增加FITC-右旋糖酐从肠道进入到血液（图5C），说明肠漏增加。与通透性结果相一致，qRT-PCR和免疫组织化学表明，DHET降低了结肠中Claudin-5的表达，Claudin-5是参与调节肠屏障功能的紧密连接蛋白（图5 D和E）。此外，发现DHET增加了促炎细胞因子II-1β和II-6，Mcp-1的结肠表达，它们是炎症和肠通透性的重要调节因子（图5F）。总之，这些结果支持sEH产生的代谢产物DHET参与sEH的功能。
图5 用sEH产生的脂质代谢产物dihydroxyeicosatrienoicacids （DHETs）进行治疗可引发小鼠结肠炎症和肠道泄漏（gut leakage）。（A）CYP-sEH通路（B）动物实验方案。（C）基于FITC-葡聚糖的通透性测定。（D）Claudin-5在结肠中的基因表达。（E）结肠中Claudin-5的免疫组化。（F）结肠中促炎细胞因子的基因表达。
图6 潜在作用机制：sEH是肥胖引起的肠屏障功能缺陷新的治疗靶标
讨论
大量研究表明，肠屏障功能缺陷在各种肥胖疾病的发病机理中起着核心作用，使得肠屏障功能成为潜在的靶标用于预防或治疗肥胖相关疾病。但是，肥胖导致肠屏障功能缺陷的机制尚不清楚，目前尚无预防或治疗的治疗方法。除肥胖外，屏障功能缺陷也是许多其他人类疾病的关键致病因素，包括肠炎，胃溃疡，癌症和腹腔疾病等。因此，迫切的需要进一步了解肠屏障功能缺陷的潜在机制，以开发基于此的预防和/或治疗策略。本研究中作者发现sEH是一种参与脂肪酸代谢的促炎酶，是肥胖引起的屏障功能缺陷的内源性调节因子。作者发现抑制或敲除sEH缓解肥胖引起的肠漏，LPS /菌群易位以及细菌入侵引起的脂肪炎症，支持sEH可能是肥胖引起的肠漏综合征的潜在治疗靶点。这一发现可能具有重要的临床意义，因为sEH抑制剂已经在针对其他疾病的人类临床试验中进行了测试。
sEH酶催化脂肪酸环氧化物的水解，以生成相应的脂肪酸二醇，例如DHET。本研究中作者通过微型泵连续输注DHET会引起小鼠结肠炎症和肠屏障功能缺陷，提示DHET在介导sEH对屏障功能的作用中起重要作用。目前尚不清楚sEH衍生的脂肪酸二醇的受体，这阻碍了进一步研究阐明这些脂质代谢物在促进屏障功能缺陷中的靶标。更好地理解sEH产生的脂肪酸二醇调节屏障功能的机制，可以帮助开发预防或治疗屏障功能缺陷的新策略。
本研究的潜在机制模型是，抑制或敲除sEH缓解了肥胖引起的肠屏障功能缺陷，并减弱了LPS /细菌从肠道到脂肪组织的转运，从而缓解了脂肪炎症。肠道菌群的存在对于sEH的作用至关重要，因为sEH的抑制或敲除不能缓解ABX处理的肥胖小鼠导致的脂肪炎症。
结论
结果支持sEH是介导肥胖诱导肠屏障功能缺陷重要的内源性调节因子，sEH抑制剂是潜在的预防/治疗肥胖引起的肠屏障功能缺陷的药物。除肥胖外，肠屏障功能缺陷也是其他人类疾病的关键致病因素，因此探究sEH在其他疾病中的作用也很重要。
你可能还喜欢