文献解读|Cell Mol Life Sci（9.207）：褪黑素通过调节肠道菌群次级胆汁酸代谢以缓解衰老引发的肝脏脂质代谢异常

实验表明与对照组（年轻小鼠）相比，衰老小鼠血清中衰老生物标志物P16水平显著升高，甘油三酯和胆固醇水平显著升高。衰老小鼠血清和粪便中褪黑素水平和褪黑素生物合成关键限速酶AANAT和ASMT水平显著降低，表明衰老能够促进脂质吸收，降低褪黑素合成速度。

16S rRNA测序分析表明，衰老小鼠肠道微生物组成与对照组显著不同，多样性显著改变，多种菌株丰度显著变化。LC-MS/MS分析表明，与对照组相比衰老对胆汁酸谱有显著影响，粪便中CA,CDCA，GUDCA,TCDCA水平显著上调，TUDCA显著降低。衰老小鼠血清中TCDCA显著升高，α-MCA，β-MCA，UDCA和TUDCA水平降低，胆汁酸转运和重吸收受体ASBT，MRP2无显著改变，这表明衰老对胆汁酸吸收无影响，但总胆汁酸含量升高，游离胆汁酸和结合胆汁酸比例降低；衰老小鼠肝脏中胆汁酸合成关键酶Cyp7a1和Cyp8a1转录明显升高，而Cyp27a1和Cyp7b1 mRNA表达明显降低。

图1.衰老重塑了肠道微生物及胆汁酸谱

A.基于16SrRNA测序分析结果的PCoA分析；B-D.物种多样性指数；E.属水平上代表性肠道微生物丰度热图；F.粪便中胆汁酸水平;G.血清胆汁酸水平；H.会场中ASBT及MRP2表达水平；I.粪便总胆汁酸水平；J.粪便中结合胆汁酸和游离胆汁酸水平之比；K.胆汁酸合成关键酶的mRNA表达水平。

考虑到胆汁酸与脂质吸收之间的密切关系，作者检测了口服4周褪黑素对衰老小鼠脂质吸收的影响。结果表明，口服褪黑素显著降低衰老小鼠甘油三酯和胆固醇吸收，提高衰老小鼠血清和粪便中褪黑素水平。曾有研究表明，肠道FXR通路是褪黑素降低抑郁大鼠神经炎症的关键通路，因此作者检测FXR信号通路并证明口服褪黑素能够剂量依赖性地抑制衰老小鼠回肠的FXR及下游Shp和Fgf15的转录水平。作者使用抗生素混合物去除小鼠肠道微生物，并观察到FXR信号通路的下调，而添加褪黑素并未有进一步的抑制，但衰老小鼠接受粪菌移植后，FXR信号通路明显激活，这表明褪黑素激活FXR信号通路依赖于肠道菌群。

测序数据揭示衰老小鼠肠道菌群中C. Jejuni变化尤为显著，因此在衰老小鼠和幼年小鼠上进行粪菌移植和单菌定植实验，结果表明C. Jejuni激活了FXR信号通路，而褪黑素能够逆转这一现象，此外补充GCDCA和TCDCA也能够显著激活FXR信号通路。此外，褪黑素能够抑制C. jejuni增殖，降低其BSH活性，导致GCDCA及TCDCA游离减少，综上作者认为褪黑素是通过降低衰老小鼠C. jejuni介导的GUDCA和TUDCA解离来抑制回肠FXR信号通路。

图2. 褪黑素通过降低衰老小鼠C. jejuni介导的GUDCA和TUDCA解离水平抑制回肠FXR信号通路

A.褪黑素及胆汁酸对定植C. jejuni衰老小鼠FXR信号通路的影响；B.不同浓度褪黑素处理C. jejuni的生长曲线；C. 褪黑素处理后C. jejuni的BSH活性。

肝脏代谢组学表明衰老小鼠肝脏中氧化三甲胺水平显著升高，同时FMO3蛋白表达水平升高，其中先前研究表明FMO3蛋白可以由胆汁酸介导FXR信号通路所调节。在本实验中，作者证明补充TCDCA能够进一步增加小鼠肝脏TMAO水平，但干扰FXR表达后这种作用便不再明显。

图3.衰老诱导的高水平TCDCA促进小鼠肝脏TMAO产生

A.各样本代谢物PCoA分析；B.各组差异肝脏代谢物丰度热图；C.衰老和对照组小鼠肝脏TMAO水平；D-E.衰老和对照组小鼠血清中三甲胺和TMAO水平；F.FXR和FMO3蛋白表达水平；G.干扰FXR或TCDCA处理对衰老小鼠血清TMAO的影响；H. 干扰FXR或TCDCA处理对衰老小鼠蛋白表达的影响；I. 干扰FXR或TCDCA处理对小鼠血清中TMAO的影响。

口服褪黑素能够导致小鼠C. jejuni丰度降低，胆汁酸谱明显改变。作者证明TCDCA能够在转录水平上激活ATF4并促进SREBP1表达。在使用TCDCA诱导的衰老小鼠模型中，作者证明TUDCA能够降低TCDCA导致的ATF4增加，并降低ATF4启动子活性。与对照组相比，TCDCA能够提高小鼠的肝重比，总甘油三酯、总胆固醇水平，SREBP1及其下游靶点FASN蛋白表达水平，而TUDCA能够逆转上述趋势，提示TUDCA能够抑制衰老引起的肝脏脂质代谢异常。

图4.补充TUDCA能够抑制衰老导致的脂质代谢异常

A.属水平上代表性肠道微生物丰度热图;B.粪便中BSH活性分析;C.各处理下荧光素酶报告分析;D-F.各处理组肝重/体重，肝脏总甘油三酯，总胆固醇水平；F.SREBP1和FASN蛋白表达水平。