文献解读|Cell Host Microbe（23.2）：尿酸通过肝-肠内分泌轴，经由肠道菌群和代谢组重塑促进膳食脂质的吸收

全球肥胖流行是当前最紧迫的公共卫生挑战之一，然而人们对导致能量平衡失调的系统性信号通路的理解仍然不完整。能量摄入与消耗的等式表面上看似简单，但其生物学现实却涉及复杂的器官间通讯网络，一旦失调，就会促进病理性体重增加。在这个网络中，循环代谢物和激素发挥着关键信号的作用。其中，嘌呤代谢物尿酸呈现出一个特别引人关注的悖论。高尿酸血症以血清尿酸浓度升高为特征，在不同人群中均表现出与肥胖和代谢综合征最一致的临床相关性。然而，目前普遍的观点将尿酸视为被动的旁观者——仅仅是嘌呤代谢的废物，其升高是肥胖的继发性后果，由肾功能受损或富含嘌呤的饮食等因素驱动。前瞻性人体研究表明，尿酸水平升高可独立预测未来肥胖和脂肪肝的发生，提示其在明显的代谢功能障碍出现之前就发挥着致病作用。此外，药物降低尿酸水平与人体体重减轻或体重增长减缓相关。这些观察结果引出了一个关键问题：如果尿酸仅仅是肥胖的惰性后果，那么其驱动疾病的明显能力又该如何解释呢？

为了探究尿酸在肥胖中的潜在作用，研究团队首先分析了一项已发表的针对高尿酸血症、痛风和正常尿酸血症对照组人群的靶向代谢组学研究（图1A）。与已确立的尿酸、肥胖和血脂水平之间的关联一致，证实血清尿酸与体重指数（BMI）和甘油三酯呈正相关（图1B-C）。有趣的是，更详细的分析显示，尿酸与必需脂肪酸（如C18:2n6和C22:6n3）密切相关（图1D），提示其可能与膳食脂质吸收有关。

为了验证这一假设，他们建立了一个由超重或肥胖个体组成的队列，这些个体的尿酸水平各不相同（图1E）。重复验证了尿酸与体重指数（BMI）和甘油三酯的正相关性（图1F-G）。至关重要的是，发现血清尿酸与粪便游离脂肪酸（FFA）水平之间存在显著的负相关性（图1H），表明较高的血清尿酸水平与肠道FFA吸收增加相关。总而言之，两个队列的数据均支持尿酸升高会增强肠道脂质吸收的模型。

基于临床发现尿酸可能促进肠道脂质吸收，从而导致肥胖的发生，他们首先试图鉴定尿酸水平的遗传调控因子，并进一步研究尿酸是否直接影响肥胖及其潜在机制。分析了来自2型糖尿病知识门户（T2DKP）的人类遗传数据，重点关注基因水平与尿酸水平的关联——尿酸水平以两种表型特征表示，即“尿酸”和“血清尿酸”，分别来自T2DKP的不同数据库。结果发现17个候选基因与尿酸和血清尿酸水平均相关（图2A）。在这些基因中，编码组蛋白乙酰转移酶TIP60的KAT5基因尤为突出，因为它与尿酸以及多种代谢参数（包括甘油三酯、胆固醇、BMI和经BMI校正的腰臀比，后者是中心性肥胖的关键指标）均存在显著关联（图2B）。

TIP60 是一种重要的组蛋白乙酰转移酶，在真核生物中具有多种功能，尤其是在调节自噬、DNA 修复和细胞命运控制方面。研究表明， TIP60 可以调节脂蛋白1的乙酰化，进而影响甘油三酯的合成。全身表达编码活性较低的TIP60 S86A等位基因的小鼠表现出脂肪含量显著降低，因此体重也显著下降。然而，TIP60 在尿酸代谢中的作用尚不清楚。因此，他们假设肝脏 TIP60 调节尿酸的生成，从而影响脂质吸收和肥胖的发生发展。

鉴于肝脏是尿酸合成的主要场所，为了验证这一假设，他们利用AAV载体递送的sgRNA，在Cas9敲入小鼠中特异性地敲低了肝细胞中的TIP60。值得注意的是，在高脂饮食（HFD）条件下，肝脏TIP60的敲低显著降低了肝脏尿酸水平（图2 C），直接验证了人类的遗传关联。随后对这些肝脏进行转录组（RNA-seq）分析显示，关键嘌呤代谢酶的表达显著下调（图2 D）。

接下来，他们研究了TIP60是否直接调控这些基因。首先检测了AAV载体递送和高脂饮食喂养后1周内肝组织中代谢物的变化。非靶向代谢组学分析显示嘌呤代谢途径的代谢物发生了显著改变（图2E-F），表明存在早期特异性效应。关键的是，CUT&Tag分析揭示了TIP60在全基因组启动子区域的强结合。与TIP60结合且在其缺失后表达下调的基因集高度富集于嘌呤代谢途径（图2G），证实它们是TIP60的直接转录靶点。

虽然已知TIP60复合物能够乙酰化组蛋白H4，但并未检测到TIP60靶向的嘌呤代谢基因转录起始位点（TSS）周围H4乙酰化的显著变化。考虑到已有文献报道TIP60能够调控组蛋白H3K9的乙酰化，他们随后评估了组蛋白H3K9位点的乙酰化状态。事实上，他们发现TIP60的缺失特异性地降低了这些位点的组蛋白H3K9乙酰化水平（H3K9ac）和染色质可及性[通过转座酶可及染色质测序分析(ATAC-seq)测定]（图2 H-J），表明H3K9ac在介导TIP60依赖的嘌呤代谢基因转录中起着关键作用。最后，在人类肝脏类器官中验证了这一保守作用，其中 TIP60 抑制剂 (NU9056) 也同样抑制了嘌呤代谢基因（图 2K）。

在确定肝脏TIP60是尿酸（生成的关键调控因子后，他们进一步研究了其在肥胖和肠道脂质吸收中的作用。对肝细胞特异性敲除TIP60的小鼠进行高脂饮食（HFD）喂养（图3A）。这些小鼠表现出对肥胖及肥胖相关代谢缺陷的显著抵抗力，具体表现为体重减轻（图3B）、血清甘油三酯水平降低、脂肪量减少（图3C）、脂肪细胞体积缩小以及肝脏脂肪变性减轻。此外，它们的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性也得到改善。同时，肝细胞特异性TIP60耗竭小鼠的血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）水平呈下降趋势，证实靶向耗竭肝脏TIP60不会引起肝损伤。

随后，他们研究了这些代谢改善是否由肠道脂质吸收减少所致。结果支持了这一观点，TIP60 缺失小鼠的粪便游离脂肪酸（FFA）水平显著升高（图3D），脂质组学分析也显示粪便脂肪酸种类普遍增加（图3E-F）。使用硼二吡咯亚甲基（BODIPY）标记的脂肪酸直接评估脂质吸收，也发现 TIP60 缺失小鼠空肠和血清中的荧光强度降低（图 3G-H），证实了吸收受损。此外，这与关键肠道脂肪酸转运基因（Cd36、Fabp1、Slc27a2和Slc27a4）表达显著下调相关（图 3I）。

接下来，他们旨在验证TIP60对脂质吸收的影响是否特异性地通过尿酸介导。为了验证这一点，首先通过饮水恢复了TIP60缺失小鼠体内的尿酸水平（图3J）。重要的是，恢复这些小鼠体内的尿酸水平完全消除了其保护性表型，逆转了肥胖的减轻（图3K）、葡萄糖代谢的改善以及肠道脂质吸收的减少（图3L-N）。其次，他们敲除了小鼠肝脏中参与尿酸合成的三种关键酶——AMPD2、GDA和XDH（图3O）。值得注意的是，这些小鼠重现了TIP60敲除表型，表现为肝脏和血清尿酸水平降低、肥胖减轻（图3 P）、糖代谢紊乱缓解以及肠道脂质吸收减少（图3 Q），且食物摄入量无差异。重要的是，在这些小鼠中进一步敲除TIP60并未带来更多益处（图3 P-Q），表明TIP60位于同一通路的上游。综上所述，这些数据建立了一个肝-肠轴，其中肝脏TIP60通过驱动尿酸合成来促进肠道脂质吸收和饮食诱导的肥胖。

接下来，他们探究了肝脏TIP60-尿酸轴调控肠道脂质吸收的机制。用尿酸直接处理肠道类器官并未增加脂肪酸转运基因Cd36的表达，表明其对脂质吸收的影响并非通过直接作用于肠道上皮细胞而介导。鉴于肠道菌群在宿主脂质代谢（包括脂质吸收）中发挥着重要作用，他们采用三种独立的方法研究了肠道菌群是否参与这一过程：共饲养、抗生素处理（ABX）和粪便菌群移植（FMT）。

值得注意的是，将TIP60缺失小鼠与对照小鼠共同饲养，可显著减弱两组小鼠在体重增加和肠道脂质吸收方面的差异（图4A-C）。此外，抗生素介导的肠道菌群耗竭几乎完全消除了肝脏TIP60耗竭所导致的代谢改善和脂质吸收减少（图4D-4I）。抗生素处理也消除了三种关键尿酸合成酶耗竭所观察到的保护作用（图4J-L）。相反，将TIP60耗竭小鼠的粪便菌群移植到受体小鼠体内足以重现该表型，从而改善代谢谱（图4M-N）并减少肠道脂质吸收（图4O-R）。这些数据共同表明，通过肝脏TIP60-尿酸轴抑制肠道脂质吸收完全依赖于肠道微生物群。

为了进一步鉴定具体的微生物，他们对TIP60缺失小鼠的粪便样本进行了16S rDNA测序。虽然α多样性没有显著改变，但β多样性分析显示微生物群落结构发生了显著变化。值得注意的是，观察到约翰逊乳杆菌（L. johnsonii）的丰度显著增加（图5 A），并且在富集物种中也表现出最高的线性判别分析（LDA）得分（图5 B）。宏基因组测序进一步证实了这一增加（图5 C）。此外，qPCR分析显示，TIP60缺失雌性小鼠肠道菌群中约翰逊乳杆菌的丰度也显著增加。尽管已知某些L. johnsonii菌株对多种疾病具有有益作用，包括饮食诱导的肥胖，但L. johnsonii的功能效应似乎因菌株而异，且其在调节肠道脂质吸收中的作用尚未见报道。因此，他们研究了L. johnsonii的富集是否介导了TIP60-尿酸轴的作用。

首先发现尿酸与L. johnsonii之间存在一致的负相关关系。qPCR分析证实，TIP60缺失后L. johnsonii数量的增加在补充尿酸后得到逆转（图5D）。同样，尿酸合成酶的基因敲除或使用托吡罗司他进行药理学抑制也增加了L. johnsonii的丰度（图5E-F）。至关重要的是，这些对肝脏尿酸合成的调控导致盲肠内容物中尿酸水平的相应变化（图5G-H），从而建立了与肠道微环境的直接联系。相反，在高尿酸血症小鼠中，盲肠内容物中的尿酸水平升高，而L. johnsonii的丰度显著降低。尿酸在肝脏产生后，通过血液循环运输至肾脏和肠道进行排泄。然而，鉴于胆汁循环也是肠肝循环的重要途径，他们进一步测量了小鼠胆汁中的尿酸浓度，发现胆汁中的尿酸水平远低于血清中的尿酸水平，表明血液是肝脏尿酸分泌到肠道的主要途径。

通过对16S rDNA测序数据的进一步分析，他们将操作分类单元147（OTU147）注释为L. johnsonii。随后，利用OTU147序列筛选商业菌株，鉴定出与OTU147具有100%序列同一性的GPTB00006，并将其用于后续实验。接下来，直接在添加了尿酸的培养基中培养L. johnsonii，发现尿酸在体外以剂量依赖的方式抑制其生长（图5 I）。对暴露于尿酸的细菌进行RNA-seq分析，结果显示参与细胞壁组织和肽聚糖生物合成的基因显著下调（图5 J），表明尿酸通过破坏L. johnsonii的细胞壁完整性来抑制其生长。随后，用荧光标记的HCC-氨基-D-丙氨酸（HADA）标记了经尿酸处理的L. johnsonii。通过测量HADA荧光信号来评估细胞壁合成，结果表明尿酸确实抑制了L. johnsonii细胞壁合成（图5K）。同时，发现尿酸不影响另一种革兰氏阳性菌青春双歧杆菌（B. adolescentis）或革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）的生长和细胞壁合成，表明尿酸对L. johnsonii的抑制作用具有相对特异性。血清尿酸水平与人类队列中L. johnsonii的相对丰度之间存在显著的负相关性（图 5 L），表明尿酸对L. johnsonii的抑制作用也存在于人类中。

此外，在人类队列中，也观察到L. johnsonii丰度与FFA浓度之间存在显著的正相关性。这提示尿酸可能通过下调L. johnsonii的丰度来促进肠道脂质吸收。因此，他们检测了补充L. johnsonii是否能抑制肠道脂质吸收并改善肥胖表型。每日灌胃法成功地使小鼠肠道定植了L. johnsonii（图5 M），并显著减轻了HFD诱导的肥胖（图5 N），改善了葡萄糖代谢，并降低了肠道脂质吸收（图5 O-R）。此外，用L. johnsonii条件培养基处理小鼠肠道类器官可下调关键脂肪酸转运基因Cd36的表达，表明其对肠道上皮细胞具有直接作用。综合来看，这些数据建立了一条因果链，其中尿酸通过直接抑制有益细菌L. johnsonii的生长，创造了一种肠道微环境，从而增强了肠道脂质吸收并导致肥胖。

在确定L. johnsonii抑制脂质吸收后，他们试图鉴定其介导因素。基于L. johnsonii条件培养基可下调肠道类器官中的Cd36表达，他们推测其作用机制可能与细菌代谢产物有关。对条件培养基进行非靶向代谢组学分析发现，苯乳酸（PLA）是一种显著升高的代谢产物（图6 A-B）。他们进一步利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）证实了其身份，其保留时间和碎片模式与纯PLA标准品相符。与细菌来源相一致，在定植L. johnsonii的小鼠的盲肠内容物、空肠和血清中，PLA水平显著升高，但在肝脏中未见升高（图6 C-D）。

虽然先前有报道称PLA具有抗肥胖作用，但其在脂质吸收中的作用仍不明确。他们发现，在小鼠饮用水中添加PLA（图6E）足以重现L. johnsonii的作用，显著减轻高脂饮食诱导的体重增加和脂肪堆积（图6F-G），并抑制肠道脂质吸收（图6H-J），且不影响食物摄入量。与L. johnsonii灌胃引起的改变一致，PLA补充剂显著提高了小鼠盲肠内容物、空肠和血清中的PLA浓度，但对肝脏中的PLA浓度没有影响。

为了进一步阐明其机制，他们对PLA处理小鼠的空肠组织进行了转录组分析。KEGG通路分析显示，PPAR信号通路显著受到抑制。PLA特异性下调了Ppara的表达及其参与脂肪酸转运的靶基因，包括Cd36、Fabp1和Slc27a2（图6 K）。进一步证实，PLA特异性降低了空肠而非肝脏中的PPARα蛋白水平（图6 L），这与PLA的组织特异性分布相符。PLA处理下调了小肠类器官中Ppara和Cd36的表达，表明PLA直接作用于肠上皮细胞。在TIP60缺失的小鼠和关键尿酸合成酶缺失的小鼠的空肠中也检测到了PLA水平升高和Ppara表达下调，但Pparg表达没有显著变化，表明PLA介导了尿酸对肠道脂质吸收的影响。

PPARα在促进脂肪酸氧化和脂质稳态方面发挥着关键作用，尤其是在肝脏中，但其在肠道上皮细胞中的组织特异性缺失或抑制会减弱脂质吸收，进而起到预防肥胖和肝脂肪变性的作用。为了验证PPARα抑制是否是主要机制，他们用PPARα特异性抑制剂GW6471处理小鼠（图6M）。GW6471处理显著抑制了肠道脂质吸收，而与PLA联合给药则未产生叠加效应（图6N-O）。这些数据共同表明，L. johnsonii来源的PLA作用于肠道上皮细胞，下调PPARα，从而抑制脂肪酸转运蛋白的表达并抑制膳食脂质的吸收。

对宏基因组数据进行进一步分析表明，TIP60 缺失小鼠肠道菌群中乳酸脱氢酶（LDH）基因家族的总丰度显著升高，这种升高主要由L. johnsonii驱动（图 6 P）。在L. johnsonii基因组中鉴定出三个LDH基因——ldh1、ldh2和ldhD——所有这些基因在TIP60 缺失小鼠中均富集（图6Q）。

为了确定它们的功能作用，他们在大肠杆菌中异源表达了每个基因。为了增强有氧条件下的NADH供应，他们将每个LDH基因与来自L. johnsonii的gap基因共表达。结果表明， ldh1或ldhD与gap的共表达显著提高了PLA的产量，而ldh2则没有（图6 R）。这些结果共同表明，L. johnsonii利用两种特异性的乳酸脱氢酶Ldh1和LdhD来生物合成生物活性代谢物PLA。此外，在人类队列中，观察到肠道菌群中约翰逊乳杆菌ldh1和ldhD基因的相对丰度与血清尿酸水平呈显著负相关，进一步证实了人类中存在类似的机制。

在阐明了TIP60-尿酸-L. johnsonii轴之后，他们研究了其治疗潜力，将携带靶向Tip60的小干扰 RNA (siRNA) (si-Tip60)的脂质纳米颗粒 (LNP) 注射到已建立高脂饮食诱导肥胖的小鼠体内（图 7A）。

使用si-Tip60 LNP治疗可有效抑制肝脏TIP60的表达（图7B），并显著逆转代谢综合征的关键方面，包括减轻体重增加和肝脂肪变性，以及改善血糖控制（图7C-G）。在治疗方面，TIP60抑制激活了整个保护性通路：它降低了肝脏尿酸的生成（图7H-K），增加了有益的L. johnsonii的丰度（图7L），并抑制了肠道PPARα信号传导和脂质吸收（图7M-P）。总之，这些发现表明，靶向抑制肝脏TIP60是治疗肥胖及其相关代谢紊乱的一种有前景的策略。

本研究结合人体临床分析和动物研究，将尿酸重新定义为一种肝脏来源的内分泌调节因子，它通过调节肠道菌群来驱动肥胖。尿酸重塑肠道菌群，通过干扰肽聚糖合成选择性地消耗L. johnsonii，这种消耗降低了PLA的水平，它是肠道PPARα信号传导的内源性抑制因子。因此，PPARα的解除抑制会使脂肪酸转运蛋白上调，加速脂质吸收，从而促进肥胖。利用人类遗传数据，发现TIP60是肝脏尿酸生成的关键调控因子。肝脏TIP60的缺失可降低尿酸水平，恢复L. johnsoni-PLA2轴的功能，并赋予机体抵抗肥胖的能力。这些发现揭示了尿酸驱动的肝-肠轴，并提示TIP60抑制剂可作为治疗肥胖和高尿酸血症的双靶点疗法。