Nat Metab | 狂吃不长胖？西湖大学陶亮/郑钜圣研究发现摄入肠菌代谢物4HPAA可调节肠道免疫，高脂饮食后也能瘦！

HFD小鼠模型、免疫缺陷小鼠模型

16S微生物组、转录组、代谢组等

通过广州营养与健康研究项目中针对n = 839例样本的血清代谢组、粪便宏基因组以及血脂、身体脂肪数据的分析，作者观察到胆汁酸代谢和芳香族氨基酸（AAA）代谢与体内脂肪积累有关，其中4HPAA与全身脂肪百分比、血液总胆固醇呈最高的负相关，且与全身脂肪百分比的关联并不受性别影响。

由酪氨酸代谢途径中由酪氨酸代谢途径产生的4-羟基苯丙酮酸是4HPAA的直接前体，且在之前的数据分析中，与4HPAA的趋势相反，其表现出与患者全身脂肪百分比的正相关。因此作者推测4HPAA是一种阻止体重增加的生物活性分子。通过构建HFD小鼠模型并给予4HPAA口服，证实了给予4HPAA的喂养可以显著减少HFD小鼠体重的增加，与正常饮食喂养小鼠的体重相近。此外，HFD小鼠的平均脂肪率也显著降低。

除此之外，作者还选择了三种与4HPAA结构相关的代谢物：4HPP、3HPP和酪醇，同样进行了对HFD小鼠的口服给予，其中4HPP、3HPP同样可以减少小鼠的总重量、体重增加和脂肪积累。但这种口服给予对增加粪便中4HPAA水平的影响很小，反之亦然，表明，3HPP和4HPP的保护作用不太可能是由它们在肠道中被微生物转化为4HPAA而产生的，而是此一类代谢类似物对肥胖具有类似的保护作用。

考虑到4HPAA、3HPP和4HPP可显著抑制脂肪堆积，而HFD喂养会使小鼠脂肪组织表现出脂肪细胞肥大的特征，因此作者进行了组织学检查，发现经4HPAA、3HPP或4HPP（而非酪醇）给予的HFD小鼠的脂肪组织并没有明显的脂肪细胞肥大，而是与正常饮食喂养小鼠的脂肪细胞更相似；此外，也可以有效缓解HFD诱导的肝脂肪变性。与肝损伤和血脂紊乱的典型血清指标也表现出显著的下降，这些都揭示了这类代谢类似物的保护作用。

作者进一步探究喂食AAAs的这些代谢衍生物影响小鼠体重的具体机制：小鼠的摄食量并不受4HPAA等给予的影响，表明这些代谢物不会影响食欲，小鼠的能量消耗也只是略高于肥胖对照的小鼠，但粪便热量高于对照组小鼠，表明4HPAA、3HPP和4HPP阻碍了HFD小鼠对营养物质的吸收。此外，4HPAA、3HPP和4HPP的给予并不影响小鼠的口服葡萄糖耐量和胰岛素耐量，对行为学的观察也表明这种给予并不影响神经系统。

接下来，为了探究口服代谢物作用于肠道还是进入循环系统以靶向远处器官，如肝脏和脂肪组织，作者将代谢物给予的方式改变为腹腔注射，以绕开肠道的吸收。此时，腹腔注射代谢物不再能够减轻小鼠的体重增加或脂肪积累，也不再逆转脂肪细胞肥大。对于肝脏的脂肪变性，4HPAA的腹腔注射有微弱的保护作用，而3HPP的腹腔注射仍能有效地发挥保护作用。但肠道可能是这些化合物最大限度地发挥其肥胖保护作用的关键位置。

随后，对小鼠进行肠道微生物进行检测，发现短期给予这些代谢产物并不显著地改变小鼠的肠道微生物组成，但长期的给予会使Coriobacteriaceae的水平降低，而Rikenellaceae、Parabacteroides和Muribaculaceae的水平略有升高。也就是说，4HPAA、3HPP或4HPP本身的影响微乎其微。利用抗生素进行微生物清除也不影响这些代谢物的作用，确认了4HPAA和3HPP对体重的作用独立于肠道微生物群。

为了了解这些AAA和相关代谢物如何在肠道中发挥预防肥胖的作用，作者进行了HFD小鼠肠道组织的转录组测序，参与脂质代谢的通路，包括单羧酸分解、脂肪酸分解、甘油三酯代谢、脂肪酸代谢和脂质氧化，均受到抑制。经4HPAA处理的HFD小鼠结肠中多个参与脂质吸收和代谢的基因的表达下调。此外，通路富集分析还表明B细胞介导的反应和信号传导增强了，因为几乎所有上调基因都编码免疫球蛋白或B细胞信号因子。组织病理学分析表明HFD喂养的小鼠表现出肠淋巴细胞增生、上皮完整性受损和肠道炎症细胞浸润等慢性炎症的特征。相比之下，口服4HPAA的HFD小鼠的上皮完整性有所改善，炎症也有所减轻。

为了确定4HPAA治疗作用的肠道免疫细胞对象，作者分析了小鼠结肠中主要免疫细胞类型，包括治疗第16天的B细胞、T细胞（CD4⁺、CD8⁺、17型T辅助细胞(TH17)和调节性T细胞(T_reg)）、自然杀伤细胞(NK)、固有淋巴细胞（ILC1、ILC2和ILC3）、巨噬细胞和树突状细胞(DC)的细胞频率变化情况。4HPAA处理使得三个ILC细胞群都减少了。

进一步采用免疫缺陷小鼠进行验证，Il2rg^-/-小鼠（缺乏ILC和NK细胞）对HFD诱导的体重增加不太敏感，且对4HPAA治疗更敏感，Rag2^-/-Il2rg^-/-小鼠（缺乏ILC、NK细胞、T细胞和B细胞）对4HPAA最敏感。为野生型小鼠注射了IgG2α对照或抗NK1.1抗体，以消耗NK和ILC1细胞，也会略微降低4HPAA处理后HFD喂养小鼠的体重增加。因此，ILCs和4HPAA可能会拮抗调控髓系细胞等共同靶标，从而控制HFD诱导的体重增加。

该研究首先观察到血清中微生物芳香族氨基酸代谢物与脂肪积累之间的关联。接下来，确定4-羟基苯乙酸（4HPAA）及其类似物可有效保护小鼠免受高脂饮食诱导的肥胖。这些代谢物作用于肠粘膜，调节免疫反应并控制脂质摄取，从而防止肥胖。这些发现共同揭示了特定的微生物代谢物作为通过免疫控制来抑制肥胖的关键分子，建立了肠道微生物代谢物调节宿主的机制。