肠道菌群在肥胖状态下瘦素抵抗中的作用及表观遗传调控机制研究

The mechanism of highly expressed leptin and leptin resistance in obesity is far from being fully understood. Recent reports demonstrate that gut microbiota dysbiosis and their products play an important role in energy metabolism and obessity by regulating intestinal satiety hormones.The product short chain fatty acids particularly butyrate is the inhibitor for histone deacetylase being involved in epigenetic modification. Thus we hypothesize that gut microbiota dysbiosis may be related to leptin resistance in obesity. In this project, using germ free mice and normal wild type mice fed high fat diet, antibiotic administration and fecal transplantation will be conducted to investigate their effects on the leptin expression and resistance. Meanwhile, the potential epigenetic mechanism will be determined by measuring promoter CpG methylation of the leptin and the leptin receptor, associated methyl binding protein 2, epigenetic enzymes and the modified histones. Furthermore, DNA methyltransferase (DNMT) inhibitor and butyric acid will be used to affect the epigenetic process, so as to clarify whether the effect of gut microbiota on the leptin expression is mediated by epigenetic modification in obesity. This project will be helpful and meaningful for understanding the mechanisms of the leptin abnormal expression and leptin resistance and exploring the new preventive and theraputic methods in obesity.

肥胖时瘦素表达增加与抵抗的发生机制尚不清楚。近来的研究发现，肠道菌群的失调及其代谢产物可影响消化道食欲调控因子等，在肥胖发生中起着重要作用。菌群发酵产生的短链脂肪酸特别是丁酸作为组蛋白去乙酰化酶的抑制剂，参与基因的表观遗传修饰过程。因此我们认为肠道菌群失调可能与肥胖瘦素表达增加和抵抗有关。项目拟以无菌小鼠和正常野生型小鼠为对象，高脂饲料喂养诱导肥胖，采用抗菌素干预肠道菌群和肠道菌群移植等措施，观察肠道菌群变化对瘦素及其受体表达的影响，同时观察瘦素及其受体基因启动子区CpG岛甲基化改变以及关联的甲基化结合蛋白（MBD2）、表观修饰酶和组蛋白修饰的变化。进而采用DNA甲基转移酶（DNMT）抑制剂和短链脂肪酸干预表观修饰过程，观察肠道菌群变化是否通过表观遗传途径实现对瘦素及其受体基因的表达调控。项目对于揭示肥胖状态下瘦素表达增加与抵抗的发生原因和机制，对于探索新的肥胖干预治疗措施，具有重要意义。

肥胖时瘦素表达增加与抵抗的发生机制仍不十分清楚。大量研究证实肠道菌群的失调在肥胖发生中起着重要作用。菌群发酵产生的短链脂肪酸特别是丁酸作为组蛋白去乙酰化酶的抑制剂，参与基因的表观遗传修饰过程。因此我们认为肠道菌群失调可能与肥胖瘦素表达增加和抵抗有关。项目以无菌小鼠和普通野生型小鼠为对象，高脂饲料喂养诱导肥胖并采用抗菌素干预肠道菌群，观察肠道无菌状态以及菌群变化对瘦素表达和敏感性的影响以及基因表达的表观调控；进而采用短链脂肪酸、表观修饰相关营养素和抑制因子进行干预，观察肠道菌群与肥胖发生和瘦素表达及抵抗的关系。研究发现，肠道菌群对小鼠脂肪因子表达和体重的影响因饲料营养状况而异。抗生素干预情况下，在正常饲料喂养时不影响体重和瘦素、脂联素和抵抗素的表达；但在高脂饲料喂养时抑制了体重的增加并提升了脂联素和抵抗素的低表达，这可能与粪便降低的短链脂肪酸含量以及基因启动子区DNA甲基化有关。肠道无菌状态下，仅在正常饲料喂养时促进了体重的增加并上调了瘦素表达，下调抵抗素表达；在高脂喂养时对体重以及瘦素、脂联素和抵抗素的表达均无显著影响。提示抗生素干预导致的肠道菌群失调主要在高脂喂养状态下对体重和脂肪因子产生影响；而肠道无菌则主要影响正常喂养状态下的体重和脂肪因子表达。无论是正常还是高脂饲料喂养，外源性瘦素应用对小鼠体重增加均有一定的抑制作用；但在正常饲料喂养状态下，肠道无菌降低了小鼠对外源性瘦素的敏感性，提示肠道菌群的存在可增加瘦素敏感性，而这种敏感性在高脂摄入情况下被削弱。同时，我们还发现，叶酸发挥对高脂诱导肥胖小鼠体重的抑制作用需要肠道菌群的介导。研究结果对于深入探究肥胖状态下瘦素抵抗发生机制以及干预治疗，为叶酸摄入与体重和肥胖发生之间关系的深入研究提供重要依据；同时在探究营养素与体重和肥胖等健康及疾病的关系时，应该纳入肠道菌群的影响与交互作用。