肠道微生物通过胆汁酸调控草鱼脂肪代谢的研究

Fat is one of the most important nutrients animals need. Fat metabolism has always been a hot spot of research. It is generally believed that bile acids are involved in fat metabolism. However, recent studies have indicated that intestinal microbes can affect host lipid metabolism, the mechanism is still unclear. Studies on intestinal microbes have found that they regulate the metabolism of bile acids. Therefore, we speculate that intestinal microbes may regulate fat metabolism through bile acids. To test this hypothesis, we have established a method for the determination of bile acid in grass carp, and systematically determined intestinal microbiota of the fish. In the present study, we intend to (1) disclose the relationships between bile acids and intestinal microbes, and determine their significant correlations through comprehensive analysis of grass carp bile acids and intestinal microbiota; (2) reveal the relationships between intestinal microbes and metabolisms of bile acids and fat via bacterial feeding experiments of grass carp and the comparative studies on the relative indexes of bile acid and fat metabolism; and (3) untie the relationships between bile acid and fat metabolism via bile acid feeding experiments of grass carp and the comparative studies on the relative indexes of bile acid metabolism. The purpose of the present study is to uncover the mechanisms that intestinal microbiota regulates fat metabolisms. This project will further fulfill and enrich the theory of fat metabolism, and offer new ideas on prevention and treatment of nutrition-related diseases on fish.

鱼类的脂肪代谢一直是研究的热点。通常认为胆汁酸参与了脂肪代谢，但最近的研究发现肠道微生物也能够参与脂肪代谢，然而其作用途径尚不清楚。已发表的文献资料显示，肠道微生物可以调控胆汁酸代谢。因此，我们推测，肠道微生物可能是通过胆汁酸调控了脂肪代谢。本项目拟通过对草鱼胆汁酸与肠道微生物之间关系的研究，试图鉴定具有显著相关关系的微生物类群和胆汁酸种类。然后，分离培养与胆汁酸显著相关的关键微生物类群，进一步将关键微生物添加到草鱼饲料中开展养殖实验，通过对草鱼胆汁酸代谢和脂肪代谢相关指标的解析，弄清关键微生物对胆汁酸代谢与脂肪代谢的影响；同时，将与关键微生物显著相关的胆汁酸添加到饲料中开展养殖实验，通过对脂肪代谢相关指标的研究，揭示胆汁酸在脂肪代谢中的作用，从而弄清肠道微生物调控脂肪代谢的途径。本项目的完成将进一步丰富脂肪代谢基础理论，同时为鱼类营养性疾病的预防与治疗提供重要依据。

鱼类的脂肪代谢一直是研究的热点。通常认为胆汁酸参与了脂肪代谢，但最近的研究发现肠道微生物也能够参与脂肪代谢，然而其作用途径尚不清楚。已发表的文献资料显示，肠道微生物可以调控胆汁酸代谢。因此，我们推测，肠道微生物可能是通过胆汁酸调控了脂肪代谢。为验证我们的假说，我们首先以草鱼为研究材料，以不同胆汁盐以及胆汁酸螯合剂添加到饲料中饲喂草鱼，研究了肠道微生物与胆汁酸之间的关系，发现：1）食物中不同胆汁盐对草鱼胆汁酸的影响与哺乳动物基本一致；2）不同胆汁酸盐对肠道微生物的影响不同；3）肠道微生物与胆汁酸存在复杂的相互关系，其中毛螺菌科，瘤胃菌科和柠檬酸杆菌属与CA的浓度显著相关（r = 0.85，，0.60和0.77）（P<0.001）。然后，我们从草鱼肠道中分离出一株与胆汁酸显著相关的弗氏柠檬酸杆菌，进一步研究发现：1）该菌的添加可引起草鱼血清中甘油三酯浓度的升高和胆固醇浓度的降低。2）该菌的添加可引起草鱼肝脏中脂肪含量的增加，导致胆汁淤积、胰腺腺泡坏死变性等现象的发生，以及肝脏中许多脂肪代谢相关基因表达的显著变化。3）该菌的添加引起草鱼肠道内容物中胆汁酸谱发生了变化，尤其是次级胆汁酸变化显著。最后，我们在草鱼饲料中添加石胆酸（LCA），研究石胆酸对草鱼脂肪代谢的影响，结果发现：1）转录组测序共鉴定出1,802显著差异表达基因（DEGs），DEGs中有8个属于非酒精性脂肪肝（NAFLD）通路的基因；2）肝切片油红染色显示对照组的脂滴面积百分比为4.6±0.9%，LCA组为11.2±2.5%（P = 0.03）。在后续的工作中，我们发现，与野生型相比，P85α敲降的鲫鱼（P85α+/-），其脂肪代谢能力显著提高，因此我们也利用这个模型深入探讨了鲫鱼胆汁酸、肠道微生物和脂代谢三者之间相互作用。总之，我们的研究结果证实了胆汁酸、肠道微生物和脂代谢三者之间存在复杂的相互作用，阐明了肠道微生物调控脂代谢的机制，丰富了脂肪代谢基础理论，研究结果的应用对于预防与治疗养殖鱼类的肝胆综合症将起到一定的指导作用。