想不想輕松減肥？一文讀懂GPR119的減肥密碼

胃腸道通過分泌激素和通過激活營養(yǎng)傳感器產(chǎn)生信號(hào)來影響生理活動(dòng)和行為。GPR119，一種脂質(zhì)傳感器，它間接參與腸內(nèi)分泌細(xì)胞的腸促胰島素分泌，如胰高血糖素樣肽-1、葡萄糖依賴性胰島素肽等，但它可直接刺激胰腺β細(xì)胞分泌胰島素。鑒于GPR119有調(diào)控肥胖和糖尿病的代謝穩(wěn)態(tài)的潛力，所以它作為治療靶點(diǎn)吸引了很多學(xué)者的研究興趣。然而，此前的研究表明在基礎(chǔ)或高脂飲食條件下，敲除GPR119不影響小鼠的葡萄糖穩(wěn)態(tài)和食欲。因此，本研究旨在探究GPR119信號(hào)系統(tǒng)在小鼠能量代謝和飲食行為中的作用。本研究結(jié)果表明，腸道微生物產(chǎn)生的油酸來源的油酰乙醇胺（OEA）激活胃腸道GPR119與能量短缺條件下的飽腹感控制和能量穩(wěn)態(tài)有關(guān)。本研究于2022年11月發(fā)表在《Molecular Metabolism》IF：8.568期刊上。

技術(shù)路線：

主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、Gpr119 KO小鼠體重減輕，能量消耗增加

采用CRISPR-Cas9基因組編輯系統(tǒng)生成Gpr119 KO小鼠，評(píng)估Gpr119的生理作用。在FF條件下維持的Gpr119 KO小鼠比同窩的WT小鼠表現(xiàn)出更低的體重（圖1A）。然而，在FF條件下，WT和Gpr119 KO小鼠的生長、食物攝入量（圖1C）和血糖水平（圖1E）沒有觀察到差異。此外，在FF條件下，血漿三酰甘油（TG；圖1F），非酯化脂肪酸（NEFA；圖1G）和總膽固醇（圖1H）水平在WT和Gpr119 KO小鼠間也無差異。因此，作者進(jìn)一步評(píng)估這些小鼠的能量代謝和運(yùn)動(dòng)能力。

圖1Gpr119 KO小鼠在自由喂養(yǎng)(FF)和食物剝奪(FD)條件下的體重、攝食量、血糖、血脂和GLP-1的變化

Gpr119 KO小鼠的能量消耗（圖2C，暗周期）而非呼吸商（圖2A和2B）和運(yùn)動(dòng)活性（圖2E和2F）高于同窩的WT小鼠。因此，Gpr119 KO小鼠即使在攝入相同量的食物時(shí)，消耗的能量也高于WT小鼠。此外，利用體重和能量消耗的原始數(shù)據(jù)評(píng)估MMPC能量消耗分析，以檢驗(yàn)增加的能量消耗是否主要影響體重。考慮體重作為協(xié)變量的ANCOVA基因型效應(yīng)無顯著差異（圖2G）。與WT小鼠相比，Gpr119 KO小鼠調(diào)整后的能量消耗顯著增加（圖2H），這解釋了Gpr119 KO小鼠與WT小鼠相比相對(duì)瘦弱的表型。

圖2WT和Gpr119 KO小鼠在FF條件下的代謝分析

2、Gpr119 KO小鼠在食物剝奪后的RF中表現(xiàn)出貪食反應(yīng)

為研究GPR119在代謝應(yīng)激中的作用，將7周齡GPR119 KO小鼠和WT同窩小鼠進(jìn)行24 h的食物剝奪。在FD條件下，Gpr119 KO小鼠的體重低于WT小鼠（圖1A）。Gpr119 KO小鼠的體重下降明顯大于WT小鼠（圖1B）。有趣的是，Gpr119 KO小鼠在斷食24小時(shí)后5小時(shí)的食物消耗量高于WT小鼠（圖1D）。此外，Gpr119 KO小鼠的血糖水平往往低于WT小鼠（圖1E）。Gpr119 KO和WT小鼠在不進(jìn)食24小時(shí)后，血漿TG（圖1F）、NEFA（圖1G）和總膽固醇（圖1H）水平無差異。這些結(jié)果表明，Gpr119 KO小鼠在食物剝奪應(yīng)激下表現(xiàn)出貪食反應(yīng)。

3、Gpr119 KO小鼠在食物剝奪后RF中的餐后間隔時(shí)間較短

根據(jù)圖1中關(guān)于FD型Gpr119 KO小鼠的暴食反應(yīng)的結(jié)果，使用喂養(yǎng)測(cè)量系統(tǒng)觀察WT和Gpr119 KO小鼠在禁食24小時(shí)后RF 3小時(shí)內(nèi)的進(jìn)食模式（圖3）。與圖1D所示的人工攝食量測(cè)量結(jié)果(RF-5 h)一致，與WT小鼠相比，使用該系統(tǒng)測(cè)量的Gpr119 KO小鼠攝食量顯著增加（圖3A）。此外，Gpr119 KO小鼠的進(jìn)餐頻率（圖3C）明顯高于WT小鼠，而Gpr119 KO小鼠和WT小鼠之間的用餐潛伏期（圖3B）和用餐總時(shí)長（圖3D）沒有差異。Gpr119 KO和WT小鼠在第一餐參數(shù)上沒有差異，如餐量（圖3E）、餐時(shí)間（圖3F）、餐后間隔時(shí)間（圖3G）和飽腹率（圖3H）。有趣的是，與WT小鼠相比，Gpr119 KO小鼠的平均餐后間隔時(shí)間（圖3K）和平均飽腹率（圖3L）顯著降低，而非平均餐食量（圖3I）和平均持續(xù)時(shí)間（圖3J）。這些結(jié)果表明，Gpr119的缺失導(dǎo)致RF在食物剝奪后進(jìn)食飽腹感的降低，而且其影響從進(jìn)食開始就延遲的。進(jìn)一步測(cè)量在FD和RF條件下WT和Gpr119 KO小鼠的血漿GLP-1水平（圖1I）。WT和Gpr119 KO小鼠在RF作用下GLP-1水平有升高趨勢(shì)，但不同喂養(yǎng)條件之間沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。表明Gpr119的缺失不影響血漿GLP-1水平。此外，驗(yàn)證了食物剝奪對(duì)盲腸Gcg和Gpr119表達(dá)的影響。在WT小鼠的盲腸中，食物剝奪導(dǎo)致Gpr119表達(dá)增加（圖1K），而Gcg表達(dá)減少（圖1J）。在Gpr119 KO小鼠中，Gcg的表達(dá)不受喂養(yǎng)條件的影響；但與WT-FF相比，其表達(dá)水平相對(duì)較低（圖1J）。

圖3在再喂養(yǎng)條件下Gpr119 KO小鼠表現(xiàn)出增加的食物攝入量和減少的飽腹感

4、Gpr119不參與全身OEA引起的飽腹感

為研究GPR119是否參與系統(tǒng)性OEA處理誘導(dǎo)的飽腹感，在FF或FD條件下腹腔注射OEA后測(cè)定GPR119 KO小鼠的食物攝入量。在FF條件下，作為OEA處理的結(jié)果， WT和Gpr119 KO小鼠在暗周期的食物攝入量都顯著減少（圖4A），與對(duì)照小鼠相比。與圖1D一致，Gpr119 KO小鼠在食物剝奪后RF 5小時(shí)內(nèi)的攝食量高于對(duì)照WT小鼠，然而，OEA處理導(dǎo)致WT和Gpr119 KO小鼠的食物攝入量顯著減少（圖4B）。總之，這些結(jié)果表明，在FF或FD條件下，全身OEA誘導(dǎo)飽腹感不需要GPR119的激活。

圖4腹腔注射OEA可以減少WT和Gpr119 KO小鼠的食物攝入量

5、飼喂可調(diào)動(dòng)腸道內(nèi)容物中的OEA

在這里，作者證實(shí)了Gpr119在胃腸道下部，包括回腸、盲腸和結(jié)腸中有高表達(dá)（圖5A）。作者定量計(jì)算Gpr119高表達(dá)的小鼠盲腸內(nèi)容物中的OEA。結(jié)果顯示，在FF條件下，WT和Gpr119 KO小鼠盲腸內(nèi)容物中OEA含量分別為2.4±0.4 nmol/g和2.3±0.0 nmol/g，且WT和Gpr119 KO小鼠在禁食24 h后，盲腸內(nèi)容物中OEA含量下降（圖5B）。在FF條件下，WT和Gpr119 KO小鼠盲腸內(nèi)容物2-OG水平相似，食物剝奪不影響WT和Gpr119 KO小鼠盲腸2-OG水平（圖5C）。然后，用表達(dá)DOX誘導(dǎo)的人GPR119的HEK293細(xì)胞l檢測(cè)OEA和2-OG的GPR119配體活性。合成的GPR119激動(dòng)劑，Ar231453，使細(xì)胞cAMP水平比對(duì)照提高了7倍（圖5D）。本研究飼糧中OEA的濃度為1.3±0.2 nmol/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小鼠腸道組織和血漿中的OEA水平。因此，作者預(yù)計(jì)RF會(huì)改變OEA的腔內(nèi)水平，因?yàn)轱嬍持泻蠴EA。分析顯示，在喂食1h或2 h的小鼠中，盲腸和結(jié)腸的腔內(nèi)OEA水平高于十二指腸、空腸和回腸（圖5E）。然而，在食物被剝奪重新喂食2小時(shí)后小鼠盲腸OEA水平不如自由喂食的小鼠高（圖5B）。此外，胃腔內(nèi)OEA水平略高于近端腸，提示近端腸內(nèi)OEA被稀釋和吸收。這些結(jié)果表明，喂養(yǎng)導(dǎo)致大腸內(nèi)OEA水平升高，這可能是由于飼糧OEA積累或腸道菌群產(chǎn)生OEA所致。

圖5在喂養(yǎng)OEA的遠(yuǎn)端腸腔內(nèi)容物中Gpr119高表達(dá)

6、大腸OEA輸注改變飲食模式

接下來，研究輸注到大腸的OEA是否改變小鼠的飲食模式，因?yàn)镺EA在GPR119高表達(dá)的小鼠大腸中增加（圖5）。在24 h的食物剝奪后，通過回腸末端插入導(dǎo)管注入OEA，并監(jiān)測(cè)進(jìn)食行為。在OEA組中，第一次餐后間隔時(shí)間明顯長于對(duì)照組（圖6D）。相比之下，兩組間在潛伏期（圖6A）、第一頓飯的大小（圖6B）或第一頓飯的持續(xù)時(shí)間（圖6C）上沒有差異，導(dǎo)致注入OEA的小鼠第一頓飯的飽腹率增加（圖6E）。此外，小鼠2小時(shí)內(nèi)的飲食模式結(jié)果表明，總攝食量（圖6F）和進(jìn)餐頻率（圖6GB）在注入OEA的小鼠中降低。這些結(jié)果共同表明，飽腹感可由大腸的OEA感應(yīng)引起.

圖6大腸輸注OEA可誘導(dǎo)小鼠飽食感

7、腸道菌群來源的OA產(chǎn)生的OEA調(diào)節(jié)進(jìn)食行為

作者假設(shè)大腸內(nèi)OEA水平升高是因?yàn)槲⑸锖铣闪?/span>OA，雖然也有可能是膳食OEA在大腸內(nèi)內(nèi)容物中積累。為驗(yàn)證這一假設(shè)，首先量化注射抗生素一周的小鼠盲腸內(nèi)容物中的OEA水平。與未使用抗生素的小鼠相比，經(jīng)抗生素處理的小鼠的盲腸重量急劇增加，然而，各組之間的糞便中的水分含量沒有差異。因此，分析了使用抗生素的小鼠盲腸中OEA和OA（18:1 FFA）的數(shù)量?？股刂委熀?，盲腸OEA水平明顯下降（圖7B），盡管各組之間的18:1水平?jīng)]有明顯差異（圖7A）。這些結(jié)果表明，腸道微生物群會(huì)從到達(dá)大腸的OA中合成OEA。然而，在FF條件下的24小時(shí)內(nèi)（圖7C），或在食物剝奪24小時(shí)后的RF 3小時(shí)內(nèi)（圖7D），抗生素處理并不影響食物攝入。

接下來，研究盲腸中的腸道微生物群是否以O(shè)A為底物生物合成OEA。在小鼠被剝奪食物24小時(shí)后，通過回腸末端的植入式導(dǎo)管將OA直接注入大腸，并在注入OA后2小時(shí)收集的盲腸內(nèi)容物中測(cè)定OEA水平。結(jié)果顯示，輸注OA后，糞便中的OEA水平增加（圖7E），表明大腸中的微生物群從OA中生物合成OEA。因此，接下來調(diào)查從OA中生物合成OEA是否會(huì)誘發(fā)與輸注OEA后觀察到的類似的膳食模式的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)灌注OA并不影響潛伏期（圖7F）、首餐大?。▓D7H）、首餐持續(xù)時(shí)間（圖7I）、首餐后間隔（圖7J）或首餐飽腹率（圖7K）。然后，分析第二餐的進(jìn)食模式，即在OA輸液后約90-120分鐘內(nèi)發(fā)生的。觀察到OA輸入明顯增加第二餐后的間隔時(shí)間（圖7N）。相比之下，第二餐的大小（圖7L）和第二餐的持續(xù)時(shí)間（圖7M）沒有變化，導(dǎo)致第二飽腹率增加（圖7O）和用餐頻率的減少（圖7G）。綜上所述，這些結(jié)果表明，微生物群以O(shè)A為底物產(chǎn)生OEA，隨后OEA誘導(dǎo)膳食飽腹感。

圖7由菌群產(chǎn)生的OEA可能改變攝食行為

總之，本研究表明，大腸中的GPR119通過感知腸道微生物群產(chǎn)生的OEA誘導(dǎo)飽腹感。GPR119已經(jīng)成為肥胖癥和糖尿病的藥物靶點(diǎn)，因?yàn)樗ㄟ^直接作用于胰島β細(xì)胞或通過腸道內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的增殖素來刺激胰島素的分泌。因此，旨在加強(qiáng)GPR119激活的策略，如調(diào)節(jié)微生物群組成以增加OEA的產(chǎn)生或抑制OEA的降解，可能有助于在肥胖和其他飲食障礙中誘發(fā)餐食飽腹感。

參考文獻(xiàn)：

Igarashi Miki., Hayakawa Tetsuhiko., Tanabe Haruka., Watanabe Keita., Nishida Akari., Kimura Ikuo.(2022). Intestinal GPR119 activation by microbiota-derived metabolites impacts feeding behavior and energy metabolism. Mol Metab, undefined(undefined), 101649. doi:10.1016/j.molmet.2022.101649