摘要：Xinmiao Liang (梁鑫淼) (liangxm@dicp.ac.cn), Yong Q. Chen (陈永泉)(yqc_lab@126.com), Shenglong Zhu (朱升龙) (shenglongzhu@jiangnan.edu.cn)

游离脂肪酸受体4通过肠道菌群调节饮食糖偏好

● 期刊：Nature Microbiology(IF:20.5)

● DOI：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01902-8

●原文链接: https://www.nature.com/articles/s41564-024-01902-8

Xinmiao Liang (梁鑫淼) (liangxm@dicp.ac.cn), Yong Q. Chen (陈永泉)(yqc_lab@126.com), Shenglong Zhu (朱升龙) (shenglongzhu@jiangnan.edu.cn)

● 发表日期：2025-1-13

● 主要单位：

江南大学无锡医学院、江南大学食品科学与技术学院、肠道微生物与慢性疾病医学基础研究创新中心、徐州医科大学第二临床医学院、赣江中医药创新中心、江南大学附属无锡市第二人民医院、中国科学院大连化学物理研究所

摘要abstract

糖类偏好是糖分过度摄入和糖尿病发生率增加的一个关键因素。然而，其具体机制仍不明确。本文显示，在糖尿病患者和小鼠模型中，长链脂肪酸受体Ffar4的表达减少，这与高糖摄入相关。小鼠肠道Ffar4基因敲除后，肠道中的Bacteroides vulgatus（普通拟杆菌）及其代谢产物泛酸（pantothenate）减少，导致糖类偏好。泛酸通过促进GLP-1的分泌，进而刺激肝脏FGF21的释放，抑制糖类偏好，调节能量代谢。这些发现揭示了Ffar4在负向调节糖类偏好中的一个未曾认识到的作用，并提示B. vulgatus衍生的泛酸可能成为糖尿病治疗的新靶点。

结果results

饮食糖偏好升高与Ffar4表达降低有关

为了研究Ffar4是否在糖尿病中存在差异性表达，我们建立了三种不同的糖尿病模型（db/db、小鼠Nod−/−模型和STZ诱导的糖尿病小鼠模型（DM））（扩展数据图1a）。在这三种小鼠模型中，小鼠结肠中Ffar4的表达显著下降，血液白细胞中Ffar4的表达变化与结肠组织中的结果一致（图1a、b）。接下来，我们在来自健康人群和糖尿病患者的外周血白细胞中检测了Ffar4的信使RNA表达，结果显示糖尿病患者的Ffar4表达显著下调（图1c及补充表2）。我们还分析了空腹血糖（FBG）与外周血白细胞中Ffar4 mRNA水平之间的相关性，发现空腹血糖水平与Ffar4 mRNA水平呈负相关（图1d）。为了进一步分析饮食糖类偏好与糖尿病发展的关系，我们在糖尿病模型中检测了糖类偏好。结果表明，糖尿病小鼠的糖类偏好明显高于对照小鼠（图1e–g）。我们进一步分析了小鼠结肠组织/白细胞中Ffar4水平与蔗糖偏好之间的相关性，结果显示Ffar4水平与蔗糖偏好呈负相关（扩展数据图1b）。为了研究Ffar4与人群糖类偏好之间的关系，我们分析了巧克力甜味摄入数据和茶水中添加糖的数据（https://gwas.mrcieu.ac.uk/；ID：ukb-b-9835, ukb-b-8442），以及Ffar4的表达数量性状基因座（eQTL）数据，并进行了双样本孟德尔随机化（MR）分析。结果表明，Ffar4突变导致人群中糖类偏好的增加（图1h和扩展数据图1c,d）。这些结果表明，Ffar4与糖类偏好之间可能存在一种内在联系，在调节葡萄糖稳态中发挥作用。

图 1 | 糖尿病小鼠糖偏好及其与Ffar4表达的相关性分析

a, STZ诱导、db/db和NOD−/−糖尿病模型小鼠结肠中Ffar4的表达（n = 6）。P = 0.0057，95%置信区间（CI）：−0.8570，−0.1903；P = 0.0006，95% CI：−1.121，−0.4179；P = 0.0024，95% CI：−0.6375，−0.1828。

b, STZ诱导、db/db和NOD−/−糖尿病模型小鼠血液白细胞中Ffar4的表达（n = 6）。P = 0.0331，95% CI：−0.9258，−0.04773；P = 0.00017，95% CI：−0.7185，−0.2230；P = 0.0129，95% CI：−0.6382，−0.09614。

c, 健康对照组和糖尿病患者外周血白细胞中Ffar4的表达（n = 24/60）。****P

d, 外周血白细胞中Ffar4 mRNA水平与FBG水平之间的相关性（n = 84）。阴影区域代表95%置信区间。

e, STZ诱导糖尿病模型小鼠的两瓶偏好实验（100 mM蔗糖）（n = 6）。***P = 0.0007，95% CI：0.04103，0.1121。

f, db/db小鼠的两瓶偏好实验（100 mM蔗糖）（n = 6）。**P = 0.016，95% CI：0.03773，0.1194。

g, NOD−/−小鼠的两瓶偏好实验（100 mM蔗糖）（n = 6）。**P = 0.0021，95% CI：0.02913，0.09759。

h, Ffar4与巧克力甜味摄入的因果关系散点图。该图用于可视化每个单核苷酸多态性（SNP）的效应。横轴代表暴露效应，纵轴代表结果效应。线的斜率代表每种方法的因果效应。P值使用非配对双尾t检验计算。数据表示为均值 ± 标准误差（s.e.m.）。对于“箱线图”：箱体从上四分位数到下四分位数，中心表示中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点都显示。*P

统性Ffar4缺失促进小鼠的饮食糖类偏好

尽管Ffar4主要在肠道中表达，但它在其他组织中也有广泛表达（图2a）。为了明确Ffar4缺失是否影响小鼠的饮食偏好，我们构建了Ffar4全身敲除小鼠（Ffar4KO）（图2b，c），并且与之前的研究一致，发现Ffar4KO小鼠的FBG水平升高（图2d）。此外，Ffar4KO小鼠显示出正常的饮食和水摄入量（图2e，f），但与对照组相比，偏好高糖饮食（HSD, high-sugar diet）的程度显著增加（图2g，h）。

图 2 | 系统性Ffar4敲除小鼠的饮食偏好影响

a, Ffar4在人体各器官中的表达。

b, Ffar4KO小鼠的构建（上图）。基因分型引物通过PCR扩增出来自野生型小鼠DNA的110 bp条带和来自敲除小鼠DNA的87 bp条带（下图）（n = 6）。

c, Ffar4KO小鼠主要组织中Ffar4的表达（n = 6）。****P

d, 小鼠禁食血糖（n = 6）。*P = 0.0118，95% CI: 0.1511, 0.9489。

e, 小鼠每日食物摄入量（n = 10）。

f, 小鼠每日水摄入量（n = 13）。

g, 小鼠HSD/ND饮食选择实验（n = 10）。****P

h, 小鼠HFD/ND饮食选择实验（n = 10）。

i, 小鼠100 mM蔗糖的两瓶偏好实验（n = 9）。****P

j, 小鼠100 mM果糖的两瓶偏好实验（n = 9）。****P

k, 小鼠100 mM葡萄糖的两瓶偏好实验（n = 9）。****P

l, 小鼠2%糊精的两瓶偏好实验（n = 9）。****P

m 小鼠0.2%阿斯巴甜的两瓶偏好实验（n = 9）。

n 小鼠0.2%糖精的两瓶偏好实验（n = 9）。

o, 小鼠1.5 mM奎宁的两瓶偏好实验（n = 6）。

P值通过未配对的双尾t检验进行计算。数据表示为均值 ± s.e.m.z。对于显示为“箱线图”的数据：箱体从上四分位数到下四分位数，中心表示中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点均显示。

为了进一步探究Ffar4KO小鼠对高糖饮食的偏好是否与糖的种类或味觉感知有关，我们进行了两瓶偏好实验。结果显示，与野生型（WT）小鼠相比，Ffar4KO小鼠对蔗糖、果糖、葡萄糖和糊精表现出偏好，而对人工甜味剂阿斯巴甜、糖精或奎宁则没有偏好（图2i–o）。这些结果表明，Ffar4的全身敲除影响了小鼠对糖的偏好，且这一效应与味觉感知无关。

肠道Ffar4负向调节饮食糖的偏好

Ffar4在多个组织中广泛表达，主要在肠道上皮细胞（图3a）、肝脏和脑中的小胶质细胞中表达较为显著。为了进一步探究哪些组织来源的Ffar4在小鼠糖偏好调节中发挥作用，我们构建了不同的组织特异性敲除小鼠，包括肠道上皮细胞Ffar4特异性敲除小鼠（Gko）（图3b,c）、肝脏特异性敲除小鼠（Lko）（扩展数据图2a,b）和小胶质细胞特异性敲除小鼠（Mko）（扩展数据图2k,l）。结果显示，与对照fl/fl小鼠相比，Gko小鼠对HSD表现出显著偏好，但对高脂饮食（HFD）没有显著偏好（图3d,e）。Lko和Mko对饮食偏好没有显著影响（扩展数据图2c,m）。与全身Ffar4敲除小鼠一致，Gko小鼠的饮食和水摄入量正常，但FBG升高（扩展数据图3a,b）。

图 3 | 肠道中的Ffar4负向调节饮食糖的偏好

a, 人体结肠癌图谱的t-SNE图（可通过https://singlecell.broadinstitute.org/查看）。左侧面板表示所有细胞类型；右侧面板表示所有细胞类型中的Ffar4表达。

b, Gko小鼠模型的构建。我们构建了肠道上皮细胞Ffar4特异性敲除小鼠（Villin-Cre；Ffar4Loxp/Loxp，简称Gko）及其相应的对照小鼠（Ffar4Loxp/Loxp，简称fl/fl）。基因分型引物通过PCR扩增出来自WT小鼠DNA的243 bp条带、来自fl/fl小鼠DNA的273 bp条带和来自Cre小鼠DNA的272 bp条带（n = 6）。

c，Gko小鼠主要组织中的Ffar4表达（n = 6）。****P

d，小鼠HSD/ND饮食选择实验（n = 10）。****P

e，小鼠HFD/ND饮食选择实验（n = 10）。

f，小鼠100 mM蔗糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

g，小鼠100 mM果糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

h，小鼠100 mM葡萄糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

i，小鼠2%糊精的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

j，Ge小鼠模型的构建。我们构建了肠道Ffar4特异性过表达小鼠（Villin-Cre；t/w），简称Ge。基因分型引物通过PCR扩增出来自野生型小鼠DNA的412 bp条带、来自cag/cag小鼠DNA的1,051 bp条带和来自Cre小鼠DNA的272 bp条带（n = 6）。

k，Ge小鼠主要组织中的Ffar4表达（n = 6）。****P

l，Ge小鼠HSD/ND饮食选择实验（n = 10）。****P

m，Ge小鼠100 mM蔗糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

n，Ge小鼠100 mM果糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

o，Ge小鼠100 mM葡萄糖的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

p，Ge小鼠2%糊精的两瓶偏好实验（n = 10）。****P

P值通过未配对的双尾t检验进行计算。数据表示为均值 ± s.e.m.。对于显示为“箱线图”的数据：箱体从上四分位数到下四分位数，中心表示中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点均显示。

两瓶偏好实验显示，与fl/fl小鼠相比，Gko小鼠对蔗糖、果糖、葡萄糖和糊精表现出偏好，而对阿斯巴甜、糖精和奎宁没有偏好（图3f–i和扩展数据图3c–e）。与对照小鼠相比，Lko和Mko小鼠没有糖的偏好（扩展数据图2d–j, n–t）。这些结果表明，肠道Ffar4在调节饮食糖偏好中起着关键作用，并且Ffar4信号能够区分天然糖和人工甜味剂，进一步验证了这一偏好与味觉感知无关。

为了进一步验证肠道Ffar4在调节小鼠糖偏好中的作用，我们构建了Ffar4肠道特异性过表达小鼠（Ge）和对照小鼠（t/w）（图3j,k）。Ge小鼠的食物和水摄入量与t/w小鼠没有显著差异，但Ge小鼠的FBG显著低于t/w小鼠（扩展数据图3f,g）。饮食选择实验显示，与对照组相比，Ge小鼠对HSD的偏好显著降低（图3l和扩展数据图3h）。两瓶偏好实验显示，与t/w小鼠相比，Ge小鼠对蔗糖、果糖、葡萄糖和糊精的偏好显著降低，而对阿斯巴甜、糖精和奎宁没有偏好（图3m–p和扩展数据图3i–k）。

鉴定B. vulgatus为参与Ffar4调节糖偏好的关键微生物

有研究假设肠道微生物群可能参与食物偏好的形成。我们推测，肠道微生物群参与了Ffar4介导的糖偏好。因此，我们进行了共养实验和粪便微生物移植（FMT）实验（扩展数据图4a）。结果显示，经过2个月的共养，Ffar4KO和Gko小鼠的糖偏好显著下降（图4a和扩展数据图4b）。相比之下，Ge小鼠的糖偏好显著增加（图4b）。FMT实验结果显示，在抗生素混合物（ABX）处理后，Gko小鼠与fl/fl小鼠之间的糖偏好差异消失（图4c），Ge小鼠与t/w小鼠之间的糖偏好差异也消失（图4d）。在FMT之后，Gko小鼠的糖偏好显著下降（图4e）。我们在Ffar4KO和WT小组中也得到了相同的结果（扩展数据图4c,d）。相比之下，Ge小鼠的糖偏好显著增加（图4f）。这些结果表明，结肠微生物群参与了Ffar4介导的糖偏好的变化。

图4 | Gko/Ge小鼠在与对照组共养/粪便微生物移植（FMT）后的糖偏好及肠道微生物群分析

a. 共养的Gko小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。***P

b. 共养的Ge小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。***P

c. 经过抗生素（ABX）处理的Gko和fl/fl小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。

d.经过ABX处理的Ge和t/w小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。

e. 经过FMT的Gko和fl/fl小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。****P

f. 经过FMT的Ge和t/w小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 8）。***P

g. Gko小鼠与fl/fl小鼠肠道菌群属的堆叠图。

h. Ge小鼠与t/w小鼠肠道菌群属的堆叠图。

i. Gko小鼠与Ge小鼠差异属的log2FC。

j. Gko小鼠与Ge小鼠差异属的韦恩图；Bacteroides属的丰度（n = 6）。*P = 0.0339, 95% CI: −1.737, −84.64; **P = 0.0083, 95% CI: 1.365, 6.150。

k. 在小鼠粪便中定量B. vulgatus（n = 6）。****P

l. 共养后小鼠粪便中B. vulgatus的定量（n = 6）。****P

m. 经过B. vulgatus补充的Gko小鼠与蔗糖（100 mM）的双瓶偏好实验（n = 9）。****P

n. 经过B. vulgatus补充的Gko小鼠的空腹血糖水平（n = 9）。*P

P值通过无配对双尾t检验确定。数据表示为平均值±s.e.m。对于“箱形图”显示的数据：箱体从上四分位数到下四分位数，中心表示中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点均显示。

为了进一步研究Ffar4介导的糖偏好变化中涉及的关键菌群，我们收集了Gko、fl/fl、Ge和t/w小鼠的粪便样本，并进行了16S rRNA扩增子测序。结果显示，Ffar4基因敲除或过表达小鼠与对照小鼠在结肠微生物群的多个层次上存在显著差异（图4g，h）。在属水平上，鉴定出6种与Ffar4表达相关的差异菌（图4i）。随后，选择logFC > 2的差异菌进行韦恩分析，最终确定了Bacteroides属。Gko小鼠中Bacteroides的丰度显著降低，而Ge小鼠中Bacteroides的丰度显著增加（图4j）。

为了进一步确定特定的差异丰度细菌种类，我们定量了Gko、fl/fl、Ge和t/w小鼠中常见的Bacteroides物种。结果显示，B. vulgatus在Gko小鼠中的丰度显著降低，而在Ge小鼠中显著增加（图4k和扩展数据图4e，f）。我们还定量了在共养的Gko、Ge和Ffar4KO小鼠中的B. vulgatus变化，结果发现共养的Gko和Ffar4KO小鼠中B. vulgatus的丰度显著高于对照组，而共养的Ge小鼠中B. vulgatus的丰度显著低于对照组（图4l和扩展数据图4g）。此外，我们还定量了糖尿病小鼠中B. vulgatus的变化，结果显示糖尿病小鼠中B. vulgatus的丰度显著低于对照组（扩展数据图4h）。另外，我们收集了45名糖尿病患者和15名健康人的粪便样本（补充表3），发现糖尿病患者的粪便B. vulgatus丰度显著低于对照组（扩展数据图4i）。

为了进一步验证B. vulgatus是否调节小鼠的糖偏好，我们进行了与B. vulgatus和Bacteroides dorei（B. dorei，多氏拟杆菌）相关的反向实验，这两种细菌在定量丰度中排名前两位。结果显示，经过10天的灌胃处理后，B. vulgatus和B. dorei成功定植于小鼠肠道（扩展数据图4j，k）。与对照组相比，口服灌胃B. vulgatus的Gko小鼠糖偏好显著降低（图4m），而口服灌胃B. dorei的小鼠糖偏好与对照组没有显著差异（扩展数据图4l）。此外，在Gko小鼠补充B. vulgatus后，FBG显著低于对照组（图4n）。而补充B. dorei后，Gko小鼠的空腹血糖与对照组没有显著差异（扩展数据图4m）。综合来看，这些发现表明，肠道Ffar4通过调节B. vulgatus的丰度来调控糖偏好。

泛酸是B. vulgatus调节糖偏好的关键代谢产物

肠道微生物群对宿主的深远影响与宿主-微生物代谢轴的复杂相互作用密切相关。因此，我们进行了B. vulgatus体外培养的高通量非靶向代谢组学分析（图5a–c）。我们选择了差异代谢物（logFC > 2），交叉比较了0小时对12小时和0小时对24小时组，发现有11种代谢物显著变化（图5d），其中泛酸在所有代谢物中排名第一（图5e,f）。有趣的是，我们之前的研究也表明，Ffar4缺失在脂肪肝模型中调控了泛酸的水平。因此，我们推测，泛酸可能是B. vulgatus调节糖偏好的关键代谢产物，并进一步测量了Gko、Ffar4KO、Ge和对照组小鼠血清中的泛酸含量。结果显示，Gko和Ffar4KO小鼠血清中的泛酸含量显著低于对照组，而Ge小鼠血清中的泛酸含量则显著高于对照组（图5g及扩展数据图5a）。共养实验结果表明，共养的Gko小鼠或Ffar4KO小鼠的泛酸含量显著高于对照组，而共养的Ge小鼠泛酸含量显著低于对照组（扩展数据图5b,c）。此外，Ffar4的表达水平与泛酸含量呈正相关（扩展数据图5d）。

图 5 | 通过非靶向和靶向代谢组学发现泛酸是B. vulgatus的关键代谢产物

a. 在0小时与12小时、0小时与24小时的代谢物主成分分析（PCA）。

b. 根据差异倍数分析，0小时与12小时之间显著不同的代谢物表达。

c. 根据差异倍数分析，0小时与24小时之间显著不同的代谢物表达。

d. 0小时与12小时、0小时与24小时之间显著不同的代谢物韦恩图。

e. 0小时与12小时、0小时与24小时之间重叠代谢物的相对丰度热图。颜色条表示代谢物丰度经过log10转换。

f. 0小时、12小时和24小时泛酸的相对丰度（n = 5）。****P

g. 小鼠血清中的泛酸水平（n = 6）。*P = 0.0220，95% CI：−38.25，−3.715；***P = 0.0004，95% CI：14.94，37.23。

h. 患者血清中的泛酸水平（正常及糖尿病早期阶段，n = 24；糖尿病，n = 36）。****P

i. 患者血清中泛酸水平与TG水平的相关性（n = 24/36）。阴影区域表示95%置信区间。

j. 患者血清中泛酸水平与FBG水平的相关性（n = 24/36）。阴影区域表示95%置信区间。

k. Gko小鼠在补充泛酸后的两瓶偏好试验（100 mM蔗糖）（n = 9）。****P

P值使用未配对的双尾t检验计算。数据表示为均值±s.e.m.。对于以“箱形图”显示的数据：箱体从上四分位数到下四分位数，中心为中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点均显示

我们在小鼠血清中测量了泛酸的含量，结果发现，在B. vulgatus处理后，泛酸显著增加，而在B. dorei处理后并未观察到类似的变化（扩展数据图5e）。此外，随着糖尿病的加重，泛酸含量减少（图5h和补充表2），且血清泛酸含量与甘油三酯（TG）和FBG呈显著负相关（图5i,j及扩展数据图5f–k）。

因此，我们补充了泛酸，以验证其是否影响小鼠的糖偏好。结果显示，泛酸显著降低了Gko小鼠的糖偏好（图5k）。我们还测量了小鼠粪便和门静脉血液中的泛酸水平。结果显示，Gko小鼠的粪便和门静脉血液中的泛酸含量显著低于对照组。然而，在给予ABX后，Gko小鼠和对照组小鼠的粪便和门静脉血液中泛酸含量的差异被消除。补充泛酸后，Gko小鼠和对照组小鼠的粪便和门静脉血液中的泛酸含量显著增加（扩展数据图5l,m）。

将B. vulgatus和泛酸分别给予糖尿病小鼠后进行糖偏好测试。结果显示，B. vulgatus和泛酸显著降低了糖尿病小鼠的FBG（扩展数据图5n）。在给予B. vulgatus和泛酸后，糖尿病小鼠的糖偏好显著下降（扩展数据图5o）。综上所述，这些结果表明，泛酸是B. vulgatus调节糖偏好的关键代谢物。

泛酸通过刺激肝脏FGF21的释放，促进GLP-1分泌，从而抑制糖的偏好

大量研究表明，肠道激素在进食行为中起着关键作用，而研究也表明Ffar4调节肠道激素的分泌；因此，我们分析了糖尿病小鼠血清中泛酸含量与几种关键肠道肽的相关性，结果显示泛酸含量与GLP-1呈正相关（图6a）；然而，我们没有发现泛酸含量与PYY/葡萄糖依赖性胰岛素分泌多肽（GIP）/胆囊收缩素（CCK）含量之间的相关性（扩展数据图6a–c）。在糖尿病患者的血清中也观察到类似的结果，泛酸含量与GLP-1呈正相关（图6b）。此外，我们还测定了补充B. vulgatus和泛酸的Gko小鼠和对照小鼠的肠道激素分泌情况。结果显示，补充B. vulgatus和泛酸的Gko小鼠GLP-1分泌增加（图6c），而反向补充B. vulgatus和泛酸则未改变PYY/GIP/CCK的分泌（扩展数据图6d–f）。此外，Gko小鼠的门静脉血液中GLP-1水平显著低于对照组，经过B. vulgatus和泛酸灌胃后，Gko小鼠门静脉血液中的GLP-1显著增加（扩展数据图6g）。与此同时，糖尿病小鼠的GLP-1水平显著低于对照组（扩展数据图6h）。有趣的是，我们的结果显示，B. vulgatus和泛酸仅增加了Gko小鼠的GLP-1含量，而未影响对照小鼠的GLP-1（扩展数据图6i）。因此，泛酸和B. vulgatus可能更适合改善由Ffar4突变或失活引起的高血糖。

图 6：泛酸通过影响GLP-1-FGF21通路改变小鼠的糖偏好

a. 鼠血清中泛酸水平与GLP-1水平的相关性（n = 6）。阴影区域表示95%置信区间。

b. 患者血清中泛酸水平与GLP-1水平的相关性（n = 24/36）。阴影区域表示95%置信区间。

c. 鼠血清中GLP-1含量的测定（n = 9）。*P = 0.0397，95% CI: 0.009846, 0.3581；*P = 0.0292，95% CI: 0.02242, 0.3678。

d. 泛酸处理后STC-1细胞中GLP-1含量的测定（n = 9）。****P

e. Gko小鼠在补充利拉鲁肽后进行的两瓶偏好试验（100 mM蔗糖）（n = 9）。****P

f. 鼠血清中FGF21含量的测定（n = 10）。**P = 0.0067，95% CI: −15.47, −2.883；****P

g. 泛酸/利拉鲁肽处理后AML12和BNL CL.2细胞中FGF21水平的免疫印迹分析（n = 6）。

h. 补充泛酸/利拉鲁肽后，在WT/FGF21KO小鼠中的两瓶偏好试验（100 mM蔗糖）（n = 9）。**P = 0.0016，95% CI: 0.03498, 0.1244。

i. FGF21注射后，在fl/fl和Gko小鼠中的两瓶偏好试验（100 mM蔗糖）（n = 9）。****P

j. 在fl/fl和Gko小鼠中，FGF21立体定位注射后的两瓶偏好试验（100 mM蔗糖）（n = 6）。**P = 0.0084，95% CI: −0.2306, −0.04376；**P = 0.0026，95% CI: −0.1949, −0.05489。

P值使用未配对的双尾t检验计算。数据表示为均值±s.e.m.。对于以“箱形图”显示的数据：箱体从上四分位数到下四分位数，中心为中位数，晶须表示最小值和最大值，所有数据点均显示

为了进一步证明泛酸是否直接影响GLP-1的分泌，将泛酸添加到STC-1细胞的培养基中。结果发现，泛酸显著增加了GLP-1的释放（图6d），这一结果与体内实验一致。我们在STC-1细胞中敲低了Ffar4基因，然后在刺激细胞时加入泛酸，检测GLP-1的释放量。结果显示，敲低Ffar4并不影响GLP-1的分泌，但在Ffar4敲低的状态下，泛酸仍能促进GLP-1的分泌（扩展数据图6j,k）。

这项研究进一步揭示了上皮细胞来源的Ffar4本身并不会直接影响肠道内分泌细胞的GLP-1释放，而是通过肠道微生物及其关键产物作为介质来驱动GLP-1的释放。为了进一步确定GLP-1的应用是否能够抑制Gko小鼠的糖偏好，我们向Gko小鼠注射了利拉鲁肽（liraglutide，一种胰高血糖素样肽-1受体激动剂）。结果显示，利拉鲁肽处理的Gko小鼠糖偏好显著降低（图6e）。与此同时，我们检测了小鼠的FBG，发现利拉鲁肽治疗显著降低了Gko小鼠的FBG（扩展数据图6l）。

此外，利拉鲁肽处理显著增加了两种正常经典肝细胞中肝脏FGF21的mRNA和蛋白质水平，而泛酸对这两种体外肝细胞中的FGF21表达没有影响（图6g和扩展数据图6n、o）。为了进一步确定Ffar4-泛酸-GLP-1信号通路是否依赖于FGF21的释放来抑制糖偏好，使用了FGF21重组蛋白和FGF21KO小鼠（扩展数据图6p）。结果显示，与野生型小鼠相比，FGF21KO小鼠的糖偏好显著增加，且FGF21缺失阻断了利拉鲁肽、B. vulgatus或泛酸对糖偏好的抑制作用（图6h和扩展数据图7a），而FGF21重组蛋白逆转了Ffar4缺失引起的糖偏好增加和空腹血糖升高（图6i和扩展数据图7b）。

腹内侧下丘脑（ventromedial hypothalamus，VMH）是FGF21介导的糖摄取的重要靶点区域。为了进一步确认FGF21的作用特定部位，我们将FGF21重组蛋白注射到Gko小鼠和fl/fl小鼠的VMH中，以检测是否能够逆转Gko小鼠的糖偏好。结果发现，FGF21重组蛋白在Gko小鼠和fl/fl小鼠中均抑制了糖偏好（图6j）。由于泛酸能够穿越血脑屏障，我们进一步将泛酸注射到Gko小鼠的VMH中并测量糖偏好。结果显示，泛酸并未改变Gko小鼠的糖偏好（扩展数据图7c）。接下来，我们在Gko小鼠的VMH区域沉默了GLP-1受体（AAV9-shGlp1r-u6-EGFP），以评估VMH区域GLP-1受体信号通路是否影响糖偏好。结果显示，病毒注射后脑区GLP-1受体的表达水平显著降低（扩展数据图7d,e），且在Gko小鼠给予B. vulgatus和泛酸后，敲低GLP-1受体并未影响糖偏好的减少（扩展数据图7f）。总之，Ffar4调控B. vulgatus的丰度，其衍生的关键代谢物泛酸进一步激活GLP-1-FGF21轴，从而塑造糖偏好稳态（扩展数据图8）。

作者简介

梁鑫淼(通讯作者)

博士生导师，中国科学院大连化学物理研究所本草物质科学研究室主任、研究员，国家杰出青年基金获得者，享受国务院政府特殊津贴。1987-1992年博士就读于大连化物所分析化学专业，博士毕业后留所工作至今；1994年曾赴德国环境与健康研究中心从事合作研究。主持多个973课题、863课题、国家基础研究计划、国际合作项目、国家科技支撑计划、国家自然科学重点基金、中科院知识创新工程等项目。已发表SCI论文400余篇，获中国授权专利75项，获美国授权专利3项，参与编写专著12部，已培养研究生100余名，博士后出站10名。

陈永泉(通讯作者)

1962年10月生，1982年获复旦大学生物学学士学位；1989年获比利时布鲁塞尔自由大学肿瘤生物学博士学位；1990年-1993年间在美国韦恩州立大学放射肿瘤学系进行博士后研究工作，之后任职病理学系助理教授（1993年-1997年）、副教授（1998年-2001年）；2002年-2012年在美国维克森林大学医学院工作，并于2005年被评为终身教授。2012年回国工作，在江南大学食品学院组建食品与健康研究中心；2015年-2020年担任江南大学无锡医学院院长；现任江南大学转化医学院院长、无锡转化医学中心主任。

陈永泉教授长期致力于糖脂代谢与慢性疾病防治的研究，研究兴趣主要集中在脂肪代谢与癌症、非酒精性脂肪肝炎的关系及机制。已在国际核心期刊上发表论文275余篇,总引用次数超过8000余次，H-index为54。授权专利32个。作为会议主席或分会主席组织或参加国际会议21次,作大会报告和特邀报告82次，兼任44种英文杂志编委和审稿人,是NIH (美国国立卫生健康研究院)、DOD (美国国防部)、国家自然科学基金等百余个美国及其他国家资助机构的评审专家组成员。自2003年以来,共承担研究课题37余项,研究课题总经费超过4000万美元,其中作为PI的超过2000万美元。

朱升龙(通讯作者)

朱升龙，男，1988年12月，博士，副教授，硕士生导师。研究聚焦代谢性疾病防治新靶点的筛选以及发病机制。主持或完成包括国家自然科学基金面上项目及青年项目、卫健委及科技局转化医学研究重大项目等多项课题。以第一作者和通讯作者发表包括Nature Microbiology, Sciecnce Advances, eBioMedicine, J Cachexia Sarcopenia Muscle等论文20余篇。以第一发明人设计并开发了一系列重组蛋白药物和小分子药物，已授权相关专利10项且4项已进行股权转化。担任MTOD、JERP杂志编委及Metabolites客座编委以及多个国际SCI期刊审稿人。

翻译：皮天宇，中国农科院沼科所，硕士在读

审核：朱志豪，广东医科大学，基因组所联合博士后

终审：刘永鑫，中国农科院基因组所，研究员/博导

排版：荀佳妮，中国农科院基因组所，生物信息学硕士在读

10月18-20日，微生物组-扩增子16S分析

11月15-17日，微生物组-宏基因组分析

人满即开 | 论文作图和统计分析培训班

本公众号现全面开放投稿，希望文章作者讲出自己的科研故事，分享论文的精华与亮点。

投稿请联系小编（-genomics）

iMeta高引文章 fastp 复杂热图 ggtree 绘图imageGP 网络iNAP

iMeta网页工具 代谢组MetOrigin 美吉云乳酸化预测DeepKla

iMeta综述 肠菌菌群 植物菌群 口腔菌群 蛋白质结构预测

10000+：菌群分析 宝宝与猫狗 梅毒狂想曲 提DNA发Nature

为鼓励读者交流快速解决科研困难，我们建立了“宏基因组”讨论群，己有国内外6000+ 科研人员加入。请添加主编微信meta-genomics带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职称/年级”。高级职称请注明身份，另有海内外微生物PI群供大佬合作交流。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍未解决群内讨论，问题不私聊，帮助同行。

来源：微生物组