GLP-1R和GLP-2R信号通路介导寒冷应激诱导的肠道适应性重塑及其代谢意义

《Communications Biology》：Intestinal adaptation to cold-induced metabolic demand and feeding requires GLP-1R and GLP-2R signalling

本研究揭示了在慢性寒冷暴露下，肠道为应对能量需求增加和摄食增多而发生的适应性变化。研究人员通过构建GLP-1R/GIPR双敲除(DIRKO)和GLP-1R/GLP-2R双敲除(GLPDRKO)小鼠模型，发现GLP-2R信号是介导空肠绒毛长度和隐窝深度增加所必需的，而GLP-1R信号则对体重维持具有补偿作用。该研究阐明了肠道激素受体在代谢适应中的关键角色，为短肠综合征等疾病的治疗提供了新思路。

　　

当环境温度降低，哺乳动物机体会启动一系列复杂的生理反应来维持体温恒定。其中，非颤抖性产热是慢性寒冷暴露下的主要产热方式，尤其依赖于棕色脂肪组织（BAT）中解偶联蛋白1（UCP1）的活性。为了满足这种急剧增加的能量消耗，动物会本能地增加食物摄入。有趣的是，作为营养物质吸收的主要场所，肠道也会发生相应的适应性变化，包括长度、重量以及吸收表面积的增加，这种现象被称为肠道可塑性。然而，驱动这种适应性变化的精确分子信号机制，尤其是肠道内分泌细胞分泌的激素在其中扮演的角色，尚不完全清楚。肠道L细胞在进食后分泌的胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、GLP-2以及K细胞分泌的葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP），统称为肠促胰素，它们在调节营养吸收和餐后代谢中发挥着核心作用。GLP-1和GIP通过促进胰岛素分泌来调节血糖，而GLP-2则以其强大的促肠道生长（肠营养作用）而闻名。尽管药理剂量的GLP-1R和GLP-2R激动剂的作用已被广泛研究，但内源性这些受体信号在生理性适应（如应对寒冷应激）过程中的必要性仍有待阐明。发表在《Communications Biology》上的这项研究，正是为了解答这一问题。

研究人员主要运用了基因工程小鼠模型、组织形态计量学、免疫组织化学、高分辨率呼吸测量术、分子生物学技术（如qRT-PCR）以及代谢功能测试（如脂质耐受性试验和肠道转运时间测定）等方法。研究队列包括野生型（WT）、双肠促胰素受体敲除（DIRKO, Glp1r^-/-Gipr^-/-）和GLP双受体敲除（GLPDRKO, Glp1r^-/-Glp2r^-/-）小鼠，并将它们分别饲养在热中性温度（27°C）或寒冷温度（6°C）下长达5周，以模拟慢性寒冷应激。

小型肠道对寒冷应激所致摄食增加的适应性需要GLP-1R和GLP-2R信号

研究结果显示，与热中性温度（TN）对照组相比，寒冷应激显著增加了所有基因型雄性和雌性小鼠的平均每日食物摄入量，这与先前报道一致。在WT小鼠中，寒冷应激成功诱导了小肠长度、重量、空肠周长、绒毛长度和隐窝深度的增加。然而，GLPDRKO小鼠却未能出现空肠绒毛长度的增加，并且空肠周长的扩张也显著减弱，这表明在GLP-1R缺失的背景下，GLP-2R信号的缺失阻碍了肠道吸收表面积的扩大。相比之下，DIRKO小鼠的肠道适应性变化与WT小鼠相似，提示GIPR的缺失并不影响这一过程，而GLP-2R的作用至关重要。

空肠增殖的增加与寒冷应激下空肠线粒体含量的维持需要GLP-2R

为了探究肠道表面积扩张的细胞基础，研究人员检测了细胞增殖标志物Ki67。他们发现，在寒冷应激的WT小鼠空肠隐窝中，Ki67阳性细胞的比例显著增加，但在GLPDRKO小鼠中则没有这种增加。这支持了GLP-2R信号通过促进隐窝细胞增殖来驱动绒毛伸长的观点。此外，虽然寒冷应激对WT小鼠的空肠线粒体DNA含量没有影响，但在GLPDRKO小鼠中，线粒体含量却显著降低。在雌性GLPDRKO小鼠中，还观察到空肠组织耗氧率代偿性增加，这可能是一种维持能量代谢的适应性机制。

雄性GLPDRKO小鼠的寒冷应激不会显著影响血浆瘦素水平、体重增加或脂质耐受性，但会显著缩短肠道转运时间

在代谢表型方面，寒冷应激降低了WT小鼠的血浆瘦素水平，并导致体脂减少，但GLPDRKO小鼠的瘦素水平变化不显著。尽管GLPDRKO小鼠整体体重低于WT对照，但寒冷应激并未导致其体重进一步下降，其瘦体重有所增加而脂肪量维持稳定。在脂质耐受性测试中，生活在热中性温度下的GLPDRKO雄性小鼠表现出明显的脂质耐受不良，类似于Glp1r^-/-小鼠的表型，但寒冷应激本身并未在不同基因型小鼠中引起脂质耐受性的显著差异。一个关键的发现是，寒冷应激显著缩短了所有基因型小鼠的肠道转运时间，并且在GLPDRKO小鼠中，这种缩短的幅度更大。同时，寒冷应激改变了粪便短链脂肪酸（SCFA）的比例，丁酸盐百分比增加而乙酸盐百分比降低，这种变化与基因型无关，可能与食物摄入量增加直接相关。

雌性GLPDRKO小鼠的寒冷应激不会显著影响体重增加或脂质耐受性，但会显著缩短肠道转运时间

在雌性小鼠中，也观察到了与雄性小鼠类似的肠道转运时间缩短和粪便SCFA谱的变化。然而，在脂质代谢方面存在性别差异：寒冷应激反而加重了雌性WT小鼠的脂质耐受不良，但这种效应在雌性GLPDRKO小鼠中消失了。此外，雌性寒冷应激小鼠的血浆DPP4活性显著升高，而雄性小鼠中未见此变化，提示DPP4的调控可能存在性别特异性。

GLP-2R信号对于应对伴随慢性寒冷饲养的摄食增加所引起的空肠绒毛长度扩张是不可或缺的

为了单独评估GLP-2R的作用并排除GLP-1R可能存在的补偿效应，研究人员使用了Glp2r^-/-小鼠。结果显示，尽管Glp2r^-/-小鼠在寒冷应激下小肠长度和重量仍能增加，但其空肠绒毛长度的扩张确实受到抑制，这直接证实了GLP-2R信号在绒毛伸长中的必要性。值得注意的是，Glp2r^-/-小鼠在寒冷应激下体重增加与WT小鼠无异，并且其血浆活性GLP-1水平在寒冷饲养期间显著高于WT小鼠，这表明在单独缺失GLP-2R时，GLP-1R信号或其他机制能够补偿其功能，维持整体的代谢适应和体重稳定。

综上所述，这项研究清晰地表明，在应对慢性寒冷应激引起的能量需求增加时，内源性GLP-2R信号是驱动肠道吸收表面积扩张（特别是空肠绒毛伸长和隐窝增殖）的关键分子开关。而GLP-1R信号则在此过程中扮演了重要的补偿和维持全身能量平衡的角色，尤其是在GLP-2R功能缺失的情况下。该研究不仅深化了我们对生理状态下肠道适应性机制的理解，而且具有重要的转化医学意义。GLP-2类似物已是治疗短肠综合征的获批药物，但个体疗效存在差异。本研究揭示的GLP-2R下游具体通路和细胞靶点，可能为解释这种异质性提供线索，并为开发针对短肠综合征、肠道萎缩（如长期肠外营养所致）、炎症性肠病甚至肥胖相关肠道功能障碍的新疗法提供理论依据。同时，研究揭示的GLP-1R和GLP-2R在代谢适应中的冗余性和互补性，也为开发双重受体激动剂（如正在临床试验中的dapiglutide）提供了坚实的科学基础。最后，研究观察到的性别差异提示，在未来的研究和临床应用中，需要考虑性别对肠道激素信号和代谢反应的影响。这项工作突出了肠道作为动态感知和适应环境变化的关键器官的重要性，为探索代谢疾病的病理生理机制开辟了新的视角。