FXR表达的下降在小鼠中协调了新生儿β细胞数量的发展与微生物胆汁酸代谢的成熟过程

《Diabetologia》：Declining FXR expression coordinates neonatal beta cell mass development with microbial bile acid metabolism maturation in mice

该研究揭示断奶期肠道微生物胆汁酸代谢通过调控FXR-Casp6信号通路影响新生儿β细胞发育，发现FXR表达下降与胆汁酸水平上升协同导致β细胞凋亡和功能异常，基因编辑模型和人类数据均证实Casp6是关键下游靶点，为代谢-免疫互作维持血糖稳态提供了新机制。

　　

摘要

目的/假设

断奶期间的饮食改变会促进肠道微生物群的成熟，并伴随着足够的功能性β细胞的形成。胆汁酸（BA）是一种重要的微生物代谢物，通过与其主要受体——法尼醇X受体（FXR，由NR1H4编码）结合来调节宿主的葡萄糖稳态。然而，微生物BA代谢和FXR信号在新生儿β细胞发育中的确切作用仍不清楚。

方法

在不同围产期阶段检测了胰岛中的FXR水平。在小鼠中研究了断奶后肠道微生物群和BA谱型的变化，以无菌小鼠的BA变化作为对照。我们通过基因改造使β细胞在出生后持续表达FXR（使用Nr1h4-knockin [βFxrKI]小鼠），并对小鼠胰岛进行了形态学和功能分析。使用单细胞RNA-seq和单细胞测序技术对胰岛细胞的可转座酶可及染色质进行测序，以研究FXR介导的下游调控机制。通过谱系追踪评估β细胞的命运转变。应用孟德尔随机化（MR）和人类胰岛蛋白质组学数据分析来研究其在人类糖尿病中的病理相关性。

结果

出生后β细胞中的FXR表达下降（阳性细胞比例：胚胎第18.5天为29.1 ± 3.1%，出生后3周为4.2 ± 2.4%，p<0.001）。这一生理变化与肠道微生物群成熟产生的FXR激动剂BA的增加相平行（未结合型BA的比例：1周时为0.9 ± 0.6%，3周时为14.0 ± 5.6%，p<0.05）。βFxrKI小鼠的β细胞数量增长受限（1周时约为对照水平的70%，8周时仅为对照水平的15%），并在断奶时出现高血糖（随机血糖：βFxrKI组为15.2 ± 1.7 mmol/l，对照组为7.7 ± 0.5 mmol/l，p<0.001），这主要是由于细胞凋亡增加（分别比对照组增加了1.95倍、1.79倍和3.27倍）以及β细胞身份的改变。Casp6被确定为β细胞FXR的关键下游靶点。使用抗生素或特定的caspase-6（CASP6）抑制剂部分恢复了βFxrKI小鼠的表型。进一步在人类中的验证显示，2型糖尿病患者的胰岛FXR/CASP6水平升高（无糖尿病捐赠者的FXR水平为?0.039 ± 1.257 a.u.，糖尿病捐赠者为0.646 ± 1.140 a.u.，p=0.0371；CASP6水平为无糖尿病捐赠者的?1.575 ± 0.307 a.u.，糖尿病捐赠者为?1.325 ± 0.381 a.u.，p=0.011）。孟德尔随机化分析进一步支持了人类胰岛FXR表达在升高HbA_1c（β=0.006，p<0.001）和降低空腹胰岛素水平（β=?0.009，p=0.02）中的作用，以及CASP6表达在提高2小时血糖（β=0.039，p=0.01）中的作用。

结论/解释

新生儿β细胞中FXR–CASP6信号的下降可能是宿主对成熟肠道微生物BA代谢的程序性反应，以维持正常的出生后β细胞数量发育并确保成人的血糖稳态。

数据可用性

scRNA-seq和scATAC-seq的原始数据已存放在基因表达组（GEO）数据库中，访问号为GSE241408。本孟德尔随机化研究中使用的代码可在https://github.com/Angela-linyt/Gene_Glu_MR.git公开获取。

图形摘要