肠道菌群介导的胆汁酸代谢驱动致石性饮食小鼠胆结石形成的性别差异

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：Sex differences in gallstone formation in mice on a lithogenic diet are driven by gut microbiota-mediated bile acid metabolism

　　

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  喂饲致石饲料（LD）的雌性小鼠表现出更高的胆结石易感性趋势。
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  雌性小鼠的肠道菌群升高毒性胆汁酸（BAs）和胆汁酸疏水性的程度高于雄性。
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  肠道菌群耗竭以性别依赖的方式重塑了胆汁酸谱和肝脏基因表达。
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  肠道菌群耗竭在雄性中更显著地增加了胆结石易感性。

引言

胆石症是一种常见的消化系统疾病，其特征为胆道内形成胆结石，可导致慢性疼痛以及影响胰腺、胆道系统、肝脏和胃肠道的急性并发症[1]。由于现代饮食模式和生活方式的变化，胆结石及相关代谢疾病的全球发病率正在上升，目前影响全球约10%~20%的成年人[2]。在胆结石中，80%~90%为胆固醇性结石（CGS），其形成是多因素的，涉及种族、家族史、饮食和生活方式之间的复杂相互作用[3]。值得注意的是，胆汁中胆固醇过饱和是胆固醇结石形成的关键前兆，也是预防和治疗的一个潜在靶点[4]。多项研究记录了胆结石发病率的显著性别差异，女性的发病率明显高于男性[5], [6]。

胆固醇性结石的形成始于胆汁中胆固醇、胆汁盐和磷脂比例的失衡[7]。当胆固醇浓度超过由胆汁盐和磷脂相对比例决定的溶解度极限时，胆固醇即变得过饱和并沉淀为胆固醇微晶[8]。胆汁酸（BAs）是肝脏合成的胆固醇代谢产物，对于脂肪消化和胆固醇稳态至关重要。胆汁酸代谢的任何环节——包括合成、分泌、转运、摄取或重吸收——出现异常，都可能破坏胆汁酸池的动态平衡。这种失调会增加胆汁的成石性，并常伴随胆囊运动障碍和肠道菌群失调，共同促进胆固醇过饱和和胆固醇性结石的发展[9]。胆汁酸组成的改变显著影响胆结石的形成，特别是通过其亲水性和疏水性的变化。胆汁酸池的亲水性/疏水性平衡对肠道胆固醇吸收至关重要。更具疏水性的胆汁酸通过增加胆汁盐池的疏水性来增强胆固醇在管腔内胶束中的溶解度，从而促进胆固醇吸收并增加胆固醇性结石的形成[10]。血清甘氨胆酸（GCA）、牛磺胆酸（TCA）和甘氨鹅脱氧胆酸（GCDCA）被认为是胆结石早期诊断的潜在生物标志物[11]。此外，亲水性胆汁酸熊去氧胆酸（UDCA）已被证明能减少胆汁中胆固醇的过饱和，溶解胆结石，从而调节胆固醇性结石的形成[12]。

胆结石患病率的性别差异在大多数研究中主要归因于雌激素。雌激素通过影响胆汁酸水平和胆固醇分泌来增加胆结石风险，从而升高胆汁胆固醇饱和度[13], [14]。因此，雌激素治疗会升高女性胆囊疾病的风险[15]。然而，除了雌激素之外，肠道菌群最近也被认为是胆结石发病机制中的一个重要因素。肠道菌群在宿主代谢和免疫稳态中发挥不可或缺的作用，并在维持肠黏膜屏障功能方面扮演关键角色[16]。它通过酶促修饰来塑造胆汁酸池，包括通过胆汁盐水解酶（BSH）进行脱结合反应——将结合态胆汁酸水解以释放甘氨酸或牛磺酸——以及脱羟基反应——将初级胆汁酸转化为多种次级胆汁酸，从而增强胆汁酸池的多样性和疏水性[17]。此外，肠道菌群调节核受体信号通路，包括法尼醇X受体（FXR）和Takeda G蛋白偶联受体5（TGR5），从而帮助维持代谢稳态[18]。因此，肠道菌群失调主要通过改变胆汁酸池的大小和组成来扰乱胆汁酸代谢，进而损害核受体的激活、调节脂质吸收并破坏能量稳态[9]。临床研究已证实胆结石疾病期间肠道菌群发生显著改变，支持其在发病机制中的潜在参与。胆结石患者表现出显著的胆汁酸代谢紊乱，伴随肠道菌群多样性降低、有害菌增加和有益菌减少[19], [20]。动物研究也证实，喂饲成石性饲料（LD）的小鼠肠道菌群多样性和丰度显著降低[21]。

已在性别之间观察到肠道菌群组成和多样性以及胆汁酸水平的差异[22], [23], [24]。性别特异性的肠道菌群组成是胆汁酸代谢的关键调节因素；例如，雌性小鼠的次级胆汁酸水平更高，凸显了肠道菌群在性别特异性胆汁酸代谢中的参与及其对脂质吸收和代谢的后续影响[25]。重要的是，性别特异性的肠道菌群通过不同的胆汁酸代谢谱差异性激活核受体，如FXR。这一过程随后协调关键胆汁酸转运蛋白的表达，包括肝脏胆汁盐输出泵（BSEP）和回肠转运蛋白有机溶质转运蛋白α（OSTα）和OSTβ，从而调节肠肝循环和宿主脂质代谢[26]。这些发现使作者提出假设：肠道菌群通过调节胆汁酸代谢通路在胆结石形成中发挥关键作用，且这种效应可能表现出性别特异性特征。

肠道菌群介导的胆汁酸代谢在胆结石形成中的作用已得到充分证实；然而，其对胆结石发育中性别差异的具体贡献仍不清楚。因此，本研究采用雄性和雌性小鼠，通过喂饲成石性饲料（LD）诱导胆固醇性结石，从而模拟胆汁酸池的失衡。此外，给予广谱抗生素以耗竭肠道菌群。在胆结石模型中，作者评估并比较了抗生素处理组与未处理组小鼠之间的肠道菌群组成和胆汁酸代谢，并监测了胆固醇结石的形成。本研究的目的是：(1)阐明喂饲成石性饲料的雄性和雌性小鼠之间胆固醇结石形成的差异；(2)确定促进胆固醇性结石形成的关键胆汁酸；(3)从肠道菌群-胆汁酸代谢轴这一新颖视角出发，结合抗生素干预耗竭肠道菌群，验证肠道菌群在胆固醇性结石形成性别差异中的介导作用。

章节摘要

试剂

色谱级乙腈和甲醇购自Fisher Scientific公司（加拿大加拿大省渥太华市）。胆汁酸标准品及其对应的内标从三家具商业供应商处获得：Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯市）、上海源叶生物科技有限公司和Isoreag Zzbio Co., Ltd.（中国上海）。生化分析试剂盒购自南京建成生物工程研究所（中国南京），包括总

抗生素诱导的肠道菌群耗竭改变了血清脂质水平，但未显著影响喂饲成石性饲料小鼠的基本特征

为了探讨肠道菌群对胆结石形成中观察到的性别特异性差异的贡献，本研究使用成石性饲料（LD）在雄性和雌性小鼠中建立了胆结石模型。分别将雄性和雌性小鼠作为独立队列，通过在饮水中加入抗生素来耗竭肠道菌群，以生成伪无菌模型（图1A）。四组之间的肝脏指数未观察到显著差异（图1B）。关于体重，MLD组

讨论

从肠道菌群-胆汁酸轴这一新颖视角出发，本研究使用成石性饲料在小鼠中建立了胆结石模型，并采用抗生素诱导的伪无菌模型。这一方法将抗生素驱动的菌群耗竭与胆结石诱导相结合，以验证肠道菌群在性别特异性胆结石形成中的介导作用。喂饲成石性饲料的雌性小鼠比雄性小鼠表现出更大的胆结石易感性。这一趋势与临床流行病学

CRediT作者贡献声明

Wang Shan（王珊）：初稿撰写、方法论、调查、形式分析。Wang Ya（王雅）：可视化、调查、形式分析。Li Zhixin（李智信）：初稿撰写、方法论。Mo Tingyi（莫婷怡）：调查、数据整理。Liufu Xiaokang（刘复小康）：方法论。Xu Haobin（徐浩滨）：验证、数据整理。Ruan Yongdui（阮永兑）：撰写——审阅与编辑、资源、概念构思。Guo Honghui（郭宏伟）：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。

生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明

无。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究由国家自然科学基金委员会资助（82273622）。

Wang Shan | Wang Ya | Li Zhixin | Mo Tingyi | Liufu Xiaokang | Xu Haobin | Ruan Yongdui | Guo Honghui