Zhao,S.,Jang, C.,Liu,J.et al.Dietary fructose feeds hepatic lipogenesis via microbiota-derived acetate.Nature 579,586–591 (2020).https://doi.org/10.1038/s41586-020-2101-7 在Nature近日发表的一篇论文解释了肝脏内脂肪存积，可能与微生物和膳食果糖的相互作用有关。 近十几年，饮料和加工食品中的蔗糖和高果糖玉米糖浆的应用逐渐增加了人们的果糖摄入量，这导致肥胖和非酒精性脂肪肝的发病逐年升高。 果糖的摄入导致了肝内脂肪的潴留，乙酰辅酶A过量的转化为脂肪酸，ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）分解胞质中的柠檬酸生成乙酰辅酶A，并在碳水化合物的消耗后上调这样的反应发生。 目前临床试验正在寻求抑制ACLY的方式作为一种新的代谢性疾病的治疗方法。然而从果糖到肝乙酰辅酶A和脂质的途径仍然未知。 研究人员通过同位素示踪的方式，发现ACLY在小鼠肝脏特异性的缺失并不能抑制果糖诱导脂肪的蓄积，饮食中的果糖通过肠道微生物群转化为醋酸盐，从而独立于ACLY提供脂肪生成乙酰辅酶A。微生物群落的减少或肝ACSS2沉默（ACSS2由乙酸产生乙酰辅酶A），可以有效抑制大量果糖转化为肝乙酰辅酶A和脂质。当果糖在小肠中逐渐被摄取和吸收时，肝细胞中的柠檬酸裂解酶和微生物来源的醋酸盐都参与了肝内脂肪的合成。 因此，脂质转录程序的激活在对果糖的反应中也有一定作用，与乙酰辅酶A的代谢无关。这些数据揭示了调节肝脏内脂肪产生的双重机制，肝细胞内果糖的分解为促进脂肪生成基因的表达提供信号，而微生物产生的乙酸盐为由乙酰辅酶A生成脂肪提供了原材料。 源数据：果糖依赖的脂肪酸合成是不依赖于ACLY的。 a、典型的苏木精和伊红(H&E)以及野生型(WT)或LAKO小鼠肝脏的油红O组织学染色，喂食鼠粮(CD)或高果糖饮食(HFrD) 4或18周。图像来自两个独立的实验(n = 4 WT和LAKO小鼠每饮食4周；18周时，n = 13只WT和n = 60万只小鼠。酒吧,规模100μm。b，小鼠D2O标记24小时后，肝脏中皂化棕榈酸(16：0)和硬脂酸(18：0)中氘的相对掺入量。D2O标记的基础水平设为1，并与果糖摄入后的D2O标记进行比较：每个基因型内的葡萄糖。P值由双侧t检验确定。以1：1的果糖：葡萄糖，1.0 g kg - 1灌胃小鼠血清中的皂化脂肪酸中总标记碳的百分比。有13c标记的底物。数据是平均值。野生型或LAKO型小鼠肝溶出物中脂肪生成酶的Western blots，以食物或高果糖饮食喂养4周。核糖体蛋白S6被用作加载对照。c、d中的数据代表了两个独立的实验。 源数据：脂肪生成乙酰辅酶a在肝细胞中优先由醋酸盐产生。 a，从果糖、葡萄糖或乙酸酯生成脂肪生成乙酰辅酶a的途径。F1P fructose-1-phosphate；DHAP二羟丙酮磷酸；f - 1、6-BP特性,6-bisphosphate；G3P glyceraldehyde-3-phosphate；GA,甘油醛。b, c，原代肝细胞中果溶中间体(b)和乙酰辅酶a，丙二酰辅酶a或HMG-CoA (c)中总标记碳的百分比，用25mm果糖加1mm醋酸盐孵育6小时。有13c标记的底物。数据是平均值。n=3个细胞板，平行分析。d、经盐类处理的野生型小鼠，灌胃1:1 [13C]果糖后，肝脏中标记的F1P、丙酮酸和乙酰辅酶a的总离子计数(TIC)、门脉血中标记的乙酸盐浓度、以及经盐类处理的野生型小鼠肝脏中标记的棕榈酸(16:0)和硬脂酸(18:0)的百分比标记(TIC)：未标记的葡萄糖。数据为平均值±标准差(n =3只小鼠/时间点)。 源数据：微生物群对大剂量果糖的代谢促进肝脏脂肪生成。 a、曲线下面积(auc0 - 240min)分析经生理盐水或抗生素处理的野生型小鼠肝和门脉血中标记的F1P、丙酮酸、柠檬酸、乙酰辅酶a和皂化棕榈酸酯(16：0)，1：1给药的野生型小鼠门脉血中醋酸酯(16：0)。[13C]果糖：未标记葡萄糖。数据为平均值±标准差。曲线见扩展数据a。b，经生理盐水或抗生素处理并以1：1 [13C]果糖灌胃的小鼠血清中皂化脂肪酸中总标记碳的百分比：未标记葡萄糖。P值由双侧t检验确定。用生理盐水或抗生素喂养的LAKO小鼠血清中标记碳总含量为1：1的果糖：葡萄糖+ 0.5 g kg - 1醋酸盐。有13c标记的底物。P值由双侧t检验确定。d，尾静脉注射AAV8-GFP或AAV8-shACSS2 1周后，野生型和LAKO小鼠血清中1：1的果糖：未标记葡萄糖中总标记碳的百分比[13C]。P值由双侧t检验确定。b-d中的数据表示平均值。 源数据：逐渐摄取果糖可促进ACLY和ACSS2衍生的乙酰辅酶a的肝脏脂肪生成。 a，果糖逐渐摄入的实验设计。[U-13C]表示统一标记的13C。b，野生型或LAKO小鼠的皂化肝脂肪酸中来自[13C]果糖或[13C]葡萄糖的总标记碳的百分比。c，皂化肝脂肪酸中D2O中总标记氢的百分比。d，血清中皂化脂肪酸中[13C]乙酸酯中总标记碳的百分比。有关试验设计，请参阅扩展数据a。e，野生型和LAKO小鼠经生理盐水或抗生素(ABX)处理1周后，总D2O标记氢在野生型和LAKO小鼠肝脂肪酸皂化中的百分比。在野生型和LAKO型小鼠中，注射AAV8-GFP或AAV8-shACSS2 1周后，小鼠肝脏中ChREBP(也称为Mlxipl)和脂肪基因的mRNA表达，以及总氢标记在野生型和LAKO小鼠中总氢标记的百分比。b-g中的数据表示平均值。所有P值由双向方差分析(ANOVA)和Tukey多重比较检验确定。 扩展数据：肝ACLY缺乏对饮食果糖的反应影响最小。 果糖分解和糖酵解进入脂肪从头合成的原理图。b、野生型和LAKO小鼠的体重分别喂食鼠粮(CD)或高果糖饮食(HFrD) 18周(n = 13 WT-CD；n = 5万- cd；n = 14 WT-HFrD；n = 5只LAKO-HFrD小鼠)。在野生型和LAKO小鼠中，18周的鼠粮或HFrD (liver/sWAT/pgWAT： n = 7/7/7 WT-CD)数据为平均值±s.d.、肝脏重量、后皮下白色脂肪组织(sWAT)和周围脂肪组织(pgWAT)；n = 2/5/5 LAKO-CD；n = 6/12/12 WT-HFrD；n = 3/5/5 LAKO-HFrD)。HFrD上周期性酸性- schiff (PAS)染色检测肝糖原，三色染色检测野生型或LAKO小鼠肝纤维化的代表性组织学图像。酒吧,规模100μm。图像是在一个实验中每组两只老鼠的代表。在野生型或LAKO小鼠中进行18周的食物喂养或HFrD (n = 4 WT-CD；n = 3万- cd；n = 3 WT-HFrD；n = 4 LAKO-HFrD)。P值由韦尔奇的t检验决定。c和e中的数据表示平均值。 扩展资料：肝脏缺乏ACLY会导致高果糖饮食中代谢的适度改变。 a，野生型或LAKO型小鼠食用鼠粮(CD)或高果糖饮食(HFrD) 4周后肝脏代谢物火山图。假设方差相等，粉红色的点表示由2.0的折叠变化(FC)阈值和0.1的p值阈值确定的显著命中。b、主成分(PC)对补充表1中对数转换数据的分析。每个点代表一个唯一的样本；着色底纹表示95%的置信区间。c，代谢物相对丰度，归一化为野生型饲粮(WT-CD)组。韦尔奇t检验确定的P值(n = 5 WT-CD；n = 3万- cd；n = 5 WT-HFrD；n = 4只LAKO-HFrD小鼠)。数据是平均值。 扩展数据：高果糖饮食改变肝脏脂质代谢。 a，野生型或LAKO小鼠在4周的鼠粮(CD)或高果糖饮食(HFrD)中肝甘油三酯相对丰度的分级聚类。使用1−Pearson相关和平均连锁进行聚类。b，由16：0 ~ 18：1脂肪酸组成的肝甘油三酯的相对丰度；a. c .中数据的子集，补充表2中对数转换数据的主成分分析。每个点代表一个唯一的样本；着色底纹表示95%置信区间。 扩展数据：果糖诱导脂肪变性，并在不依赖ACLY的情况下，为肝脏中新合成的脂肪酸提供大量原材料。 a、饮用水研究的实验设计方案。每天每只老鼠摄入不加糖的水(H2O)或15%的果糖和15%的葡萄糖(Fruc：Gluc)。每个点表示一个重复测量，平均值显示(n = 6 H2O, n = 7 Fruc：Gluc)。P值由韦尔奇的t检验决定。c、野生型或LAKO型小鼠给予水或果糖后体重增加：葡萄糖4周(n = 4 WT-H2O, LAKO- h2o；n = 8 WT-Fruc：Gluc；n = 6 LAKO-Fruc：Gluc小鼠)。比较所有H2O和果糖的P值：韦尔奇t检验确定的葡萄糖小鼠。d代表)和油红O组织学染色从小鼠肝脏c。规模的酒吧,100μm。e, c中数据的实验设计。[U-13C]表示均匀标记的13C。血清中标记皂化脂肪酸的同位素分布(c)。数据为平均值±标准差。 扩展数据：果糖标志着醋酸盐用于脂肪从头合成。 a，野生型或LAKO小鼠肝脏中ChREBP及其靶基因的mRNA表达(每组4只小鼠)。WT-CD与WT-HFrD的P值(蓝色文本)和LAKO-CD与LAKO-HFrD的P值(紫色文本)由采用Holm-Sidak方法进行多重比较的双侧t检验确定。b、野生型或LAKO型小鼠肝脏中脂质基因的mRNA表达：葡萄糖水4周(每组4只小鼠)。WT-H2O与WT-Fruc：Gluc、WT-H2O与WT-Fruc：Gluc(蓝色字体)、LAKO-H2O与LAKO-Fruc：Gluc(紫色字体)的P值通过采用Holm-Sidak法进行多重比较的双边t检验确定。野生型或LAKO型小鼠肝脏裂解液中脂肪生成酶的Western blots，给H2O或果糖：葡萄糖水4周。每条线代表一只单独的老鼠。d、野生型或LAKO小鼠肝脏给予H2O或果糖：葡萄糖水4周后ACLY的免疫组化染色分析。黄色的方框标记了×20块面板的大致位置。酒吧,规模100μm和50μm (×20)。e, H3K27ac ChIP-quantitative PCR (qPCR)分析野生型小鼠的肝脏提供24小时用水后跟口服填喂法盐水,葡萄糖或果糖：水24小时后跟口服填喂法2.0 g公斤−1葡萄糖和2.0 g公斤−1果糖(n = 3 Mlxipl ACSS2；n = 4 Pklr)。灌胃后90分钟取肝。' p1 '和' p2 '是两个不同的引物集。Mlxipl、Pklr和ACSS2基因组loci16的ChIP-seq序列。红色条表示用于设计ChIP-qPCR引物的基因组区域。a、b和e中的数据表示平均值。 扩展数据：微生物群的消耗阻碍了果糖摄入后底物对脂肪从头合成的贡献，但不影响信号传递成分。 a，微生物组抗生素消耗的实验装置，随后[13C]果糖追踪到DNL。[U-13C]表示统一标记的13C。b，用盐水或抗生素处理的小鼠盲肠的代表性图像。用16S RT-qPCR法测定经生理盐水(n = 9)或抗生素(n = 9)处理的小鼠盲肠中细菌的相对丰度，以作为大肠杆菌DNA的参考标准。用韦尔奇t检验确定P值。d，灌胃后1小时收集门脉血液中微生物代谢物丰度的热图。e, f，灌胃1小时后收集野生型或LAKO小鼠门脉血液中[13C]果糖的相对丰度(e)和葡萄糖中总标记碳的百分比(f) (n = 7 WT-saline, wt -抗生素；n = 4个LAKO-saline, lako -抗生素)。P值由韦尔奇的t检验决定。灌胃1h后，各组小鼠肝脏中ChREBPb、ACSS2、Fasn mRNA表达(每组4只)。P值由双侧t检验和多重比较的Holm-Sidak方法确定。c和e-g中的数据表示平均值。 扩展数据：大剂量的果糖以微生物依赖的方式转化为醋酸盐。 贴上F1P,抽搐,丙酮酸,柠檬酸、乙酰辅酶a肝脏,贴上醋酸的浓度在门户血,和标记碳的比例从野生型小鼠肝皂化脂肪酸与生理盐水或抗生素治疗,填喂法和2.0 g公斤−1 (13 c)果糖+ 2.0 g公斤−1未标记的葡萄糖(n = 3老鼠/时间点)。盐处理小鼠的数据也显示在d. b中，野生型或LAKO小鼠血清中皂化脂肪酸的同位素分布与b相同，灌胃6小时后收集(n = 8 WT-saline, wt -抗生素；n = 4 LAKO-saline, lako -)。数据用均数±标准差表示。 扩展数据：果糖依赖的大剂量DNL需要微生物乙酸盐和肝ACSS2。 a-d组小鼠灌胃2.0 g kg−1 [13C]果糖和2.0 g kg−1未标记葡萄糖。a、经生理盐水或抗生素处理的野生型小鼠盲肠内容物中标记的醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐的浓度(n = 3只/时间点，但saline-180 n = 2只小鼠除外)。b、经生理盐水或抗生素处理的野生型小鼠门脉血中标记的醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐浓度(n = 8 WT-saline, wt -抗生素；灌胃1小时后取n = 4个LAKO-saline(生理盐水，lako -抗生素)。用生理盐水或抗生素处理的小鼠肝内甘油三酯丰度的热图。灌胃后门脉和全身血液中醋酸盐浓度。每个数据点代表一个单独的鼠标。P值由双侧t检验和多重比较的Holm-Sidak方法确定。野生型和LAKO小鼠尾静脉注射AAV8-GFP或AAV8-shACSS2后1周体重增加。P值由Welch’s t检验决定。尾静脉注射AAV8-GFP或AAV8-shACSS2 1周后，野生型和LAKO型小鼠肝脏重量占体重的百分比。野生型和LAKO小鼠尾静脉注射AAV8-GFP或AAV8-shACSS2 1周后，肝脏裂解液中脂肪酶的Western blots。采用S6作为加载控制。 扩展数据：在LAKO小鼠中，果糖的逐渐摄入促进了醋酸盐的大量被利用。 a、逐步给药前和给药后[1,2- 13c]乙酸追踪到DNL的实验装置。[1,2-13C]为醋酸酯中1、2位碳的13C标记。b，野生型和LAKO小鼠肝脏裂解液中脂酶的Western blots：葡萄糖水，持续1或14天。野生型和LAKO小鼠肝脏的典型H&E染色提供2周的果糖：葡萄糖水。酒吧,规模100μm。d、盐或抗生素处理1周野生型和LAKO小鼠(每组4只小鼠)的盲肠内容物中醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐的相对丰度。P值由韦尔奇的t检验决定。 扩展数据：果糖提供信号和底物促进肝脏DNL。 a、建立大剂量果糖诱导肝DNL模型。肝细胞内的果糖分解代谢是诱导包括ACSS2在内的DNL基因的信号，而肠道微生物群的果糖代谢则以醋酸盐为底物，以ACSS2为中介，向DNL提供食物。b，建立果糖诱导的渐进肝DNL模型。与bolus模型相似，肝细胞中的果糖分解代谢是诱导DNL基因的信号。肝内果糖和葡萄糖的分解代谢(由小肠中的果糖生成)以柠檬酸盐为底物，向DNL提供营养，而DNL是由ACLY介导的。肠道微生物群对纤维和其他饮食成分的代谢为DNL提供了乙酸盐作为底物，DNL经肝脏ACSS2转化为乙酰辅酶a。使用BioRender.com创建的图像。
