末端回腸組蛋白脫乙酰基酶3表達與肥胖以及腸道菌群關系的初步探索*

范俊杰 曾 悅 黃春蘭 陸穎影

上海交通大學附屬第一人民醫院消化內科(201620)

肥胖是一個全球性流行性疾病，是呼吸系統和心血管系統疾病、2型糖尿病以及腫瘤的高危因素[1-2]。近年研究表明，腸道菌群在調節內環境穩態以及誘發肥胖中起有關鍵作用[3-4]，而無菌小鼠可抵抗高脂飲食誘發的肥胖和代謝紊亂[5]。

腸上皮細胞對于營養代謝、維持腸道屏障功能、產生免疫調節因子等至關重要[6-9]。研究顯示組蛋白脫乙酰基酶3(histone deacetylase 3, HDAC3)通過行使去乙酰化功能調控腸上皮細胞內基因表達，參與調節腸上皮細胞與細菌或其代謝產物之間的相互作用，從而維持腸道內環境穩態[10-11]。此外，研究還發現細菌代謝產物如短鏈脂肪酸對HDAC活性具有抑制作用[12-15]，敲除腸上皮細胞的HDAC3或給予丁酸鹽可防止小鼠由高脂飲食誘導的肥胖[15]。本實驗以C57BL/6小鼠為研究對象，初步探討末端回腸HDAC3表達與肥胖的關系，以及腸道菌群的存在是否會影響HDAC3表達。

材料與方法

一、實驗動物、主要試劑和儀器

SPF C57BL/6小鼠和無菌C57BL/6小鼠購自上海斯萊克實驗動物有限責任公司。參照《實驗動物、無菌動物生活環境及糞便標本的檢測方法》(GB/T 14926.41-2001)，無菌小鼠飼養于無菌隔離器中，飼料、飲水、空氣供給均在嚴格無菌條件下進行，飼料經40 kGy Co-60輻照消毒。所有實驗動物飼料、飲水、墊料、鼠籠、飲水瓶等均采用高溫高壓滅菌(121 ℃, 60 min)。環境溫度20～26 ℃，濕度40%～70%，光照周期明暗比12 h∶12 h。每周對小鼠糞便行細菌學檢測，細菌16S DNA V3區引物PCR擴增陰性[16]。

兔抗人HDAC3單克隆抗體(Abcam plc.)；免疫組化SP檢測試劑盒(福州邁新生物技術開發有限公司)；TRIzolTM試劑(InvitrogenTM, Thermo Fisher Scientific)；PrimeScriptTMRT Master Mix(Perfect Real Time)[寶生物工程(大連)有限公司]；SYBRTMGreen Real-Time PCR Master Mixes(Applied Bio-systemsTM, Thermo Fisher Scientific)；PCR引物[生工生物工程(上海)股份有限公司]。StepOnePlusTMReal-Time PCR系統(Applied BiosystemsTM, Thermo Fisher Scientific)。

二、方法

1. 實驗分組：8只6周齡SPF C57BL/6小鼠(SPF組)和8只6周齡無菌C57BL/6小鼠(無菌組)分別隨機分為普通飲食組和高脂飲食組，每組4只，相應喂飼普通飼料和高脂飼料，共5周。高脂飼料配方：干酪素195 g/kg，DL-蛋氨酸3 g/kg，玉米粉130 g/kg，麥芽糊精140 g/kg，蔗糖255 g/kg，無水乳脂180 g/kg，纖維素45 g/kg，礦物質混合物35 g/kg，維生素混合物10 g/kg，膽堿酒石酸鹽1 g/kg，抗氧化劑0.004 g/kg。實驗期間動物自由攝食、飲水，每周稱重，記錄體質量變化。

2. 標本獲取：予相應飼料喂養5周后，實驗小鼠以CO2麻醉處死，經腹部切口打開腹腔，循盲腸找到回腸末端，切取3～5 cm末端回腸組織，4%甲醛或液氮保存，用于后續實驗。

3. 免疫組化染色：小鼠末端回腸組織4%甲醛固定，石蠟包埋、切片，脫蠟，3% H2O2室溫孵育30 min，熱修復抗原，正常山羊血清封閉；加入一抗兔抗人HDAC3單克隆抗體，濕盒4 ℃過夜，次日加入鼠抗兔二抗，濕盒37 ℃ 30 min，DAB顯色，常規乙醇梯度脫水、透明、封片，光學顯微鏡下觀察。HDAC3免疫陽性物質呈棕黃色，主要定位于細胞核，少量定位于細胞質。Image-Pro Plus 6.0軟件分析免疫組化圖像，計算積分光密度值(IOD值)。

4. Real-time PCR：以TRIzol試劑抽提末端回腸組織總RNA，紫外分光光度法測定RNA濃度和純度，定量至500 ng/μL。使用反轉錄試劑合成cDNA，反應條件：37 ℃ 15 min，85 ℃ 5 s。以cDNA為模板，使用StepOnePlusTMReal-Time PCR系統行PCR擴增。引物序列：GAPDH(內參)F 5’-CAA AAG GGT CAT CAT CTC C-3’, R 5’-CCC CAG CAT CAA AGG TG-3’; HDAC3 F 5’-TGC ACC CAG TGT CCA GAT TC-3’, R 5’-TTT CAG AGA GCC ACG CCT TC-3’。PCR反應體系(20 μL)：1 μL cDNA，上、下游引物各1 μL，ddH2O 7 μL，SYBR?Green 10 μL。PCR反應條件：95 ℃ 10 min；95 ℃ 15 s，60 ℃ 60 s，40個循環。2-△△Ct法計算目的基因mRNA相對表達量。

三、統計學分析

結 果

一、小鼠體質量變化

實驗過程中各組小鼠熱量消耗和體質量變化見圖1。與SPF普通飲食組相比，SPF高脂飲食組小鼠體質量從第1周起即明顯增長，各時點兩組間差異均有統計學意義(P<0.05)；無菌高脂飲食組、無菌普通飲食組和SPF普通飲食組小鼠實驗過程中體質量無明顯變化(P>0.05)。

二、小鼠末端回腸HDAC3表達

1. HDAC3蛋白表達：免疫組化染色顯示，HDAC3蛋白表達主要定位于小鼠末端回腸腸上皮細胞的細胞核，少量定位于細胞質。SPF高脂飲食組HDAC3蛋白表達明顯高于SPF普通飲食組，差異有統計學意義(P<0.05)；無菌高脂飲食組與無菌普通飲食組間HDAC3蛋白表達無明顯差異(P>0.05)(圖2)。

2. HDAC3 mRNA表達：real-time PCR檢測顯示，SPF高脂飲食組末端回腸組織HDAC3 mRNA表達明顯高于SPF普通飲食組，差異有統計學意義(P<0.05)；無菌高脂飲食組與無菌普通飲食組間HDAC3 mRNA表達無明顯差異(P>0.05)(圖3)。

討 論

近年來關于肥胖的研究日益增多，現已證實肥胖與多個器官系統的疾病密切相關。表達于肝臟、肌肉和脂肪組織中的HDAC3與脂肪代謝密切相關[17-21]；而腸上皮細胞中的HDAC3可通過整合腸道菌群誘導的信號通路調節宿主與菌群之間的相互作用，維持腸道內環境穩態[10-11]。 將腸上皮細胞特異性HDAC3缺失小鼠誘導為無菌狀態，其在常規飼養時所呈現的Paneth細胞消失、腸上皮功能受損、基因表達失調均獲明顯改善[10]。研究[15]報道小鼠末端回腸上皮HDAC3能促進由高脂飲食誘導的肥胖，條件性敲除腸上皮細胞中的HDAC3后，肥胖小鼠體質量顯著減輕，代謝譜亦有所改善；該研究還發現細菌代謝產物丁酸鹽對HDAC3活性具有抑制作用。因此，本研究利用無菌小鼠初步探討腸道HDAC3與肥胖的關系，以及腸道菌群對HDAC3表達的影響。

分別予SFP小鼠和無菌小鼠普通飲食和高脂飲食，結果顯示高脂飲食喂養5周的SPF小鼠體質量明顯增加，末端回腸HDAC3 mRNA和蛋白表達亦顯著上調，證實了HDAC3在末端回腸的表達與高脂飲食誘導的肥胖之間的相關性。Lundh等[22]發現抑制HDAC3可改善2型糖尿病大鼠模型的高血糖，增加胰島素分泌。Sun等[23]的研究則顯示HDAC3通過調節脂質代謝相關基因，對維持心肌線粒體功能具有重要作用，在心肌和骨骼肌HDAC3基因敲除小鼠中，高脂飲食可誘導嚴重肥厚型心肌病并致死。在肝臟中，HDAC3可調節脂質代謝的晝夜節律[17]。肝臟中高表達的HDAC3可通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(PPAR-γ)和肝臟X受體-α(LXR-α)信號途徑參與促進高脂飲食引起的代謝綜合征[24]；或通過下調肉毒堿棕櫚酰轉移酶1α(Cpt1α)導致肝臟脂肪變性和和肝損傷[25]。而丁酸鹽可通過抑制HDAC3刺激肝臟成纖維細胞生長因子21(FGF21)表達，促進脂肪酸氧化和酮體生成[26]。HDAC3表達對能量代謝和體質量發揮何種作用取決于其靶基因，其在肝臟和脂肪組織中的一些靶基因已得到鑒定，在腸上皮細胞中的靶基因包括參與腸道菌群相關代謝調節的Chka、Mttp、Apoa1、Pck1等[15]。需對HDAC3在特定細胞和特定環境中的作用作進一步研究。

**與同組0周比較，P<0.01

A：低倍鏡下末端回腸組織HDAC3蛋白表達(免疫組化SP法，×100)；B：HDAC3蛋白相對表達量(**兩組間比較，P<0.01)

圖2 各組小鼠喂養5周后末端回腸組織HDAC3蛋白表達比較

**兩組間比較，P<0.01

腸上皮細胞中的HDAC3表達與一些腸道微生物相關，既往研究證實了HDAC3與腸道菌群之間的聯系。Yuille等[27]發現除丁酸外，人類腸道菌群還可通過產生戊酸抑制HDAC表達。動物和人體研究均表明在出生早期使用抗菌藥物可能改變腸道菌群組分，進而影響機體代謝功能，誘導肥胖發生[28-30]，推測抗菌藥物引起的腸道菌群改變對HDAC3表達的影響參與了肥胖的發生。本研究發現無菌高脂飲食小鼠末端回腸HDAC3 mRNA和蛋白表達與無菌普通飲食小鼠相比無明顯改變，亦不發生肥胖，同樣提示了腸道菌群在HDAC3參與肥胖發生中對其表達的調節作用，與上述推測相符。

綜上所述，本研究初步探討了末端回腸HDAC3表達與肥胖以及腸道菌群的關系，發現腸道菌群對末端回腸HDAC3表達可能具有潛在調節作用，進而參與肥胖發生，為肥胖的預防和治療策略提供了新的思路。后續研究擬通過高通量測序等方法篩選出影響腸道HDAC3表達的目標菌群，并闡明其與肥胖之間的關系，從而進一步明確HDAC3、腸道菌群、肥胖這三者間的聯系。