ANGPTL4在腸道微生物影響動物脂肪代謝中的作用

趙旭 徐群 侯彥茹 李明宇 張雅寧 汪海

（1. 臨沂大學農林科學學院，臨沂 276000；2. 沂水縣畜牧發展促進中心，臨沂 276400）

動物的消化道內存在著大量的且相對穩定的微生物群落，它們對于維持動物胃腸道環境的相對穩定以及促進營養物質的消化吸收起著非常重要的作用。目前，在人、鼠、豬和禽等動物上已證實腸道微生物與宿主體脂沉降密切相關［1-6］。為揭示腸道微生物影響動物脂肪代謝的原因，近年來，國內外學者針對連接腸道微生物與宿主脂肪代謝的媒介開展了諸多探究。血管生成素樣蛋白4（Angiopoietinlike protein 4，ANGPTL4）又名PPAR血管生成素相關蛋白（PGAR）和禁食誘導因子（Fasting induced adipose factor，FIAF），是一種與動物脂肪代謝密切相關的蛋白，在腸道、脂肪、肌肉和肝臟等多種組織廣泛表達［7-8］，近年來被認為是溝通腸道菌群和宿主脂肪代謝的重要媒介。本文將就ANGPTL4在腸道微生物影響動物脂肪代謝中的作用做一綜述，以期為揭示腸道微生物影響動物脂肪沉積的原因提供依據，同時也為將來更好解釋益生菌和酸化劑等飼料添加劑影響畜禽脂肪沉積、促進畜禽生產性能的現象提供新思路。

1 腸道微生物與宿主脂肪沉積的關系

盡管脂肪沉積主要與宿主的遺傳背景、食物攝入以及能量消耗等因素有關，但是近年來越來越多的研究發現，腸道微生物同樣可以引起宿主脂肪沉積的改變。當把正常鼠的腸道微生物移植到無菌鼠上時，無菌鼠可在不增加采食量的情況下提高其脂肪量［9］。此外，當把胖鼠和瘦鼠的盲腸微生物分別接種到無菌鼠上，2周后無菌鼠體脂肪均有所增加，且接種胖鼠盲腸微生物的無菌鼠體脂肪較接種瘦鼠盲腸微生物的無菌鼠高20%［3］。由此看出，腸道微生物具有提高鼠脂肪沉積的作用，且胖鼠比瘦鼠更易脂肪沉積的特性可以通過微生物轉移到無菌鼠上。進一步探究腸道微生物與宿主脂肪沉積的關系，發現ob/ob小鼠遠端腸道擬桿菌門相對豐度較同窩（+/+）瘦鼠要低50%，而厚壁菌門相對豐度則會有相應增加［1］。同樣，肥胖人士糞便中的厚壁菌門相對豐度較瘦者要高20%，而擬桿菌門相對豐度較瘦者要低90%，且擬桿菌門相對豐度的增加與體重降低有關［2］。從而得出了影響鼠和人脂肪代謝的腸道微生物主要是厚壁菌門和擬桿菌門，其中厚壁菌門相對豐度與鼠和人脂肪沉積存在正相關關系，而擬桿菌門相對豐度與鼠和人脂肪沉積存在負相關關系。

眾所周知，畜禽的脂肪沉積將直接影響其生產性能、肉品質、繁殖性能以及健康狀況，探究腸道微生物調節畜禽脂肪沉積對于畜牧業生產具有重要意義。Guo等［4］通過對比胖和瘦的版納微型近交系豬腸道厚壁菌門、擬桿菌門以及擬桿菌屬的差異，得出了肥胖可以造成豬擬桿菌門相對豐度降低的結論，且胖豬糞便中擬桿菌門和屬的相對豐度與其體重存在負相關關系。此后，Guo等［5］又對眉山和長白豬腸道厚壁菌門、擬桿菌門和擬桿菌屬相對豐度與脂肪沉積的相關關系進行研究，得出了擬桿菌門和擬桿菌屬相對豐度與豬的背膘厚呈現負線性相關的結論。嚴鴻林［10］通過比較不同品種豬腸道菌群結構和骨骼肌脂肪沉積情況，得出了榮昌豬糞便中厚壁菌門和螺旋體門相對豐度顯著高于大白豬，而擬桿菌門相對豐度顯著低于大白豬的結論；且擬桿菌門相對豐度與骨骼肌肌內脂肪含量存在負相關關系，螺旋體門、瘤胃球菌屬、密螺旋體屬與骨骼肌肌內脂肪含量存在正相關關系。因此，實際生產中可以通過調節動物體腸道微生物的方法來影響脂肪沉積，進而改善生產性能、肉品質、繁殖性能及健康狀況。外源添加益生菌是生產中調節動物腸道微生物最為直接和常見的方式。Angelakis和Raoult［6］通過給雞和鴨接種乳酸桿菌發現，接種乳酸桿菌的雞和鴨均較未接種者體重有所增加，且伴隨著糞便中的乳酸桿菌、厚壁菌門絕對含量以及厚壁菌門/擬桿菌門增加，而擬桿菌門絕對含量降低的現象。此外，本課題組前期也就腸道微生物與雞脂肪沉積關系進行了一系列研究發現，日糧中添加丁酸梭菌可以通過改變肉雞腸道菌群結構（擬桿菌門、乳酸菌等相對豐度）影響脂肪代謝，在不增加肉雞腹脂率的前提下定向性提高肉雞骨骼肌肌內脂肪含量［11-12］，且Yang等［13］和Zhang等［14］也發現有類似的結果。上述研究表明腸道微生物與宿主脂肪沉積間存在著非常密切的關系，如將其應用于實際生產中將對提高畜禽養殖經濟效益非常有利。

2 腸道微生物對宿主ANGPTL4的影響

腸道微生物可以通過直接（與細胞接觸）或者間接（代謝物或分泌因子）的方式調節小腸上皮細胞 ANGPTL4 表達［15］。

2.1 腸道微生物對宿主ANGPTL4的影響

接種普通小鼠盲腸微生物后的無菌鼠其體內ANGPTL4水平顯著降低［9］，表明腸道微生物具有調節宿主ANGPTL4的作用。然而動物體腸道微生物種類眾多，不同微生物種類、不同微生物添加水平以及作用時間對不同宿主ANGPTL4的影響不盡相同。當多形擬桿菌與豬回腸上皮細胞數目為1∶1時，豬回腸上皮細胞ANGPTL4基因表達即被抑制，且抑制作用會隨多形擬桿菌濃度的增加和作用時間的延長而越加明顯［16］。乳酸菌F19具有提高HCT116、LoVo、HT29和SW480等多種人結腸癌細胞ANGPTL4基因表達和蛋白含量的作用，且存在劑量和時間效應；當無菌小鼠飼喂乳酸菌F19兩周后，其血清中ANGPTL4蛋白含量亦有增加的趨勢［17］。糞腸球菌和多行擬桿菌均具有提高人結腸癌細胞ANGPTL4表達的作用，而大腸桿菌則具有降低HCT116細胞ANGPTL4表達的作用［15］。此外，本課題組亦就腸道微生物對宿主ANGPTL4的影響進行了一定研究，結果發現丁酸梭菌可降低42 d肉雞回腸和血清ANGPTL4表達［18］，引起Caco-2細胞ANGPTL4的差異性表達［19］。由此可以看出，腸道微生物具有調節宿主ANGPTL4的作用，不同腸道微生物種類、數量和作用時間等均對宿主ANGPTL4表達有一定影響。

2.2 腸道微生物代謝物對宿主ANGPTL4的影響

很多腸道微生物其代謝物具有調節宿主ANGPTL4的作用，是腸道微生物發揮調節宿主ANGPTL4作用的有效成分［20］。乳酸菌F19產生的代謝產物即具有提高人結腸癌細胞ANGPTL4基因表達的作用，是如上所提及乳酸菌F19提高人結腸癌細胞ANGPTL4表達作用的有效成分之一［17］。腸道微生物產生的代謝產物主要包括乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等。有研究表明，生理濃度的乙酸、丙酸和丁酸均可提高人結腸癌細胞ANGPTL4表達［8，15］。本課題組亦就腸道微生物代謝物對宿主ANGPTL4的影響進行了一定研究，結果發現丁酸梭菌代謝物可引起Caco-2細胞ANGPTL4的差異性表達，是如上提及的丁酸梭菌影響Caco-2細胞ANGPTL4表達的有效成分之一，且主要發揮作用的代謝產物成分是丁酸［19］。但不同微生物所產生的代謝產物成分不一，因此并不是所有微生物所產生的代謝產物均對ANGPTL4表達有影響。張麗萍［16］研究表明，多形擬桿菌產生的代謝產物對豬回腸上皮細胞ANGPTL4的基因表達無影響，不是多形擬桿菌抑制豬回腸上皮細胞ANGPTL4表達的有效成分。上述可以看出，不同腸道微生物代謝物對宿主ANGPTL4影響的效果不盡相同，然而腸道微生物代謝物乙酸、丙酸、丁酸作用效果相對穩定，生產中如需調節宿主ANGPTL4表達，除通過驗證過的微生物進行調節外，通過直接添加微生物代謝物（如乙酸、丙酸和丁酸等）的方式不失為另一好方法，但過程中需做好包被處理以利于順利進入動物腸道發揮作用。

2.3 腸道微生物細胞壁成分對宿主ANGPTL4的影響

腸道微生物細胞壁成分主要包括肽聚糖、脂多糖（LPS）和磷壁酸等。其中LPS具有提高鼠心臟、肌肉、脂肪組織、肺、下丘腦、垂體和大腦皮層ANGPTL4表達的作用，且TLR4信號通路和SIRT1信號通路在其中發揮重要作用［21-22］。本課題組亦就腸道微生物細胞壁成分對宿主ANGPTL4的影響進行過一定研究，結果發現丁酸梭菌細菌壁成分可引起Caco-2細胞ANGPTL4的差異性表達，是如上提及的丁酸梭菌影響Caco-2細胞ANGPTL4表達的另一有效成分［19］，但具體細胞壁成分還不確定，有待于進一步深入研究。不同微生物其細胞壁成分不盡相同，因此對宿主ANGPTL4的影響也存在差異。乳酸菌F19細菌壁成分對人結腸癌細胞ANGPTL4基因表達無影響，不是如上所提及乳酸菌F19提高人結腸癌細胞ANGPTL4表達作用的有效成分［17］。關于腸道微生物細胞壁成分對宿主ANGPTL4影響的研究目前較少，且發揮作用的細胞壁成分有待于進一步確定，細胞壁有效成分的篩選將有利于克服市面上普遍存在的益生菌活菌抗逆性弱的缺點，對實際生產具有重要意義。

2.4 PPARγ在腸道微生物調節宿主ANGPTL4合成中的作用

過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）是一種配體激活的核受體轉錄因子，主要分布于腸道細胞和脂肪組織，在腎臟和骨骼肌也有少量表達，是調控脂質代謝的主要轉錄因子之一。近年來，研究學者通過構建PPARγ抑制和激動模型以及運用染色質免疫沉淀（ChIP）的方法就PPARγ在腸道微生物調節宿主ANGPTL4合成中的作用進行研究，結果發現很多腸道微生物及其代謝產物（如丁酸等）影響宿主ANGPTL4的合成是通過PPARγ介導，且對于鼠和人而言，PPARγ主要通過結合于ANGPTL4第3內含子上的過氧化物酶體增殖物反應元件上，進而調節 ANGPTL4 的轉錄［8，17，23-24］。

3 ANGPTL4在動物脂肪代謝中的作用

3.1 ANGPTL4對動物骨骼肌和脂肪組織脂肪代謝的影響

脂蛋白脂肪酶（LPL）能夠催化血液中乳糜微粒（CM）和極低密度脂蛋白（VLDL）所攜帶的甘油三酯（TG）水解成甘油和脂肪酸，從而向脂肪組織提供合成TG的原料，促進脂肪的沉積，而ANGPTL4的N-端第一個α 螺旋結構處有12個高度保守的氨基酸，其中包括3個極性氨基酸殘基：His46、Gln50和Gln53，能將LPL有活性的二聚體形式轉化成無活性的單聚體形式，從而抑制LPL的活性，妨礙TG沉積到脂肪細胞［25-27］。此外，Mandard等［28］研究表明，過表達ANGPTL4鼠其體重和脂肪組織量均顯著降低，而脂肪組織中涉及脂肪分解的脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）mRNA表達顯著提高。B?ckhed等［29］研究發現，敲除ANGPTL4的無菌小鼠（ANGPTL4-/-）更易受到高脂日糧的影響而引起肥胖且其骨骼肌中涉及到脂肪酸氧化分解的基因（如CPT1等）較同窩野生型無菌小鼠（ANGPTL4+/+）有顯著降低。可見，ANGPTL4具有促進脂解和脂肪酸氧化分解，減少脂肪沉積并刺激脂肪動用的作用。

3.2 ANGPTL4對動物肝臟脂肪代謝的影響

肝臟是動物機體涉及脂肪代謝的主要器官，其脂肪代謝能力是判斷動物體脂肪沉積情況的重要指標。有研究表明，過表達ANGPTL4可誘導鼠肝臟腫大和脂肪肝生成［7］，且高脂飲食還可誘導過表達ANGPTL4鼠其脂肪肝現象更為明顯［28］。由此可看出，ANGPTL4具有調節動物肝臟脂肪代謝的作用。動物體肝臟脂肪沉積是肝臟脂肪合成、分解以及轉運的凈產物，ANGPTL4鼠肝臟腫大和脂肪肝的現象表明ANGPTL4具有導致動物體肝臟脂肪合成高于分解和轉出的作用，但ANGPTL4影響動物肝臟脂肪代謝的具體機制目前還尚未明確，有待于進一步研究。

3.3 ANGPTL4對動物血液生化指標的影響

ANGPTL4對動物血液生化指標影響的研究多集中于在鼠上。通過給鼠靜脈注射ANGPTL4重組蛋白、過表達鼠ANGPTL4以及敲除鼠ANGPTL4基因的3種方法，研究發現ANGPTL4具有提高鼠血漿TG、TC、VLDL 和 NEFA 含量的作用［27-28，30-33］。血清脂質和脂蛋白是反應動物體脂肪組織與肝臟間脂肪酸循環基礎調節情況的重要指標，大多數脂質在血液中的轉運是以脂蛋白的形式進行的，且內源性TG和TC主要靠VLDL參與轉運，而NEFA主要由脂肪組織中TG的水解產生，它的濃度可反應脂肪組織中的脂解活性［34］。前面已經提及，ANGPTL4可抑制LPL活性，而LPL的作用是催化血液中VLDL所攜帶的TG和TC水解，因此ANGPTL4誘導的動物體高血脂的產生正好與前面提到的ANGPTL4具有抑制LPL活性的功能相對應；而ANGPTL4誘導的動物體高血漿NEFA的現象也正與前面提及的ANGPTL4具有促進脂解的功能相對應。

4 腸道微生物-ANGPTL4-動物脂肪代謝關系

ANGPTL4在腸道微生物影響動物脂肪代謝中具有重要作用，腸道微生物-ANGPTL4-動物脂肪代謝三者間存在密切的關系。無菌小鼠定植腸道菌群后可抑制腸上皮細胞ANGPTL4表達，進而緩解ANGPTL4對LPL的抑制，促進LPL介導的TG在脂肪組織中儲存；此外，腸道微生物降低ANGPTL4水平和減少腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的活化還能夠降低小鼠骨骼肌中脂肪酸的氧化［10，26］。

5 總結與展望

綜上所述，腸道微生物與其宿主脂肪代謝間存在著密切聯系，且ANGPTL4可作為連接腸道微生物與宿主脂肪代謝的重要媒介之一。腸道微生物自身、代謝產物及其細胞壁成分均可作為影響宿主ANGPTL4表達的重要因素，而ANGPTL4作為一種與動物脂肪代謝密切相關的蛋白，可影響動物骨骼肌、脂肪組織和肝臟脂肪代謝以及動物血液生化指標。因此，ANGPTL4在腸道微生物影響動物脂肪代謝中發揮著重要作用，為揭示腸道微生物影響動物脂肪代謝的原因具有重要意義。但腸道微生物調控動物ANGPTL4的機制復雜，目前尚不完全明確；另關于ANGPTL4對動物脂肪代謝影響的研究多集中于在鼠上。因此，探索ANGPTL4在腸道微生物影響其它動物特別是畜禽脂肪代謝中的作用將是未來研究的重點，且該內容也將為更好解釋益生菌和酸化劑等飼料添加劑影響畜禽脂肪沉積、促進畜禽生產性能的現象提供依據。