DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-025-00792-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40753182
تاريخ النشر: 2025-08-02
المؤلف: Qun Lan وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مجموعة من 129 خنزير يوركشاير أنثوي للتحقيق في العلاقة بين سمك الدهون الظهرية وتركيب الميكروبات المعوية. تم تربية الخنازير في ظروف موحدة، وتم قياس سمك الدهون الظهرية ومساحة عضلة العين القطنية باستخدام الموجات فوق الصوتية عندما وصلت إلى وزن متوسط قدره 105 كجم. تم جمع عينات براز طازجة لتسلسل جين 16S rRNA، مع التركيز على 12 عينة ذات قيم ظاهرة متطرفة—ستة ذات سمك دهون ظهرية منخفض (LBF) وستة ذات سمك دهون ظهرية مرتفع (HBF). كما تم جمع عينات مصل الدم لتحليل الميتابولوميات غير المستهدفة.
شملت منهجية عزل الحمض النووي البكتيري مجموعة أدوات QIAamp® stool mini، تلتها تضخيم منطقة V3-V4 من جين 16S rRNA باستخدام بادئات محددة. تم إجراء التسلسل على منصة Illumina MiSeq، وشمل معالجة البيانات إزالة الضوضاء وإزالة الكيميرا باستخدام DADA2. تم إجراء تحليلات إحصائية لمقارنة ملفات التعبير الجيني ومستويات المستقلبات بين مجموعات مختلفة، باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه لاختبار الدلالة. كما استخدمت الدراسة أدوات معلوماتية حيوية متنوعة، بما في ذلك QIIME لتقييم التنوع وحزم R للتحليل الإحصائي، لاستكشاف بنية المجتمع الميكروبي وتأثيراته المحتملة على المسارات الأيضية المتعلقة بتخليق الأرجينين.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة عن ارتباط سلبي كبير بين البكتيريا المعوية *P. succinatutens* وتراكم الدهون في الخنازير، كما يتضح من قياسات سمك الدهون الظهرية (BF) ومساحة عضلة العين القطنية (EM). في مجموعة من 129 خنزير يوركشاير، أظهر التحليل الظاهري أن BF كان مرتبطًا سلبًا بـ EM، وحدد ملف الميكروبات أربعة مجموعات متميزة من الميكروبات المعوية، حيث أظهرت المجموعة C2 BF أقل وEM أعلى مقارنة بالمجموعة C1. ومن الجدير بالذكر أن *P. succinatutens* كانت البكتيريا الأكثر ارتباطًا سلبًا بـ BF، بينما كانت أجناس أخرى مثل *Lactobacillus* مرتبطة إيجابيًا بـ BF.
أظهرت التحقيقات الإضافية باستخدام زراعة الميكروبات البرازية (FMT) في الفئران أن الاستعمار بـ *P. succinatutens* قلل بشكل كبير من وزن الجسم وتراكم الدهون، بينما زاد من مستويات الأرجينين في المصل والبروبيونات في البراز. كما أبرزت الدراسة أن *P. succinatutens* حسنت صحة الأمعاء من خلال زيادة عدد خلايا الكأس وتقليل علامات الالتهاب المرتبطة بالوجبات الغذائية الغنية بالدهون. أشارت التحليلات الميتابولومية إلى أن *P. succinatutens* قد تلعب دورًا حاسمًا في إنتاج المستقلبات المفيدة مثل البروبيونات، والتي يمكن أن تخفف من السمنة والالتهاب. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن *P. succinatutens* لها تطبيقات محتملة في تنظيم سمنة المضيف وصحة الأمعاء من خلال خصائصها المضادة للالتهابات وفوائدها الأيضية.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الدور الحاسم لتقليل تعبير MYC في تسهيل امتصاص الأحماض الأمينية (AA) في الأمعاء، وخاصة تخليق الأرجينين، في الفئران المستعمرة بـ *P. succinatutens*. وجدت الدراسة أن هذه البكتيريا زادت بشكل كبير من تركيزات الجلوتامين والجلوتامات والأرجينين في الفئران التي تتبع نظام غذائي غني بالدهون (HFD). كشف تسلسل RNA عن 371 جينًا معبرًا عنه بشكل مختلف (DEGs) بين مجموعات HFD ومجموعات التحكم، مع انخفاض ملحوظ في تعبير MYC وزيادة في الجينات المشاركة في تخليق الأرجينين، مثل GLS2 وCPS1، في مجموعة الفئران المعالجة بـ *P. succinatutens*. وهذا يشير إلى أن *P. succinatutens* تعزز نقل الجلوتامين وإنتاج الأرجينين من خلال تعديل نشاط MYC، ربما من خلال تنظيم وراثي مرتبط بالبروبيونات.
علاوة على ذلك، أظهرت الدراسة أن علاج البروبيونات لم يقلل فقط من السيتوكينات الالتهابية ولكن أيضًا غير ملفات التعبير الجيني المتعلقة بنقل الأحماض الأمينية والأيض، مما يشير إلى تأثير وقائي ضد السمنة الناتجة عن HFD. تشير النتائج إلى أن مستويات الأرجينين المرتفعة، المدفوعة بـ *P. succinatutens*، قد تثبط تراكم الدهون عبر مسار الإشارة PI3K/Akt/FOXO3a. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على إمكانيات *P. succinatutens* كمنتج بروبيوتيك يعزز الصحة الأيضية من خلال تحسين امتصاص الأحماض الأمينية وتقليل تراكم الدهون، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف لآلياته وآثاره على إدارة السمنة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-025-00792-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40753182
Publication Date: 2025-08-02
Author(s): Qun Lan et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Methods
In this study, a cohort of 129 female Yorkshire pigs was utilized to investigate the relationship between backfat thickness and gut microbiota composition. The pigs were raised under standardized conditions, and their backfat thickness and loin-eye muscle area were measured using ultrasound when they reached an average weight of 105 kg. Fresh fecal samples were collected for 16S rRNA gene sequencing, focusing on 12 samples with extreme phenotypic values—six with low backfat thickness (LBF) and six with high backfat thickness (HBF). Serum samples were also collected for non-targeted metabolomics analysis.
The methodology for bacterial DNA isolation involved the QIAamp® stool mini kit, followed by amplification of the V3-V4 region of the 16S rRNA gene using specific primers. Sequencing was performed on an Illumina MiSeq platform, and data processing included denoising and chimera removal using DADA2. Statistical analyses were conducted to compare gene expression profiles and metabolite levels among different groups, employing one-way ANOVA for significance testing. The study also utilized various bioinformatics tools, including QIIME for diversity assessments and R packages for statistical analysis, to explore the microbial community structure and its potential implications on metabolic pathways related to arginine biosynthesis.
Results
The results of the study reveal a significant negative association between the gut bacterium *P. succinatutens* and fat accumulation in pigs, as indicated by measurements of backfat thickness (BF) and loin-eye muscle area (EM). In a cohort of 129 Yorkshire pigs, phenotypic analysis showed that BF was negatively correlated with EM, and microbial profiling identified four distinct clusters of gut microbiota, with cluster C2 exhibiting lower BF and higher EM compared to cluster C1. Notably, *P. succinatutens* was found to be the most strongly negatively correlated bacterium with BF, while other genera such as *Lactobacillus* were positively associated with BF.
Further investigations using fecal microbiota transplantation (FMT) in mice demonstrated that colonization with *P. succinatutens* significantly reduced body weight and fat deposition, while enhancing serum arginine and fecal propionate levels. The study also highlighted that *P. succinatutens* improved intestinal health by enhancing goblet cell numbers and reducing inflammatory markers associated with high-fat diets. Metabolomic analyses indicated that *P. succinatutens* may play a crucial role in producing beneficial metabolites like propionate, which could mitigate obesity and inflammation. Overall, these findings suggest that *P. succinatutens* has potential applications in regulating host adiposity and gut health through its anti-inflammatory properties and metabolic benefits.
Discussion
The discussion highlights the critical role of reduced MYC expression in facilitating intestinal amino acid (AA) absorption, particularly arginine biosynthesis, in mice colonized with *P. succinatutens*. The study found that this bacterium significantly increased serum and colonic concentrations of glutamine, glutamate, and arginine in high-fat diet (HFD) mice. RNA sequencing revealed 371 differentially expressed genes (DEGs) between HFD and control groups, with notable downregulation of MYC and upregulation of genes involved in arginine biosynthesis, such as GLS2 and CPS1, in the *P. succinatutens*-gavaged group. This suggests that *P. succinatutens* enhances glutamine transport and arginine production by modulating MYC activity, potentially through propionate-mediated epigenetic regulation.
Furthermore, the study demonstrated that propionate treatment not only decreased inflammatory cytokines but also altered gene expression profiles related to AA transport and metabolism, indicating a protective effect against HFD-induced adiposity. The findings suggest that elevated arginine levels, driven by *P. succinatutens*, may inhibit fat accumulation via the PI3K/Akt/FOXO3a signaling pathway. Overall, the research underscores the potential of *P. succinatutens* as a probiotic that promotes metabolic health by enhancing AA absorption and reducing fat deposition, warranting further exploration of its mechanisms and implications for obesity management.