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摘要
客观的结肠肠内分泌细胞(EECs)储存并释放有效的厌食激素,这是饱腹感的关键调节因子。EECs表达多种营养感受器,特别是中链脂肪酸(MCFAs): GPR84和FFAR4。在这里,我们展示了一种非手术方法,靶向结肠输送MCFA,诱导EEC和神经元激活,导致厌食效应。
设计一项随机、双盲、安慰剂对照、交叉研究在肥胖成人中进行,在餐前给予联合GPR84和FFAR4激动剂结肠释放胶囊。我们测量了血清激素、能量摄入和食欲感知。在人结肠外植体中测定细胞类型、激动剂激活和激素/血清素释放。用电生理学方法记录小鼠结肠传入神经对营养物质/介质的反应。
结果与安慰剂组相比,接受GPR84和FFAR4激动剂的受试者总热量摄入减少,餐后PYY水平增加。GPR84和FFAR4受体在人结肠EEC上共表达。GPR84的激活仅诱导细胞内pERK,而FFAR4选择性激活pCaMKII。GPR84和FFAR4的共激活诱导了磷酸化蛋白,以及GLP-1和PYY的超添加剂释放。营养物质和激素通过GLP-1、Y2和5-HT3受体聚合激活小鼠结肠后神经。
结论结肠GPR84和FFAR4激动剂可减少肥胖成年人的能量摄入并增加餐后PYY。人类结肠eec共表达这些受体,它们通过平行的细胞内通路激活细胞并协同激发激素释放。进一步的协同作用发生在感觉神经对MCFA和EEC介质的反应中。因此,通过营养受体协同激活结肠内分泌细胞是代谢调节的重要靶点。
步道登记号码NCT04292236.
- 肥胖
- 食欲
- 肠道激素
- 神经内分泌细胞
数据可用性声明
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这是一篇开放获取的文章,根据创作共用属性4.0 Unported (CC BY 4.0)许可证发布,该许可证允许其他人出于任何目的复制、重新分发、重新混合、转换和构建此作品,前提是原始作品被正确引用,提供到许可证的链接,并表明是否进行了更改。看到的:https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
数据来自Altmetric.com
本研究的意义
关于这个问题我们已经知道了什么?
目前治疗肥胖和2型糖尿病最有效的方法是胃分流手术,但其有效性有限,不可逆,费用昂贵,并可能造成伤害。未消化的食物(包括中链脂肪酸(MCFA))分流到远端肠道,通过特定的营养感应受体激活肠内分泌细胞(EEC)来触发激素释放。
提高细菌产物丙酸的结肠水平会增加人体的激素释放,减少能量摄入,进一步表明结肠是代谢调节的场所。
新的发现是什么?
在饭前服用MCFA结肠释放制剂(通常只存在于上肠)可减少肥胖成年人的食物摄入量并提高血浆PYY,而无不良反应。
MCFA协同刺激营养受体,这些受体在EEC中通过不同的细胞内通路协同作用,以最大化激素释放。这种对结肠EEC的作用反过来导致传入神经投射到中枢神经系统(CNS)的协同激活。
在可预见的未来,它会对临床实践产生怎样的影响?
本研究中使用的刺激是安全的,不受人体使用限制;此外,没有副作用。
在胶囊改良后,肥胖症的后期临床试验可能很快开始。我们现在也了解了调节能量摄入的重要生物学途径。
简介
胃分流手术,特别是Roux-en-Y胃分流手术(RYGB),目前是肥胖症和相关2型糖尿病的首选治疗方法。1它通过多种机制实现减肥和葡萄糖耐量,包括将食物运送到回肠末端和结肠,在那里,肠内分泌细胞(EECs)上的naïve营养受体被广泛的未消化的营养物质激活,最终导致强效厌食激素PYY的循环水平增加2以及促胰岛素激素GLP-1。此外,RYGB改变微生物种群,导致腔内短链脂肪酸和胆汁酸浓度的变化,这些变化也与结肠eec上表达的营养物质或胆汁酸受体结合,共同导致食物摄入量的减少。3 4生理激活的结肠eec能够对多种营养刺激做出反应,因此可能是通过外周调节机制减少食物摄入的重要目标。
能量摄入、食欲和饱腹感受几种感官、机械和心理因素的控制,具有短期和长期的影响。EECs是一种重要的食欲调节分子,因为它们储存和释放促食欲激素(如胃饥饿素)和厌食激素(如GLP-1、PYY和CCK)/递质(5-HT),平衡饥饿感和饱腹感。5 - 10这些激素作用于中心通路,如弓状核中的食欲中心,其中包含AgRP/POMC神经元,它们对神经内分泌信号作出反应,导致食欲增加/减少通路的相互抑制。11日12EECs与肠粘膜神经末梢的紧密连接也允许激素对传入神经元的局部作用,在这些神经元释放后由于酶(如二肽基肽酶- iv (DPPIV))的作用而迅速降解。13
从胃到直肠表达的EECs,传统上是根据激素/肽含量进行分类的,尽管新出现的证据表明激素表达在细胞成熟阶段发生变化。14 - 16有趣的是,肠道远端区域有高密度的eec,包括含有GLP-1和PYY的L细胞和含有5-HT的肠染色质(EC)细胞。17我们之前已经证明,与特定氨基酸和短/中/长链脂肪酸结合的营养感应g蛋白偶联受体(GPCRs)在结肠中高水平表达,包括GPR84和FFAR4。18由于营养受体的多样性和EECs相对于结肠子细胞的缺乏,可以推断EECs必须以同时的方式对多种刺激做出反应,以反映人类饮食中的多营养素含量。事实上,GPR119、FFAR4和GPR40的共同刺激诱导了小鼠结肠隐窖中GLP-1的协同释放19这表明在人类eec中可能存在营养感应GPCRs的协同作用。我们专注于FFAR4和GPR84,因为我们和其他人已经证明:(A)它们在结肠区域高表达,(B)通过释放厌食激素对激动剂刺激做出反应。18日20
开发新的有效的肥胖医学治疗方法将需要描述支持营养介导的食欲调节的正常生理过程的分子机制。Sumithran等21优雅地证明,即使在使用限制卡路里饮食的8周时间内成功减肥,这些受试者的厌食激素水平即使在52周后也没有变化。这表明长期维持减肥需要针对EEC生理来促进厌食激素的释放。
本研究的目的是通过体内、体外和临床试验方法确定双重营养刺激如何影响EEC活性。目前的研究是一项在肥胖志愿者中进行的概念验证试验,表明与安慰剂相比,联合使用结肠GPR84和FFAR4激动剂减少了食物摄入量,增加了PYY的释放。我们发现,潜在的细胞机制是多种营养感应受体在eec上的表达,当同时受到刺激时,协同促进细胞激活和厌食激素释放。使用小鼠神经元记录,我们证明了外周传入神经元活动随后随着营养含量和EEC活动的增加而增加。
方法
伦理批准
所有受试者均提供知情的书面同意书。它也注册在www.clinicaltrials.org.
患者和公众参与
临床试验的志愿者是在报纸报道该研究后从公众中招募的。接受手术切除的患者被要求在手术当天参与研究,同时从白教堂皇家伦敦医院的内窥镜检查部门收集患者的活检。所有患者都被告知正在进行的研究类型,以及他们的贡献将如何有助于理解基本的肠道过程。患者未参与研究设计,但被告知可通过直接联系研究人员(根据发给所有参与者的患者信息表指南)以及开放获取的同行评审出版物获得结果。
肥胖志愿者研究的概念证明
我们假设内源性GPR184和GPR124激动剂的结肠递送会减少食物摄入并增加PYY和GLP-1的循环水平。预定义的主要结局是热量摄入的变化,次要结局包括循环激素、PYY、GLP-1和胃饥饿素水平的变化。年龄18-60岁,身体质量指数(BMI)为30-40 kg/m的男女2应邀参加。潜在的受试者被排除在外,如果他们以前做过胃肠手术,有重大健康问题和/或正在服用治疗2型糖尿病的药物。
研究设计
该研究采用了双盲、随机、安慰剂对照、交叉设计。20名受试者随机接受积极治疗或安慰剂,4周洗脱期,以解释月经波动对食欲的影响,样本量是根据先前研究结肠营养治疗类似结果计算的。22日23日在每次研究来访之前,受试者被要求从晚上20:00开始禁食。随访1时记录体重、身高,计算BMI。在每次随访开始时,受试者在基线(t=0)和30分钟间隔(直到t=480分钟)通过肘关节前窝插管收集血液样本(3ml)。在每次采集血样之前,受试者被要求使用100毫米视觉模拟量表(VAS)记录他们的饥饿、饱腹和饱腹感水平。24
积极和安慰剂
活性胶囊共含有500毫克3’3二吲哚基甲烷(DIM)(250毫克,奥林波斯山实验室),2100毫克α亚麻酸(ALA)包含紫苏油(500毫克,90 LiCaps, Fairvital)和2400毫克月桂酸(LA) (Sigma Aldrich)。注:DIM (10 mM)和ALA (100 mM)均在Ussing腔内刺激人离体结肠组织,分别激活pERK和pCaMKII通路(数据未显示)。视觉上相同的安慰剂胶囊充满甲基纤维素(Sigma)。所有胶囊均涂有Phloral (Intract Pharma Ltd, UK),以确保胶囊在结肠内的传递和分解。正如Varum所描述的,被Phloral包裹的内容物在志愿者身上已经被证明在结肠到达和释放等.25
第一组胶囊在早餐前60分钟(时间点0小时)服用,第二组在午餐前60分钟(时间点5小时)服用。早餐的最大热量摄入是903千卡,午餐是1340千卡,受试者被要求在这个最大值之前随心所欲地吃。在用餐结束后,量化所消耗的食物量并计算卡路里摄入量。所有研究访问均于08:00至09:00在温盖特神经胃肠病学研究所进行。在整个随访过程中,护士/调查员与受试者保持定期沟通,以鼓励良好的依从性。
循环激素测定
在采血之前,EDTA真空管在冰上冷却。采集血液后立即加入10µL DPPIV抑制剂(50 Nm)、氟西汀(100 Mm)和莫氯贝胺(100 Mm)以防止激素/5-HT降解。通过离心收集血浆(在1000×g离心10分钟),并在−20°C保存1ml等分。总GLP-1、总PYY、活性胃促生长素和胃抑制多肽(GIP)按照制造商的说明使用人类多重试剂盒进行定量(Milliplex MAP多重检测,Merck Millipore)。如前所述,使用ELISA (BA E-5900, Labor Diagnostika Nord)检测5-HT。18
人体结肠组织收集
在皇家伦敦医院(Barts Health NHS Trust)接受结肠癌手术的4至6名患者(5名男性,中位年龄53岁,范围31-64岁)获得了全层人类升结肠样本。所有标本均来自非梗阻性肿瘤患者,这些肿瘤没有发生在炎症性肠病的背景下。经组织病理学家肉眼检查后,在距离肿瘤、切除边缘或淋巴引流场至少10厘米的地方采集标本。
免疫组织化学
手术切除后,组织固定在4%多聚甲醛中(4°C过夜)。组织在30%蔗糖/PBS中冷冻保护,然后安装在最佳切割温度的介质中。在Cryostat(徕卡CM1860)上切割10µm的组织切片,用阻断缓冲液(Dako, UK)孵育1小时,然后应用一抗过夜(4°C)。抗体的详细信息在在线补充方法.清洗组织(PBS;3×5 min),物种特异性二抗偶联Alexa Fluor荧光染料(1:400,Thermo Fisher Scientific, UK),涂抹1小时,然后清洗(PBS;3×5 min),安装(Vectashield硬固定安装介质,Vector实验室,美国)和封面滑动。所有实验均采用无一抗对照,以检查非特异性二抗结合。用徕卡DM4000荧光显微镜观察切片的免疫反应性。为了确保所获取图像的一致性,所有部分都以相同的方式定向和切割。使用MetaMorph软件(Molecular Devices, UK)捕获图像,并使用Photoshop (Adobe)和PowerPoint (Microsoft)准备图形。
使用室内实验
人类结肠粘膜片(来自癌症切除)被分成1×1 cm的片段,每个片段安装在Ussing通量室中。我们使用了我们小组开发的一种方法来优化人类结肠粘膜片的营养刺激。18简言之,将管腔表面暴露于10ml营养液中,而基底外侧表面暴露于10ml克雷布斯溶液中,持续20分钟。所有溶液都碳化,并保持在35°C - 37°C。结肠黏膜用4%多聚甲醛固定过夜。
离体人体组织激素释放试验
如前所述,18将人结肠粘膜解剖成约0.5 mm的小块,每个标本在37℃下用250µL的缓冲液(对照)或营养液在96孔板中孵育15分钟(5-HT法)或20分钟(激素法)称量。使用含有4.4 mM l -谷氨酰胺和6 mM葡萄糖的定制组织培养基,以确保细胞健康,但不受营养物质刺激。使用抑制剂,激素/递质水平如上所述进行评估。
小鼠近端结肠的细胞外电生理记录
在解剖显微镜下发现沿支配小鼠结肠近端神经的肠系膜血管的神经束,并将其吸入预先填充有克雷布斯缓冲液的硼硅酸盐玻璃吸入电极(Harvard Apparatus, UK)。这些神经包括迷走神经和内脏传入神经,因此两者都被记录下来。然而,在大多数关于脊髓传入的研究中,缺乏营养物质和肠道激素的激活,26日27日这表明我们研究的传入纤维主要是迷走神经纤维。神经活动记录在Neurolog头级(digitaltimer Ltd, UK)上,放大增益为5000倍,带通滤波(100-2000 Hz),并获得数据(20 kHz采样率;micro1401,剑桥电子设计,英国)到运行Spike2(剑桥电子设计,英国)软件的台式计算机。动作电位使用在线尖峰处理器(digittimer Ltd, UK)进行计数,尖峰处理的阈值设置为最小可识别的尖峰(通常为~100µV)。
数据分析
免疫组化实验后的细胞计数,从4 ~ 6个单个组织样本中分析5个40×物镜视场,覆盖整个切片,以消除图像采集偏差。明显免疫反应阳性的细胞,在结肠隐窝内发现并在视野内完全捕获,按前面描述的计数。18在评估pCaMKII和pERK的营养刺激实验中,计算每个视野中完整的、未破碎的隐窝的数量,以使细胞/隐窝正常化。使用Prism软件评估每个样本计数细胞之间的差异是否有统计学意义,p<0.05被认为是显著的。
在电生理实验中,利用Spike2的spike sorting功能进行离线分析,区分单个单元的传入神经活动。28如果5分钟腔内营养灌注期间动作电位放电的增加大于基线放电的20%(在营养灌注前5分钟测量),则认为单位为反应者。29数据以均数±标准差表示。
根据之前一项研究的热量摄入数据估计了20名受试者的样本量。23为了分析VAS问卷,对每个时间点的主动组和安慰剂组的记录答案取平均值,并使用双向方差分析和Sidak多重比较检验进行比较。使用配对Student 's t检验分析了主动和安慰剂条件下总热量摄入的变化(相对于时间0),p值<0.05被认为是显著的。计算GLP-1、PYY、5-HT和ghrelin的曲线下面积(AUC),并在活性和安慰剂之间进行比较,并使用配对Student 's t检验进行分析。数据经D 'Agostino-Pearson综合正态性检验视为正常,以均数±标准差表示。p值<0.05被认为是显著的。所有数据均使用GraphPad Prism V.8软件进行分析。
结果
概念验证研究中GPR84和FFAR4激动剂联合补充的效果
研究招募了20名符合纳入标准(BMI: 30-40,无重大肠道手术,非1型或2型糖尿病患者)的肥胖人类志愿者(平均BMI: 34.2±0.46 cm/kg)2平均年龄:48.9±2.0岁)。为了评估GPR84和FFAR4激动剂联合刺激的效果,我们使用3’3二吲哚甲烷和LA作为天然GPR84激动剂,紫苏油(含60% α -亚麻酸)作为天然FFAR4激动剂。20名志愿者在服用活性胶囊或安慰剂胶囊时没有出现包括恶心或呕吐在内的不良反应。这些化合物的靶向结肠递送显著降低了午餐的热量摄入(安慰剂:1113 kCal,活性:965.7 kCal;p=0.0193)和总热量摄入(早餐和午餐加起来(安慰剂:1794.5 kCal,活动:1572.7 kCal, p=0.008),平均分别减少13.3%和12.4%(与安慰剂相比),(图1 b, C).早餐的热量摄取量并无变化(图1一个).有趣的是,在积极治疗和安慰剂治疗之间,如饥饿感、想吃东西的欲望和饱腹感等主观食欲评分没有差异(图1 d-f).
在积极刺激和安慰剂刺激期间,食欲调节激素的循环水平被评估为整个研究日的生理终点。与安慰剂相比,GPR84和FFAR4激动剂联合给药显著提高了总PYY的循环水平(活性:AUC∆474.9 min × pg/mL vs安慰剂:305.7 min × pg/mL, p=0.018;图2一个).PYY从3小时开始持续增加,此时胶囊到达并开始在结肠分解(图2一个).25营养处理后GLP-1活性水平无显著变化(活性:AUC∆190.5 min × pg/mL vs安慰剂:167.9 min × pg/mL, p=0.9661;图2 b),也没有循环水平的5-HT(活跃:AUC∆635.7 min × ng/mL vs安慰剂:774.4 min × pg/mL, p=0.5830;图2 c).我们还评估了积极治疗组与安慰剂组相比无显著变化的胃饥饿素水平(活性:AUC∆191.9 min × pg/mL vs安慰剂:508.4 min × pg/mL, p=0.5245;图2 d).PYY(安慰剂:89.4±27.7 pg/mL,活性:94.8±36.4 pg/mL)、GLP-1(安慰剂:12.9±2.9 pg/mL,活性:14.7±3.3 pg/mL)、5-HT(安慰剂:107.8±10.2 pg/mL,活性:101.3±26.4)和ghrelin(安慰剂:57.1±21.1 pg/mL,活性:22.9±5.4 pg/mL)的基础水平在各组间无差异。
营养感应受体在人eec上的表达
为了研究天然人EEC上的营养感应GPCRs,我们从手术切除中获得了新鲜的、宏观正常的近端结肠上皮。免疫组化结果显示,脂肪酸受体GPR84和FFAR4位于EEC;L细胞及EC细胞(图3 a, B),以及短链脂肪酸(C2-C7)受体GPR43和蛋白胨/氨基酸受体GPR92 (在线补充图1A,B),证实了我们之前沿着人类肠道的mRNA表达数据。18发现GPCRs的EEC绝大多数是EC,因为它们具有5-HT免疫活性,而少数是L细胞,共表达GLP-1和PYY (图3 a, B,在线补充图1A,B).GPCR共定位研究表明,长链脂肪酸受体FFAR4与中链脂肪酸受体GPR84在L细胞和EC细胞上均有共表达(图3 c).大肠内EC细胞数量是L细胞的5:1。17在EC细胞中观察到GPR120/GPR84共表达的程度更大,分别为33% vs 6% (图3 c).FFAR4也在两种EEC细胞类型上与蛋白胨受体GPR93共定位(在线补充图1D).
人eec上营养受体的激活
我们通过在Ussing腔中将结肠粘膜片的管腔表面暴露于选定的营养物质,来确定营养受体的激活是否导致人EEC中磷蛋白通路的激活。这揭示了选择性GPR84配体LA (C10, 25 mM)对pERK的诱导(图4 a, B)30.而不是强效和选择性FFAR4激动剂TUG-891(10µM)31(图4 f).相反,pCaMKII是由TUG-891诱导的,而不是由LA诱导的,这表明每个GPCR的磷酸化蛋白途径具有高度的选择性(图4 c, D-F).我们之前已经证明LA刺激GPR84可诱导L和EC细胞中pERK的表达。18在这里,我们发现TUG891作用于FFAR4可诱导L和EC细胞以及结肠子细胞中pCaMKII的表达(在线补充图2A,B).当结肠粘膜片同时暴露于这两种受体的配体时,在同一标本中可以看到pERK和pCaMKII的表达(图4比).
这就提出了一个问题,即不同的细胞内通路是否可以协同促进EEC对营养受体激活的反应。与不同的营养刺激孵育导致不同模式的EE介质释放结肠活检。LA激活总PYY的释放,激活GLP-1和5-HT (图4 h),而不是ghrelin和GIP的释放(数据未显示)。单独TUG-891只释放PYY和GLP-1 (图4 h).引人注目的是,在体外研究中,TUG891和LA的组合特别提高了PYY和GLP-1的释放,使其达到每种营养物质的2到4倍,但没有改善5-HT的释放(图4 h).
对小鼠结肠传入神经的下游影响
进行小鼠传入记录,以观察激活EEC的刺激是否也激活来自同一区域的传入神经,以及信号的收敛和协同是否在向中枢神经系统发送信号的下一步中继续进行。5 -3., GLP-1和Y2受体在迷走神经传入纤维上表达,并介导从肠道到中枢神经系统的营养相关信号在线补充图3B).32 - 35迷走神经传入神经在产生饱腹感中起着关键作用。13个35为了验证营养信号在结肠近端被L细胞和EC介质转导成传入信号的假设,这些介质位于被钙维甲酸染色的传入神经附近,这是一个假定的迷走神经传入标记物(在线补充图3)36-我们开发了一种新的小鼠制剂来记录传入活动。使用这个模型,我们研究了是否收敛和求和发生在营养诱发的传入反应中,就像我们在EEC反应中所显示的那样。当LA (25 mM)和TUG-891(10µM)共给药时,有证据表明反应的协同性(图5 a, B),但未达到EEC反应中所见的程度,表明扩增主要在上游EEC水平;观察到LA增加了小鼠粘膜组织中GLP-1和PYY的释放(在线补充图4).在另一系列实验中,外源GLP-1和PYY分别对>90%的纤维产生收敛效应(图5 c);GLP-1检测23个单单位,其中19个有反应;34个单单位收到PYY,其中22个响应;27个单位用5-HT进行了测试,其中17个单位有反应。的5 -3.受体拮抗剂格拉司琼显著抑制了对5-HT的反应(在线补充图5).Y2受体激动剂CYM 9484显著抑制了对PYY的反应,GLP-1受体拮抗剂Exendin 3-39显著抑制了GLP-1的反应(在线补充图5).37传入单位对LA (25 mM)腔内灌注的反应是可重现的,但在预先给药所有三种拮抗剂后均无反应(在线补充图6),但不是在每个拮抗剂分别应用于单独的实验(未显示)。
在记录的子集中,多个介质应用于相同的小鼠组织。在给予PYY和GLP-1的单位中,所有(7/7)对两者都有反应。观察到单个单元能够对这些介质中的每一种作出反应,表明每种介质的受体共存于相同的传入末梢(图5 c).此外,PYY和GLP-1阈值浓度的组合引起的强烈反应对每种纤维都是最大的(图5 d),在与5-HT的组合实验中也可见(在线补充图5),表明在EEC水平和传入端水平存在收敛和协同作用。
讨论
使用翻译方法,我们证明了人类结肠EECs是最大化外周介导的食欲调节的关键分子靶点,并为限制食物摄入提供了一种新的治疗途径。我们发现EECs表达多种营养感应GPCRs,体外选择性刺激GPR84和FFAR4可激活不同的细胞内通路,导致厌食激素PYY和GLP-1的协同释放。这些激素可能会激活周围神经末梢以增加神经元活动。重要的是,在肥胖志愿者的概念验证临床试验中,我们证明了GPR84和FFAR4激动剂联合给药可减少食物摄入量并增加循环PYY水平。
EEC正在成为代谢疾病的关键靶点,因为它在一系列神经、上皮、内分泌和免疫细胞的下游反应中起着协调作用。38-40激活EECs长期以来一直是几种成功的临床策略的重点,以延长或促进GLP-1和PYY的作用或释放。5个6我们发现,结肠EEC为结肠内源性和外源性营养物质配备了多个受体,这些受体一起可以引发强有力的内分泌反应。这里我们只描述了两种磷酸蛋白途径。这些主要与所研究的特定细胞不同,可能还有更多。41连接营养和代谢物传感GPCR与肽释放的细胞内通路尚不清楚,特别是在EEC中。需要进一步的研究来了解变构相互作用,g蛋白偶联和胞吐的细胞骨架过程。此外,正如我们之前报道的那样,18多次GPCR激活导致结肠菌夹带和Y介导的旁分泌效应1,42GLP-143和5 -3.结肠子上表达受体。44观察到的旁分泌效应可能导致吸收的改变,45免疫细胞/细胞因子活性46隐窝增殖,43在这项研究中,其中一些可能影响了食物摄入量。
我们的数据表明,营养介导的过程继续在EEC下游进行,来自结肠的传入神经也表现出对EEC介质GLP-1和PYY作用于GLP-1和Y的趋同反应2受体,分别。一些研究表明传入末梢支配黏膜上皮,并终止于eec。27 47-49在某些物种中,小肠迷走神经传入对CCK和5-HT的反应是收敛的,32但其他人不是。50由于PYY是下肠EEC的主要介质,51我们试图证明PYY信号相对于其他介质的收敛性。EEC介质诱发反应的收敛程度提示5-HT同时表达3.Y2和GLP-1受体存在于传入末梢,并且有研究表明迷走神经传入神经上存在这种受体。33 34 49我们观察到,这些受体在激活结肠传入时起了超加性作用,这是因为它们既包括离子通道,也包括具有不同下游通路的g蛋白偶联受体。因此,传入神经可以将直接上皮激素环境的详细信息传递给中枢神经系统,提供比通过循环到达的激素更高分辨率的中枢神经系统地图。
我们已经在这个系统中展示了两个明显的收敛水平:第一个是在EEC本身内,第二个是EEC介质在传入末梢上的作用,随后向中枢神经系统发出信号。我们的概念验证试验反映了早期体外组织实验的结果,证明了食物摄入量的减少和PYY循环水平的增加。其他营养诱导食欲变化的方法包括短链脂肪酸丙酸的结肠输送,这也减少了食物摄入量52并在急性和长期给药研究中增加PYY和GLP-1的循环水平。23 46LA递送导致血清GLP-1水平小幅升高。53这两项研究都报告了营养输送后GLP-1循环水平的增加。这与目前的试验形成对比,在目前的试验中,GLP-1水平没有显著改变,但积极组的热量摄入量低于安慰剂组。这表明循环中的PYY在调节这些影响中占主导地位。或者,GLP-1可能对附近粘膜传入末梢表达的GLP-1R受体具有外周的局部介导作用。我们在小鼠中的电生理学数据进一步表明了这一点,这些数据显示了强有力的局部GLP-1R介导效应。最后,不足为奇的是,在本研究中,胃促生长素水平在主动组和安慰剂组之间没有显著变化,因为胃促生长素主要从胃中释放,而研究中使用的胶囊是专门为结肠释放而包裹的。
在我们的肥胖志愿者研究中,MCFA胶囊对主观饥饿评分没有影响,但对能量摄入有适度而显著的影响。热量摄入减少约12%可导致24周内体重减轻12公斤(根据美国国家健康研究所指南)54但需要长期减肥研究的验证。此外,不变的主观饥饿评分表明对食欲的潜意识影响,这是任何肥胖治疗的可取特征,我们的目标是在进一步更大规模的临床研究中保留这一点。我们可以推测,这是刺激结肠而不是小肠的一个特征,小肠是引起恶心、饱腹感和类似意识感觉的主要信号来源。本文提供的数据证明需要进行一项有大量志愿者参与的慢性给药研究,以评估体重减轻的终点,检查激素表达(超过几个月),并评估治疗的人群变异性。
目前的研究有许多局限性。例如,缺乏有效的GPR84合成激动剂。我们使用了LA,因为它与GPR84结合以激活受体;然而,这种激动剂可能与其他长链受体结合。此外,在人类结肠组织中的电生理学实验将增加进一步的转化优势,而在肥胖和改变饮食的动物模型中的类似实验将提供对神经元信号通路的洞察——这些将在未来的研究中进行研究。使用急性给药模式的临床试验的一个明显局限性是缺乏较长的时间点来测量激素释放和对食欲知觉的影响。胶囊涂层可确保结肠输送,但这需要3 - 4小时,从摄入到在结肠中分解,这是由于正常的胃肠运动时间(如方法中所述)。由于活性胶囊和安慰剂胶囊在一天内给予超过两点,因此对志愿者的评估不可能超过8小时。最后,虽然只有CCK和ghrelin被证明被雌二醇改变55尽管纳入了4周的洗脱期来考虑女性志愿者的周期阶段,但我们不能完全忽略结果中激素变化的影响。
总之,我们证明了多种营养感应受体的特异性靶向刺激EEC和结肠传入末梢的收敛激活。重要的是,我们表明,通过共刺激肥胖志愿者的特定受体来靶向结肠L细胞有能力减少食物摄入量并提高PYY水平,从而支持我们的临床前发现,并提供了一种新的有效的肥胖治疗方法,而没有手术的缺点。有了这些原则,我们可以设计出更合适的策略,针对结肠中的营养感应,以治疗肥胖和2型糖尿病,并继续进行包括体重调节在内的更大规模的研究。
数据可用性声明
所有与研究相关的数据都包含在文章中或作为补充信息上传。
伦理语句
患者发表同意书
伦理批准
该临床研究获得了玛丽女王伦理研究委员会的伦理批准(QMREC2018/20)。对于人体组织标本,经患者书面同意后,获得了东伦敦和城市医药局当地研究伦理委员会的伦理批准(NREC 09/H0704/2)。
致谢
我们非常感谢Abdul Basit教授(伦敦大学学院药学院,英国)、Silvia Matiz (InTract Pharma,伦敦,英国)和Colm O 'Reilly (InTract Pharma,伦敦,英国)对临床试验材料制备的技术建议和贡献。
参考文献
补充材料
脚注
调整通知本文已发表于Online First。对文献25进行了更新,增加了致谢部分。
贡献者MP负责构思、设计和实施实验,并管理临床试验。RA、AZ和WH招募志愿者并进行临床试验。DR开发了上述电生理学技术。DR和VC-G进行了电生理实验。AR和SC进行免疫组化。HD获得活组织检查,并协助激素/蛋白质检测开发。CK为志愿者研究提供临床监督。AB构思并监督该项目并获得资金。所有作者都参与了稿件的准备工作。
资金这项研究的资金来自威康信托基金会,肠道和癌症研究,JP莫尔顿慈善基金会和生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)研究所战略计划肠道微生物和健康BB/R012490/1及其组成项目(BBS/E/F/000PR10355)。
相互竞争的利益没有宣布。
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