棕色脂肪組織Brown adipose tissue（BAT）是重要的適應性產熱器官，其對體溫調節維持起重要作用。近十幾年來，隨著18Flurodeoxyglucose-PET-CT的應用，在成人體內也發現了BAT的存在，越來越多的研究指出高代謝活性的BAT對肥胖症和葡萄糖代謝都有改善作用。解偶聯蛋白1（UCP1）是一種在BAT中特异表達的線粒體內膜蛋白質，能新增機體產熱，是决定BAT功能的關鍵因素。但也有研究發現，在長期冷暴露過程中，UCP1蛋白是非必需的，並且越來越多的研究發現了UCP1非依賴性產熱途徑的存在。
近年來研究不斷發現腸道菌群也參與身體脂肪和血糖的調節。值得關注的是無菌小鼠對血糖有更好的調控能力，並且清除了小鼠體內的腸道菌群後血糖也能得以顯著改善。這一現象引起了學術界的關注，但是其背後的機制存在很多爭議。現時急需確定的問題是，在腸道菌群清除模型中，評估不同器官對血糖吸收的貢獻，並鑒定出哪一些器官對血糖的吸收以及血糖的改善是至關重要的。另外一個待回答的問題是，腸道菌群對血糖的改善是否需要產熱通路的參與。
基於此，利用葡萄糖耐受實驗和穩定同位素追跡實驗驗證了腸道菌群缺失小鼠中血糖清除率明顯加快，並且發現BAT的葡萄糖攝取量顯著增加。而對UCP1-KO小鼠的進一步研究表明了腸道菌群缺失小鼠中血糖清除率的改善並不依賴於UCP1蛋白和適應性產熱。UCP1DTR小鼠模型的進一步研究直接證明了BAT對腸道菌群缺失小鼠的葡萄糖攝取和血糖清除起著至關重要的作用。總的來說，該研究系統地評估了在清除腸道菌群情况下小鼠各個器官對葡萄糖攝取能力的變化以及各自對血糖清除的貢獻。揭示了腸道菌群缺失小鼠的BAT對葡萄糖攝取和血糖清除的重要作用，並且指出這一過程不依賴於適應性產熱，而白色脂肪組織和肝臟組織在這一過程中並沒有起顯著的作用。現時大多認為BAT對血糖的吸收和調控是通過啟動適應性產熱通路完成的，該研究發現了在清除腸道菌群的條件下BAT中葡萄糖代謝途徑可以與產熱途徑分離，這將為腸道-BAT代謝軸對糖尿病影響的研究提供新的思路。
該項研究成果於2021年8月5日線上發表於Nature Communications雜誌（DOI:10.1038/s41467-021-24659-8）。中國科學院遺傳與發育生物學研究所李敏博士、畢業生李立博士和李保國博士為本文的共同第一作者，John R. Speakman教授為該論文的通訊作者。亞伯丁大學同位素平臺的Catherine Hambly博士和蘇黎世聯邦理工學院的Christian Wolfrum教授等也為課題提供了大力支持。該研究得到了國家自然科學基金委重大研究計畫的資助。
圖1：腸道菌群缺失小鼠中血糖清除率加速並且棕色脂肪組織葡萄糖攝取量顯著增加
圖2：腸道菌群缺失小鼠血糖清除率的改善不依賴於UCP1蛋白，但UCP1表達細胞是必需的
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