ベルベリンは胆汁酸の変調を通じて腸内微生物機能を変化させる

背景：ベルベリン（BBR）は、患者の脂質プロファイルを改善するために、下痢感染症および現代医学で何千年も使用されている植物ベースの栄養補助食品です。脂質の減少、特にコレステロールは、胃酸合成のアップレギュレーションと胃腸管（GI）への排泄によって部分的に達成されます。BBRの有効性は、腸内微生物叢の構造的および機能的変化にも依存していると考えられています。ただし、腸内微生物叢コミュニティに対するBBRの影響に関する知識は現在不足しています。胆汁酸プロファイルの変化を介した細菌に対するBBRの間接的な効果を区別することは、食事栄養素がどのように微生物叢を変化させるかを理解する上で特に重要です。 結果：生殖細胞マウスには、機能的な胆汁酸代謝（bacteroides vulgatus、bacteroides distasonis、bilophila wadsworthia、clostridium hylemenae、blautia productia産物、b4c2）が可能な定義された最小腸内細菌コンソーシアムで定義されています。マルチオミクス（胆汁酸メタボロミクス、16S rDNAシーケンス、セカルメタトラムクリプトミクス）は、栄養BBRの存在と非存在下での胆汁酸と細菌転写産物間のネットワークベースの相関を特定するための単純なin vivoモデルを提供するために実行しました。腸内微生物アルファの多様性（p = 0.30）とベータ程度（p = 0.123）の類似性にもかかわらず、コントロールとBBR治療の間の類似性にもかかわらず、ネットワークトポロジと機能の接続性の有意な変化が観察されました。BBRは、セカル胆汁酸濃度の増加（P <0.05）、特にデオキシコール酸（DCA）（P <0.001）を増加させました。全体として、トランスクリプトームと相関ネットワークの分析は、BBRに対する細菌種固有の応答と、Na+/H+アンチポーター、細胞壁合成/修復、炭水化物代謝、アミノ酸代謝のアップレギュレーションなど、種間の機能的共通性の両方を示しています。消化管の胆汁酸濃度は、BBR処理中に大幅に増加し、B4PC2コミュニティの発現遺伝子との広範な相関ネットワークを開発しました。 結論：この研究は、BBR補給で以前に観察された肯定的な生理学的効果を達成することを目的とした標的化された医薬品介入につながる可能性のある複雑な腸内微生物叢の構造と機能に及ぼすBBRの効果を解釈するために重要な意味を持っています。

BACKGROUND: Berberine (BBR) is a plant-based nutraceutical that has been used for millennia to treat diarrheal infections and in contemporary medicine to improve patient lipid profiles. Reduction in lipids, particularly cholesterol, is achieved partly through up-regulation of bile acid synthesis and excretion into the gastrointestinal tract (GI). The efficacy of BBR is also thought to be dependent on structural and functional alterations of the gut microbiome. However, knowledge of the effects of BBR on gut microbiome communities is currently lacking. Distinguishing indirect effects of BBR on bacteria through altered bile acid profiles is particularly important in understanding how dietary nutraceuticals alter the microbiome. RESULTS: Germfree mice were colonized with a defined minimal gut bacterial consortium capable of functional bile acid metabolism (Bacteroides vulgatus, Bacteroides uniformis, Parabacteroides distasonis, Bilophila wadsworthia, Clostridium hylemonae, Clostridium hiranonis, Blautia producta; B4PC2). Multi-omics (bile acid metabolomics, 16S rDNA sequencing, cecal metatranscriptomics) were performed in order to provide a simple in vivo model from which to identify network-based correlations between bile acids and bacterial transcripts in the presence and absence of dietary BBR. Significant alterations in network topology and connectivity in function were observed, despite similarity in gut microbial alpha diversity (P = 0.30) and beta-diversity (P = 0.123) between control and BBR treatment. BBR increased cecal bile acid concentrations, (P < 0.05), most notably deoxycholic acid (DCA) (P < 0.001). Overall, analysis of transcriptomes and correlation networks indicates both bacterial species-specific responses to BBR, as well as functional commonalities among species, such as up-regulation of Na+/H+ antiporter, cell wall synthesis/repair, carbohydrate metabolism and amino acid metabolism. Bile acid concentrations in the GI tract increased significantly during BBR treatment and developed extensive correlation networks with expressed genes in the B4PC2 community. CONCLUSIONS: This work has important implications for interpreting the effects of BBR on structure and function of the complex gut microbiome, which may lead to targeted pharmaceutical interventions aimed to achieve the positive physiological effects previously observed with BBR supplementation.