Breed‐Driven Microbiome Heterogeneity Regulates Intestinal Stem Cell Proliferation via Lactobacillus‐Lactate‐GPR81 Signaling

微生物群 肠道微生物群 细胞生物学 乳酸菌 肠道微生物群 细胞生长 生物 信号转导 繁殖 干细胞 微生物学 化学 细菌 生物信息学 生物化学 遗传学
作者
Haiqin Wu,Chunlong Mu,Xuan Li,Wenlu Fan,Le Shen,Weiyun Zhu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202400058
摘要

Genetically lean and obese individuals have distinct intestinal microbiota and function. However, the underlying mechanisms of the microbiome heterogeneity and its regulation on epithelial function such as intestinal stem cell (ISC) fate remain unclear. Employing pigs of genetically distinct breeds (obese Meishan and lean Yorkshire), this study reveals transcriptome-wide variations in microbial ecology of the jejunum, characterized by enrichment of active Lactobacillus species, notably the predominant Lactobacillus amylovorus (L. amylovorus), and lactate metabolism network in obese breeds. The L. amylovorus-dominant heterogeneity is paralleled with epithelial functionality difference as reflected by highly expressed GPR81, more proliferative ISCs and activated Wnt/β-catenin signaling. Experiments using in-house developed porcine jejunal organoids prove that live L. amylovorus and its metabolite lactate promote intestinal organoid growth. Mechanistically, L. amylovorus and lactate activate Wnt/β-catenin signaling in a GPR81-dependent manner to promote ISC-mediated epithelial proliferation. However, heat-killed L. amylovorus fail to cause these changes. These findings uncover a previously underrepresented role of L. amylovorus in regulating jejunal stem cells via Lactobacillus-lactate-GPR81 axis, a key mechanism bridging breed-driven intestinal microbiome heterogeneity with ISC fate. Thus, results from this study provide new insights into the role of gut microbiome and stem cell interactions in maintaining intestinal homeostasis.
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