Gut microbiota modulates weight gain in mice after discontinued smoke exposure

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作者
Leviel Fluhr,Uria Mor,Aleksandra A. Kolodziejczyk,Mally Dori-Bachash,Avner Leshem,Shlomik Itav,Y. Cohen,Jotham Suez,Niv Zmora,Claudia Moresi,Shahar Molina,N. Ayalon,Rafael Valdés‐Mas,Shanni Hornstein,Hodaya Karbi,Denise Kviatcovsky,Adi Livne,Aurelie Bukimer,Shimrit Eliyahu-Miller,Alona Metz,Alexander Brandis,Tevie Mehlman,Yael Kuperman,Michael Tsoory,Noa Stettner,Alon Harmelin,Hagit Shapiro,Eran Elinav
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:600 (7890): 713-719 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04194-8
摘要

Cigarette smoking constitutes a leading global cause of morbidity and preventable death1, and most active smokers report a desire or recent attempt to quit2. Smoking-cessation-induced weight gain (SCWG; 4.5 kg reported to be gained on average per 6–12 months, >10 kg year–1 in 13% of those who stopped smoking3) constitutes a major obstacle to smoking abstinence4, even under stable5,6 or restricted7 caloric intake. Here we use a mouse model to demonstrate that smoking and cessation induce a dysbiotic state that is driven by an intestinal influx of cigarette-smoke-related metabolites. Microbiome depletion induced by treatment with antibiotics prevents SCWG. Conversely, fecal microbiome transplantation from mice previously exposed to cigarette smoke into germ-free mice naive to smoke exposure induces excessive weight gain across diets and mouse strains. Metabolically, microbiome-induced SCWG involves a concerted host and microbiome shunting of dietary choline to dimethylglycine driving increased gut energy harvest, coupled with the depletion of a cross-regulated weight-lowering metabolite, N-acetylglycine, and possibly by the effects of other differentially abundant cigarette-smoke-related metabolites. Dimethylglycine and N-acetylglycine may also modulate weight and associated adipose-tissue immunity under non-smoking conditions. Preliminary observations in a small cross-sectional human cohort support these findings, which calls for larger human trials to establish the relevance of this mechanism in active smokers. Collectively, we uncover a microbiome-dependent orchestration of SCWG that may be exploitable to improve smoking-cessation success and to correct metabolic perturbations even in non-smoking settings.
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