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随着我国国民生活水平的提高,改良畜禽肉品质,进而生产优质肉类产品已成为当前畜牧业亟需解决的关键问题。畜禽肉品质受到多种因素的调控,其中肌内脂肪含量直接关系到肉产品质量,影响口感与风味。脂质代谢与畜禽体内脂肪形成与分布密切相关,脂质代谢紊乱引发的肥胖亦不利于动物的健康生长。因此,明确体内外影响脂质代谢的关键调控途径,解析其具体作用机理对于畜禽遗传育种的改良至关重要。褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺,Melatonin,MT）能够通过多种调控途径影响动物机体脂质代谢,改善脂质代谢紊乱。但前人研究主要集中于其对关键生理位点（包括脂肪组织、肝脏以及肌肉等）影响的独立研究,而关于器官/组织之间的跨细胞调控鲜有报道。此外,由于褪黑素目前已作为口服药剂临床使用,因此其通过影响肠道菌群进而调控宿主生理的相关机制研究也应同样受到重视。有基于此,本研究通过多组学测序及联合分析筛选不同生理模型中褪黑素处理影响的靶向肠道菌种以及脂肪组织外泌体中的关键分子作为体内外两种重要的调控靶点,进而通过荧光实时定量分析（RT-q PCR）、免疫印迹分析（Immunoblotting）、酶联免疫吸附测定（Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA）、免疫荧光以及组织学切片等生物技术研究手段分析褪黑素对脂质代谢关键生理位点（肠道、肝脏与白色脂肪组织）的调控作用,最后结合基因干预技术、肠道菌群干预技术、信号通路研究（激活剂与抑制剂）以及荧光素酶等试验阐明褪黑素通过肠道微生物及脂肪细胞外泌体改善脂质代谢紊乱的作用机制。研究结果包括:1.褪黑素通过抑制大肠杆菌产生脂多糖缓解肠道与脂肪组织脂质代谢紊乱节律紊乱可以提高回肠脂质吸收与附睾白脂（Epididymal white adipose tissue,e WAT）脂质沉积,同时降低血清中血管生成素样蛋白4（Angiopoietin-like protein 4,ANGPTL4）浓度（P<0.05）。此外,在节律紊乱（JL）小鼠中还观察到了显著提高丰度的大肠杆菌（Escherichia Coli,E.coli）及其产生的脂多糖（Lipopolysaccharide,LPS）（P<0.05）。相反地,MT可以显著抑制节律紊乱小鼠上述表型的发生（P<0.05）。结合菌群耗尽及目标菌种定殖试验的研究结果确认MT介导的节律紊乱小鼠脂质代谢改善依赖于肠道微生物的存在。进一步研究发现,E.coli产生的LPS能够通过Toll样受体4（Toll-like receptor 4,TLR4）/信号传导及转录激活蛋白3（signal transducer and activator oftranscription 3,STAT3）/REV-ERBα/NFIL3通路抑制肠道ANGPTL4转录,从而实现调控宿主肠道与脂肪组织脂质代谢的作用;而MT则可以通过抑制LpxC的表达,降低了E.coli产生LPS,进而改善宿主肠道与脂肪组织脂质代谢紊乱。这些结果表明,褪黑素通过抑制E.coli产生LPS,从而降低回肠TLR4/STAT3/REV-ERBα/NFIL3对ANGPTL4的转录抑制,从而改善宿主脂质代谢紊乱。2.褪黑素降低附睾脂肪细胞来源的外泌体中抵抗素含量改善肝脏脂肪变性MT处理显著降低脂肪细胞来源的外泌体中抵抗素含量,同时与高脂（High fat diet,HFD）喂养及抵抗素处理的小鼠体内分离的脂肪细胞外泌体处理相比,MT处理小鼠脂肪细胞外泌体(Exos MT)被发现可以显著抑制肝脏脂肪变性的发生（P<0.05）。进一步的试验表明抵抗素作为“脂肪组织-肝脏”跨细胞通讯的重要信息物质能够抑制肝细胞中AMP依赖的蛋白激酶（Adenosine Monophosphate Activated Protein Kinase,AMPK）信号从而激活内质网应激（Endoplasmic reticulum stress,ER stress）,造成肝脏脂质代谢紊乱,而Exos MT处理则可以显著抑制这种表型的发生（P<0.05）。最后,在脂肪细胞中研究发现,MT能够通过Bmal1转录抑制和m6A去甲基化降低脂肪细胞产生抵抗素,进而改变其外泌体组分。这些结果表明,褪黑素通过降低附睾脂肪细胞来源的外泌体中抵抗素含量,从而缓解内质网应激引发的肝脏脂肪变性。3.褪黑素通过肠道菌群修饰次级胆汁酸图谱抑制衰老引发的肝脏脂质代谢紊乱与青年小鼠相比,衰老个体肠道微生物与胆汁酸结构发生明显变化,而MT处理可以显著改变衰老条件下肠道微生物与胆汁酸结构（P<0.05）,而这种作用依赖于肠道菌群的存在。进一步研究发现,衰老显著激活了回肠法尼醇受体（Farnesoid x receptor,FXR）信号以及下游脂质代谢紊乱标志-成纤维细胞生长因子15（Fibroblast growth factor 15,Fgf15）的表达,而MT能够通过修饰肠道菌群结构抑制衰老小鼠肠道FXR信号活化（P<0.05）;通过单菌定殖试验证明,MT能够通过抑制Campylobacter jejuni介导的甘氨熊去氧胆酸（Glycoursodeoxycholic acid,GUDCA）与牛磺熊去氧胆酸（Tauroursodeoxycholic acid,TUDCA）降解降低衰老小鼠肠道FXR信号。此外,在肝脏中的研究发现,衰老介导的高水平牛磺鹅去氧胆酸（Taurochenodeoxycholic acid,TCDCA）能够通过FXR/黄素单加氧酶3（Flavin-containing monooxygenase 3,FMO3）促进小鼠肝脏产生氧化三甲胺（Trimethylamino oxide,TMAO）,进而通过转录激活因子4（Activating transcription factor 4,ATF4）转录促进胆固醇调节元件1（Sterol Regulatory Element Binding Proteins 1,SREBP1）的表达,增加肝脏脂质代谢紊乱,而补充TUDCA可以抑制衰老触发的ATF4高水平表达,缓解肝脏脂质代谢紊乱的发生。这些结果表明,褪黑素通过修饰衰老中肠道微生物构建的次级胆汁酸图谱抑制高水平氧化三甲胺引发的肝脏脂质代谢紊乱。综上所述,本研究系统阐明了褪黑素能够通过抑制E.coli产生LPS及回肠弯曲杆菌对TUDCA的降解体外远程调控宿主回肠、肝脏及脂肪组织脂质代谢紊乱的作用机理,同时,以脂肪组织外泌体为研究靶点明确了褪黑素在体内跨组织/器官改善肝脏脂质代紊乱的作用机制。研究结果为解析肠道微生态途径与外泌体途径调控畜禽脂肪代谢,畜禽良种选育提供新的研究基础,同时也为人类治疗脂质代谢异常导致的肥胖及其代谢综合征开辟新的治疗途径。