腸道微生物群和果膠多糖的代謝物改善肥胖

   導(dǎo)讀：肥胖是一種流行病，在世界范圍內(nèi)持續(xù)存在。腸道菌群腸道菌群影響代謝功能，在肥胖的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。果膠是腸道微生物群的一種天然的潛在的底物，薜荔中提取到的果膠多糖（FPLP），能夠改善C57BL/KsJ db/db小鼠紊亂的糖脂代謝。因此浙江中醫(yī)藥大學(xué)吳建軍等人推測FPLP可以通過重塑腸道菌群來改善糖脂代謝紊亂。文章發(fā)表在Carbohydrate Polymers（IF=7.182）雜志上。

技術(shù)路線圖：

文章概括圖：

研究內(nèi)容：

1. FPLP可以降低HFD飼養(yǎng)小鼠的體重增加和脂肪積累，改變生化參數(shù)

   HFD飼養(yǎng)小鼠體重顯著增加(圖1b)。在FPLP干預(yù)3周后，小鼠開始出現(xiàn)體重下降；干預(yù)10周后，HFD組與HFD + FPLP組體重差異顯著；17周后，兩組體重差異更顯著。HFD飼養(yǎng)導(dǎo)致附睪、皮下和腎周白色脂肪明顯加重并且小鼠脂肪細(xì)胞變大。FPLP干預(yù)后，附睪及皮下白色脂肪組織體重明顯下降(圖1e)，脂肪細(xì)胞整體大小顯著縮小(圖1f)。文章研究了平均食物攝入量和能量攝入量來確認(rèn)FPLP是否通過調(diào)節(jié)飼料或能量的攝入產(chǎn)生影響 (圖1c、d)。結(jié)果表明，F(xiàn)PLP可以有效地減少飼料喂養(yǎng)小鼠的體重增加和脂肪積累，而不抑制食欲和能量攝入。評估FBG水平和OGTT下面積說明FPLP降低了HFD喂養(yǎng)小鼠的口服糖耐量。

   檢測血清TG、HDL-C、TC、LDL-C，瘦素、血清脂聯(lián)素，結(jié)果表明FPLP可以減輕HFD喂養(yǎng)的高脂血癥小鼠的高脂血癥水平，主要表現(xiàn)為血清TC和LDL-C水平的降低。FPLP逆轉(zhuǎn)血清促炎細(xì)胞因子水平的升高(TNF -α、IL-6 和MCP-1)。這些結(jié)果表明，F(xiàn)PLP可以在一定程度上緩解飼料喂養(yǎng)小鼠的慢性低級別炎癥(表1)

Figure 1

Table 1

2.FPLP可改善HFD喂養(yǎng)小鼠的腸道微生物異常

   正常、HFD和HFD + FPLP組的腸道菌群組成有明顯的聚類(圖2b)，說明FPLP誘導(dǎo)了腸道菌群組成的顯著變化。在門水平上(圖2c)，擬桿菌門(Bacteroidetes，圖2e)為主要細(xì)菌門，其次是厚壁菌門(Firmicutes) (圖2d)、疣微菌門（Verrucomicrobia）(圖2g)和變形菌門（Proteobacteria）。在HFD組中，厚壁菌門為主要細(xì)菌門，其次是擬桿菌門、脫鐵桿菌門(圖2h)、變形桿菌門和疣微菌門。這些發(fā)現(xiàn)表明，高脂飲食顯著改善了厚壁菌門和脫鐵桿菌門的豐度，減少了擬桿菌門和疣微菌門的豐度。FPLP干預(yù)HFD小鼠17周，可顯著抑制厚壁菌門的增加。厚壁菌門/擬桿菌門豐度比的增加與肥胖表型呈正相關(guān)。FPLP處理顯著降低了厚壁菌門/擬桿菌門的豐度比(圖2f)。這些結(jié)果表明，HFD飼養(yǎng)導(dǎo)致的腸道菌群的改變被FPLP逆轉(zhuǎn)。

Figure 2

    在屬水平上(圖3)，三組樣品中共發(fā)現(xiàn)94種細(xì)菌屬。HFD顯著影響了53個菌屬，其中16個菌屬的豐度降低(圖4a)。FPLP干預(yù)顯著影響51個細(xì)菌屬(圖4b)，其中17個屬的豐度增加。HFD + FPLP組中Akkermansia、Bacteroides和Alistipes的豐度較高，而Blautia、Ruminiclostridium、Lactobacillus、Mucispirillum、Allobaculum、Romboutsia、norank_f_Erysipelotrichaceae和Ruminiclostridium_9的豐度較低，與HFD組相比。FPLP組中，Akkermansia的富集和Blautia的抑制是顯著的。之前的研究報道了Akkermansia對肥胖的抑制作用，而肥胖個體主要表現(xiàn)為Blautia的增強(qiáng)。數(shù)據(jù)顯示，HFD飼喂小鼠腸道菌群處于微生物生長不良狀態(tài)，F(xiàn)PLP處理可以中和腸道菌群組成的紊亂。

Figure 3

Figure 4

3. FPLP調(diào)節(jié)HFD飼養(yǎng)小鼠的代謝物

    腸道微生物群影響宿主代謝的一個潛在機(jī)制可能是通過腸道內(nèi)微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物。對糞便中含有的87種代謝物(包括35種脂肪酸、12種有機(jī)酸、27種氨基酸、7種類苯、3種吲哚、3種苯基丙酸)進(jìn)行非靶向代謝譜分析 (圖5a)。HFD組的小鼠表現(xiàn)出明顯的代謝物變化（29種代謝物水平的變化）。FPLP處理后，發(fā)現(xiàn)了12種代謝物改變(圖5c)。提示FPLP影響了HFD喂養(yǎng)時代謝產(chǎn)物的變化。FPLP逆轉(zhuǎn)了HFD喂養(yǎng)引起的myristoleic acid（肉豆蔻油酸）、pentecanoic acid（十五烷酸）、4-羥基肉桂酸、羥基苯乳酸、11-二十烯酸、亞麻酸水平的降低。此外，它還能減輕HFD飼養(yǎng)的小鼠中L -谷氨酸、L-賴氨酸、L -甲硫氨酸、苯乙酸、L-天冬氨酸和草己二酸水平的升高。

Figure 5

4. 參與FPLP降低TC和LDL-C作用的腸道微生物群和代謝物

    我們對HFD和HFD + FPLP組中12個改變的代謝物和10個代謝參數(shù)進(jìn)行了斯皮爾曼秩相關(guān)分析，研究FPLP對代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用及其對糖脂代謝的有益影響之間的關(guān)系。結(jié)果表明，9種代謝物與至少一種代謝參數(shù)有關(guān)。共有44例被發(fā)現(xiàn)與此顯著相關(guān)，十五烷酸和肉豆蔻油酸是兩個最相關(guān)的代謝物。提示在FPLP介導(dǎo)的TC和LDL-C水平降低中，十五烷酸和肉豆蔻油酸發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Spearman的秩相關(guān)分析來確定11個改變的腸道菌群和12個改變的代謝物之間的聯(lián)系;同時闡明代謝產(chǎn)物豐度的改變與腸道菌群的改變有關(guān)。55例中發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)。十五烷酸和肉豆蔻油酸與Akkermansia均呈顯著正相關(guān)(圖6g， 6h)與Blautia負(fù)相關(guān)（圖6i，6j）。結(jié)果表明，F(xiàn)PLP通過調(diào)節(jié)腸道微生物群落組成來促進(jìn)其降低TC和LDL-C的作用

Figure 6

總結(jié)：

研究擴(kuò)展了我們對腸道微生物群(Akkermansia和Blautia)、代謝物(十五烷酸和肉豆蔻油酸)、果膠及其降低TC和LDL-C功能之間關(guān)系的理解。