腸道菌群結(jié)構(gòu)化與小鼠代謝綜合征發(fā)展關(guān)系的研究.pdf

1、肥胖已經(jīng)成為全球日益嚴(yán)重的公共健康問題，而相關(guān)的慢性代謝性疾病也愈演愈烈。營養(yǎng)學(xué)臨床實(shí)驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查表明，攝入能量過多導(dǎo)致的能量代謝不平衡造成了代謝性疾病的流行；而分子生物學(xué)的證據(jù)支持慢性炎癥是衰老和肥胖等慢性疾病發(fā)生發(fā)展的病理?xiàng)l件。越來越多的研究表明與人類共生的腸道微生物群落可能是高能量膳食與低水平慢性炎癥之間不可缺少的中介因素。在外界環(huán)境因素特別是食物的影響下，腸道元基因組作為人類的“第二基因組”與宿主相互作用，調(diào)控宿主的營養(yǎng)、代

2、謝和免疫功能。因此，本論文以小鼠作為模型，研究不當(dāng)膳食引起的腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的慢性炎癥在衰老及相關(guān)的肥胖等代謝性失調(diào)發(fā)生發(fā)展中的作用。
　　 首先，我們用高密度脂蛋白Apoa-Ⅰ基因敲除小鼠和野生型小鼠為模型，分別飼喂高脂飼料或低脂飼料，評價(jià)宿主基因和膳食結(jié)構(gòu)在改變腸道菌群結(jié)構(gòu)和調(diào)控代謝綜合征相關(guān)表型中的相對貢獻(xiàn)。我們采用DNA指紋圖譜和bar-coded焦磷酸測序的方法分析16S rRNA基因，描述腸道菌群的整體結(jié)構(gòu)并且用偏最

3、小二乘法判別分析(PLS-DA)鑒定出與代謝綜合征發(fā)生發(fā)展相關(guān)的特定細(xì)菌類群。膳食結(jié)構(gòu)的不同能夠解釋57％的腸道菌群的結(jié)構(gòu)變化，而宿主基因型的不同對腸道菌群的貢獻(xiàn)不足12％。所有表現(xiàn)出糖耐量失調(diào)(Impaired Glucose Tolerance，IGT)的3組動物的腸道菌群都與表型健康的飼喂普通飼料的野生型動物的腸道菌群有顯著差異。我們用PLS-DA建模，在種的水平上共鑒定出65個(gè)細(xì)菌類群與膳食結(jié)構(gòu)、宿主基因型或宿主健康狀況的變化相

4、關(guān)。值得注意的是，無論基因型如何，攝入高脂飼料會使得具有保護(hù)腸屏障功能的Bifidobacterium spp.檢測不到，實(shí)時(shí)定量PCR的方法也證實(shí)了這一結(jié)果。Desulfovibrionaceae是一類能夠還原硫酸鹽并且產(chǎn)生內(nèi)毒素的細(xì)菌，一個(gè)屬于該科的類群在表現(xiàn)出IGT的動物中增加，特別是熱量攝入最多、代謝綜合征最嚴(yán)重的飼喂高脂飼料的野生型小鼠腸道中豐度最高。因此，相比于宿主的基因缺陷，膳食結(jié)構(gòu)對決定腸道菌群結(jié)構(gòu)具有更重要的作用，不當(dāng)

5、膳食會引起特定細(xì)菌類群的改變，即使動物擁有正常的基因組，也會由于腸道菌群失調(diào)發(fā)展成為代謝綜合征。
　　 然后，我們通過小鼠模型研究膳食的結(jié)構(gòu)和攝入量對菌群的改變，以及這種改變對宿主健康和壽命的影響。我們以雄性野生型的C57BL/J6小鼠為模型，飼喂低脂(LFD)或高脂(HFD)飼料，并且設(shè)立節(jié)食(減少30％進(jìn)食量)組和運(yùn)動組，進(jìn)行全壽命周期的實(shí)驗(yàn)。減少進(jìn)食量30％(即節(jié)食模型，CR)相比自愿運(yùn)動能夠更好的改善代謝性失調(diào)、延緩衰老

6、和延長壽命。重要的是，CR這種顯著的有益健康的作用與其調(diào)整了整體的腸道菌群結(jié)構(gòu)、減少腸道菌群產(chǎn)生的抗原有關(guān)。對小鼠中年時(shí)期腸道菌群與其壽命數(shù)據(jù)做偏最小二乘法回歸分析(相關(guān)系數(shù)=0.54，顯著性水平p<0.001)，鑒定出53個(gè)細(xì)菌類群與壽命密切相關(guān)。其中值得注意的是在減少低脂飼料攝入量的動物腸道中，能夠保護(hù)腸屏障的細(xì)菌如Laclobacilli和Bifidobacterium豐度顯著升高，而那些機(jī)會致病菌如Enterobactereac

7、ae、TM7和Streptococcaceae等則顯著減少。能夠作為分子標(biāo)識物表征由于內(nèi)毒素引起的宿主炎性反應(yīng)的脂多糖結(jié)合蛋白(LBP)在減少低脂飼料攝入量的動物中最低，在高脂飼料組中最高。因此，節(jié)食可能是通過改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，減少引起慢性炎癥的免疫毒素進(jìn)入血液來改善健康、延長壽命的。減少整個(gè)生命周期中由于腸道菌群產(chǎn)生的抗原總量，有可能成為非常有效的抗衰老的營養(yǎng)干預(yù)方式。
　　 最后，我們用小鼠做模型：一組小鼠飼喂12周的高脂飲

8、食然后再換為飼喂普通飼料(DIO)，另一組在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中都飼喂普通飼料作為Control組。與Control組相比，DIO組小鼠在飼喂高脂飼料的期間，體重增長很快而且表現(xiàn)出糖耐受損傷，而這些病理癥狀在改為飼喂普通飼料后都有好轉(zhuǎn)。通過對糞便中細(xì)菌的16S rRNA基因的V3區(qū)的高通量測序，我們發(fā)現(xiàn)飼喂高脂飼料期間，DIO動物的腸道菌群多樣性逐漸下降，并且兩組動物中在厚壁菌門、擬桿菌門、變型菌門和放線菌門都出現(xiàn)了顯著差異。經(jīng)過冗余分析(R

9、DA)，77個(gè)細(xì)菌類群與飲食造成的樣本菌群間的差異最為相關(guān)，而這些類群屬于不同的分類單元。在轉(zhuǎn)換為普通飼料后，DIO組動物的腸道菌群的所有這些在多樣性和組成上的改變都向相反方向變化，并且在干預(yù)結(jié)束的時(shí)候兩組動物腸道菌群變回的沒有差異的狀態(tài)。
　　 綜上所述，本論文以小鼠作為模型，提供數(shù)據(jù)表明膳食是決定腸道菌群結(jié)構(gòu)的主要影響因素，不當(dāng)膳食能夠破壞菌群結(jié)構(gòu)，減少保護(hù)腸屏障功能的細(xì)菌類群，增加病菌數(shù)量，使得宿主循環(huán)系統(tǒng)中由菌群產(chǎn)生的抗