以腸道菌群為靶點的代謝綜合征膳食干預的臨床效果及其生理生態(tài)學作用機制研究.pdf

1、近幾十年來，全球范圍內(nèi)肥胖、胰島素抵抗和2型糖尿病等代謝性疾病呈爆發(fā)性流行趨勢。研究表明，結(jié)構(gòu)失衡的腸道菌群可能參與了肥胖等代謝性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。腸道中革蘭氏陰性菌細胞壁組分脂多糖（lipopolysaccharides,LPS）具有內(nèi)毒素活性并激活宿主免疫反應(yīng)。高脂、高熱量等不良飲食導致的菌群結(jié)構(gòu)失衡，革蘭氏陰性菌含量增加，腸通透性與宿主循環(huán)水平LPS升高，即“代謝性內(nèi)毒素血癥”可能是誘發(fā)系統(tǒng)慢性炎癥、胰島素抵抗和肥胖的重要機制

2、之一。該機制的提出為通過營養(yǎng)/膳食干預等方式調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)組成或代謝活性，防治代謝性疾病提供了理論基礎(chǔ)。本論文分析以腸道菌群為靶點的膳食干預對肥胖人群代謝異常的改善作用，并以體外Caco-2細胞模型探討菌群結(jié)構(gòu)變化在該過程中的可能作用機理。
　　首先，基于腸道菌群在肥胖等代謝性疾病發(fā)病過程中的作用及飲食對其結(jié)構(gòu)的可塑性，本研究設(shè)計了一套由全糧、中醫(yī)藥食同源食品和益生元組成的膳食配方，該配方可滿足人體自身的營養(yǎng)需求，又有益于平衡腸

3、道菌群結(jié)構(gòu)。本研究招募123名中心性肥胖志愿者（身體質(zhì)量指數(shù)，body mass index,BMI≥28kg/m2），其中93名完成為期23周（0-9周為嚴格干預期，10-23周為觀察維持期）的自身對照（self control design）膳食干預實驗。至干預結(jié)束，人群平均減重5.79±4.64kg（減重百分比為6.62±4.94％），同時胰島素敏感性、糖代謝、脂代謝、血壓和肝功能等代謝表型均得到顯著改善。對糞便樣本454焦磷酸測

4、序發(fā)現(xiàn)，腸道中部分條件致病菌，包括腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和脫硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）數(shù)量在干預后顯著下降；而具有腸屏障保護功能的雙歧桿菌科（Bifidobacteriaceae）細菌含量增加。腸通透性指標乳果糖/甘露醇比例相比干預前下降，驗證了腸屏障功能的增強。血清中脂多糖結(jié)合蛋白顯著降低，同時伴隨著C反應(yīng)蛋白，促炎細胞因子腫瘤壞死因子α、白介素6的降低和抗炎細胞因子脂聯(lián)素的升高。上述

5、結(jié)果表明，該膳食干預可有效地改善肥胖患者的代謝綜合征各類癥狀，并可能是通過調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)以增強腸屏障功能，減輕循環(huán)水平抗原載荷量，最終改善慢性炎癥反應(yīng)和減輕胰島素抵抗實現(xiàn)的。
　　進一步地，糞便中的液相組分，即糞便提取液中含有食物成分、人體自身和腸道菌群代謝物及結(jié)構(gòu)組分等物質(zhì)，對腸道上皮細胞產(chǎn)生細胞毒性、遺傳毒性、免疫毒性等生物活性作用，并影響腸屏障功能和相關(guān)基因表達等。因樣本采集的非侵害性和對危險因素的靈敏性，糞便提取液成為營

6、養(yǎng)、腸道菌群與人體健康研究中的重要生物標記物。本研究采用人結(jié)腸腺癌Caco-2細胞系建立糞便提取液生物活性評估模型，在優(yōu)化糞便提取液制備過程基礎(chǔ)上研究糞便提取液的細胞毒性、對腸屏障及組織損傷修復功能的影響、以及對炎性細胞因子和緊密連接蛋白表達的調(diào)節(jié)等，探討膳食干預改善代謝綜合征可能的生理生態(tài)學機制。
　　以糞便提取液中總有機碳（total organic carbon,TOC）含量為濃度標記物，校正樣本之間因個體飲食、生活方式、腸

7、道菌群、糞便形態(tài)組成和提取方法、效率等因素導致的生物活性物質(zhì)總量的差異。細胞毒性結(jié)果表明，膳食干預顯著降低了糞便提取液對細胞代謝活性的損傷和細胞毒性。同時，干預前的糞便提取液對組織發(fā)生損傷后細胞遷移與損傷修復具有抑制性，而這種抑制作用在干預后明顯減輕。通過對Caco-2細胞形態(tài)學、跨膜電阻值（transepithelial electrical resistance,TEER）、苯酚紅通透率及腸道堿性磷酸酶活性等指標的監(jiān)測，確定Caco

8、-2細胞腸屏障模型構(gòu)建成功。干預前的糞便提取液顯著降低TEER值，破壞正常的腸屏障功能；膳食干預顯著改善糞便提取液對TEER的影響。最后，mRNA水平發(fā)現(xiàn)干預上調(diào)了Caco-2細胞緊密連接蛋白，并抑制促炎細胞因子基因表達。至此，膳食干預不僅調(diào)節(jié)了腸道菌群結(jié)構(gòu)，而且改變糞便提取液代謝物組成，增加短鏈脂肪酸含量，減輕其對Caco-2的細胞毒性，促進細胞遷移與組織損傷修復速率，并顯著改善體外腸屏障功能。糞便提取液的生物學活性評估模型可應(yīng)用于代