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原花青素对小鼠血脂代谢紊乱与肠道菌群干预的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-08-17
核心提示:随着我国经济水平的提高,居民饮食结构也发生了很大的变化,高脂膳食已成为目前大部分人的饮食习惯,由高脂膳食引起的血脂代谢紊乱成为普遍现象。脂质在维持人体内正常代谢平衡方面做出很大贡献。
   随着我国经济水平的提高,居民饮食结构也发生了很大的变化,高脂膳食已成为目前大部分人的饮食习惯,由高脂膳食引起的血脂代谢紊乱成为普遍现象。脂质在维持人体内正常代谢平衡方面做出很大贡献。血脂代谢紊乱与心脑血管、糖尿病、高血压以及代谢综合征等关系密切,有效控制血脂代谢紊乱,可改善人们的健康水平,提升幸福指数。高脂饮食会使肠道微生态发生改变,有研究报道高脂饮食在易肥胖鼠中造成肠杆菌增多,而在所有表型鼠中均可造成拟杆菌和梭菌目菌落的增多。
 
  原花青素的消化吸收主要发生在小肠部位,肠道菌群赖以生存的养料主要来自于未被小肠消化吸收的部分物质,原花青素及其代谢产物对肠道菌群有明显影响,原花青素与肠道菌群的相互作用可能是原花青素发挥生物活性作用的重要原因。二代测序Illumina MiSeq是目前应用最多的技术,具有低成本、时间短、通量高等优点。上海应用技术大学香料香精技术与工程学院的杨昌铭、肖瀛*和吴其国等人采用Illumina高通量测序为主要技术手段,以食源性原花青素分布广泛的二聚体B2为研究对象,探究原花青素B2干预高脂膳食模型小鼠血脂代谢紊乱及对肠道菌群结构的影响。
 
  01
 
  原花青素对高脂小鼠脏器指数的影响
 
  结果显示,与对照组相比,高脂组小鼠的肝、腹脂、结肠和心脏均存在显着性差异(P<0.05),高脂膳食饲养的小鼠肝、腹脂和心脏指数均大于对照组和原花青素B2,且原花青素B2饮食干预后,高脂小鼠的肝、腹脂、结肠和心脏指数显着性降低(P<0.05)。
 
  02
 
  原花青素对小鼠血脂指标和肝组织酶活力指标的影响
 
  结果显示,3 组小鼠中T-CHO浓度最高的是高脂组,且与对照组和原花青素B2组存在显着性差异(P<0.05)。原花青素B2组的TG浓度相对于高脂组显着降低(P<0.05),原花青素B2干预下HDL-C浓度增加但不显着。高脂组和对照组AI指数存在显着性差异(P<0.05),对照组和原花青素B2组没有显着性差异。表明原花青素B2可调节高脂膳食引起的血脂代谢异常。
 
  结果显示,3 组总脂酶活力均存在显着性差异(P<0.05),3 组中高脂组总脂酶活力最低,原花青素B2组最高,脂蛋白酶活力中高脂组和原花青素B2组存在显着性差异(P<0.05),肝脂酶活力中对照组和高脂组有显着性差异(P<0.05),原花青素B2组和对照组无显着性区别。表明原花青素B2可增强小鼠肝酶活力,从而达到改善血脂异常的作用。
 
  03
 
  原花青素对小鼠抗氧化指标的影响
 
  结果显示,与对照组相比,高脂组小鼠肝的T-AOC、T-SOD、CAT和MDA色谱均存在显着差异(P<0.05),在原花青素B2干预后T-SOD和CAT活力显着增加,MDA含量显着降低(P<0.05),T-AOC有所增加但不显着。结肠的抗氧化活性中,高脂组的T-AOC和T-SOD活力与对照组相比差异显着(P<0.05),原花青素B2饮食干预后,T-AOC、T-SOD和CAT水平显着增加,MDA水平显着减少(P<0.05),表明原花青素B2具有抑制高脂小鼠氧化损伤的作用。
 
  04
 
  原花青素B2对小鼠肠道菌群多样性分析结果
 
  如图1所示,样品在序列相似度97%的OTU数共有831 个,对照组有293 个,高脂组有265 个,原花青素B2组有273 个,对照组、高脂组和原花青素B2组共有201 个,另外对照组和高脂两组共有17 个,对照组和原花青素B2组共有23 个,高脂组共有和原花青素B2组共有37 个。
 
  如图2A所示,横坐标是随机抽取的测序数据量,纵坐标是实际观测到的多样性指数(Shannon指数)。每条线代表一个样本,随着样本量的增加,线条在逐渐趋于平缓,可见Shannon曲线平台期。这表明测序的深度已经满足了检测样品中的所有物种。如图2B所示,运用统计学T检验的方法,Sobs指数中对照组和高脂组存在极显着性差异,表明原花青素B2饮食干预后,使得高脂模型小鼠的肠道菌群丰度增加。
 
  主坐标分析(PCoA)结果如图3所示,横纵主坐标成分的贡献率分别是65.31%和9%,对照组、高脂组和原花青素B2组3 组样本点区别明显,对照组与原花青素B2组的样本点距离小于对照组和高脂组间的距离,说明原花青素B2组的菌群结构有向对照组的菌群结构模式调节的趋势。
 
  05
 
  原花青素对小鼠肠道菌群物种组成和差异性分析结果
 
  基于门分类水平上原花青素对小鼠肠道菌群物种组成和差异性分析如图4所示,对照组中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)在肠道菌群中相对丰度分别为51.39%、37.87%、9.42%和0.56%,与对照组比较,高脂组中厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)是优势菌,并且相对丰度分别为58.21%和37.15%,放线菌门(Actinobacteria,0.79%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,3.70%)的数量减少,原花青素B2组与高脂组相比较,其中厚壁菌门(Firmicutes,63.97%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,14.69%)的数量增加,变形菌门(Proteobacteria,20.90%)和放线菌门(Actinobacteria,0.27%)的数量减少。
 
  拟杆菌门/厚壁菌门比值(B/F值)发生显着变化(P<0.05),其中高脂组B/F值显着降低,而原花青素组较高脂组B/F值显着升高(图5)。
 
  由图6可知,基于属水平上,3 组小鼠肠道中埃希氏菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)、未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)、肠杆菌属(Faecalibaculum)、Romboutsia、乳梭菌属(Lachnoclostridium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、瘤胃球菌(Ruminococcaceae)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、拟杆菌(Parabacteroides)等13 种菌群有显着性差异。3 组相比较,对照组中未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)、肠杆菌属(Faecalibaculum)、乳杆菌属(Lactobacillus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等菌属为优势菌属;高脂组中埃希氏菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)、乳梭菌属(Lachnoclostridium)、瘤胃球菌(Ruminococcaceae)和无害芽孢梭菌(Clostridium_innocuum_group)等菌属占优势。与高脂组相比,原花青素B2组占优势的菌属有未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)、Romboutsia、裂梭菌群(Clostridium_fissicatena_group)、毛螺旋菌属(Lachnospiraceae)和拟杆菌(Parabacteroides)等菌属。
 
  06
 
  原花青素B2对小鼠粪便中短链脂肪酸的影响
 
  原花青素B2对小鼠粪便中短链脂肪酸的影响结果显示,高脂组较对照组在乙酸、丙酸和总酸含量显着增加(P<0.05),原花青素B2干预可显着增加丁酸的含量(P<0.05),这表明原花青素B2可调节产丁酸菌群的作用。
 
  讨    论
 
  本研究发现原花青素B2干预可显着降低高脂膳食小鼠模型的T-CHO、TG和AI指数,显着增加肝组织脂蛋白酶活力、肝脂酶活力以及机体抗氧化能力。长期高脂膳食会引起机体脂质代谢紊乱,从而导致血脂异常,如T-CHO、TG和LDL-C水平升高,HDL-C水平降低。脂蛋白酶和肝脂酶是血浆脂蛋白代谢中的两个关键酶,由于具有高相似度的氨基酸序列,所以具有共同的作用机制,肝脂酶参与LDL、HDL和极低密度脂蛋白的产生。
 
  本研究发现高脂组小鼠血浆的T-CHO、TG、LDL-C水平显着上升,HDL-C水平下降明显,小鼠体内T-AOC和T-SOD活性均显着下降,而MDA水平上升,表明高脂组有着明显的脂质过氧化损伤的现象。本研究发现高脂组小鼠结肠脏器指数上升,可能与结肠组织损失引发炎症反应有关,经过原花青素B2干预后结肠的脏器指数下降,表明原花青素B2具有抗氧化干预高脂膳食导致消化道氧化损伤的作用。高脂膳食会致使小鼠体内B/F值降低,本研究的高脂膳食小鼠肠道B/F值显着降低,经过原花青素B2干预后比值增加,小鼠肠道菌群的结构得到了调节。厚壁菌门和拟杆菌门与机体的脂质代谢有着密切关系,它们会形成一种相互促进的共生关系,共同促进宿主对于多糖的代谢,促进能量的吸收和储存,而糖酵解所产生的磷酸二羟丙同酮还原后形成甘油,与丙酮酸氧化脱羧形成的乙酰辅酶A共同作用合成脂肪。
 
  本研究发现原花青素B2干预高脂模型小鼠的肠道中埃希氏菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)显着性降低,未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)显着性增加。埃希氏菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)为革兰氏阴性菌。表明高脂膳食可通过增加埃希氏菌-志贺氏菌的丰度从而改变肠道菌群结构。未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)属于丁酸盐产生菌,有研究显示高脂膳食会引起机体内肠道菌群未分类拟杆菌(Bacteroidales_S24-7_group)减少致使丁酸盐减少,丁酸盐的减少会破坏肠菌群生存环境的pH值,弱酸环境对于双歧杆菌(Bifidobacterium)等益生菌的生长比较有利,本研究也发现原花青素B2干预高脂膳食小鼠肠道中双歧杆菌相对丰度也有增加的趋势。
 
  本研究发现高脂膳食可导致肠道乙酸含量增多,这可能是过多摄入的脂肪等未被消化的营养素在结肠经乙酰辅酶A或Wood-Ljungdahl途径产生,研究发现体内乙酸的增加可导致胰岛素抵抗的作用,从而加剧脂代谢异常。本研究结果发现高脂膳食小鼠经原花青素B2干预,肠道中丁酸含量显着增加。研究表明,丁酸的代谢至少占结肠细胞能量需求的70%,丁酸可通过增加磷脂转运蛋白mRNA的水平及磷脂转运蛋白的分泌,促进胆固醇的转运,激活蛋白PGC-1α增强线粒体功能,从而加速脂肪氧化,调节脂代谢异常。因此,原花青素B2干预可调节肠道中的拟杆菌、双歧杆菌、消化链球菌和梭菌属等丰度的变化,从而改善小鼠血脂代谢异常。本研究结果表明原花青素B2可以降低高脂小鼠血脂水平、抗氧化活性和增强肝酶活性,调节肠道菌群丰度和结构,促进短链脂肪酸的产生,从而可能改善血脂代谢紊乱。
 
 
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