具有提升肠道Akkermansia muciniphila丰度能力的酚类物质筛选及机制探究

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阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila,A.muciniphila)是一种与机体健康紧密相关的肠道细菌。大量的实验证明,提高肠道内A.muciniphila丰度可缓解肥胖、酒精性肝病等疾病症状。但目前A.muciniphila不允许被直接添加到食品中使用,因此有必要探索间接的膳食调控策略。有报道表明多酚类物质具有提升肠道中A.muciniphila丰度的潜力,因此本课题拟筛选出具有提升肠道A.muciniphila丰度能力的酚类物质,探究其调节该菌丰度的机制,并在疾病模型中进行验证。首先,比较了健康小鼠补充4周多酚后对A.muciniphila丰度的调节情况。相对定量与绝对定量的结果都表明,咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、原花青素、葛根素可以显著调节A.muciniphila丰度。其中绿原酸对A.muciniphila丰度具有最显著的调节作用,可将A.muciniphila相对丰度提高至10%以上,绝对丰度提高1个数量级;白藜芦醇、阿魏酸、染料木素不能调节A.muciniphila丰度。此外,为评估提高A.muciniphila丰度后对小鼠生理功能的影响,进行了体重、组织重量、血脂、血糖等指标的测定。结果表明,酚类物质降低了血浆中低密度脂蛋白胆固醇的含量,并提高了葡萄糖耐量,除此之外对小鼠生理功能没有显著影响。如前所述,以绿原酸为研究对象,探究其促进肠道中A.muciniphila丰度的机制。首先考虑体外直接促进作用,结果表明添加不同剂量的绿原酸不能显著影响A.muciniphila的最大生物量以及生长速率。其次考虑间接促进作用,探究绿原酸能否刺激肠道分泌更多的黏蛋白从而为A.muciniphila生长提供更多的营养物质,结果表明绿原酸不能促进杯状细胞分化或刺激黏蛋白分泌。然后进一步分析了菌群间的协同竞争关系、代谢物间的促进抑制关系。基于16S r RNA测序、短链脂肪酸测定及非靶向代谢物分析发现绿原酸摄入后促进了Ruminococcaceae UCG-014,抑制了Desulfovibrio、Alistipes;显著提高了丁酸含量(P<0.01);显著富集了胆汁酸相关代谢物、脱氧嘌呤核苷、碱基、二十二碳六烯酸、β-羟基丁酸、N-乙酰-D-乳糖胺、奎宁酸等物质。结合生物信息学分析和功能基因的比对推测绿原酸可能是通过抑制具有竞争关系的Desulfovibrio和Alistipes,同时富集了有利于A.muciniphila生长的二十二碳六烯酸、β-羟基丁酸、N-乙酰-乳糖胺等物质从而提高了A.muciniphila丰度。在此基础上,在高脂饮食诱导肥胖小鼠模型中验证绿原酸在A.muciniphila本底丰度较低的情况下对A.muciniphila丰度的调节作用以及相应状态下对宿主基本生理功能的影响。结果表明,高脂饮食使A.muciniphila的丰度减少约60倍,补充12周绿原酸后,与高脂造模组小鼠相比补充低剂量、中剂量、高剂量的绿原酸均能显著提升肠道中A.muciniphila的水平,分别提高了8倍、16倍、60倍。绿原酸对高脂饮食诱导的肥胖小鼠还具有减脂、降血脂、改善肝脏脂肪变性、增强肠道屏障等功能。综上所述,本课题证明了在测试的8种多酚中绿原酸对A.muciniphila丰度具有最显著的调节作用。摄入绿原酸后可能是通过抑制Desulfovibrio和Alistipes,同时富集了二十二碳六烯酸、β-羟基丁酸、N-乙酰-乳糖胺等物质从而提高了A.muciniphila丰度。绿原酸可以显著提高肥胖小鼠肠道A.muciniphila丰度且缓解疾病症状。本研究进一步探究了酚类物质促进A.muciniphila丰度的机制,为今后开发出提升肠道中A.muciniphila丰度的膳食补充剂提供了科学依据。
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