目的肥胖(Obesity)是指一定程度的明显超重与脂肪层过厚,是由可损坏健康的异常或过量的体内脂肪积聚而产生的一种状态。随着肥胖的进展,机体的代谢也会随之异常,从而导致发生人体生理或病理的疾病,如代谢综合征等。目前在全球范围内,肥胖和超重人群的比例在各个年龄段都呈现快速增长的趋势。从1975年至2013年,肥胖人数已增加数倍,同时儿童肥胖也成为21世纪面临的最严峻的公共卫生挑战之一。对肥胖的控制已经迫在眉睫,并且成为越来越多的学者所关注的焦点。传统的肥胖控制策略大多是体育锻炼、饮食控制、外科手术、口服药物,但是随着近年来微生物学和生物信息学的发展,已经有大量研究表明某些肠道菌群与肥胖有着密切的相关关系。于是,有的学者开始尝试研究通过益生元对肠道菌群进行调节从而控制肥胖,研究结果显示益生元和益生菌的调控对肥胖的控制有着更加令人期待的效果和前景。壳聚糖(Chitosan)是一种在自然界中非常容易获取的膳食纤维,已经被证明有多种生物学功能,如降脂降糖,促愈合,抗肥胖等,并且被广泛试用于食品和医疗行业。但是壳聚糖的抗肥胖效果的机制及其对肠道菌群的影响尚未明确,本实验意图通过构建肥胖小鼠模型,通过对肥胖小鼠饲喂应用了添加壳聚糖的饲料,达到检验壳聚糖的抗肥胖效果的目的,并且探究壳聚糖对肥胖小鼠代谢和肠道菌群的影响,寻找与肥胖和抗肥胖密切相关的肠道菌群,为通过益生元益生菌调控肠道菌群从而控制肥胖的研究提供新的思路和实验依据。方法建立肥胖小鼠模型,小鼠均分为四组,每组12只,四组分别记为低脂组(Group L),低脂加壳聚糖组(Group LC),高脂组(Group H)和高脂加壳聚糖组(Group HC),各组分别应用经典饲料与添加壳聚糖的饲料进行喂养。通过检测小鼠体重的增长来验证壳聚糖抗肥胖的效果。通过对饲料摄入量的定时监测,检验不同饲料对体重增加的影响效果;通过罗氏血糖仪(ACCU-CHEKPerforma)检测小鼠血糖,通过口服葡萄糖耐受实验检测小鼠葡萄糖耐受能力;通过酶联免疫吸附试验(Elisa),检测小鼠血脂四项水平,使用Elisa试剂盒检测小鼠血清胰岛素和瘦素水平;通过实时聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测小鼠不同肠段炎症基因转录水平;通过苏木精-伊红(hematoxylin and eosin,HE)染色比较脂肪细胞大小;通过ImageJ软件计算脂肪细胞面积。实验数据使用GraphPadPrism 6.0软件进行单因素方差分析,如无特殊说明,统计结果以均数(mean)±标准差(standard deviation,SD)表示,P<0.05具有统计学意义。在第二代高通量测序平台HiSeq2500上测定小鼠粪便样本16SrRNA的V3+V4 区域,使用Usearch进行质控,去除低质量序列;使用UPARSE算法对230个样品的Effective Tags进行聚类,以97%的一致性聚类为1602个操作分类单元(Operational Taxonomic Units,OTUs),根据“Ribosomal Database Project”数据库进行物种注释。注释完成的数据使用R软件进行Alpha多样性、Beta多样性、差异和相关性分析;使用R包“ggplot2”画稀释曲线;使用R包“ggplot2”“ggsignif”进行α多样性分析;使用“ape”“ggplot2”,进行β多样性分析;显著性使用wilcox秩和检验;在进行差异分析时,使用R包“dplyr”进行筛选,“Deducer”进行检验,“fdrci”进行校正,“pheatmap”展示其丰度;使用R包:“Hmisc”进行spearman相关性分析;使用cytoscape软件进行图项展示。结果1.壳聚糖改善肥胖的效果:高脂饲料喂养组的小鼠体重明显高于包括低脂组在内的其它三组,高脂饮食通过添加壳聚糖降低了高脂饮食引起的小鼠体重增长量,壳聚糖的添加明显改善了高脂饮食引起的肥胖同时减少了小鼠的食物摄入量。壳聚糖的添加还降低了高脂饲料喂养的小鼠的高体脂率和脂肪细胞的肥大。与普通高脂饲料相比,添加了壳聚糖的高脂饲料每单位增加的小鼠体重明显减少。但是壳聚糖对低脂饲料喂养的小鼠的体重控制效果并不显著。2.壳聚糖对代谢的影响:壳聚糖提高了高脂饮食组小鼠的血清瘦素水平,提高了低脂饮食组小鼠的口服葡萄糖耐量水平,但对空腹血糖,血脂四项,血清胰岛素水平和胰岛素抵抗水平未有显著影响。壳聚糖的添加降低了高脂饮食引起的高水平肠道炎症,但在低脂饮食情况下却提高了低脂饮食的正常肠道炎症水平。3壳聚糖对肠道微生物的影响:随着壳聚糖的不断干预,小鼠肠道菌群发生显著变化。在高脂饮食情况下,添加壳聚糖的饲料显著增加了小鼠肠道与抗肥胖有关的微生物如 Coprobacillus cateniformis 和 Clostridium leptum,并且显著减少了与肥胖有关的微生物如 Clostridium cocleatum 和 Clostridium actatifermenta。ns同时斯皮尔曼相关分析显示了菌群与临床指标的相关性如Clostridium leptum和Coprobacilluscateniformis与血清瘦素呈现正相关,Ruminococcus bromii与血清胰岛素呈现正相关等。结论1.壳聚糖可以降低高脂饮食引起的体重增加,对肥胖的改善和体脂率的降低有着良好的效果。2.壳聚糖作为一种益生元应用在改善肥胖的方面有着良好效果,并且通过肠道菌群的差异分析和相关性分析,更多的与肥胖或减肥相关的细菌及其可能产生的相关影响被发现,为今后此类细菌的功能研究和改善肥胖的研究提供了更广阔的思路和证据。