亚麻籽粉和亚麻籽油调节T1DM小鼠肝脏炎症和肠道菌群的作用研究

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目的:采用链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)诱导1型糖尿病(Type 1 Diabetes Mellitus,T1DM)小鼠模型,研究亚麻籽粉(Flaxseed Meal,FM)和亚麻籽油(Flaxseed Oil,FO)对T1DM小鼠肝脏炎症和肠道菌群的影响,并以脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)/Toll样受体4(Toll-Like Receptor 4,TLR4)/核因子-κB(Nuclear Factor-kappa B,NF-κB)信号通路为靶点初步探讨FM和FO调节肝脏炎症的可能分子机制,为其在T1DM膳食管理中的推广应用提供科学依据。方法:4-6周龄的C57BL/6J雄性小鼠适应性喂养1周后,随机选取12只纳入CON组(AIN-93G标准配方饲料),其余小鼠禁食不禁水,12h后一次大剂量腹腔注射170.00mg/kg的STZ,7天后空腹血糖(Fasting Blood Glucose,FBG)≥16.7 mmol/L,同时出现多饮、多尿、多食和体重下降判断为造模成功。选取60只T1DM小鼠,按血糖和体重水平随机分成MOD组(AIN-93G标准配方饲料)、FM1组(配方饲料中添加25.00%的FM)、FM2组(配方饲料中添加16.70%的FM)、FO1组(配方饲料中添加10.50%的FO)和FO2组(配方饲料中添加7.01%的FO),持续干预6周。实验结束前三天行口服葡萄糖耐量试验(Oral Glucose Tolerance Test,OGTT)并计算曲线下面积(Area Under the Cure,AUC)。三天后小鼠禁食不禁水12h,摘眼球取血后颈椎脱臼处死,分离血清,取胰腺进行苏木精-伊红染色,肝脏与粪便置于超低温冰箱中保存。使用比色法测定小鼠肝糖原含量,ELISA法测定血清LPS水平并检测肝脏肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)和LPS水平。运用16S r DNA高通量测序技术分析肠道菌群变化。采用实时荧光定量PCR法(Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction,RT-q PCR)法测定肝脏中TLR4、髓样分化因子88(Myeloid Differentiation Factor 88,My D88)、肿瘤坏死因子受体相关因子6(Tumor Necrosis Factor Receptor Associated Factor 6,TRAF6)和NF-κB的m RNA水平和并用免疫印迹(Western Blot,WB)法检测关键蛋白表达水平。结果:(1)对糖代谢及肝脏炎症的影响:与CON组相比,MOD组小鼠体重和肝糖原含量显著下降(P<0.05),FBG、AUC、TNF-α以及IL-1β水平显著上升(P<0.05),在400倍光镜下,小鼠胰岛结构受损严重,出现明显的萎缩和数目减少且边界模糊,β细胞数量极少,胞浆代偿性肿胀。经6周的膳食干预之后,FM和FO在一定程度上阻止了T1DM小鼠体重的持续降低,其中,FM1组和MOD组之间差异显著(P<0.05)。与MOD组相比,FM2和FO1组中FBG水平显著下降(P<0.05),AUC减小(P<0.05),肝糖原含量显著上升(P<0.05);FM1干预具有降低FBG水平和升高肝糖原含量的趋势(P=0.08,P=0.09);其中,FM2组FBG水平最低,与FO2组相比,差异具有统计学意义(P<0.05);在400倍光镜下,FM与FO组小鼠胰岛结构有所改善,但仍有明显的萎缩和数目的减少,边界较模糊,β细胞数量较MOD组有所增多,胞浆肿胀。FM和FO还可改善T1DM小鼠的肝脏炎症因子的水平,表现为TNF-α水平在各组中均显著降低(P<0.05),FM1组和FO2组中IL-1β水平显著下调(P<0.05);FM2组中IL-1β水平高于FO2组(P<0.05),证明FO2的肝脏炎症调节能力相对更强。(2)对肠道菌群的影响:与CON组相比,MOD组小鼠肠道微生物群多样性显著降低(P<0.05),菌群结构变化明显;在门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度下降(P<0.05),变形菌门(Proteobacteria)比例升高(P<0.05),成为最主要的细菌类群;主要优势菌门的变化导致G-菌比例升高(P>0.05);两组间乳酸杆菌属(Lactobacillus)、Muribaculaceae的不可培养菌属(uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae)和志贺式埃希菌属(Escherichia-Shigella)丰度差异显著(P<0.05),而Faecalibaculum丰度变化不明显(P>0.05)。与MOD组相比,菌群多样性在FM组中显著增加(P<0.05)并恢复到正常水平。FM和FO干预还可不同程度的恢复肠道微生物群的物种组成,使菌群结构趋向正常。FM组中厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度显著升高(P<0.05),变形菌门比例降低(P<0.05),三大优势菌门的占比排序与CON组相同,FM1组中其具体比例也均恢复至正常水平;FO干预降低了变形菌门的比例(P<0.05),FO2组中厚壁菌门丰度与CON组相比没有显著性差异(P>0.05);此外,各干预组中G-菌比例下降,但差异尚未出现统计学意义(P>0.05);在菌门水平上,FM的改善作用相对更优,主要表现为厚壁菌门和拟杆菌门丰度分别在FM2组和FM1组中最高,变形菌门以及G-菌丰度分别在FM1组和FM2组中最低。各组菌属差异分析结果显示,与MOD组相比,FM1干预可增加乳酸杆菌属、Muribaculaceae的不可培养菌属和Faecalibaculum的相对丰度(P<0.05),志贺式埃希菌属比例在FM1和FM2组中均显著下降(P<0.05);FO1干预显著升高了Muribaculaceae的不可培养菌属和Faecalibaculum的相对丰度(P<0.05),FO2干预组中志贺式埃希菌属比例显著降低(P<0.05);在菌属水平上,FM1的干预效果相对更优,主要表现为该组中四大主要优势菌属丰度均出现显著性改善,其中,Muribaculaceae的不可培养菌属和志贺式埃希菌属恢复至正常水平。(3)对LPS/TLR4/NF-κB信号通路的影响:与CON组相比,MOD组小鼠血清和肝脏中LPS水平显著上升(P<0.05),而与MOD组相比,FM1的降低作用明显(P=0.09,P<0.05),FO2组中两者水平均显著下调(P<0.05)。RT-q PCR结果显示,MOD组较CON组TLR4、TRAF6和NF-κB的m RNA表达水平显著增加(P<0.05);与MOD组相比,FM和FO组中TRAF6和NF-κB的表达水显著下调(P<0.05),而TLR4和My D88仅在FM1和FO2组中显著降低(P<0.05)。由WB结果可见,MOD组小鼠肝脏中的TLR4和NF-κB蛋白表达水平显著升高(P<0.05),表明TLR4/NF-κB信号通路被激活;与MOD组相比,各干预组中TLR4和NF-κB水平均显著下调(P<0.05),而My D88蛋白表达水平仅在FM1和FO2干预后显著下调(P<0.05),与基因水平结果一致。结论:(1)FM和FO可调节T1DM小鼠的糖代谢并改善肝脏炎症,其中,添加16.70%亚麻籽粉的降糖效果更优,添加7.01%亚麻籽油的肝脏炎症调节能力更强,而添加25.00%亚麻籽粉在降糖和抗炎方面均可发挥有益的调节作用;(2)FM和FO(尤其是添加25.00%亚麻籽粉)干预还可不同程度地增加肠道菌群的多样性,升高厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度,降低变形菌门及G-菌的比例,调节T1DM小鼠菌群结构并使其趋向正常小鼠,还可增加有益菌(乳酸杆菌属、Muribaculaceae的不可培养均属和Faecalibaculum)的丰度,降低有害菌(志贺式埃希菌属)的比例,改善肠道健康,进而延缓T1DM的进展;(3)FM和FO(尤其是添加25.00%亚麻籽粉或7.01%亚麻籽油)对肝脏炎症的改善作用可能与调节肠道菌群有关,可能通过抑制致病菌LPS水平的异常升高,从而调控肝脏中TLR4、My D88和NF-κB基因和蛋白的表达水平,发挥抗炎功效。
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