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随着经济发展和人类生活方式的改变,肥胖已成为影响人类健康最主要的非传染性慢性疾病之一。过度肥胖会增加2型糖尿病(T2DM)、心血管疾病、非酒精性脂肪肝等发病和死亡的风险。肥胖是一种慢性的低度炎症反应状态。研究已证实肠道细菌内毒素是触发肥胖低度炎症的重要因子之一,即“代谢性内毒素血症”。近年来,以肠道菌群为靶点,干预肥胖的炎症进程被视作预防和改善肥胖及相关代谢疾病的新策略。苦瓜(Momordica charantia L.)药食同源,富含多种生物活性成分,具有调节糖脂代谢,改善胰岛素抵抗的作用。而苦瓜通过调节肠道菌群,干预代谢性内毒素血症,从而缓解肥胖的研究,尚少见报道。本论文以苦瓜为原料,采用真空冷冻干燥和粉碎技术制备苦瓜冻干粉(BMP),通过建立营养型肥胖大鼠模型研究BMP对高脂饮食诱导的代谢性内毒素血症的干预作用及可能的机制。主要研究内容及结果如下:1.采用高脂饮食诱导的肥胖大鼠模型,研究BMP对胰岛素抵抗和代谢性内毒素血症的干预作用。结果表明:(1)BMP能显著降低肥胖大鼠体重和Lee’s指数,提高口服糖耐量,降低血清空腹血糖、空腹胰岛素含量以及胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)。BMP还可显著降低血清总甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)含量,增加高密度脂蛋白(HDL)含量,使附睾脂肪细胞缩小,减缓肝细胞的小泡性脂变,即BMP能减缓肥胖大鼠体重增加,改善糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗症状。(2)BMP可显著降低结肠内容物提取液对HT-29结肠癌细胞的细胞毒性,增加结肠绒毛隐窝深度和规整度,降低肠道通透性,上调结肠紧密结合蛋白ZO-1和Occludin mRNA的表达,减少肠源性有毒物质进入血液循环。说明BMP可通过改善肥胖大鼠结肠内环境紊乱和修复肠屏障受损,进而干预代谢性内毒素血症。(3)BMP能减少血浆内毒素脂多糖(LPS)、血清内毒素结合蛋白(LBP)及促炎因子(TNF-α、IL-6和MCP-1)的含量,降低脂肪、肝脏和肌肉组织的炎症水平;BMP可通过抑制脂肪组织核转录因子kappa-B复合体(IκBα/NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)/p38介导的丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路,缓解脂肪炎症。说明BMP可有效减缓肥胖大鼠代谢性内毒素血症,从而改善胰岛素抵抗。2.采用Illumina Miseq高通量测序技术,研究BMP对肥胖大鼠肠道菌群结构与功能的影响。结果表明:(1)BMP对肥胖大鼠肠道菌群结构具有一定的调节作用:BMP能够增加门水平中疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度,降低产内毒素菌—肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的丰度,并选择性增加产短链脂肪酸SCFAs菌属(Blautia、Allobaculum、Butyricicoccus等)和肠屏障保护功能菌属Akkermansia丰度。说明BMP可改变肥胖大鼠肠道菌群的物种组成,使肠道菌群结构更有利于健康。(2)基于肠道菌群物种组成的KEGG功能预测发现,BMP可调控碳水化合物、脂类以及多糖生物合成代谢,显著改变三羧酸循环、LPS合成蛋白及丙酸代谢等通路,从而干预代谢性内毒素血症。3.采用~1H NMR技术,研究BMP对肥胖大鼠肠道内代谢产物谱的影响及其与肠道菌群的关联。结果表明:(1)BMP可改变肥胖大鼠肠道代谢产物谱,与肥胖模型对照组大鼠具有显著差异;BMP可显著增加肠道代谢产物谱中SCFAs(乙酸、丙酸和丁酸)、糖类中葡萄糖和核糖及氨基酸中牛磺酸的含量,降低乳酸和分支短链脂肪酸BSCFAs中戊酸含量。通路预测显示BMP对丁酸甲酯代谢通路、牛磺酸和亚牛磺酸代谢通路以及丙酸代谢通路的影响较大。说明BMP能够通过改变肠道代谢产物组成,调控相关代谢通路,从而改善代谢性内毒素血症。(2)BMP改变肠道代谢产物与肠道菌群的变化具有关联:有机酸中丁酸和丙酸分别与产SCFAs菌属Blautia和Coprococcus呈正相关,而戊酸与Blautia菌属呈负相关;糖类中葡萄糖和核糖均与粪球菌属Coprococcus呈正相关;氨基酸中脯氨酸与支原体属Allobaculum呈显著正相关。说明BMP可影响肥胖大鼠肠道代谢谱,并与肠道菌群的变化具有相关性,进而干预代谢性内毒素血症。4.采用基于Illumina HiSeq平台的RNA-Seq技术,研究BMP对肥胖大鼠结肠黏膜基因表达谱的影响及与肠道菌群的关联。结果表明:(1)RNA-Seq筛选发现正常组和肥胖模型组大鼠结肠黏膜中有46个差异表达基因,肥胖模型组和BMP组大鼠结肠黏膜中有87个差异表达基因。说明BMP能显著改变高脂饮食诱导的肥胖大鼠结肠黏膜基因表达谱。(2)BMP的干预显著影响脂代谢、炎症反应及糖代谢相关通路,如花生四烯酸代谢通路、MAPK信号通路、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K-Akt)通路等;BMP还可调控极低密度脂蛋白重塑、糖转运负调控、脂蛋白代谢过程等GO功能;基因与通路互作关系分析表明Prkcβ和Pla2g2a是网络关系中的核心基因,与炎症反应和脂代谢通路密切相关。(3)BMP调控肥胖大鼠结肠黏膜炎症的关键基因与肠道菌群的改变具有关联:差异表达基因中与炎症相关的基因Prkcβ、Nr4a1和Mcpt1l3分别与Paraprevotella、Blautia和Allobaculum菌属呈显著负相关。说明BMP可改变肥胖大鼠结肠黏膜基因表达谱,并与肠道菌群的变化具有相关性,从而干预代谢性内毒素血症。