论文部分内容阅读
肥胖症是指机体受多因素影响而导致的脂肪过度堆积或异常分布的一种慢性代谢型疾病。众所周知,肥胖率近年来迅速上升,已成为全球性的健康和经济负担。超重和肥胖在过去40年里持续增长,并造成了严重的健康后果。排除病理因素,能量代谢紊乱是导致肥胖的主要原因。长期高能量食物摄入和低能量消耗会导致脂肪堆积和白色脂肪组织增生,并且会引起肠道菌群的改变。已有研究表明,补充益生菌可以作为重塑肠道菌群的手段修复肠道菌群失调状态,发挥缓解肥胖的作用。前期研究表明,青春双歧杆菌能够调节免疫,在糖尿病、非酒精性脂肪肝等代谢类疾病中发挥缓解病症的作用。本文以青春双歧杆菌为出发点,通过动物实验、基因组学、色谱分析等手段对青春双歧杆菌缓解高脂饮食引发肥胖症的作用机制进行探究,主要结果和结论如下:(1)高脂饮食引发了肥胖症并损伤了小鼠血糖稳态,导致血清中的总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、谷丙转氨酶(ALT)水平升高;在能量代谢方面,高脂饮食导致小鼠的基础代谢率提高,产热增多,并激活了棕色脂肪中的产热基因,提高了肝脏中脂质合成和分解相关基因的表达量,导致脂质代谢活跃;在肠道菌群方面,高脂饮食增加了盲肠和结肠中的微生物多样性,提高了脱硫弧菌(能增强能量摄入)、Muribaculaceae(富含碳水化合物酶系)、Alistipes(与代谢类疾病相关)、Mucispirillum(与结肠炎相关)等细菌的丰度,降低了双歧杆菌属、乳杆菌属、普拉梭菌属、阿克曼氏菌等有益细菌的丰度;此外,分析肠道短链脂肪酸(SCFA)发现,高脂饮食增加了盲肠和结肠内容物中的SCFA水平,显著提高了小鼠盲肠内容物中的丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸浓度,并提高了结肠内容物中乙酸浓度。(2)基于高脂饮食引起肥胖并造成了肠道有益菌缺失的结果,采用5株青春双歧杆菌对高脂饮食小鼠进行干预,结果表明不同来源的青春双歧杆菌对高脂饮食小鼠产生的影响差异显著。其中,长寿老人来源的青春双歧杆菌17_3在高脂饮食诱发肥胖进程中的改善效果最为明显。新生儿来源的青春双歧杆菌M1和N4_N3增加了小鼠的体重、体重增加量和摄食量,青春双歧杆菌17_3降低了小鼠的体重增加量,减少了腹部白色脂肪,降低了空腹血糖水平,改善了血糖稳态。青春双歧杆菌2016_7_2显著降低了呼吸熵,17_3和Z25干预组呼吸熵呈下降趋势。此外,青春双歧杆菌17_3、2016_7_2、Z25还提高了小鼠的瘦素水平。在肠道菌群方面,补充青春双歧杆菌改变了高脂饮食小鼠的肠道菌群结构,青春双歧杆菌17_3、N4_N3、2016_7_2降低了小鼠盲肠和结肠菌群的物种丰富度,Z25和17_3提高了盲肠菌群的均匀度。补充青春双歧杆菌提高了小鼠肠道内双歧杆菌属的丰度,降低了Odoribacter(产中短链脂肪酸)的丰度;M1提高了Muribaculaceae(产SCFA)的丰度,17_3显著提高了能够缓解肥胖,改善血糖的细菌阿克曼氏菌的丰度。在肠道SCFA的水平上,除青春双歧杆菌M1外,其他4株青春双歧杆菌均降低了盲肠中总SCFA的浓度,M1显著提高了盲肠中乙酸的浓度;在其他SCFA水平上,5株青春双歧杆菌干预组出现了不同程度的降低。在结肠中,青春双歧杆菌17_3显著降低了丙酸和异丁酸的水平;M1降低了异戊酸浓度;17_3、N4_N3、2016_7_2降低了戊酸水平。(3)通过比较不同青春双歧杆菌对高脂饮食小鼠脂质代谢、免疫调节、肠道菌群预测功能、回肠胆汁酸组成发现,在能量代谢方面,青春双歧杆菌17_3、Z25、2016_7_2能够特异性激活棕色脂肪中非颤栗性产热和脂质分解相关基因的表达,显著上调了Ucp-1、Ppar-α、Ppar-γ、Pgc1-α、Hsl、Mgl等基因的表达;表明长寿老人来源的青春双歧杆菌能够通过特异性激活棕色脂肪的非颤栗性产热增加能量消耗,抑制高脂饮食引起的小鼠脂质过度积累。在免疫调节方面,补充青春双歧杆菌可以调节免疫,抑制组织炎症。青春双歧杆菌抑制了脾脏中炎症相关细胞因子Il-17f、Tnf-α基因的表达,增加了抑炎相关细胞因子Foxp3、Il-10、Il-4的基因表达;降低脑部促炎因子IL-17、IL-6的蛋白水平,降低下丘脑中Il-6、Tlr-4等促炎因子的基因表达水平,提高抑炎因子IL-10的蛋白水平,增加抑炎因子Foxp3抑炎因子的基因表达量。肠道菌群预测功能结果表明,青春双歧杆菌17_3、Z25、2016_7_2增加了肠道菌群中参与次级代谢产物、抗生素和氨基酸生物合成通路的基因丰度,高脂饮食对照组与青春双歧杆菌N4_N3干预组肠道菌群中碳水化合物代谢相关通路的基因丰度显著提高。在胆汁酸组成方面,青春双歧杆菌17_3、Z25、2016_7_2提高了回肠中胆酸的比例,并激活了回肠中胆汁酸受体TGR5。青春双歧杆菌的基因组学分析显示,青春双歧杆菌基因组中均包含可移动遗传元件,有利于菌株更好地适应环境,提高生存竞争力。碳水化合物活性酶注释结果表明,青春双歧杆菌Z25的碳水化合物酯酶和糖苷水解酶基因相对更丰富;比较基因组分析结果表明,长寿老人来源的青春双歧杆菌基因组中特有的同源基因共8个,新生儿来源的青春双歧杆菌基因组中特有的同源基因共2个。(4)将青春双歧杆菌17_3与其它益生菌进行对比,比较了不同益生菌对肥胖小鼠的缓解作用,发现不同益生菌对肥胖小鼠的缓解作用差异很大,对小鼠的血糖、生化指标、肠道微生物以及SCFA等都产生了影响。在益生菌对肥胖小鼠的干预过程中,青春双歧杆菌17_3、短双歧杆菌2016_49_7和干酪乳杆菌1711有效地减少了肥胖小鼠的体重增加量,植物乳杆菌ZS2058、格氏乳杆菌C1_A31和短双歧杆菌2016_49_7显著降低了肥胖小鼠肾脏重量;青春双歧杆菌17_3、短双歧杆菌2016_49_7和干酪乳杆菌711降低了肥胖小鼠血清谷丙转氨酶和谷草转氨酶的水平,青春双歧杆菌17_3显著降低了血清中HDL-C和LDL-C水平,青春双歧杆菌17_3、Z25和干酪乳杆菌1711显著降低了肥胖小鼠空腹血糖,改善了血糖稳态。6株益生菌干预降低了盲肠菌群的物种多样性。植物乳杆菌ZS2058显著增加了Bacteroides的相对丰度,青春双歧杆菌Z25、17_3和植物乳杆菌ZS2058增加了盲肠和结肠中Bifidobacterium的相对丰度,3株乳杆菌显著增加了盲肠和结肠中Lactobacillus的丰度;青春双歧杆菌17_3、Z25干预组和低脂对照组提高了Ruminococcaceae UCG-014的相对丰度。此外,补充益生菌改变了肠道SCFA的水平,在盲肠中,青春双歧杆菌17_3、短双歧杆菌2016_49_7和干酪乳杆菌1711增加了盲肠内容物中的SCFA的水平,包括总SCFA。在结肠中,短双歧杆菌2016_49_7提高了结肠内容物中的6种SCFA的水平,包括总SCFA。干酪乳杆菌1711则显著提高了丙酸和戊酸的水平。