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科研 | 福建農(nóng)林大學(xué):腸道微生物-代謝軸揭示蓮子抗性淀粉的降血脂作用(國人佳作)

生科云網(wǎng)址:https://www.bioincloud.tech/


編譯:微科盟草重木雪,編輯:微科盟Tracy、江舜堯。

微科盟原創(chuàng)微文,歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。

導(dǎo)讀
與高脂飲食小鼠(模型對(duì)照組,MC)相比,我們利用腸道微生物群-代謝軸研究了不同劑量的蓮子抗性淀粉(低劑量、中劑量和高劑量蓮子抗性淀粉(LRS),分別命名為LLRS、MLRS和HLRS)對(duì)高脂血癥小鼠的改善作用。與MC組相比,LRS組的Allobaculum豐度顯著減少,而MLRS促進(jìn)了norank_f_Muribaculaceaenorank_f_Erysipelotrichaceae的豐度。此外,與MC組相比,補(bǔ)充LRS促進(jìn)了膽酸(CA)的產(chǎn)生并抑制了脫氧膽酸。其中LLRS促進(jìn)甲酸,MLRS抑制20-羧基白三烯B4,HLRS促進(jìn)3,4-Methyleneazelaic acid,抑制油酸和蘋果酸。最后,MLRS調(diào)節(jié)微生物群組成,促進(jìn)膽固醇分解代謝形成CA,通過腸道微生物群代謝軸抑制血脂指數(shù)??傊琈LRS可以促進(jìn)CA并抑制中鏈脂肪酸,從而在高脂血癥小鼠的降血脂中發(fā)揮最佳作用。

論文ID


原名:Gut microbiota-metabolic axis insight into the hyperlipidemic effect of lotus seed resistant starch in hyperlipidemic mice
譯名:腸道微生物代謝軸解析蓮子抗性淀粉對(duì)高脂血癥小鼠的抗高脂血作用
期刊:Carbohydrate Polymers
IF:10.723
發(fā)表時(shí)間:2023.04
通訊作者:張怡,曾紅亮
通訊作者單位:福建農(nóng)林大學(xué)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)


實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1. 高脂血癥小鼠腸道微生物群的多樣性分析

擴(kuò)增子序列變體(ASV)水平Sobs指數(shù)的稀疏曲線表明,隨著隨機(jī)選擇的測(cè)序數(shù)量的增加,各組的物種多樣性逐漸達(dá)到穩(wěn)定。這些結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)測(cè)序數(shù)據(jù)量是合理的,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是高度可靠的(圖1A)。我們基于ASV集合的構(gòu)建對(duì)樣本進(jìn)行多樣性分析(圖1C,D)。MC(P<0.05)、MLRS(P<0.05),HLRS(P<0.01)和陽性藥(PC)(P<0.05)組的Ace指數(shù)顯著低于NC組,并且Shannon指數(shù)也顯著低于NC(P<0.05)?;趯儇S度的PCoA顯示,腸道微生物組成對(duì)HFD和LRS干預(yù)表現(xiàn)出明顯的反應(yīng)(圖1B)。盡管PC組的聚集性接近MC組,但這兩組仍有明顯的分離。然而,MC組的腸道微生物組成與LRS組和NC組完全分離,這表明與MC組相比,不同劑量的LRS補(bǔ)充誘導(dǎo)了更顯著的腸道微生物結(jié)構(gòu)變化。這些發(fā)現(xiàn)與Duan等人的研究一致,該研究側(cè)重于HFD與微生物群之間的關(guān)系。研究表明,HFD可以減少有益細(xì)菌(擬桿菌和乳桿菌)的豐度,增加有害細(xì)菌(彎曲桿菌、脫硫弧菌和梭菌)的數(shù)量,從而改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)。作為潛在的益生元,LRS可以促進(jìn)有益細(xì)菌(雙歧桿菌和乳桿菌)的增殖,并增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生。因此,我們有必要進(jìn)一步研究各組腸道微生物組成的差異。

圖1 結(jié)腸菌群的多樣性分析。(A)屬水平的稀疏曲線,(B)基于屬水平的主坐標(biāo)分析(PCoA),(C)ASV水平的Ace指數(shù),(D)ASV水平的Shannon指數(shù)。(0.01<P≤0.05標(biāo)記為*,0.001<P≤0.01標(biāo)記為**)。
2. 腸道微生物群的關(guān)鍵表型

為了確定門與屬之間的特定腸道微生物類群,這些分類群解釋了與不同飲食干預(yù)措施相關(guān)的最顯著差異,我們使用LEfSe分析分析了微生物群落。如圖2所示,我們?cè)诹鶄€(gè)類群中發(fā)現(xiàn)了81個(gè)豐富的差異分類群,包括34個(gè)屬。NC組在屬水平上以乳桿菌、Monoglobus、芽孢桿菌、腸桿菌、瘤胃球菌等為主。相比之下,MC群的特征是unclassified_f_AtopoblaceaeParasutterella。相關(guān)研究還證實(shí),Parasutterella與腸易激綜合征和腸道慢性炎癥有關(guān),與肥胖和2型糖尿病呈正相關(guān)。因此,這些細(xì)菌的變化可能表明HFD誘導(dǎo)的疾病的發(fā)病機(jī)制。PC組主要為Allobaculum、LimnohabitansParvibacter。LLRS組以AlistipesOdoribacter、Anaerotruncus、Jeotgalicoccus等為主,MLRS組以norank_f_Muribaculaceaenorank_f_Erysipelotrichceae、MethylcycstisCL500_29_marine_group為主,而HLRS組在屬水平上以Faecalibaculum為主。研究表明,norank_f_Muribaculaceaenorank_f_Erysipelotrichceae可能與抗肥胖有關(guān),Allobaculum可能參與調(diào)節(jié)HFD小鼠的腸道ANGPTLT4表達(dá)。因此,這些細(xì)菌可以成為改善HFD誘導(dǎo)的高脂血癥的腸道指標(biāo)。我們將進(jìn)一步分析這些屬在腸道微生物群落中的組成。

圖2 通過線性判別分析(LDA)效應(yīng)大小(LEfSe)識(shí)別NC、MC、LLRS、MLRS、HLRS和PC組中的大多數(shù)特征分類群。(A)分支圖可視化LEfSe分析的結(jié)果。(B)LDA后各組之間腸道微生物類群的最顯著差異??s寫如下:p,門;c,綱;o,目;f,科;g,屬。
3. 腸道菌群結(jié)構(gòu)分析

我們測(cè)定不同分類單元水平的細(xì)菌豐度,以研究不同劑量LRS干預(yù)對(duì)腸道微生物結(jié)構(gòu)的改變。如圖3A和B所示,所有組都具有六個(gè)優(yōu)勢(shì)門(厚壁菌門、擬桿菌門、脫硫菌門、放線菌門、CampilobacterotaDeferribacterota),但相對(duì)豐度不同。從圖中可以看出,MC組的厚壁菌門高于NC組,而擬桿菌門低于NC組,而補(bǔ)充LRS可逆轉(zhuǎn)這些變化(圖3A、B)。這一結(jié)果與Duan等人的研究基本一致,Duan等人在給小鼠喂食HFD后,使用全谷物燕麥來降低厚壁菌門/擬桿菌門的水平。因此,我們認(rèn)為補(bǔ)充LRS可能會(huì)影響HFD小鼠的腸道厚壁菌門/擬桿菌門比率(LLRS 0.73,MLRS 0.57,HLRS 0.95)。相關(guān)研究表明,厚壁菌門和擬桿菌門與糖脂代謝和膽汁酸代謝密切相關(guān),它們的比例(厚壁菌/擬桿菌,F(xiàn)/B)已成為決定肥胖的指標(biāo)之一。F/B比率越高,腸道越容易吸收能量,而F/B比率愈低,腸道吸收能量越慢,從而有助于降低脂質(zhì)。根據(jù)我們的發(fā)現(xiàn),與LLRS和HLRS組相比,MLRS組厚壁菌門的豐度最低,擬桿菌門的豐度最高,F(xiàn)/B比率也最低,表明在不同劑量組中,中劑量LRS在降低F/B比率方面效果最好,對(duì)腸道能量的影響最為顯著。因此,MLRS可能具有更好的降血脂效果。

圖3 結(jié)腸菌群的結(jié)構(gòu)分析。(A)門水平群落組成,(B)門水平多群比較圖,(C)屬水平群落組成;(D)屬水平多群對(duì)比圖。

細(xì)菌類型的屬水平組成如圖3C所示,均為總豐度比>0.01的細(xì)菌類型。norank_f_MuribaculaceaeAllobaculum、Faecalibaculum、norank_f_Desulfovibrionaceaenorank_f_Eubacterium_coprostanoligenes_group在屬水平上占總物種的大多數(shù),約占各組微生物的30%-80%,屬于屬水平上的優(yōu)勢(shì)菌群。與NC組相比,MC組具有更高的Allobaculum豐度和更低的norank_f_Muribaculaceae豐度(圖3C,D)。然而,與MC組相比,LRS顯著恢復(fù)了這些菌的豐度。值得注意的是,與LLRS和HLRS組相比,MLRS組的Allobaculum豐度最低,norank_f_Muribaculaceae豐度最高(圖3D)。Cao等人發(fā)現(xiàn),對(duì)HFD誘導(dǎo)的肥胖具有抗性的小鼠腸道菌群中Muribaculaceae的比例高于其他小鼠。此外,在門和屬水平上,LRS對(duì)高脂血癥小鼠微生物群組成的影響與PC組不同,這可能與LRS改善高脂血癥的機(jī)制有關(guān)。因此,我們的研究結(jié)果表明,LRS可以顯著改變HFD引起的腸道微生物結(jié)構(gòu),中等劑量的LRS補(bǔ)充可能有助于提高小鼠的肥胖抵抗力。

圖4 物種差異分析。(A)NC與MC,(B)MC與LLRS,(C)MC與MLRS,(D)MC與HLRS,(E)MC與PC。
4. 各組間腸道菌群差異分析

基于Wilcoxon秩和檢驗(yàn),我們?cè)趯偎缴戏治隽烁鹘M和MC組前10個(gè)豐富細(xì)菌類型之間組成差異(圖4)。與NC組相比,MC組中Allobaculum(P<0.05)、Faecalibaculum(P<0.05),norank_f_Eubacterium_coprostanoligenes_group(P<0.05)和Dubosiella(P<0.05)的豐度顯著增加(圖4A)。相關(guān)研究表明,HFD可以誘導(dǎo)Allobaculum豐度的增加,這與我們的研究結(jié)果一致。此外,He、Zhang等人報(bào)道,Faecalibaculum在肥胖小鼠中顯著富集。MC組中這些細(xì)菌豐度顯著高于NC組,表明肥胖相關(guān)細(xì)菌在高脂血癥小鼠的結(jié)腸中增加,從而改變了腸道微生物群的穩(wěn)態(tài)。PC組Faecalibaculum、雙歧桿菌和Blautia的豐度顯著低于MC組(圖4E),這一結(jié)果與Zhang等人的研究相似。

圖5 代謝圖譜:(A)正離子模式電流圖,(B)負(fù)離子模式電流曲線圖。PLS-DA評(píng)分圖:(C)正離子,(D)負(fù)離子。(E)總差異代謝物的維恩圖,(F)實(shí)驗(yàn)組中差異代謝物的維恩圖。

與MC組相比,LLRS組Alistipes的豐度顯著增加(P<0.05)(圖4B)。與MC組相比,MLRS組的norank_f_Muribaculaceaenorank_f_Erysipelotrichaceae的豐度顯著增加(P<0.05)(圖4C)。在HLRS組中,腸桿菌的豐度顯著降低(P<0.05)(圖4D)。此外,所有LRS組中Allobaculum的豐度均顯著降低(P<0.05)(圖4B、C、D)。先前的研究表明,Allobaculum豐度的增加與肥胖有關(guān),Alistipes是一種潛在的炎癥調(diào)節(jié)菌。Li、Wang等人發(fā)現(xiàn),熊去氧膽酸處理降低了喂食高脂肪、高膽固醇飲食的小鼠腸桿菌豐度。然而,Koistinen等人發(fā)現(xiàn),通過全麥麩飲食可以增加HFD小鼠腸桿菌的豐度,這可能與不同的飲食處理引起的微生物群結(jié)構(gòu)變化有關(guān),不同的飲食處理會(huì)導(dǎo)致腸桿菌豐度變化的差異。此外,相關(guān)研究表明,補(bǔ)充豆類和豌豆可以通過促進(jìn)norank_f_Muribaculaceaenorank_f_Erysipelotrichaceae的豐度來降低肥胖和血清膽固醇水平。這些結(jié)果表明,LRS可能在調(diào)節(jié)HFD引起的腸道微生物結(jié)構(gòu)失衡中發(fā)揮積極作用,尤其是在MLRS組。

圖6 火山圖:(A)NC與MC,(B)PC與MC,(C)LLRS與MC、(D)MLRS與MC,(E)HLRS與MC。
5. 結(jié)腸非靶向代謝組學(xué)分析

正(圖5A)和負(fù)(圖5B)離子電流圖顯示,在本實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)條件下,峰值形狀是可接受的,分布相對(duì)均勻。我們對(duì)所有組的結(jié)腸內(nèi)容物樣本進(jìn)行PLS-DA分析,選擇95%置信區(qū)間,并通過Pareto轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。如圖5C,D所示,NC組的樣品與其他組分離,其余組的樣品緊密聚集,表明NC組的腸道代謝產(chǎn)物組成與其他組有顯著差異,而其他組的樣品則緊密聚集,具有良好的組內(nèi)重復(fù)性。因此,該方法是可靠的,結(jié)果是可靠的。

表1 不同組小鼠結(jié)腸代謝物的差異


各組和MC組之間具有顯著差異的代謝物數(shù)量之間的關(guān)系如圖5E所示。差異代謝物的總數(shù)只有一個(gè),而NC與MC、LLRS與MC、MLRS與MC,HLRS與MC和PC與MC之間的獨(dú)特差異代謝物的數(shù)量分別為350、78、76、15和129個(gè)。實(shí)驗(yàn)組和模型組之間共享的差異代謝產(chǎn)物的數(shù)量為12(圖5F),而LLRS vs MC特有135個(gè),MLRS vs MC特有127個(gè),HLRS vs MC特有66個(gè)。

6. 鑒別差異代謝物

雙離子模式下差異代謝物的火山圖如圖6A–E所示。我們對(duì)水平和垂直坐標(biāo)值進(jìn)行了數(shù)值處理。水平坐標(biāo)表示兩組代謝產(chǎn)物表達(dá)差異的倍數(shù)變化值,即log2FC(FC:倍數(shù)變化),垂直坐標(biāo)表示代謝產(chǎn)物表達(dá)差值的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)值,即-log10(P值)。在p<0.05、VIP(變量投影重要性)>1和FC>1或<1的條件下,我們檢驗(yàn)了所有代謝產(chǎn)物并與KEGG數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較,總共確定了12種有機(jī)酸及其衍生物、33種膽汁酸及其衍生物和71種脂肪酸及其偶聯(lián)物。我們根據(jù)上述三種標(biāo)志性代謝產(chǎn)物(有機(jī)酸及其衍生物、膽汁酸及其衍生物和脂肪酸及其偶聯(lián)物)分別構(gòu)建各組的代謝譜,并比較兩組之間代謝物的差異,對(duì)52種差異代謝產(chǎn)物進(jìn)行評(píng)分。選擇的52種差異代謝物如表1所示。膽汁酸、醇類和衍生物以及羧酸和衍生物主要屬于KEGG分類(表1)。研究表明,膽汁酸衍生物、脂肪酸偶聯(lián)物和羧酸化合物(乙酸和甲酸)可能有助于改善高脂血癥。

圖7 差異代謝物KEGG富集分析氣泡圖:(A)NC與MC,(B)MC與LLRS,(C)MC與MLRS,(D)MC與HLRS。

此外,與NC組相比,MC組小鼠結(jié)腸中的甘氨熊去氧膽酸(GUDCA)、α-MCA和?;撬崦撗跄懰幔═UDCA)的含量均上調(diào)(P<0.05)。我們的發(fā)現(xiàn)表明,HFD影響小鼠結(jié)腸中膽汁酸和脂肪酸的代謝。UDCA和α-MCA是由6β-羥化酶轉(zhuǎn)化小鼠肝臟中的膽固醇形成的初級(jí)膽汁酸。因此,G/T-UDCA和α-MCA含量的增加也表明MC組的膽固醇含量較高。

與MC組相比,LLRS組小鼠結(jié)腸中膽酸(CA)和甲酸的含量上調(diào),而α-MCA、熊去氧膽酸(UDCA)和脫氧膽酸(DCA)的含量下調(diào)(P<0.05)。CA在肝臟中由膽固醇轉(zhuǎn)化而來,進(jìn)入腸道后可被腸道微生物代謝為DCA。UDCA來源于肝臟中的6-羥化酶轉(zhuǎn)化的鵝去氧膽酸(CDCA)或腸道中的微生物代謝的CDCA。相關(guān)研究表明,膳食纖維可以通過包裹次級(jí)膽汁酸(DCA或石膽酸(LCA))進(jìn)行排泄,從而促進(jìn)膽固醇分解代謝為初級(jí)膽汁酸,并起到降低血脂的作用。此外,甲酸作為一種短鏈脂肪酸,已被廣泛證實(shí)與抗肥胖、緩解代謝綜合征和腸道屏障有關(guān)。因此,LLRS的攝入可以促進(jìn)高脂血癥小鼠膽固醇的分解代謝和次生膽汁酸的排泄,從而影響脂質(zhì)水平。

圖8 相關(guān)性分析:脂質(zhì)水平、腸道微生物群和代謝產(chǎn)物之間的Pearson相關(guān)性。紅線表示正相關(guān),而藍(lán)線表示負(fù)相關(guān)。

在MLRS組中,CA和Cerbronic acid均顯著增加,而GUDCA、α-MCA和20-羧基白三烯B4顯著減少(P<0.05)。CA含量的增加可能與膽固醇分解代謝為CA有關(guān)。20-羧基白三烯B4(C20)是一種長鏈脂肪酸,被認(rèn)為可以促進(jìn)脂肪生成和脂滴形成。因此,補(bǔ)充MLRS不僅可以促進(jìn)膽固醇分解和膽汁酸代謝,還可以抑制長鏈脂肪酸的產(chǎn)生,從而促進(jìn)血脂的降低。

在HLRS組中,補(bǔ)充HLRS也促進(jìn)了CA的增加以及UDCA和DCA的減少。此外,與MC組相比,HLRS組和PC組中3,4-Mmethyleneazelaic acid(C11)的相對(duì)量均顯著增加,MC組己酸(C6)、壬二酸(C9)、3,4-Methyleneazelaic acid(C11)和(E)-10-Oxo-8-decenoic acid(C10)的相對(duì)含量與NC組相比顯著降低。Liu等人發(fā)現(xiàn),中鏈脂肪酸可以通過調(diào)節(jié)膽汁酸代謝來降低血清膽固醇,從而在改善高脂血癥中發(fā)揮作用。先前的研究表明,單不飽和脂肪酸在肥胖和炎癥中起著積極作用。在本研究中,HLRS和PC組中單不飽和脂肪酸(油酸、棕櫚酸和硬脂酸)的相對(duì)含量顯著降低。因此,HLRS還可以促進(jìn)膽固醇分解代謝為CA,HLRS也可以通過促進(jìn)中鏈脂肪酸的產(chǎn)生和抑制單不飽和脂肪酸的增加來發(fā)揮降血脂的作用。PC組的降低效果與HLRS組相似。

相關(guān)研究表明,RS的攝入可以改善肥胖,并在降脂中發(fā)揮作用,這可能與菌群調(diào)節(jié)的膽汁酸成分變化有關(guān)。Chen等人發(fā)現(xiàn)BA可以通過激活FXR和SREBP1c途徑來調(diào)節(jié)脂肪生成并抑制超低密度脂蛋白(VLDL)的產(chǎn)生。總之,在我們的研究中,LLRS、MLRS和HLRS都可以通過促進(jìn)膽固醇分解代謝為CA來影響脂質(zhì)水平,但MLRS也可以抑制長鏈脂肪酸的產(chǎn)生,這可能與MLRS在改善高脂血癥和降低脂質(zhì)水平方面的最佳效果有關(guān)。

7. 代謝途徑分析

不同代謝產(chǎn)物的變化通過相應(yīng)代謝途徑的波動(dòng)進(jìn)一步反映出來。因此,我們接下來對(duì)NC、LRS和MC組之間的差異代謝物進(jìn)行了KEGG富集分析,以確定哪些途徑與差異代謝物有關(guān)(圖7A–D)。NC組和MC組之間受不同代謝產(chǎn)物影響的途徑(前5個(gè))是α-亞麻酸代謝、次級(jí)膽汁酸生物合成、蛋白質(zhì)消化和吸收、丙酸代謝和初級(jí)膽汁酸生物合成(圖7A)。研究表明,脂肪酸代謝與α-亞麻酸代謝途徑密切相關(guān)。Oliva等人還發(fā)現(xiàn),α-亞麻酸與脂質(zhì)代謝的改善有關(guān),在本研究中,NC組和MC組之間的差異代謝產(chǎn)物也將其確定為一種富集途徑。此外,HFD引起的脂肪堆積和肝臟脂肪變性與膽汁酸合成有關(guān)。補(bǔ)充NC和MC組的高脂血癥小鼠的差異代謝產(chǎn)物也顯示出初級(jí)膽汁酸合成途徑和次級(jí)膽汁酸合成通路的顯著富集。

LLRS和MC組之間受差異代謝產(chǎn)物影響的途徑(前5個(gè))是次級(jí)膽汁酸生物合成、丙酮酸代謝、初級(jí)膽汁酸生物合成、膦酸鹽和亞膦酸鹽代謝以及氮代謝(圖7B)。在MLRS和MC組之間,受影響的代謝途徑(前5個(gè))包括次級(jí)膽汁酸生物合成、丙酮酸代謝、初級(jí)膽汁酸生物合成,膦酸鹽和亞膦酸鹽代謝以及氮代謝(圖7C)。此外,相關(guān)研究表明,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的上調(diào)可以緩解HFD引起的肥胖。McCommis和Finck還發(fā)現(xiàn),肝臟脂肪變性和纖維化可以通過調(diào)節(jié)丙酮酸代謝來治療。LLRS、MLRS和MC組之間的差異代謝產(chǎn)物也顯示出丙酮酸代謝途徑的顯著富集。

HLRS和MC組在次級(jí)膽汁酸生物合成、初級(jí)膽汁酸生物合成、壽命調(diào)節(jié)途徑、脂肪酸生物合成以及角質(zhì)、木栓質(zhì)和蠟的生物合成中具有顯著富集的不同代謝產(chǎn)物(圖7D)。油酸和3,4-Mmethyleneazelaic acid等脂肪酸被認(rèn)為與脂質(zhì)代謝有關(guān),這與本研究中HLRS和MC組之間的差異代謝產(chǎn)物在脂肪酸合成途徑中顯著富集的事實(shí)一致。

此外,次級(jí)膽汁酸通過腸道重新吸收或通過糞便排出,以減少肝臟中的膽固醇積聚,從而有助于預(yù)防和改善脂肪肝疾病。補(bǔ)充LLRS、MLRS、HLRS和MC組的高脂血癥小鼠的差異代謝產(chǎn)物在初級(jí)膽汁酸合成途徑和次級(jí)膽汁酸合成通路中也表現(xiàn)出顯著富集。

8. “腸道微生物群-代謝產(chǎn)物-血脂指數(shù)”軸的構(gòu)建

接下來我們?cè)趯偎缴蠈?duì)結(jié)腸差異代謝產(chǎn)物、差異菌群和血脂水平進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析(圖8)。在轉(zhuǎn)錄組學(xué)方面,先前的研究表明,LRS對(duì)高脂血癥小鼠具有一定程度的降脂作用。我們之前的研究已經(jīng)證實(shí)補(bǔ)充LRS可以降低甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL-C)和低密度脂蛋白(LDL-C)。此外,本研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物與高脂血癥有關(guān)。因此,我們使用Cytoscape V3.7.1構(gòu)建了腸道微生物群-代謝物-血脂指數(shù)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)圖(圖8)。

LLRS小鼠結(jié)腸中Alistipes豐度的增加與甲酸呈正相關(guān)。甲酸與血清TC、LDL-C和HDL-C呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。HLRS小鼠結(jié)腸中Parasuttevella豐度的降低與3,4-Mmethyleneazelaic acid呈負(fù)相關(guān),3,4-Mmethyleneazelaic acid與血清TC、LDL-C和HDL-C呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。HLRS小鼠結(jié)腸中腸桿菌豐度的降低與油酸呈正相關(guān),而油酸與TG和HDL-C呈正相關(guān)(P<0.05)。中鏈脂肪酸(3,4 -Mmethyleneazelaic acid)已被證明可以通過降低血清膽固醇來改善高脂血癥,而油酸被認(rèn)為與脂質(zhì)沉積和脂質(zhì)產(chǎn)生有關(guān)。在MLRS組中,norank_f_Muribaculaceae豐度的增加與CA呈正相關(guān)。CA與血清TG、TC和LDL-C呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。相關(guān)研究證實(shí),CA是由膽固醇分解代謝形成的,因此CA的產(chǎn)生有利于膽固醇的分解代謝,從而起到降低血脂的作用。此外,補(bǔ)充LLRS、MLRS和HLRS可降低小鼠結(jié)腸中Allobaculum的水平,Allobaculum與20-羧基白三烯B4(C20)和油酸(C18)呈正相關(guān)。這些代謝產(chǎn)物與TG、TC、LDL-C和HDL-C呈正相關(guān)(P<0.05)。研究表明,長鏈脂肪酸可以影響脂肪生成和脂滴的形成。此外,Allobaculum在HFD小鼠腸道中的豐度已被證明顯著增加。這些結(jié)果表明,不同劑量的LRS可以抑制Allobaculum的增殖,減少DCA、20-羧基白三烯B4和油酸的分泌,從而降低TG、TC、LDL-C和HDL-C的水平。此外,LLRS還可以通過促進(jìn)Alistipes的增殖、分泌甲酸和降低TC、LDL-C和HDL-C水平來改善小鼠的高脂血癥。MLRS還可以通過增加norank_f_Muribaculaceae的豐度、分泌CA以及降低TG、TC、LDL-C和HDL-C的水平來改善小鼠的高脂血癥。而HLRS還可以通過抑制Parasuttevella和腸桿菌的增殖,促進(jìn)3,4-Mmethyleneazelaic acid和減少油酸分泌,以及降低TC、HDL-C、TG和LDL-C水平來改善小鼠的高脂血癥。

圖9 蓮子抗性淀粉通過腸道微生物代謝軸改善高脂血癥的示意圖

總之,本文旨在研究不同劑量的LRS補(bǔ)充對(duì)HFD誘導(dǎo)的高脂血癥小鼠腸道微生物群和代謝產(chǎn)物的影響,并進(jìn)一步構(gòu)建“腸道微生物群-代謝產(chǎn)物-血脂指數(shù)”軸。我們的數(shù)據(jù)表明,攝入不同劑量的LRS可以調(diào)節(jié)腸道微生物群及其代謝,并提高血脂水平。此外,攝入LLRS、MLRS和HLRS可以抑制Allobaculum的增殖,從而減少代謝產(chǎn)物DCA、20-羧基白三烯B4和油酸的產(chǎn)生,這些代謝產(chǎn)物的減少也可以抑制TG、TC、LDL-C和HDL-C的水平(圖9)。此外,LLRS還可以促進(jìn)Alistipes的增殖,增加代謝產(chǎn)物甲酸的分泌,從而降低血脂水平。MLRS通過促進(jìn)norank_f_Muribaculaceae的生長,刺激膽固醇分解為CA,從而降低TG、TC和LDL-C的水平。此外,HLRS通過抑制Parasutterrlla和腸桿菌的增殖,促進(jìn)代謝產(chǎn)物3,4-Mmethyleneazelaic acid的分泌和抑制油酸的分泌,降低TC、TG、LDL-C和HDL-C水平。根據(jù)我們團(tuán)隊(duì)先前的研究,淀粉的結(jié)構(gòu)與腸道微生物群的增殖有關(guān)。粗糙的淀粉顆粒表面形態(tài)可以保護(hù)腸道有益細(xì)菌免受酸等代謝產(chǎn)物的破壞,從而促進(jìn)一些腸道有益細(xì)菌的增殖。因此,本實(shí)驗(yàn)制備的LRS是一種具有粗糙顆粒表觀形態(tài)的3型抗性淀粉,這為本實(shí)驗(yàn)中優(yōu)勢(shì)菌群的增殖提供了有利條件。

結(jié)論

因此,結(jié)合我們之前的研究結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)中劑量LRS補(bǔ)充對(duì)高脂血癥小鼠的脂肪肝病變和血脂異常的效果最好,這可能與促進(jìn)norank_f_Muribaculaceae生長和抑制Allobaculum增殖有關(guān),從而促進(jìn)膽固醇分解為CA并抑制長鏈脂肪酸的產(chǎn)生。然而,本研究中不同劑量LRS之間腸道微生物群和代謝產(chǎn)物的差異,以及不同代謝產(chǎn)物和微生物在高脂血癥小鼠中的調(diào)節(jié)機(jī)制,還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。盡管仍需要進(jìn)一步的研究來實(shí)施對(duì)潛在機(jī)制的研究,但綜合來看,我們的研究結(jié)果突出了LRS作為一種有用的天然活性健康食品對(duì)預(yù)防和保護(hù)高脂血癥的潛在益處。

原文鏈接:  
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861723004046

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