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天昊客户新文: 苦丁茶和茯砖茶可通过调节肠道菌群来预防肥胖
        南京农业大学食品科学与技术学院近期在《Molecular Nutrition & Food Research》上发表了苦丁茶和茯砖茶通过调节高脂饮食喂养小鼠的肠道菌群来预防肥胖的文章,在这项研究中天昊生物有幸承担了样品的扩增子测序和生物信息学分析工作。在恭喜天昊生物客户发表微生物文章同时,我们想跟大家分享一下文章的研究思路。
英文题目:Kudingcha and Fuzhuan brick tea prevent obesity and modulate gut microbiota in high-fat diet fed mice
期刊名:Molecular Nutrition & Food Research  
发表时间:2018年1月
影响因子:4.323
研究背景:
        苦丁茶(KDC)和茯砖茶(FBT)在预防和治疗代谢紊乱方面已经多有报道,然而苦丁茶和茯砖茶对肠道菌群的调节作用与预防肥胖之间的关系目前仍然不清楚。
研究对象
        32只雄性C57BL/6小鼠(6周龄,体重19.69±0.85克)分为4组(每组8只):第一组小鼠给予正常饮食喂养+200微升水(ND组)、第二组小鼠给予高脂饮食喂养+200微升水(HFD组)、第三组小鼠给予高脂饮食喂养+200微升的400 mg/kg/day苦丁茶(KDC)提取物(HFD-KDC组)、第四组小鼠给予高脂饮食喂养+200微升的400 mg/kg/day茯砖茶(FBT)提取物(HFD-FBT组)。每组小鼠驯化一周后灌胃8天。每周测量食物摄入量和体重。粪便、肝、血、肾周脂肪组织和附睾脂肪组织实验结束时收集,立即在液氮中冷冻保存在-80℃。
研究方法
        生化分析、内毒素血症和细胞因子测定
        用商业试剂盒测定血清中的甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平及甘油三酯含量。
        用商用试剂盒测定肝脏中的甘油三酯(TG)、丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)含量。
        用商业ELISA试剂盒测定血清中的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-6(IL-6)、脂多糖(LPS)和C-反应蛋白。
宿主基因表达量检测
        使用qPCR测定肝脏脂质代谢相关基因表达量:肉毒碱棕榈酰转移酶-1(CPT-1)、过氧化物酶体增生物激活受体α(PPARα)、过氧化物酶体增生物激活受体γ(PPARγ)、固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)、脂肪酸合酶(FAS)、肝X受体α(LXRα)。
肠道菌群分析
        细菌16S扩增子测序区段为:(V4),每个样本至少测44397条clean reads。
研究结果:
苦丁茶(KDC)和茯砖茶(FBT)减弱HFD喂养小鼠的肥胖特征
       在8周的饲养试验中,高脂饮食(HFD组)小鼠的体重明显增加,附睾和肾周脂肪积累,肝重和肝脏TG含量增加。但是补充FBT或KDC提取物能明显减轻体重,这正好与附睾和肾周脂肪积累显著下降,肝重和肝脏TG含量减少相符(图1),并且这些指标与ND对照组没有显著差异。


 
图1  8周的干预过程中FBT和KDC对体重 (a)、体重增加(b)、附睾脂肪(c)、肾周脂肪(d)、肝脏重量(e)和肝脏TG含量(f)的影响。
 
       图2显示了血清生化指标的测定结果,包括TG、TC、LDL-C和HDL-C水平。据观察,高脂饮食导致TC和LDL-C水平显著增加(图2A和C),和HDL-C水平显著降低(图2D)。补充FBT能显著降低TG和LDL-C水平。这些结果表明,在FBT能减轻高脂饮食喂养小鼠血脂特征,而KDC对血脂水平的影响有限。


 
图2  FBT和KDC对血生化指标的影响,包括TC (a),TG (b),LDL-C (c),HDL-C (d)。
 
FBT和KDC对高脂饮食喂养小鼠肝脏氧化损伤,血清炎症和内毒素血症的影响
        据报道,高脂饮食可导致肝高氧化应激,有助于肝脏脂质沉积,从而导致肝脏的许多疾病。因此通过抗肥胖制剂来调节肝氧化应激在减肥过程中起着非常重要的作用。肝脏中的抗氧化酶如SOD、CAT和GSH-Px在控制脂质过氧化反应中起着重要作用。本研究发现高脂饮食导致肝脏中SOD, CAT和GSH-Px水平降低, MDA水平升高。而KDC和FBT则可以显著预防高脂饮食诱导的肝脏氧化应激参数改变,例如KDC和FBT可以使SOD, CAT和GSH-Px水平升高,MDA水平降低。
       促炎性细胞因子和内毒素水平的升高已被报道与高脂诱导小鼠的肥胖相关疾病相关。本研究确实发现,相对于ND对照组,HFD组血清中具有更高水平的LPS、TNF-α、IL-6和CRP。而KDC和FBT则可以使LPS、TNF-α、IL-6和CRP水平显著降低。
FBT和KDC调控脂质代谢相关基因的表达
       以往的研究表明,高脂饮食HFD可以调控肝脏脂肪酸合成和抗氧化基因的表达。实时定量PCR结果发现高脂饮食HFD引起LXRα, FAS, SREBP-1c和 PPARγ表达上调,CPT-1 和PPARα表达下调。而FBT与KDC可以显著降低FAS,SREBP-1c和PPARγ表达。


 
图3  FBT和KDC对肝脏中CPT1(a), LXRα (b), FAS(c), SREBP-1c (d), PPARα (e) , PPARγ(f)的表达影响。
 
肠道菌群对HFD, FBT和KDC的响应
       高脂饮食HFD可以降低肠道菌群的多样性,而FBT与KDC可以提高肠道菌群多样性至ND对照组水平,另外KDC在改善肠道菌群多样性方面效果更好。
       PCoA分析可以把ND组和HFD组明显分开(图4A,B),同时可以把HFD组、HFD-FBT 组和HFD-KDC组明显分开,这说明FBT与KDC对HFD喂养的小鼠肠道菌群确实有调节作用。PC1轴结果则说明FBT和KDC可以恢复被HFD破坏的肠道菌群结构至ND对照组水平。
       群落结构柱状图结果说明小鼠的肠道优势菌群是厚壁菌门和拟杆菌门(图4C)。HFD可以明显改变肠道菌群结构,例如厚壁菌门丰度增加同时拟杆菌门丰度降低,另外HFD可以显著提高厚壁菌门/拟杆菌门的比例,而FBT可以削弱这种增长趋势至对照水平。


 
图4  FBT和KDC调节高脂饮食破坏的肠道菌群组成。(a)肠道菌群的PCoA分析;(b)样本UPGMA聚类树;(c)门水平肠道菌群的组成;(d)厚壁菌门,拟杆菌门相对丰度,以及厚壁菌门/拟杆菌门比例。
       考虑到相同科水平下不同细菌对同一环境压力(例如HFD)的反应不同,因此非常有必要鉴定被HFD, FBT和KDC改变的特定细菌类型,结果发现HFD处理可以使69个OTUs丰度上调,53个OTUs丰度下调;KDC处理可以使22个OTUs丰度上调,16个OTUs丰度下调;FBT处理可以使37个OTUs丰度上调,37个OTUs丰度下调(图5)。被HFD影响的OTUs可以被KDC(30个)或者FBT(58个)逆转,因此在调整高脂诱导的肠道菌群方面FBT比KDC更加有效。


 
图5 被FBT或KDC改变的100个OTUs相对丰度。(a)100个OTUs相对丰度热图;(b)被FBT或KDC影响的细菌类群(门、科、属)变化方向。
 
总结:
       补充苦丁茶和茯砖茶可以明显调节氧化损伤,炎症反应、脂质代谢和降低高脂饮食诱导的肥胖。
       苦丁茶和茯砖茶可以提高肠道菌群的多样性。
       苦丁茶可以降低Erysipelotrichaceae相对丰度,茯砖茶可以降低厚壁菌门/拟杆菌门的比例,但是可以提高Bifidobacteriaceae(双歧杆菌科)的相对丰度。
       这些结果表明,苦丁茶和茯砖茶能通过调节肠道菌群从而减轻高脂饮食喂养小鼠的代谢综合征特征。





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