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天昊客户新文: 茯砖茶多糖通过调节肠道菌群减轻高脂饮食诱导的代谢综合征
        南京农业大学食品科学与技术学院近期在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上发表了茯砖茶多糖通过调节小鼠肠道菌群减轻高脂饮食诱导的代谢综合征文章,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:Fuzhuan brick tea polysaccharides attenuate metabolic syndrome in high-fat diet induced mice in association with modulation in the gut microbiota
期刊名:Journal of Agricultural and Food Chemistry  
发表时间:2018年3月8日
影响因子:3.1540
研究目的:
        肠道菌群已经被认为是治疗饮食引起的代谢综合征(MS)一个新靶点,本文旨在探讨茯砖茶多糖(FBTPS)对高脂饮食(HFD)小鼠代谢综合征和肠道菌群失调的影响,从而进一步探讨代谢综合征的衰减是否与小鼠肠道菌群调节相关。
研究对象
        40只雄性C57BL/6小鼠(6周龄)1周的驯化后,随机分为5组(每组8只):(1)正常饮食(ND组,10%的热量来自脂肪),水作为健康对照;(2)高脂饮食(HFD组,45%的热量来自脂肪),水作为模型对照;(3) HFD+添加200 mg/kg/day FBTPS (HFD-L组) 灌胃8周;(4) HFD+添加400 mg/kg/day FBTPS(HFD-M组) 灌胃8周;(5)HFD+添加800 mg/kg/day FBTPS(HFD-H组) 灌胃8周。在实验期间,每周记录食物摄入量和体重。
研究方法
组织学分析
        用生理盐水冲洗24小时后立即将肝脏和附睾脂肪固定于甲醛溶液(12%)。用30、50、70、80、90、95、100%乙醇脱水后,对所有样品进行石蜡包埋,显微切片切成5μm厚,苏木精-伊红染色。然后显微镜观察,附睾脂肪细胞大小由ImageJ软件评价。
生化分析
        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)含量。
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)、脂肪酸合酶(FAS)、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)、肝X受体α(LXRα)。
肠道菌群分析
        细菌16S扩增子测序区段为:(V4),每个样本测44397 条reads。
研究结果:
 FBTPS可减轻高脂饮食(HFD)诱导的代谢综合征

        与ND组相比,HFD处理8周后导致体重、脂肪组织重量(附睾和肾周脂肪)、附睾脂肪细胞大小、肝脏重量和肝脏脂质沉积明显增加(图1a−h)。膳食补充FBTPS能以剂量依赖性方式防止体重增加、脂肪堆积、附睾脂肪细胞增大和肝脂质沉积。


 
图1  FBTPS对指标的影响 :(A)体重、(B)体重增加、(C)附睾脂肪、(D)肾周脂肪、(E)附睾脂肪细胞的显微切片、(f)附睾脂肪细胞大小、(g)肝重、(h)肝显微切片H & E染色。箭头表示小脂滴。n = 8。
       与ND组相比,HFD干预后血清中TC、LDL-C水平均显著升高(图2a, c)。正如预期的那样,FBTPS,尤其是高剂量的FBTPS,可以显著降低这些指标水平。然而,血清TG和HDL-C水平没有受FBTPS处理明显影响(图2b,d)。以上结果表明茯砖茶多糖(FBTPS)干预可明显减轻高脂饮食诱导的小鼠代谢综合征。


 
图2  FBTPS对血清生化指标的影响:TC (a)、TG (b)、LDL-C (c)、HDL-C (d),n = 8。
FBTPS调节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。因此本文通过qRT-PCR调查了FBTPS对肝脂肪代谢相关基因(CPT-1, PPARα, PPARγ, SREBP-1c, FAS, LXRα)表达的影响。如图3所示,与ND组相比,HFD组中FAS, LXRα, PPARγ, SREBP-1c明显高表达,CPT-1和PPARγ则表达降低。与HFD组相比,FBTPS
        处理可导致LXRα, FAS, SREBP-1c, PPARγ表达下调,而CPT-1则表达上调。高剂量FBTPS处理组中的CPT-1, PPARγ, SREBP-1c, FAS, LXRα表达水平与ND组差异不大。


 
图3  FBTPS对CPT1 (a), LXRα (b), FAS (c), SREBP-1c (d), PPARα (e), PPARγ (f)表达的影响,n = 8。
肠道菌群整体结构对HFD和FBTPS的响应
        在HFD组,Simpson指数显著增加和香农指数下降,表明其具有较低的微生物群落多样性(图4a)。而高剂量的FBTPS处理可以显著恢复微生物多样性。
        PCA图ND组和HFD组明显分离(图4B)。而肠道菌群组成对FBTPS处理响应明显,如PC1所示HFD-H组远离HFD组但是接近ND组,表明FBTPS能逆转HFD破坏的肠道菌群恢复到健康状态。
        层次聚类分析也证实了HFD和ND组两者之间的显著分离(图4c),并且FBTPS干预能使HFD-H组接近ND组。
        分析表明小鼠肠道菌群在门的水平主要是以厚壁菌门和拟杆菌门为主,在HFD组,厚壁菌门的相对丰度增加,而拟杆菌的相对丰度下降(图4d,e), 这导致了F/B比值显著高于ND组。然而,FBTPS对厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度,以及F / B比值的影响有限。


 
图4  FBTPS调节HFD破坏的肠道菌群组成。(a)Shannon和InvSimpson指数比较;(b)肠道菌群的PCoA分析;(c)层次聚类分析;(d)肠道菌群门级细菌分类;(e)厚壁菌门,拟杆菌门相对丰度,以及厚壁菌门/拟杆菌门比例。
 
       与ND组相比,科水平上HFD组Porphyromonadaceae, Rikenellaceae, Lactobacillaceae, Bdellovibrionaceae相对丰度降低,Erysipelotrichaceae, Coriobacteriaceae, Streptococcaceae相对丰度增加(图5)。而FBTPS干预能显著逆转HFD诱导的Erysipelotrichaceae,Coriobacteriaceae, Streptococcaceae的相对丰度增加。FBTPS干预对HFD诱导的Porphyromonadaceae, Rikenellaceae, Lactobacillaceae, Bdellovibrionaceae的相对丰度减少影响有限。


 
图5肠道菌群的细菌分类。(a)科水平细菌组成的气泡图;(b)科水平20个丰度最高肠道菌群的比较分析。
       考虑到相同科水平下不同细菌对HFD或FBTPS的反应不同,因此非常有必要鉴定FBTPS处理后OTUs水平的改变。结果发现FBTPS干预可以显著改变95个OTUs(图6)。其中被HFD改变的95个OTUs分别有27, 23和30个OTUs可以被HFD-L, HFD-M, HFD-H组逆转。FBTPS共造成46个OTUs被逆转。


 
图6 HFD处理和FBTPS对肠道菌群组成的改变。(a)热图显示95个OTUs的相对丰度;(b)被HFD和FBTPS干预的OTUs改变方向。○和●分别表示ND组或FBTPS组中的OTUs丰度相对HFD组减少或增加;*表示ND组中被HFD改变的OTUs可以被FBTPS恢复;(c)被FBTPS调节的细菌OTUs信息(门、科、属、种)。
       使用Spearman相关分析识别可能有助于减轻高脂饮食诱导的小鼠代谢综合征(MS)的OTUs。如图7所示,它被发现是44个OTUs与至少一个MS参数正相关或负相关。


 
图7  46个被FBTPS 逆转的OTUs与MS参数显著相关。(a) 被HFD和FBTPS干预的OTUs改变方向。○和●分别表示ND组或FBTPS组中的OTUs丰度相对HFD组减少或增加;(b) OTUs与MS参数的Spearman相关分析结果,方块颜色代表Spearman相关R-value。* 和 **分别表明显著相关(P<0.05,P<0.01);(c)细菌类群OTUs信息(门、科、属、种)。
 
总结:
        茯砖茶多糖(FBTPS)干预可明显减轻高脂饮食诱导的小鼠代谢综合征。
        根据测序结果,茯砖茶多糖(FBTPS)处理可以增加高脂饮食诱导的肠道菌群多样性。
        茯砖茶多糖(FBTPS)干预能显著恢复饮食诱导的Erysipelotrichaceae, Coriobacteriaceae 和Streptococcaceae相对丰度增加。
        Spearman相关分析表明44个关键OTUs与代谢综合征(MS)正相关或负相关。
        研究结果表明,茯砖茶多糖(FBTPS)可以通过调节肠道菌群从而预防高脂饮食诱导的代谢综合征。




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