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原花青素對小鼠血脂代謝紊亂與腸道菌群干預的影響

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-08-17
核心提示:隨著我國經濟水平的提高,居民飲食結構也發生了很大的變化,高脂膳食已成為目前大部分人的飲食習慣,由高脂膳食引起的血脂代謝紊亂成為普遍現象。脂質在維持人體內正常代謝平衡方面做出很大貢獻。
   隨著我國經濟水平的提高,居民飲食結構也發生了很大的變化,高脂膳食已成為目前大部分人的飲食習慣,由高脂膳食引起的血脂代謝紊亂成為普遍現象。脂質在維持人體內正常代謝平衡方面做出很大貢獻。血脂代謝紊亂與心腦血管、糖尿病、高血壓以及代謝綜合征等關系密切,有效控制血脂代謝紊亂,可改善人們的健康水平,提升幸福指數。高脂飲食會使腸道微生態發生改變,有研究報道高脂飲食在易肥胖鼠中造成腸桿菌增多,而在所有表型鼠中均可造成擬桿菌和梭菌目菌落的增多。
 
  原花青素的消化吸收主要發生在小腸部位,腸道菌群賴以生存的養料主要來自于未被小腸消化吸收的部分物質,原花青素及其代謝產物對腸道菌群有明顯影響,原花青素與腸道菌群的相互作用可能是原花青素發揮生物活性作用的重要原因。二代測序Illumina MiSeq是目前應用最多的技術,具有低成本、時間短、通量高等優點。上海應用技術大學香料香精技術與工程學院的楊昌銘、肖瀛*和吳其國等人采用Illumina高通量測序為主要技術手段,以食源性原花青素分布廣泛的二聚體B2為研究對象,探究原花青素B2干預高脂膳食模型小鼠血脂代謝紊亂及對腸道菌群結構的影響。
 
  01
 
  原花青素對高脂小鼠臟器指數的影響
 
  結果顯示,與對照組相比,高脂組小鼠的肝、腹脂、結腸和心臟均存在顯著性差異(P<0.05),高脂膳食飼養的小鼠肝、腹脂和心臟指數均大于對照組和原花青素B2,且原花青素B2飲食干預后,高脂小鼠的肝、腹脂、結腸和心臟指數顯著性降低(P<0.05)。
 
  02
 
  原花青素對小鼠血脂指標和肝組織酶活力指標的影響
 
  結果顯示,3 組小鼠中T-CHO濃度最高的是高脂組,且與對照組和原花青素B2組存在顯著性差異(P<0.05)。原花青素B2組的TG濃度相對于高脂組顯著降低(P<0.05),原花青素B2干預下HDL-C濃度增加但不顯著。高脂組和對照組AI指數存在顯著性差異(P<0.05),對照組和原花青素B2組沒有顯著性差異。表明原花青素B2可調節高脂膳食引起的血脂代謝異常。
 
  結果顯示,3 組總脂酶活力均存在顯著性差異(P<0.05),3 組中高脂組總脂酶活力最低,原花青素B2組最高,脂蛋白酶活力中高脂組和原花青素B2組存在顯著性差異(P<0.05),肝脂酶活力中對照組和高脂組有顯著性差異(P<0.05),原花青素B2組和對照組無顯著性區別。表明原花青素B2可增強小鼠肝酶活力,從而達到改善血脂異常的作用。
 
  03
 
  原花青素對小鼠抗氧化指標的影響
 
  結果顯示,與對照組相比,高脂組小鼠肝的T-AOC、T-SOD、CAT和MDA色譜均存在顯著差異(P<0.05),在原花青素B2干預后T-SOD和CAT活力顯著增加,MDA含量顯著降低(P<0.05),T-AOC有所增加但不顯著。結腸的抗氧化活性中,高脂組的T-AOC和T-SOD活力與對照組相比差異顯著(P<0.05),原花青素B2飲食干預后,T-AOC、T-SOD和CAT水平顯著增加,MDA水平顯著減少(P<0.05),表明原花青素B2具有抑制高脂小鼠氧化損傷的作用。
 
  04
 
  原花青素B2對小鼠腸道菌群多樣性分析結果
 
  如圖1所示,樣品在序列相似度97%的OTU數共有831 個,對照組有293 個,高脂組有265 個,原花青素B2組有273 個,對照組、高脂組和原花青素B2組共有201 個,另外對照組和高脂兩組共有17 個,對照組和原花青素B2組共有23 個,高脂組共有和原花青素B2組共有37 個。
 
  如圖2A所示,橫坐標是隨機抽取的測序數據量,縱坐標是實際觀測到的多樣性指數(Shannon指數)。每條線代表一個樣本,隨著樣本量的增加,線條在逐漸趨于平緩,可見Shannon曲線平臺期。這表明測序的深度已經滿足了檢測樣品中的所有物種。如圖2B所示,運用統計學T檢驗的方法,Sobs指數中對照組和高脂組存在極顯著性差異,表明原花青素B2飲食干預后,使得高脂模型小鼠的腸道菌群豐度增加。
 
  主坐標分析(PCoA)結果如圖3所示,橫縱主坐標成分的貢獻率分別是65.31%和9%,對照組、高脂組和原花青素B2組3 組樣本點區別明顯,對照組與原花青素B2組的樣本點距離小于對照組和高脂組間的距離,說明原花青素B2組的菌群結構有向對照組的菌群結構模式調節的趨勢。
 
  05
 
  原花青素對小鼠腸道菌群物種組成和差異性分析結果
 
  基于門分類水平上原花青素對小鼠腸道菌群物種組成和差異性分析如圖4所示,對照組中厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)和變形菌門(Proteobacteria)在腸道菌群中相對豐度分別為51.39%、37.87%、9.42%和0.56%,與對照組比較,高脂組中厚壁菌門(Firmicutes)和變形菌門(Proteobacteria)是優勢菌,并且相對豐度分別為58.21%和37.15%,放線菌門(Actinobacteria,0.79%)和擬桿菌門(Bacteroidetes,3.70%)的數量減少,原花青素B2組與高脂組相比較,其中厚壁菌門(Firmicutes,63.97%)和擬桿菌門(Bacteroidetes,14.69%)的數量增加,變形菌門(Proteobacteria,20.90%)和放線菌門(Actinobacteria,0.27%)的數量減少。
 
  擬桿菌門/厚壁菌門比值(B/F值)發生顯著變化(P<0.05),其中高脂組B/F值顯著降低,而原花青素組較高脂組B/F值顯著升高(圖5)。
 
  由圖6可知,基于屬水平上,3 組小鼠腸道中埃希氏菌-志賀氏菌(Escherichia-Shigella)、未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)、腸桿菌屬(Faecalibaculum)、Romboutsia、乳梭菌屬(Lachnoclostridium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)、瘤胃球菌(Ruminococcaceae)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、擬桿菌(Parabacteroides)等13 種菌群有顯著性差異。3 組相比較,對照組中未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)、腸桿菌屬(Faecalibaculum)、乳桿菌屬(Lactobacillus)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等菌屬為優勢菌屬;高脂組中埃希氏菌-志賀氏菌(Escherichia-Shigella)、乳梭菌屬(Lachnoclostridium)、瘤胃球菌(Ruminococcaceae)和無害芽孢梭菌(Clostridium_innocuum_group)等菌屬占優勢。與高脂組相比,原花青素B2組占優勢的菌屬有未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)、Romboutsia、裂梭菌群(Clostridium_fissicatena_group)、毛螺旋菌屬(Lachnospiraceae)和擬桿菌(Parabacteroides)等菌屬。
 
  06
 
  原花青素B2對小鼠糞便中短鏈脂肪酸的影響
 
  原花青素B2對小鼠糞便中短鏈脂肪酸的影響結果顯示,高脂組較對照組在乙酸、丙酸和總酸含量顯著增加(P<0.05),原花青素B2干預可顯著增加丁酸的含量(P<0.05),這表明原花青素B2可調節產丁酸菌群的作用。
 
  討    論
 
  本研究發現原花青素B2干預可顯著降低高脂膳食小鼠模型的T-CHO、TG和AI指數,顯著增加肝組織脂蛋白酶活力、肝脂酶活力以及機體抗氧化能力。長期高脂膳食會引起機體脂質代謝紊亂,從而導致血脂異常,如T-CHO、TG和LDL-C水平升高,HDL-C水平降低。脂蛋白酶和肝脂酶是血漿脂蛋白代謝中的兩個關鍵酶,由于具有高相似度的氨基酸序列,所以具有共同的作用機制,肝脂酶參與LDL、HDL和極低密度脂蛋白的產生。
 
  本研究發現高脂組小鼠血漿的T-CHO、TG、LDL-C水平顯著上升,HDL-C水平下降明顯,小鼠體內T-AOC和T-SOD活性均顯著下降,而MDA水平上升,表明高脂組有著明顯的脂質過氧化損傷的現象。本研究發現高脂組小鼠結腸臟器指數上升,可能與結腸組織損失引發炎癥反應有關,經過原花青素B2干預后結腸的臟器指數下降,表明原花青素B2具有抗氧化干預高脂膳食導致消化道氧化損傷的作用。高脂膳食會致使小鼠體內B/F值降低,本研究的高脂膳食小鼠腸道B/F值顯著降低,經過原花青素B2干預后比值增加,小鼠腸道菌群的結構得到了調節。厚壁菌門和擬桿菌門與機體的脂質代謝有著密切關系,它們會形成一種相互促進的共生關系,共同促進宿主對于多糖的代謝,促進能量的吸收和儲存,而糖酵解所產生的磷酸二羥丙同酮還原后形成甘油,與丙酮酸氧化脫羧形成的乙酰輔酶A共同作用合成脂肪。
 
  本研究發現原花青素B2干預高脂模型小鼠的腸道中埃希氏菌-志賀氏菌(Escherichia-Shigella)顯著性降低,未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)顯著性增加。埃希氏菌-志賀氏菌(Escherichia-Shigella)為革蘭氏陰性菌。表明高脂膳食可通過增加埃希氏菌-志賀氏菌的豐度從而改變腸道菌群結構。未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)屬于丁酸鹽產生菌,有研究顯示高脂膳食會引起機體內腸道菌群未分類擬桿菌(Bacteroidales_S24-7_group)減少致使丁酸鹽減少,丁酸鹽的減少會破壞腸菌群生存環境的pH值,弱酸環境對于雙歧桿菌(Bifidobacterium)等益生菌的生長比較有利,本研究也發現原花青素B2干預高脂膳食小鼠腸道中雙歧桿菌相對豐度也有增加的趨勢。
 
  本研究發現高脂膳食可導致腸道乙酸含量增多,這可能是過多攝入的脂肪等未被消化的營養素在結腸經乙酰輔酶A或Wood-Ljungdahl途徑產生,研究發現體內乙酸的增加可導致胰島素抵抗的作用,從而加劇脂代謝異常。本研究結果發現高脂膳食小鼠經原花青素B2干預,腸道中丁酸含量顯著增加。研究表明,丁酸的代謝至少占結腸細胞能量需求的70%,丁酸可通過增加磷脂轉運蛋白mRNA的水平及磷脂轉運蛋白的分泌,促進膽固醇的轉運,激活蛋白PGC-1α增強線粒體功能,從而加速脂肪氧化,調節脂代謝異常。因此,原花青素B2干預可調節腸道中的擬桿菌、雙歧桿菌、消化鏈球菌和梭菌屬等豐度的變化,從而改善小鼠血脂代謝異常。本研究結果表明原花青素B2可以降低高脂小鼠血脂水平、抗氧化活性和增強肝酶活性,調節腸道菌群豐度和結構,促進短鏈脂肪酸的產生,從而可能改善血脂代謝紊亂。
 
 
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