|
本文由廖维瑶编译，董小橙、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转发转载。 褪黑素已经被证明可以改善动物和人类的脂质代谢和肠道微生物群落;然而，褪黑素是否通过重新编码肠道微生物群预防肥胖还有待研究。本研究中,我们发现高脂饮食促进了脂质积累并使得小鼠的肠道菌群失调,而口服补充褪黑素能减轻脂质积累和逆转的肠道微生物群失调,包括调节肠道菌群的多样性、拟杆菌和Alistipes的相对丰度、微生物群落的功能分,如能量代谢,脂质代谢和碳水化合物代谢。有趣的是，褪黑素未能缓解抗生素处理小鼠体内高脂诱导的脂质积累;然而，移植褪黑素干预小鼠的肠道微生物群缓解了高脂饮食诱导的脂质代谢紊乱。值得注意的是，高脂饮食小鼠中，短链脂肪酸减少，而褪黑素干预提高了乙酸的产生。相关分析发现，乙酸的产生与拟杆菌和Alistipes的相对丰度显著相关。重要的是，乙酸钠治疗也减轻了高脂饮食引起的脂质代谢紊乱。综上所述，我们的研究结果表明，褪黑素可以改善高脂肪饮食喂养小鼠的脂质代谢，其潜在机制可能与肠道微生物群的重新编码有关，尤其是与拟杆菌和Alistipes介导的乙酸产生有关。需要进一步对代谢综合征患者进行研究，充分了解褪黑素对体重和血脂的影响以及肠道微生物群作用的潜在机制。 论文ID 原名：Melatonin reprogramming of gut microbiota improves lipid dysmetabolism in high fat diet-fed mice 译名：褪黑素重新编码肠道微生物可以改善高脂饮食小鼠的脂质代谢失调 期刊：Journal of Pineal Research IF：11.613 发表时间：2018年 通信作者：Xin Wu, Wenkai Ren, Tiejun Li 通信作者单位：中国科学院亚热带农业研究所亚热带农业生态过程实验室；湖南省动物营养生理与代谢过程重点实验室；华南农业大学动物科学学院亚热带动物营养与饲料研究所。 实验设计 实验包含四个部分的动物实验，第一部分为褪黑素处理实验，将小鼠随机分为对照组、高脂（HF）组和高脂+褪黑素组(MelHF)组(n=10)，MelHF组小鼠给予含有0.4 mg/mL褪黑素的饮水；第二部分为抗生素处理小鼠褪黑素干预实验，小鼠被随机分为对照组、HF组、MelHF组和抗生素+MelHF组(n = 10);第三部分为肠道菌群移植实验，小鼠被随机分为三组，分别接受来自对照组(MT-Cont)、褪黑素组(MT-Mel)、HF组(MT-HF)、HF+褪黑素组(MT-MelHF)的肠道菌群移植，同时给与HF饮食和常规饮水；第四部分为乙酸钠干预实验，小鼠被随机分为对照组、HF、HF+乙酸钠(ACEHF)组，乙酸钠处理小鼠引用含有150 mM乙酸钠的饮用水。 实验内容 1 褪黑素减轻HF饮食喂养小鼠的脂肪蓄积 补充褪黑素能改善血脂积累和血清TG代谢，然而对体重、肝脏重量、血清胆固醇、高密度脂蛋白和葡萄糖水平影响不大。因为之前的一项研究表明，褪黑素在改善这些指标需要10周的褪黑素干预，故需要在长期实验中进行进一步的研究。此外，还需要进一步的褪黑素高剂量补充实验研究HF饮食喂养小鼠脂质代谢的影响。 图1 褪黑素干预改善了HF饮食喂养小鼠的脂质代谢
2 褪黑素改善HF饮食喂养小鼠脂质代谢基因的表达 为了研究褪黑素影响脂类代谢的分子机制,我们测量了皮下脂肪组织和肝脏中几个与脂质代谢相关的基因的表达,包括PPARɑ/γ,SREBP1/2,LXRɑ/β和ACC。结果支持了褪黑素能改善HF饮食喂养小鼠脂质代谢的结论。 图2 褪黑素干预改善了HF饮食喂养小鼠皮下脂肪组织和肝脏脂质代谢的基因表达
3 褪黑激素重新编码HF饮食喂养的小鼠的肠道微生物群 肠道菌群对HF饮食的响应程度很高，包括菌群多样性的降低，拟杆菌、Alistipes和Parasutterella的相对丰度降低，乳酸菌的富集。褪黑素通过增加菌群多样性和增加拟杆菌、Alistipes和Parasutterella的相对丰度，降低乳酸菌的相对丰度，显著地重组了HF喂养小鼠肠道菌群。 图3 褪黑素干预改善了HF饮食喂养小鼠肠道微生物群
4 使用抗生素消除小鼠体内的肠道微生物不能阻止褪黑素对HF饮食喂养小鼠的抗肥胖作用 与MelHF组相比，MelHF +抗生素组小鼠体重增加更多(图4A和B),而两组之间皮下脂肪组织的相对重量相似(P > 0.05) (图4C和F)。我们进一步计算了内脏脂肪组织的相对重量，与HF组相比，MelHF组内脏脂肪组织的相对重量也有所下降(P<>，但与MelHF+抗生素组比较，两者的相对重量相似(图4D)。血脂测定(图4G-K)进一步证实抗生素消除小鼠体内的肠道微生物不能阻止褪黑素对HF饮食喂养小鼠的抗肥胖作用。 图4 缺乏微生物群不能阻断褪黑素对HF饮食喂养小鼠的抗肥胖作用
5 褪黑素处理小鼠的微生物群移植不能影响HF饮食喂养小鼠的脂质代谢 褪黑素处理小鼠的微生物群移植有增加HF喂养小鼠的体重的趋势(P>0.05)同时增加体重增加量(P<>，而肝脏、皮下脂肪组织和内脏脂肪组织的相对重量没有变化(P>0.05)。有趣的是，褪黑素处理小鼠的微生物群移植提高了血清中胆固醇和HDL的水平(P<>，但对TG、LDL、葡萄糖和AST的水平影响不大(P>0.05)。这些结果表明，褪黑素处理小鼠的微生物群移植对HF饮食小鼠的脂质代谢没有影响(图5)。 事实上，在门水平上，褪黑素处理小鼠的微生物群移植倾向于增加厚壁菌门的相对丰度，而减少拟杆菌门(P>0.05)和放线菌门的相对丰度(P<>图6)。在目水平上，MT-Mel组肠道菌群中Erysipelotrichales下降(P<>，而乳酸菌目和拟杆菌目没有明显变化(P>0.05)(图6)。属水平上，MT-Mel组乳酸菌相对丰度较高(P=0.063)，拟杆菌和异丙环菌相对丰度较MT-Cont组明显降低(P<>图6)。 综上所述，目前的数据表明褪黑素对肠道微生物群的影响可能与饮食或健康状况有关。由于肠道微生物群组成的差异，褪黑素处理的小鼠体内的微生物群移植未能改善HF饮食喂养小鼠的脂质代谢。 图5 褪黑素干预小鼠的微生物群移植不能影响HF饮食喂养小鼠的脂质代谢 图6 MT-Cont和MT-Mel组小鼠的肠道微生物群对粪菌移植的反应
6 MelHF组小鼠的微生物群移植在HF饮食喂养小鼠中也具有类似的抗肥胖作用 MelHF组的菌群移植逆转了Firmicutes和Bacteroidetes的变化(P<>图7a)。同时, MT-HF组拟杆菌目和拟杆菌属相对丰度下降(P < 0.01),="">组的菌群移植拟杆菌目增加(P <>图7 B和C)。此外,我们还研究了梭菌和Odoribacter (图7 B和C)。这些结果表明，HF和MelHF组小鼠的肠道微生物群，与移植了HF和MelHF组粪便微生物群的小鼠肠道微生物群落相似，这进一步支持了褪黑素对肠道微生物群的影响与饮食或健康状况有关的假说。 我们进一步研究了MelHF组小鼠的微生物群移植对HF饮食喂养小鼠脂质代谢的影响。从图8中可以看出，MT-HF组体重在第10 ~ 14天有高于MT-Cont组和MT-MelHF组的趋势(P>0.05)。与MT-Cont小鼠相比，HF饮食喂养小鼠的微生物群移植加速了体重的增加(P<>，而MT-MelHF组的体重增加较低(P=0.063)。各组间肝脏相对重量、皮下脂肪组织相对重量相似(图8C-D)。皮下脂肪组织HE染色和肝脏油红O染色(图8E-F)显示，MT-HF组皮下脂肪脂肪细胞平均大小略大于MT-Cont组和MT-MelHF组。此外，与MT-Cont组相比，HF小鼠移植后血清TG (P<>、CHOL (P<>、HDL (P<>水平明显升高，而MT-Cont组与MT-MelHF组相比，血清TG、CHOL水平无明显差异(图8G-I)。同时，移植小鼠血清LDL和葡萄糖水平未发生变化(图8J和K)，这些结果共同直接表明，微生物群介导了HF饮食喂养小鼠褪黑激素的抗肥胖作用。 图7 MT-Cont、MT-HF和MT-MelHF组小鼠的肠道微生物群对粪菌移植的反应 图8 MelHF干预小鼠的微生物群移植改善了HF饮食喂养小鼠的脂质代谢
7 微生物介导的乙酸产生可能参与了褪黑素对HF饮食喂养小鼠的抗肥胖作用 HF显著降低了小鼠粪便中乙酸(P<>和丙酸(P<>的水平，而褪黑素能缓解HF喂养小鼠体内乙酸的下降(P>0.05)，对照组与MelHF组间乙酸水平差异不显著(P>0.05)。我们也检测了抗生素处理的小鼠结肠SCFAs，结果显示，与粪便SCFAs相似，HF组乙酸有下降趋势(P=0.066)，对照组与MelHF组比较差异无统计学意义(P>0.05)(补充图1)。抗生素治疗下，异丁酸、戊酸、异戊酸等SCFAs均显著降低(P<>。基于抗生素处理小鼠的数据，我们得出结论，SCFAs受微生物群改变影响显著，尤其是对乙酸，而乙酸可能是褪黑素介导的脂质代谢改善的潜在机制。 然而，我们并不排除微生物群的改变不产生醋酸或醋酸的改变可能是由其他因素引起的可能性。有趣的是，本研究中乳酸菌、拟杆菌、Alistipes和Parasutterella均发生了变化，均属于产乙酸属。因此，我们对乙酸与乳酸杆菌、拟杆菌、Alistipes、Parasutterella进行了Pearson相关分析(图9D-G)。令人惊讶的是，粪便中乙酸的产生与拟杆菌和Alistipes的相对丰度显著相关(P<>图9E和F)，说明本研究中拟杆菌和Alistipes主要对乙酸的产生有贡献。 综上所述，褪黑素通过改变肠道微生物群组成，尤其是拟杆菌和Alistipes，改善了HF饮食喂养小鼠的脂质代谢，而改变肠道微生物群进而产生乙酸介导脂质代谢。 图9 粪便中SCFAs浓度及乙酸与微生物群变化的相关性分析
8 乙酸钠干预改善HF饮食小鼠的脂质代谢 与HF组相比,口服150mM乙酸钠显著减少体重和体重增加量(P <>图10A和B)。尽管本研究中肝脏相对重量没有改变(P > 0.05)(图10C和G),皮下脂肪和内脏脂肪组织的相对重量显著下降(P<>图10D和E)，皮下脂肪组织的平均脂肪细胞大小显著下降(图10F)，脂质蓄积显著改善。同时，ACEHF组血清TG水平明显低于HF组(P<>图10H)，但血清胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白水平无差异，甚至引起血糖升高(图10I-L)。小鼠结肠SCFAs检测结果说明膳食乙酸钠主要在小肠被吸收。 检测了皮下脂肪和肝组织PPARɑ/γ和LXRɑ/β基因的表达(补充图2)。同样,口服醋酸钠干预显著调节PPARγ和LXRβ基因在肝脏和皮下脂肪组织的表达。这些数据表明，口服醋酸钠对HF饮食喂养的小鼠具有类似的抗肥胖作用。 图10 乙酸钠干预可改善HF饮食小鼠的脂质代谢
9 GPR43信号通路 GPR43是一种主要的乙酸感应器。虽然HF饮食喂养的小鼠体内乙酸含量降低，但在HF组肝脏(图11A、B)和皮下脂肪组织(图11C)中GPR43的表达水平较高。同时，褪黑素或乙酸钠处理对GPR43表达无影响。我们对GPR43的几个下游信号(如p38、ERK和JNK)进行了进一步检测。结果显示，在HF饮食喂养的小鼠中，肝脏和皮下脂肪组织的p38信号被激活(图11B和C)，而乙酸钠处理逆转了肝脏中p38的磷酸化。p38信号在褪黑素介导的抗肥胖作用中的具体机制有待进一步研究。
图11 褪黑素和乙酸钠对GPR43信号的影响 结 论 综上所述，我们的结果表明褪黑素改善了脂质代谢，逆转了肠道菌群组成，尤其是在门水平上厚壁菌门和拟杆菌相对丰度。由于抗生素和微生物群移植导致的菌群缺乏，并不能改善HF饮食喂养小鼠的脂质代谢，提示褪黑素对肠道菌群的影响取决于健康状况。而HF饮食喂养小鼠的微生物群移植加速了HF饮食诱导的脂质紊乱，而MelHF组粪便微生物群的干预缓解了这种紊乱，说明肠道微生物群参与了褪黑素对HF饮食诱导的脂质代谢的作用。HF饮食降低粪便乙酸浓度，与拟杆菌和Alistipes的相对丰度显著相关。乙酸钠干预在HF饮食喂养的小鼠中显示出类似的抗肥胖作用。综上所述，褪黑素对肠道微生物群和醋酸产生影响之后，褪黑素进而对脂质代谢产生影响。仍需动物和人类长期补充褪黑素的进一步研究。
|
|
|
来自： 生物_医药_科研 > 《肠道菌群-肥胖与代谢》
