腸道菌群在辣椒素代謝調(diào)節(jié)效應(yīng)中的作用及機(jī)制研究.pdf

1、肥胖是威脅人類健康的主要疾病之一，發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。深入探討肥胖的發(fā)病機(jī)制，并制定有效的防治策略，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。人體共生的腸道菌群在維持機(jī)體正常的代謝、消化和免疫功能等方面具有不可替代的作用。腸道菌群紊亂與肥胖、糖尿病、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。腸道菌群具有一定的可塑性，而膳食是影響和改變腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能最重要的因素。高脂膳食誘導(dǎo)下腸道菌群紊亂，革蘭氏陰性菌增多，腸道通透性增加，導(dǎo)致大量脂多糖(Lipopolys

2、accharide，LPS)入血，甚至細(xì)菌入血出現(xiàn)細(xì)菌易位(Bacterial Translocation)現(xiàn)象，形成代謝性內(nèi)毒素血癥(Metabolic Endotoxemia)，促發(fā)全身低度慢性炎癥反應(yīng)(Chronic Low-gradeInflammation)，最終導(dǎo)致胰島素抵抗和肥胖等癥狀。因此，腸道菌群被認(rèn)為可能是在膳食與人體自身基因的相互作用下導(dǎo)致疾病發(fā)生的重要環(huán)節(jié)，而以腸道菌群為靶點(diǎn)的膳食營養(yǎng)干預(yù)受到越來越多的關(guān)注。

3、r>　　辣椒素(Capsaicin，CAP)是辣椒中含有的生物堿類植物化合物，具有調(diào)節(jié)能量代謝、調(diào)節(jié)血脂、抗炎、增強(qiáng)胰島素敏感性等生物學(xué)效應(yīng)。然而以往評(píng)價(jià)辣椒素對(duì)人群控制、改善胰島素抵抗以及降低體內(nèi)炎癥等方面的研究較少，且結(jié)果不一。此外，辣椒素對(duì)環(huán)境中存在致病性細(xì)菌有抑制作用，而促進(jìn)乳酸桿菌等有益菌的生長(zhǎng)。通過培養(yǎng)皿培養(yǎng)法發(fā)現(xiàn)辣椒素可影響大腸桿菌、乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的生長(zhǎng);通過qPCR分析發(fā)現(xiàn)辣椒素可以增加大鼠腸道細(xì)菌Prevotel

4、la、Lactobacillus和Akkermansia相對(duì)豐度。然而關(guān)于辣椒素對(duì)于腸道菌群的作用研究多停留在傳統(tǒng)的體外培養(yǎng)和qPCR等技術(shù)方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能深入了解辣椒素引起腸道菌群的真實(shí)變化情況，而辣椒素引起的腸道菌群變化又是如何影響其代謝調(diào)節(jié)作用，具體作用機(jī)制也有待于進(jìn)一步探討。基于上述研究背景，我們提出“辣椒素通過重塑腸道菌群進(jìn)而發(fā)揮其代謝調(diào)節(jié)作用”的研究假說。本課題首先開展了為期6周的膳全膳食人群干預(yù)研究，應(yīng)用當(dāng)前流行的16S r

5、RNA基因測(cè)序技術(shù)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析，深入分析辣椒素對(duì)人體腸道菌群的影響，以及腸道菌群在辣椒素發(fā)揮健康代謝調(diào)節(jié)中的作用。然后通過高脂膳食誘導(dǎo)肥胖小鼠模型，利用無菌小鼠(GermFree mice)技術(shù)平臺(tái)和廣譜抗生素清除等實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)一步探討腸道菌群在辣椒素發(fā)揮改善炎癥狀態(tài)、增強(qiáng)胰島素敏感性以及降低體脂等健康效應(yīng)中的作用及因果關(guān)系。
　　本研究的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)不同腸型人群對(duì)膳食辣椒素表現(xiàn)出差異性應(yīng)答效應(yīng)<

6、br>　　本研究通過全膳食人群干預(yù)發(fā)現(xiàn)辣椒素可促進(jìn)體內(nèi)ghrelin、 GIP和GLP-1等胃腸激素的分泌;通過16S rRNA基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)經(jīng)過10mg/d的膳食辣椒素干預(yù)2周后，人群腸道產(chǎn)丁酸細(xì)菌Faecalibacteria的相對(duì)豐度增加(P＜0.05);此外。本研究中人群在腸道菌群屬水平上可分為Bacteriodes(E1)和Prevotella(E2)兩種腸型，而E1亞型人群在5或10mg/d膳食辣椒素期下呈現(xiàn)出更好的代謝調(diào)節(jié)效

7、應(yīng)。
　　(2)膳食辣椒素通過改善腸道屏障功能進(jìn)而預(yù)防肥胖的發(fā)生發(fā)展
　　高脂膳食誘導(dǎo)肥胖小鼠腸道屏障連接蛋白ZO-1和Occludin基因表達(dá)下降，腸道通透性增加，同時(shí)伴隨較高的血漿LPS水平、體內(nèi)慢性炎癥水平、體內(nèi)糖耐量受損等癥狀;高脂膳食補(bǔ)充辣椒素后可增加腸道屏障連接蛋白ZO-1和Occludin基因和降低腸道通透性，降低血漿LPS水平、改善體內(nèi)慢性炎癥水平、體內(nèi)糖耐量受損情況，以及降低體重等代謝調(diào)節(jié)作用。
　　

8、(3)膳食辣椒素通過重塑腸道菌群發(fā)揮其健康代謝調(diào)節(jié)作用
　　膳食辣椒素可顯著增加小鼠腸道中產(chǎn)SCFAs細(xì)菌Lachnospiraceae和Ruminococcaceae的相對(duì)豐度，降低肥胖小鼠腸道菌群中高豐度S24-7以及Lipopolysaccharide biosynthesis的相關(guān)功能。通過廣譜抗生素干預(yù)后發(fā)現(xiàn)辣椒素帶來的健康代謝調(diào)節(jié)作用減弱，而利用無菌小鼠技術(shù)，發(fā)現(xiàn)辣椒素的代謝調(diào)節(jié)效應(yīng)可以通過菌群移植方式，傳遞到子代小鼠

9、。結(jié)果表明腸道菌群是辣椒素發(fā)揮健康代謝效應(yīng)的關(guān)鍵靶點(diǎn)。
　　(4)內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)參與膳食辣椒素對(duì)腸道屏障功能的改善
　　膳食辣椒素可顯著增加結(jié)腸大麻素受體1（Cannabinoid receptor type1，CB1）的表達(dá)。應(yīng)用CB1激動(dòng)劑可阻止膳食辣椒素帶來的代謝調(diào)節(jié)效應(yīng)，重新誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)腸道屏障連接蛋白ZO-1和Occludin基因表達(dá)下降、腸道通透性增加、血漿LPS水平升高、體內(nèi)慢性炎癥，糖耐量受損情況以及體重增

10、加等肥胖表型。結(jié)果表明抑制CB1是腸道菌群介導(dǎo)的辣椒素發(fā)揮減肥等健康代謝效應(yīng)中的重要機(jī)制。
　　綜上所述，本課題通過全膳食人群干預(yù)試驗(yàn)，首次發(fā)現(xiàn)膳食辣椒素可影響人體腸道菌群的組成，人群腸型的差異是導(dǎo)致膳食辣椒素干預(yù)效果的不同的原因之一。通過16SrRNA基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)辣椒素可影響腸道菌群的組成，增加產(chǎn)SCFAs細(xì)菌，降低革蘭氏陰性菌(S24-7)以及LPS合成功能;采用廣譜抗生素干預(yù)和菌群移植實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群是膳食辣椒素發(fā)揮