以腸道菌群為靶點(diǎn)的代謝綜合征膳食干預(yù)的臨床效果及其生理生態(tài)學(xué)作用機(jī)制研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，全球范圍內(nèi)肥胖、胰島素抵抗和2型糖尿病等代謝性疾病呈爆發(fā)性流行趨勢(shì)。研究表明，結(jié)構(gòu)失衡的腸道菌群可能參與了肥胖等代謝性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。腸道中革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁組分脂多糖（lipopolysaccharides,LPS）具有內(nèi)毒素活性并激活宿主免疫反應(yīng)。高脂、高熱量等不良飲食導(dǎo)致的菌群結(jié)構(gòu)失衡，革蘭氏陰性菌含量增加，腸通透性與宿主循環(huán)水平LPS升高，即“代謝性內(nèi)毒素血癥”可能是誘發(fā)系統(tǒng)慢性炎癥、胰島素抵抗和肥胖的重要機(jī)制

2、之一。該機(jī)制的提出為通過營(yíng)養(yǎng)/膳食干預(yù)等方式調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)組成或代謝活性，防治代謝性疾病提供了理論基礎(chǔ)。本論文分析以腸道菌群為靶點(diǎn)的膳食干預(yù)對(duì)肥胖人群代謝異常的改善作用，并以體外Caco-2細(xì)胞模型探討菌群結(jié)構(gòu)變化在該過程中的可能作用機(jī)理。
　　首先，基于腸道菌群在肥胖等代謝性疾病發(fā)病過程中的作用及飲食對(duì)其結(jié)構(gòu)的可塑性，本研究設(shè)計(jì)了一套由全糧、中醫(yī)藥食同源食品和益生元組成的膳食配方，該配方可滿足人體自身的營(yíng)養(yǎng)需求，又有益于平衡腸

3、道菌群結(jié)構(gòu)。本研究招募123名中心性肥胖志愿者（身體質(zhì)量指數(shù)，body mass index,BMI≥28kg/m2），其中93名完成為期23周（0-9周為嚴(yán)格干預(yù)期，10-23周為觀察維持期）的自身對(duì)照（self control design）膳食干預(yù)實(shí)驗(yàn)。至干預(yù)結(jié)束，人群平均減重5.79±4.64kg（減重百分比為6.62±4.94％），同時(shí)胰島素敏感性、糖代謝、脂代謝、血壓和肝功能等代謝表型均得到顯著改善。對(duì)糞便樣本454焦磷酸測(cè)

4、序發(fā)現(xiàn)，腸道中部分條件致病菌，包括腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和脫硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）數(shù)量在干預(yù)后顯著下降；而具有腸屏障保護(hù)功能的雙歧桿菌科（Bifidobacteriaceae）細(xì)菌含量增加。腸通透性指標(biāo)乳果糖/甘露醇比例相比干預(yù)前下降，驗(yàn)證了腸屏障功能的增強(qiáng)。血清中脂多糖結(jié)合蛋白顯著降低，同時(shí)伴隨著C反應(yīng)蛋白，促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子α、白介素6的降低和抗炎細(xì)胞因子脂聯(lián)素的升高。上述

5、結(jié)果表明，該膳食干預(yù)可有效地改善肥胖患者的代謝綜合征各類癥狀，并可能是通過調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)腸屏障功能，減輕循環(huán)水平抗原載荷量，最終改善慢性炎癥反應(yīng)和減輕胰島素抵抗實(shí)現(xiàn)的。
　　進(jìn)一步地，糞便中的液相組分，即糞便提取液中含有食物成分、人體自身和腸道菌群代謝物及結(jié)構(gòu)組分等物質(zhì)，對(duì)腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性、遺傳毒性、免疫毒性等生物活性作用，并影響腸屏障功能和相關(guān)基因表達(dá)等。因樣本采集的非侵害性和對(duì)危險(xiǎn)因素的靈敏性，糞便提取液成為營(yíng)

6、養(yǎng)、腸道菌群與人體健康研究中的重要生物標(biāo)記物。本研究采用人結(jié)腸腺癌Caco-2細(xì)胞系建立糞便提取液生物活性評(píng)估模型，在優(yōu)化糞便提取液制備過程基礎(chǔ)上研究糞便提取液的細(xì)胞毒性、對(duì)腸屏障及組織損傷修復(fù)功能的影響、以及對(duì)炎性細(xì)胞因子和緊密連接蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)等，探討膳食干預(yù)改善代謝綜合征可能的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制。
　　以糞便提取液中總有機(jī)碳（total organic carbon,TOC）含量為濃度標(biāo)記物，校正樣本之間因個(gè)體飲食、生活方式、腸

7、道菌群、糞便形態(tài)組成和提取方法、效率等因素導(dǎo)致的生物活性物質(zhì)總量的差異。細(xì)胞毒性結(jié)果表明，膳食干預(yù)顯著降低了糞便提取液對(duì)細(xì)胞代謝活性的損傷和細(xì)胞毒性。同時(shí)，干預(yù)前的糞便提取液對(duì)組織發(fā)生損傷后細(xì)胞遷移與損傷修復(fù)具有抑制性，而這種抑制作用在干預(yù)后明顯減輕。通過對(duì)Caco-2細(xì)胞形態(tài)學(xué)、跨膜電阻值（transepithelial electrical resistance,TEER）、苯酚紅通透率及腸道堿性磷酸酶活性等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，確定Caco

8、-2細(xì)胞腸屏障模型構(gòu)建成功。干預(yù)前的糞便提取液顯著降低TEER值，破壞正常的腸屏障功能；膳食干預(yù)顯著改善糞便提取液對(duì)TEER的影響。最后，mRNA水平發(fā)現(xiàn)干預(yù)上調(diào)了Caco-2細(xì)胞緊密連接蛋白，并抑制促炎細(xì)胞因子基因表達(dá)。至此，膳食干預(yù)不僅調(diào)節(jié)了腸道菌群結(jié)構(gòu)，而且改變糞便提取液代謝物組成，增加短鏈脂肪酸含量，減輕其對(duì)Caco-2的細(xì)胞毒性，促進(jìn)細(xì)胞遷移與組織損傷修復(fù)速率，并顯著改善體外腸屏障功能。糞便提取液的生物學(xué)活性評(píng)估模型可應(yīng)用于代