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低聚木糖增加高脂饮食小鼠的双歧杆菌和毛螺菌科,同时增加短链脂肪酸,尤其是丁酸的含量
发布时间 : 2023.02.25
益生元 低聚木糖 双歧杆菌 毛螺菌科 S24-7 短链脂肪酸 丁酸盐 高脂饮食


试验设计

         样品:低聚木糖(XOS)以及XOS、菊粉、低聚果糖和部分水解瓜尔胶的混合物(MIX)。

 饮食:HFD组、XOS组和MIX组均采用高脂饮食,其中60%的能量来自脂肪(猪油是主要的能量来源),而LFD组11%的能量来自脂肪(小麦淀粉是主要的能量来源)。XOS组的饮食含有8%(w/w)的XOS 95P,而MIX组的饮食含有2.7%的XOS95P、2.7%的Meritene、1.3%的Orafti P95和1.3%的Orafti GR。

 实验方法:雄性5周龄的C57BL/6J BomTac小鼠,在适应过程中喂食了8天的低脂饮食,适应后,小鼠被喂食含有纤维素作为纤维源的对照饮食(HFD或LFD)之一,或喂食纤维素被XOS或MIX替代的两种实验饮食之一,期间小鼠自由采食不同的日粮,并自由获得饮用水,持续9周。体重和食物摄入量每周登记一次;在处死时,小鼠禁食4小时,然后在颈椎脱位后从静脉中抽血,通过离心分离血样制备血清,并在分析前储存在-80℃。之后分析小鼠体脂含量和瘦体重、称重附睾脂肪组织和盲肠、测量血糖水平、检测血浆中的胰岛素、血清淀粉样蛋白A;收集小鼠盲肠内容物用于SCFA分析、提取盲肠微生物群的DNA并对DNA浓度进行测量。

 

试验结果

1)生理观察

 如图1所示,从第二周到研究结束,LFD组的体重增长显著低于HFD对照组;在研究的最后几周,XOS组和HFD对照组之间出现了体重增加较低的趋势,但仅在第8周有明显差异(P<0.05)。

 如表2所示,食物摄入量,以每天的能量摄入量计算,在LFD组明显较低,但在喂食HFD的三个组之间没有观察到显著的差异;检测脂肪组织的身体脂肪含量,显示喂食LFD小鼠的脂肪含量显著较低,而所有喂养HFD的组在脂肪含量上是相等的。各组之间没有观察到瘦肉组织体质量的差异。与HFD对照组相比,只有LFD的血糖和胰岛素水平显著降低;切除盲肠,并对有盲肠内容物(总)和无盲肠内容物(组织)进行称重,与HFD对照组相比,XOS和MIX都显著增加了盲肠总重和盲肠组织的总重量。

2)盲肠中的SCFAs

 如表3所示,HFD和LFD对照组的SCFAs总浓度和单个浓度非常相似,表明脂肪和淀粉的量对盲肠SCFAs的形成影响不大。对照组饮食的盲肠浓度也显著低于含有XOS和MIX的饮食,其中包括总SCFAs(HFD组平均48.6 μmol/g,XOS和MIX组分别为76.6μmol/g和67.8 μmol/g),乙酸(平均35. 5 μmol/g vs XOS的52.7 μmol/g和MIX的47.7 μmol/g),丙酸(平均5.3 μmol/g vs XOS的9.3和MIX的9.6 μmol/g)以及丁酸(平均5.0 μmol/g vs XOS的11.9 μmol/g和MIX的7.7 μmol/g);而喂食XOS组的丁酸浓度明显(P<0.05)高于喂食MIX的组。SCFAs在对照组(LFD和HFD)的分布也非常相似,XOS组的丁酸比例高于喂食其他饮食的组,而喂食MIX组的丙酸比例更高。

3)微生物群分析

 如图2A所示,在较高的分类水平上,不同饮食组之间的分类概况没有强烈的视觉差异。如图2B所示, XOS组中的大多数读数映射到嗜热双歧杆菌,而其他处理中则以假长双歧杆菌为主(p<0.05)。

 如图3所示,视觉差异在科和属的水平上是明显的。与热图相关的系统发育分析也显示了一个初步的证据,即相对于HFD和LFD对照,XOS和MIX处理的微生物组更为相似。几个细菌属在各种处理中都有明显的不同(P≤0.05);最明显的是喂食MIX和XOS的小鼠盲肠中的拟杆菌、双歧杆菌、Dehalobacterium和副拟杆菌的增加。XOS组也显示出毛螺菌科和螺杆菌水平的升高。与HFD相关的拟杆菌是mucispirillum属、安德克氏菌属、颤螺菌属和理研菌属,S24-7属与LFD处理有很强的相关性。

 如图4所示,总SCFAs、丁酸和乙酸与XOS的处理密切相关,而MIX则与丙酸关系更密切,主要的区别是MIX实际上与拟杆菌、双歧杆菌、脱卤杆菌和丙酸有更好的相关性,而XOS与丁酸、副拟杆菌和其他一些在上述分析中未发现的细菌有更强的关联。MIX与HFD及其相关细菌高度负相关,其中包括一些细菌科,包括疣微菌科、肠杆菌科和理研菌科;LFD处理缺乏强的共关联,并与XOS及其共关联细菌呈负相关。

 

 如图5A所示,双歧杆菌在MIX和XOS组的丰度显著高于HFD和LFD对照组;如图5B所示,与LFD组相比,S24-7的丰度在HFD组中急剧下降,而MIX和XOS组的丰度则介于这两个极端之间;如图5C所示毛螺菌科的丰度在HFD组很低,在MIX组明显较高,在XOS组更高。

 

试验结论

 本文研究了低聚木糖(XOS)以及XOS、菊粉、低聚果糖和部分水解瓜尔胶的混合物(MIX)对喂食高脂饮食(HFD)小鼠的影响,结果显示XOS组的盲肠中乙酸、丙酸和丁酸的含量显著高于HFD组,且XOS组的丁酸含量高于MIX组;XOS组的盲肠微生物群比HFD组含有更多的双歧杆菌、毛螺菌科和S24-7细菌;与XOS饮食相比,MIX饮食中的纤维多样性并没有提供任何优势;以上结果表明XOS是一种有前景的候选益生元。

 


参考资料:

Karin Berger, Stephen Burleigh, Maria Lindahl, et al. Xylooligosaccharides Increase Bifidobacteria and Lachnospiraceae in Mice on a High-Fat Diet, with a Concomitant Increase in Short-Chain Fatty Acids, Especially Butyric Acid[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(12):3617-3625.