试验设计

选择48只雄性Wistar大鼠（180-200克）作为研究对象，适应1周后，24只被喂以正常饮食（ND：19.77%的脂肪能量），另外24只被喂以高脂肪饮食（HFD ：59.28%的脂肪能量），时间为12周，期间所有的大鼠均给予反渗透的饮用水（R/O）。结束后，每个饮食组的大鼠被随机分为4个亚组，即ND和HFD喂养的大鼠用安慰剂处理（NDV和HFV）；ND和HFD喂养的大鼠用益生元处理，10% 的低聚木糖（XOS）溶解在PBS中（1ml/d：NDPE和HFPE）；ND和HFD喂养的大鼠用益生菌处理，剂量为1×10⁸ CFU的副干酪乳杆菌STII01 HP4（1ml/d：NDPO和HFPO）；ND和HFD喂养的大鼠使用合生元处理，联合XOS和副干酪乳杆菌ST11 HP4（NDC和HFC），干预时间为12周。

在基线（接受饮食前）、食用HFD的第12周和干预过程中的第4、8和12周测定大鼠的代谢参数、心率变异（HRV）、血压和超声心动图参数；在基线、食用HFD的第12周和干预过程的第12周从大鼠的尾端收集血液，测定代谢参数，包括胰岛素、葡萄糖、低密度脂蛋白（LDL）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、稳态模型评估（HOMA）指数和血清脂多糖（LPS）水平；在干预结束时进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）；采用有创压力-容积环（P-V环）分析左心室功能，之后杀死大鼠，迅速取出心脏以测定心脏线粒体功能和心脏氧化应激。

试验结果

（1）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰岛素抵抗大鼠的代谢参数和全身性炎症

如表1所示，在食用HFD12周后，HFD喂养的大鼠的体重、食物摄入量、血浆胰岛素、HOMA指数、TC、LDL和血清LPS水平均高于ND喂养的大鼠，表明这些HFD喂养的大鼠出现了肥胖的胰岛素抵抗状况；然而12周的HFD摄入并没有改变血浆葡萄糖和TG水平。

如表2所示，在HFD喂养的大鼠中，与HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元干预均降低了血浆胰岛素、TC水平、LDL水平和HOMA指数，而不改变血浆葡萄糖和TG水平；此外，血浆HDL 水平在NDV和HFV大鼠之间没有差异，所有干预措施都没有改变ND和HFD喂养大鼠的血浆HDL水平。益生元降低了大鼠的体重和内脏脂肪重量，该组大鼠的食物摄入量也有所减少；益生菌并不影响HFD喂养大鼠的体重、内脏脂肪重量和食物摄入；在合生元组，大鼠的体重和内脏脂肪重量减少，但食物摄入量没有变化。在ND大鼠中，益生菌、益生元和合生元并没有改变能量摄入；在HFD喂养的大鼠中，益生元的治疗减少了能量摄入，而益生菌和合生元的治疗并没有改变能量摄入。采用OGTT法测定喂食HFD的大鼠经益生元、益生菌和合生元干预12周后的胰岛素敏感性，结果显示HFV大鼠的AUCg升高，所有干预组大鼠的AUCg均较HFV组降低。在ND大鼠中，与NDV组相比，所有干预措施都没有改变任何代谢参数。在HFD大鼠中，与HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元可降低血清中LPS的水平；在ND喂养的大鼠中，与NDV组相比，所有干预措施都没有改变血清LPS水平。  

（2）高脂饮食对血压、心率变异性和超声心动图参数的影响

如图1所示，在基线，SBP、DBP和MAP在ND和HFD喂养的大鼠之间没有区别。在HFD喂养的大鼠中，SBP、DBP和MAP在食用HFD 12周后都有所增加（图1A-1C）；在基线时，LF/HF比率在ND和HFD喂养的大鼠之间没有差异，然而在食用HFD 12周后，它显著增加了（图1D）； LFnu在各组之间没有差异；然而与ND大鼠相比，HFnu在HFD大鼠中下降了（图1E-1F）；在基线时，ND和HFD喂养的大鼠，其LVFS%和LVEF%没有差异，但在食用HFD 12周后，与ND组相比，有明显下降（图1G-1H）。

 （3）益生菌、益生元和合生元改善了肥胖胰岛素抵抗大鼠的血压

如图2所示，在用益生元、益生菌和合生元治疗的HFD大鼠中，与HFV大鼠相比，干预4周后观察到SBP、DBP和MAP的降低；在干预的第8周和第12周，与HFV大鼠相比，用益生元、益生菌和合生元治疗的HFD大鼠的SBP、DBP和MAP仍然较低，结果表明益生元、益生菌和合生元均能改善肥胖胰岛素抵抗大鼠的血压。 

（4）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰岛素抵抗大鼠的心脏交感神经平衡

如图3所示，在HFD大鼠中，与HFV和NDV组相比，益生元、益生菌和合生元最早在治疗4周后就将LF/HF比率恢复到正常水平。此外，与HFV组相比，所有干预措施都增加了HFnu；在ND大鼠中，与NDV相比，所有干预措施都没有改变ND喂养大鼠的LF/HF比率。

（5）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰岛素抵抗大鼠的左心室功能

如图4所示，在HFD大鼠中，与HFV大鼠相比，用益生元、益生菌和合生元治疗后4周，LVF和LVEF的百分比都有所增加；此外，与NDV大鼠相比，所有的干预措施都能使 %LVFS和 %LVEF恢复到正常水平内；在ND大鼠中，%LVFS和 %LVEF在治疗组和治疗期之间没有差异。

如表3所示，与NDV相比，HFV组的LV功能参数包括ESP、dP/dt max、SV和 %LVEF都有所下降，而EDP、dP/dt min和ESV则有所上升。与HFV相比，益生元、益生菌和合生元在改善HFD喂养大鼠的ESP、EDP、dP/dt max、dP/dtmin、ESV、SV和%LVEF方面具有类似的心脏保护作用。在ND大鼠中，与NDV相比，所有干预措施都没有改变LV功能。

（6）益生元、益生菌和和合生元减少了肥胖胰岛素抵抗大鼠的氧化应激

如图5所示，与NDV组大鼠相比，HFV组大鼠的血清和心脏MDA水平增加（图5A，5B）；与HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元可降低HFD喂养大鼠的血清和心脏MDA水平（图5A，5B）；在ND大鼠中，我们的数据显示，血浆和心脏MDA水平在各组之间没有差异（图5A，5B）。此外， HFV大鼠的心脏4-HNE蛋白表达增加，而所有的干预措施都降低了HFD喂养大鼠的心脏4-HNE蛋白表达，这表明益生元、益生菌和合生元减少了HFD喂养大鼠的心脏氧化应激（图5C）。各组之间心脏SOD的蛋白表达没有差异（图5D），表明益生元、益生菌和合生菌通过降低MDA和4-HNE来降低氧化应激，但对高脂喂养大鼠的心脏抗氧化剂没有影响。

（7）益生元、益生菌和合生元减轻了肥胖胰岛素抵抗大鼠的心脏线粒体功能障碍

如图6所示，在HFD组中，与NDV大鼠相比，HFV大鼠的心脏线粒体ROS水平、心脏线粒体膜去极化和线粒体肿胀增加（图6A-6C）。与HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元在减轻HFD喂养大鼠的心脏线粒体ROS水平、心脏线粒体膜去极化和心脏线粒体肿胀方面具有相似的效果（图6A-6C）。在ND大鼠中，我们发现心脏线粒体ROS的产生、心脏线粒体膜电位的变化、心脏线粒体肿胀和心脏形态在ND处理组的大鼠中没有区别（图6A-6D）。心脏线粒体的代表性电子显微照片显示，与NDV组相比，HFV组的嵴折叠和心脏线粒体肿胀更大（图6D），而与HFV组相比，所有的干预措施都减少了心脏线粒体的肿胀，表明嵴折叠有所改善（图6D）。

如图7所示，与NDV组相比，HFV大鼠的线粒体复合物I和III蛋白表达减少（图7A，7C）；在HFD喂养的大鼠中，与HFV相比，所有干预措施都增加了线粒体复合物I和III蛋白的表达（图7A，7C）；结果表明所有干预措施都改善了HFD喂养大鼠的心脏线粒体呼吸复合物。

如图8所示，在肥胖胰岛素抵抗大鼠模型中观察到的，氧化应激和炎症的降低改善心脏交感迷走神经平衡，并改善心脏线粒体功能，最终改善了左心室功能障碍。

试验结论

益生元、益生菌和合生元通过改善心脏线粒体功能障碍、减少氧化应激和炎症，改善胰岛素抵抗，减少血脂异常，减弱心脏交感神经失衡，降低血压，并改善左心室功能障碍，且益生元、益生菌和合生元在减少肥胖胰岛素抵抗大鼠的胰岛素抵抗和左心室功能障碍方面具有相似的效果。

参考资料：

Tunapong W, Apaijai N, Yasom S, et al. Chronic treatment with prebiotics, probiotics and synbiotics attenuated cardiac dysfunction by improving cardiac mitochondrial dysfunction in male obese insulin-resistant rats[J]. European Journal of Nutrition, 2017.