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低聚木糖调节肠道菌群和减轻由高脂饮食诱发的肥胖引起的结肠炎症
发布时间 : 2025.07.04
肥胖 高脂饮食 结肠炎症 肠道菌群 短链脂肪酸

试验设计

 采用8周龄的雄性Sprague Dawley大鼠作为试验研究对象,将大鼠随机分为3组,NC组(喂食正常饮食(1-15周))、HFD组(喂食高脂饮食(1-15周))和HFD+XOS组(喂食高脂饮食(1-15周),每天灌胃给予2 g/kg95% XOS溶液(8-18周)),每组10只,自由饮食,每周称体重。灌胃结束后禁食12小时,安乐死大鼠,切除并称重肝脏、心脏、脾脏及白色脂肪(包裹肾脏和附着睾丸),收集结肠组织并称重,中段用10%福尔马林固定,其余液氮储存,全血样本加肝素抗凝剂,离心收集上清液储存。

 将结肠和肝脏组织取出并冲洗,脱水后包埋在石蜡中,切片并染色,使用显微镜进行组织病理分析;使用试剂盒和酶标仪测定血浆中脂多糖(LPS)、白细胞介素6IL-6)、白细胞介素10IL-10)、肿瘤坏死因子(TNF-α)和单核细胞趋化蛋白-1MCP-1)的含量;结肠组织中提取总RNA,进行定量纯化,然后逆转录成cDNA,通过实时荧光定量PCR,分析cDNA;提取结肠内容物中DNA,通过16S rDNAIllumina MiSeq测序进行分析;灌胃后收集大鼠的粪便,用气相色谱-质谱法(GC-MS)测定SCFA含量。

试验结果

1)身体特征

 如图1所示,从第3周开始,HFDHFD+XOS组大鼠的体重均显著高于NC组大鼠,到第7周末,HFDNC组大鼠的体重差异为20%;从第8周起,与HFD组大鼠相比,HFD+XOS组大鼠从第10周开始体重显著下降,但仍显著高于NC大鼠。


 如表1所示,HFD组大鼠的体重显著高于NC大鼠,XOS可部分抑制HFD组大鼠的体重增加;HFD组大鼠的肝脏、肾周脂肪和附睾脂肪的重量及相应的器官/体重的比率均显著高于NC大鼠,XOS可以很大程度上抑制这些影响;HFD+XOS组大鼠和NC组大鼠表现出类似的肝重和肝脏/体重比;三组大鼠的心脏和脾脏的重量无显著性差异,且相应的器官/体重比相似。

 如表2所示,组织学评分系统标准。

 如图2所示,NC大鼠结肠组织的肠上皮表面隐窝结构完成,无明显的炎症浸润,但HFD大鼠中发现了结肠粘膜水肿、隐窝损伤、表面断裂、杯状细胞损失,炎症浸润明显;与HFD大鼠相比,HFD+XOS大鼠的结肠组织损伤程度较轻,隐窝结构更完整,炎症浸润减少;与NC组相比,HFD组肝脏出现了明显的脂肪堆积液泡,巨噬细胞和中性粒细胞聚集,并有明显的炎症浸润,XOS缓解了炎症浸润水平。

2)血浆炎症因子

 如图3所示,HFD组大鼠的TNF-α、MCP-1IL-6LPS的水平显著高于NC大鼠,HFD+XOS组大鼠和NC组大鼠的TNF-α、MCP-1LPS水平相似;三组大鼠之间的IL-6水平相似;HFD大鼠的IL-10水平显著低于NC大鼠,而XOS的补充扭转了这一趋势。

3)结肠炎症细胞因子

 如图4所示,HFD大鼠结肠TNF-α和IL-10 mRNA的表达水平明显高于NC大鼠,相比之下,HFD+XOSNC大鼠的结肠TNF-α表达和IL-10 mRNA表达相似;HFD大鼠的结肠OCLN mRNA表达明显低于NC大鼠;三组之间的结肠MCP-1表达和IL-6 mRNA表达没有显著差异。

4)大鼠粪便微生物组成

 如表3所示,HFD大鼠的粪便微生物多样性明显低于NC大鼠,且HFD+XOS大鼠的粪便微生物多样性明显低于其他两组;添加XOS后,普雷沃特氏菌等产SCFA的细菌比例显著增加,而Oscillospira等病原体的比例则显著降低,同时,普雷沃特菌成为了肠道中绝对的优势菌群。

 如图5所示,为了分析β-多样性的总体差异,对所有的样品进行了主成分分析(PCA),在三组大鼠中观察到显著的微生物群落结构聚类。

 如图6所示,在门水平上,与HFD大鼠相比,HFD+XOS大鼠表现出拟杆菌门的百分比增加(P<0.05),厚壁菌门的百分比减少(P<0.05);在属水平上,HFD+XOS大鼠中普雷沃特氏菌属和副普雷沃特氏菌属的相对丰度显著高于NC大鼠(P<0.05)。

5)粪便SCFA含量及其与微生物组成的关系

 如图7所示,HFD大鼠的乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和总短链脂肪酸水平明显低于NC大鼠;HFD+XOS大鼠的丁酸和总SCFAs水平显著高于HFD大鼠,与NC大鼠相似;三组之间的粪便异戊酸水平相似;丁酸与普雷沃氏菌属和副普雷沃氏菌属的相对丰度呈正相关。

试验结论

 本文研究了益生元低聚木糖(XOS)对雄性Sprague Dawley大鼠调节肠道菌群和减轻由高脂饮食诱发的肥胖引起的结肠炎症的影响,通过大鼠体重、器官重量、器官/体重比和组织病理分析,XOS可部分抑制HFD组大鼠的体重、器官重量和器官/体重比增加,缓解结肠和肝脏的组织损伤;测定血浆炎症因子水平,结果显示,与HFD相比,XOS显著降低TNF-α、MCP-1LPS水平,增加IL-10水平;测定结肠炎症细胞因子和紧密连接蛋白的表达水平,结果显示,XOS显著降低HFD大鼠结肠TNF-α和IL-10 mRNA的表达水平,与NC大鼠的水平相似。通过16S rRNA基因测序和Illumina MiSeq测序,结果显示灌胃XOS后,普雷沃特氏菌等产SCFA的细菌比例显著增加,而Oscillospira等病原体的比例则显著降低,且HFD+XOS大鼠的丁酸和总SCFAs的水平明显高于HFD大鼠,丁酸与普雷沃氏菌属和副普雷沃氏菌属的相对丰度呈正相关。以上结果表明,XOS通过降低炎症因子水平、改善肠道微生物结构和增加产生SCFA的微生物丰度来减轻高脂饮食引起的结肠炎症。



参考资料:

Yanquan Fei, Yan Wang, Yilin Pang, et al. Xylooligosaccharide Modulates Gut Microbiota and Alleviates Colonic Inflammation Caused by High Fat Diet Induced Obesity[J].Frontiers in Physiology,2020,Vol.10:1601.