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發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials IF：14.224
發(fā)表時(shí)間：2022.09.16
研究背景
環(huán)境中細(xì)菌的抗生素耐藥性由于與臨床病原體的抗生素耐藥性密切相關(guān)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。自從人類(lèi)在臨床上使用抗生素以來(lái)，環(huán)境中的抗生素耐藥基因(ARGs)亦有所增加。然而，這種增加是否直接來(lái)源于環(huán)境殘留抗生素的選擇性壓力還是來(lái)源于人類(lèi)大量排放的糞便污染卻不得而知。在該項(xiàng)研究中，調(diào)查了人類(lèi)糞便以及受人類(lèi)糞便污染影響的不同污水處理廠受納水環(huán)境中的 ARGs、crAssphage 和抗生素殘留特征，以期了解抗生素的選擇壓力和人類(lèi)糞便污染對(duì)受納水體ARGs污染的影響。
技術(shù)路線
主要結(jié)果
1.人類(lèi)糞便和水環(huán)境中 ARGs 的污染特征
運(yùn)用高通量qPCR方法從采集的樣本中檢測(cè)到89個(gè)ARGs和5個(gè)MGEs。在所有檢的基因中，只有超廣譜β-內(nèi)酰胺酶編碼基因blaTEM在所有樣本中都被檢測(cè)到。在>80%的樣品中檢測(cè)到strB、ermF、aadA1等ARGs(圖1A)。在所有采集的人糞便中檢測(cè)到28種ARGs，包括tetW、 cfxA、 tetO-01、tet(32)、blaTEM-1等，而在所有水樣中僅檢測(cè)到strB和blaTEM-1(圖2)。此外，比較了不同的環(huán)境，發(fā)現(xiàn)在人類(lèi)糞便和水中檢測(cè)到38個(gè)ARGs(圖3S1B)?？傮w而言，人糞便的ARG相對(duì)豐度顯著高于所有水樣。
圖1.不同樣品間ARG豐度和多樣性的比較。(A)ARG相對(duì)豐度熱圖。深藍(lán)(ND)表示結(jié)果低于檢測(cè)限；(B)ARG的總相對(duì)豐度；(C)ARG的香農(nóng)多樣性指數(shù)；(D)不同樣品中ARG組成的主坐標(biāo)分析(PCoA)。
ARG多樣性也隨著水從污水處理廠向自來(lái)水的輸送而減少(1C)。所有樣本的ARG譜的PCoA表明，不同類(lèi)型的樣本包含顯著不同的ARG成分。從環(huán)境樣品中分離出人類(lèi)糞便中的ARGs(圖1D)，表明腸道具有獨(dú)特的ARG圖譜。這可能是因?yàn)榕c環(huán)境相比，腸道的條件不同。來(lái)自污水處理廠和受納河水的樣品聚在一起較近，證實(shí)了污水處理廠出水的排放對(duì)受納河中的ARGs有很大影響。同樣，湖泊和自來(lái)水更傾向于聚集在一起，與所研究的湖泊都是自來(lái)水水源一致。上述結(jié)果表明，在所研究的樣品中普遍存在ARGs，污水處理廠攜帶的ARGs可能污染不同的受納水體。
2.人類(lèi)糞便污染對(duì)水環(huán)境中 ARGs 的貢獻(xiàn)
借助人類(lèi)糞便指示劑 crAssphage (CPQ_056)，分析了人類(lèi)糞便排放對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境中ARGs的影響。結(jié)果表明，crAssphage在所有環(huán)境樣品中的檢測(cè)頻率為 68.2%，相對(duì)豐度范圍為2.68×10-6至1.96×10-2每個(gè)16S rRNA基因拷貝（圖2），表明超過(guò)一半的水樣（湖水、自來(lái)水、污水處理廠和受納河水）被人類(lèi)糞便污染。與 ARGs 一致，平均crAssphage 豐度也沿著水流從污水處理廠不同處理單元的污水到受納河水再到湖泊水體的順序逐漸減少（圖2）。這再次證明了人類(lèi)糞便污染從污水處理廠的排放源到接收環(huán)境有著隨距離不斷衰減的效應(yīng)。
進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析探討糞便污染對(duì)不同水體中 ARGs 的影響。Spearman相關(guān)性分析表明，總ARG相對(duì)豐度與crAssphage的豐度呈正相關(guān)（圖3A）。進(jìn)一步分析表明，crAssphage 豐度同樣與某些 ARG 的豐度顯著相關(guān)，例如氨基糖苷類(lèi)、FCA、MLSB、其他/外排、四環(huán)素和磺胺抗性基因（圖3B-F，表S5）。14 種ARG亞型和ermF與 crAssphage 顯著相關(guān)。更重要的是，這些 ARGs 亞型也同時(shí)在人類(lèi)和水環(huán)境中檢出，表明它們可能源自人類(lèi)糞便并被輸送到受納水體。
此外，人類(lèi)糞便樣本中ARGs豐度與 crAssphage豐度之間沒(méi)有相關(guān)性，證實(shí)了腸道里 ARGs 豐度與crAssphage 豐度無(wú)關(guān)。這對(duì) crAssphage作為人類(lèi)糞便污染的指示基因至關(guān)重要。因此，上述環(huán)境樣本中ARGs 與 crAssphage 豐度之間的顯著正相關(guān)表明供試受納水體中 ARGs 的富集在很大程度上可歸因于人類(lèi)糞便污染。
除了crAssphage 之外，研究者通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)分析了來(lái)自所有樣品的氨芐青霉素抗性菌株中的 blaTEM-1基因序列（圖4）。結(jié)果表明，來(lái)自四種環(huán)境樣品（湖水、自來(lái)水、污水處理廠和受納河水）的blaTEM-1與腸道樣品的進(jìn)化關(guān)系密切（圖4）。該結(jié)果表明blaTEM-1可能通過(guò)污水排放在人類(lèi)糞便和受納水體之間進(jìn)行傳播。然而，需要進(jìn)一步的研究來(lái)驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)。
圖2.不同類(lèi)型樣品中crAssphage的分布
圖3.按目標(biāo)抗生素分類(lèi)的ARGs總豐度與水樣中crAssphage豐度之間的相關(guān)性
圖4.從不同樣本分離的菌株中blaTEM-1基因的進(jìn)化分析。樣本根據(jù)類(lèi)型進(jìn)行著色。
3.水環(huán)境中的 ARGs 豐度與抗生素殘留無(wú)關(guān)
研究者進(jìn)一步測(cè)量了抗生素殘留，結(jié)果表明，在所有五組中均檢測(cè)到四環(huán)素類(lèi)、喹諾酮類(lèi)和硝基呋喃類(lèi)抗生素。污水處理廠樣品中17種抗生素的檢出頻率高于其他組，占 41.2%~64.7%。同時(shí)，在水環(huán)境中，污水處理廠的抗生素總濃度也高（289.5±236.7 ng/L），其次是受納河水（169.8±104.9 ng/L）。自來(lái)水在所有樣品中的抗生素殘留濃度低 (54.7 ± 51.0 ng/L)（表1）。人類(lèi)糞便中的總抗生素濃度為 17.7±9.2 ng/g。由于糞便提供者在過(guò)去六個(gè)月內(nèi)都沒(méi)有用藥史，因此在人類(lèi)糞便中檢測(cè)到的抗生素可能來(lái)自飲用水或食物。此外，在所研究的人類(lèi)糞便中檢測(cè)到某些合成獸用抗生素，如磺胺氯噠嗪和恩諾沙星，也支持了這一結(jié)論。對(duì)水生環(huán)境中殘留的抗生素和 ARGs 進(jìn)行了相關(guān)性分析。與 crAssphage 不同，抗生素濃度與 ARG 豐度之間沒(méi)有相關(guān)性。這一結(jié)果表明抗生素的選擇并不能主要解釋供試水環(huán)境中 ARGs 的豐度。綜上所述，ARGs 和抗生素之間沒(méi)有相關(guān)性，但卻顯著相關(guān)于crAssphage豐度，表明供試受納水體中 ARGs 的豐度在很大程度上可以用人類(lèi)糞便污染的程度來(lái)解釋?zhuān)狙芯坎](méi)有觀察到明顯的抗生素選擇ARGs現(xiàn)象。
表1.不同樣品類(lèi)型中的抗生素濃度(ND：低于檢測(cè)限值)。
4.細(xì)菌群落特征及其與ARGs的相關(guān)性
在人類(lèi)糞便中，厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形桿菌門(mén)和放線菌門(mén)是優(yōu)勢(shì)門(mén)(圖5A)。厚壁菌和擬桿菌占腸道菌群總數(shù)的(83.5±9.8)%，環(huán)境樣品中以變形桿菌和擬桿菌為主，變形桿菌所占比例高。在屬的水平上，人類(lèi)的腸道Bacteroides，F(xiàn)aecalibacterium，Bifidobacterium， 和Subdoligranulum.Pseudomonas，而水環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)屬為Flavobacterium，Arcobacter和Massilia(圖5B)。
細(xì)菌群落多樣性分析表明，除自來(lái)水外，其他水環(huán)境樣品的平均Shannon指數(shù)均高于人類(lèi)糞便樣品(圖5C)。PCoA分析表明，人類(lèi)糞便和環(huán)境樣本之間的細(xì)菌群落組成有顯著差異(圖5D)。然而，在人類(lèi)糞便和水環(huán)境中存在著167個(gè)OTUS屬121個(gè)常見(jiàn)細(xì)菌屬，此外，還發(fā)現(xiàn)ARGs與所有樣品中的細(xì)菌群落顯著相關(guān)(圖3A)，這表明細(xì)菌群落組成決定了ARG組成，這一現(xiàn)象在各種環(huán)境中都被廣泛觀察到。
圖5.不同樣品中細(xì)菌群落的比較。(A)top10優(yōu)勢(shì)菌門(mén)的相對(duì)豐度；(B)top10優(yōu)勢(shì)菌屬的相對(duì)豐度；(C)OTUs的Shannon指數(shù)；(D)OTUs的主坐標(biāo)分析(PCoA)。
在該研究中，84個(gè)ARGs、5個(gè)MGES和20個(gè)細(xì)菌門(mén)被用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析(圖6B)。Chlamydiae和Dependentiae 與11種不同的ARG顯著相關(guān)，表明它們的基因組中可能含有多種ARG類(lèi)型。四環(huán)素耐藥基因、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)耐藥基因ermB和氨基糖苷類(lèi)耐藥基因aacA/aphD是四環(huán)素耐藥基因的潛在宿主。Elusimmicrobia可能是aadE、blaCTX-M-02、Olec和vanRA-01的宿主。Synergistetes 可能是tetW、IS613和catA1的潛在宿主。由于該網(wǎng)絡(luò)是建立在相關(guān)性的基礎(chǔ)上，觀察到的ARGs潛在細(xì)菌宿主仍需進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。
圖6.不同樣品中細(xì)菌群落與ARGs的相關(guān)性。(1)ARGs和細(xì)菌群落的Procrstes分析(2)細(xì)菌門(mén)和ARGs之間的網(wǎng)絡(luò)分析
總結(jié)
這項(xiàng)研究主要表明，人類(lèi)排泄物對(duì)受污水處理廠影響的受納水體中的ARGs有顯著的影響。ARG和crAssphage豐度都表現(xiàn)出從排放源到受納水體的距離衰減效應(yīng)。人類(lèi)糞便中的blaTEM-1基因與水環(huán)境中的blaTEM-1基因具有密切的進(jìn)化關(guān)系。在被人類(lèi)糞便污染的環(huán)境中，糞便污染可能是ARG污染的主要來(lái)源。抗生素殘留濃度與ARGs豐度之間無(wú)顯著的相關(guān)性，表明環(huán)境殘留抗生素選擇產(chǎn)生ARGs的現(xiàn)象并不明顯。該研究促進(jìn)了公眾對(duì)人類(lèi)影響環(huán)境中人類(lèi)糞便污染對(duì)抗生素耐藥性的影響的理解。
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參考文獻(xiàn)
Chen Z， Duan Y， Yin L， et al. Unraveling the influence of human fecal pollution on antibiotic resistance gene levels in different receiving water bodies using crAssphage indicator gene[J]. Journal of Hazardous Materials， 2023， 442: 130005.
研究背景
非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成為全世界關(guān)注的主要健康問(wèn)題;它是一種主要的隱性疾病，會(huì)增加罹患多種慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如2型糖尿病和心血管疾病。NAFLD患者有發(fā)展為脂肪肝、肝硬化甚至肝細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)。然而，NAFLD的誘導(dǎo)和進(jìn)展的病理機(jī)制復(fù)雜，目前還沒(méi)有明確的靶向藥物。改變生活方式和改變飲食是目前緩解NAFLD的主要策略。因此，確定NAFLD的新靶點(diǎn)和治療方法仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
NAFLD是由肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過(guò)度堆積引起的，新生脂肪生成是脂肪儲(chǔ)存的重要途徑。肝臟脂肪生成主要由固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白1 (Srebp1)調(diào)控，Srebp1增強(qiáng)脂肪生成基因的后續(xù)激活，包括脂肪酸合成酶(Fas)、乙酰輔酶a羧化酶(Acc)和硬脂酰輔酶a去飽和酶1 (Scd1)，導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)積累。此外，NAFLD的發(fā)病和進(jìn)展是眾所周知的與炎癥有關(guān)。腸道衍生毒素，如脂多糖(LPS)，被認(rèn)為在肝臟炎癥中具有致病作用，并與NAFLD密切相關(guān)。一方面，有報(bào)道稱(chēng)LPS可促進(jìn)Srebpl激活和肝臟脂質(zhì)積聚。相反，LPS通過(guò)激活肝臟toll樣受體4 (TLR4)/核因子-κB (NF-kB)信號(hào)通路觸發(fā)炎癥反應(yīng)。
近年來(lái)，腸道菌群與NAFLD的關(guān)系引起了廣泛關(guān)注。腸道微生物群產(chǎn)生促炎LPS并進(jìn)一步影響肝臟脂質(zhì)代謝，已成為NAFLD發(fā)展的重要參與者。研究表明，高脂肪飲食(HFD)喂養(yǎng)的無(wú)菌小鼠肝臟中的脂質(zhì)水平低于傳統(tǒng)飼養(yǎng)的小鼠。此外，將從高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖供體中分離出的腸道微生物移植到無(wú)菌動(dòng)物中，會(huì)導(dǎo)致受體小鼠體重顯著增加和代謝綜合征。因此，腸道菌群的穩(wěn)態(tài)對(duì)維持健康至關(guān)重要，確定腸道菌群的組成對(duì)于研究NAFLD與失調(diào)之間的致病關(guān)系和潛在致病聯(lián)系是必要的。
咖啡酸(CA)，也被稱(chēng)為3,4 -二羥基肉桂酸，是最常見(jiàn)的酚酸之一，存在于大多數(shù)植物中，包括咖啡、水果和丹參。CA在人類(lèi)飲食中廣泛使用。越來(lái)越多的證據(jù)證實(shí)CA具有多種生物功能，包括抗氧化和抗炎活性。與此同時(shí),據(jù)報(bào)道,CA減少alcohol-fed老鼠的肝臟脂質(zhì)含量,抑制油的段脂肪生成人類(lèi)HepG2細(xì)胞,和改善小鼠的肝脂肪變性和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過(guò)增加自噬。然而，CA作用于脂質(zhì)積累的機(jī)制尚不清楚。枸杞葉提取物含有多種酚酸，包括CA，有研究表明，枸杞葉提取物可以通過(guò)調(diào)節(jié)代謝譜和腸道菌群組成來(lái)改善大鼠2型糖尿病。然而，目前尚無(wú)關(guān)于CA對(duì)NAFLD腸道菌群影響的研究報(bào)道。本研究旨在探討CA對(duì)NAFLD的降脂作用及其機(jī)制，尤其關(guān)注其對(duì)腸道菌群的影響。
英文名稱(chēng): Caffeic acid prevents non-alcoholic fatty liver disease induced by a high-fat
diet through gut microbiota modulation in mice
中文名稱(chēng):?咖啡酸通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群預(yù)防由高脂肪飲食引起的非酒精性脂肪肝
雜??志：Food Research International
影響因子：5.0
材料方法
1、實(shí)驗(yàn)材料：
2、研究方法：
在ND適應(yīng)1周后，將小鼠隨機(jī)分為2組:ND組(n = 30)和HFD組(n = 30)，治療8周。
研究結(jié)果
1.補(bǔ)充CA可降低高脂喂養(yǎng)小鼠的脂質(zhì)積累
圖1
2.CA的補(bǔ)充影響hfd喂養(yǎng)小鼠的生化標(biāo)記物
? ? ?圖2
?圖 3
圖4
5.補(bǔ)充CA可減少高脂飼料喂養(yǎng)小鼠的腸道菌群失調(diào)
圖5
圖6
7.結(jié)論
成功案例：謝黎煒團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法在腸道菌群研究中取得新突破【成功案例】多組學(xué)研究套路之：微生物多樣性16S測(cè)序+宿主轉(zhuǎn)錄組測(cè)序
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英文標(biāo)題：Extract of the Microalga Nitzschia laevis Prevents High‐Fat‐Diet Induced Obesity in Mice by Modulating the Composition of Gut Microbiota
中文標(biāo)題：菱形藻（Nitzschia laevis）通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)緩解高脂膳食引起的肥胖
發(fā)表時(shí)間：2018.12
期刊名稱(chēng)：Molecular nutrition & food research
影響因子：5.15
合作單位：北京大學(xué)?食品與生物資源工程研究所
研究背景
隨著人類(lèi)生活水平的提高，肥胖和超重人口越來(lái)越多，而人工合成藥物（如褪黑素）的肥胖治療往往會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，因此，從自然界中提取成分“溫和”的生物合成藥物已經(jīng)被人們廣泛關(guān)注，近年來(lái)，以微藻為代表的海洋生物已成為研究的熱點(diǎn)。研究表明，藻類(lèi)中提取的輔助色素巖藻黃素能夠通過(guò)抑制解偶聯(lián)蛋白1（UCP1）調(diào)節(jié)脂肪組織的脂質(zhì)代謝，巖藻黃素是一種四十二碳葉黃素，目前已被開(kāi)發(fā)作為有效的減肥藥。菱形藻（Nitzschia laevis）是一種富含巖藻黃素的硅藻，也是多酚和多不飽和脂肪酸（PUFAs）的主要來(lái)源，多酚和PUFAs能夠調(diào)節(jié)腸道微生物的菌群結(jié)構(gòu)和活性。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者和正常人群的腸道微生物存在差異，因此推測(cè)，菱形藻中的提取物能夠通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物實(shí)現(xiàn)控制和治療肥胖的效果。
材料方法
2. 試驗(yàn)對(duì)象：10周齡C57BL/6J小鼠。
3.?分組方式：①正常膳食組（NCD）、②高脂膳食組（HFD）、③高脂+低藻（10 mg/kg/d）膳食組（HFD-LE）、④高脂+高藻（50 mg/kg/d）膳食組（HFD-HE）。
4. 組織學(xué)分析（H&E）：肩胛間的棕色脂肪組織（BAT）、白色脂肪組織（WAT）、附睪脂肪組織（epi-WAT）、腸系膜脂肪、腹溝股脂肪和腹膜后脂肪。
5. 生化分析：提取血清樣本，檢測(cè)總膽固醇（CHO）、總?cè)８视停═G）、低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）。
6. 蛋白印記分析（WB）:緊密連接蛋白（ZO-1）、閉合蛋白。
7. 實(shí)時(shí)熒光定量PCR（RT-PCR）：緊密連接蛋白（ZO-1）、閉合蛋白合成相關(guān)基因。
8. 腸道微生物多樣性：糞便樣本，16S rDNA V3-V4，Illumina Hiseq 2500，RDP數(shù)據(jù)庫(kù)，PICRUST預(yù)測(cè)功能基因（KEGG、COG）。
重要結(jié)果與討論
1. 菱形藻（Nitzschia laevis）對(duì)小鼠體重、脂肪厚度和肝脂肪的影響
水溶性化合物、類(lèi)胡蘿卜素、多酚和脂肪酸的比例分別為13.55%、7.27%、13.83%和7.3%，多不飽和脂肪酸（PUFA）占總脂肪酸的30.32%。NLE對(duì)HFD導(dǎo)致的小鼠體重增加的抑制具有劑量依賴(lài)性（圖1B），NLE對(duì)HFD導(dǎo)致的小鼠體重增加的抑制作用不是通過(guò)抑制食物或能量攝入來(lái)實(shí)現(xiàn)的（圖1C;?1D）。NLE能夠降低HFD導(dǎo)致的脂肪厚度的增加（圖1E-1G）。
圖1. A-D：小鼠的體重相關(guān)特征；E-G：NLE對(duì)小鼠的白色脂肪組織的影響
2.?菱形藻（Nitzschia laevis）對(duì)小鼠肝臟的病理影響
NLE未能顯著降低HFD導(dǎo)致的BAT增長(zhǎng)（圖2A），與脂肪代謝有關(guān)的UCP1和PGC1基因表達(dá)在HFD-LE組中顯著升高（圖2C-2D），HFD-HE顯著降低了肝重（圖2E），NLE對(duì)HFD誘導(dǎo)的脂肪增生具有有效的抑制作用（圖2F-2G）。Srebp1c與肝脂肪的變性有關(guān)，NLE對(duì)HFD導(dǎo)致的Srebp1c基因表達(dá)水平降低有恢復(fù)作用（圖2H）。
圖2. A-D：NLE對(duì)小鼠的棕色脂肪組織的影響；E-H：NLE對(duì)小鼠肝臟脂肪變性的影響
3. 菱形藻（Nitzschia laevis）對(duì)小鼠血脂、膽固醇、血糖和腸上皮完整性的影響
HFD-LE組、HFD-HE組均未顯著降低HFD導(dǎo)致的小鼠血清CHO、TG、LDL和HDL的升高（圖3A-3D）。緊密連接蛋白（ZO-1）和閉合蛋白是腸道上皮和屏障功能完整的重要生物標(biāo)志物，其表達(dá)的減少顯著細(xì)胞外通透性增加。高濃度的NLE（HFD-HE組）顯著恢復(fù)了HFD造成的閉合蛋白基因mRNA轉(zhuǎn)錄的降低（圖3H）。NLE對(duì)閉合蛋白基因表達(dá)影響的劑量依賴(lài)性在West Blot試驗(yàn)中也有體現(xiàn)（圖3I）。
?圖3. A-F：NLE對(duì)小鼠血脂、膽固醇、葡萄糖和胰島素耐受性的影響；G-I：NLE對(duì)小鼠緊密連接蛋白（ZO-1）和閉合蛋白的影響
4. 菱形藻（Nitzschia laevis）對(duì)小鼠腸道微生物的影響
HFD導(dǎo)致小鼠腸道菌群的多樣性降低，然而NLE恢復(fù)了菌群多樣性（圖4）。Proteobacteria?、Epsilonproteobacteria、Helicobacteraceae?和Campylobacterales在HFD-HE組顯著富集（圖5H;5I），NCD與HFD-HE組的菌群結(jié)構(gòu)差異較?。▓D5J）， NLE提高了HFD-HE和HFD-LE組Campylobacterales的豐度（圖5K）。NLE恢復(fù)了部分HFD導(dǎo)致的[K]轉(zhuǎn)錄和[G]碳水化合物代謝與運(yùn)輸?shù)墓δ茴?lèi)型（圖5L）。
?圖4.?NLE對(duì)小鼠腸道微生物α多樣性（A-J）和菌群結(jié)構(gòu)（K-O）的影響
圖5.?NLE對(duì)小鼠腸道微生物基因功能的影響
總結(jié)
菱形藻（Nitzschia laevis）能夠有效地緩解高脂肪攝食（HFD）導(dǎo)致的肥胖癥狀，能夠有效地恢復(fù)小鼠腸道微生物的結(jié)構(gòu)和功能。
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modulation?of?gut?microbiota?in?mice?
褪黑素通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群預(yù)防肥胖
IF：9.314 期刊：Journal of Pineal Research
時(shí)間：2017.03 ?單位：北京師范大學(xué) 、百邁客生物科技
研究背景
肥胖是一個(gè)非常嚴(yán)重的健康威脅因素，在2014年全球體重超標(biāo)的成年人達(dá)到20億，其中至少有6億是肥胖癥。有大量研究表明肥胖是癌癥和一些慢性疾病，如糖尿病、脂肪肝、心血管疾病等的風(fēng)險(xiǎn)因素?，F(xiàn)如今肥胖已經(jīng)超越吸煙，成為世界范圍內(nèi)最嚴(yán)重的健康威脅。目前研究表明腸道菌群失調(diào)會(huì)導(dǎo)致肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)生。已有研究揭示褪黑素可以促進(jìn)體重的下降以及自身能量的平衡，但是褪黑素的益生作用是否與腸道微生態(tài)有關(guān)，目前尚未報(bào)導(dǎo)。而本研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素是通過(guò)改變腸道微生物結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)防肥胖及其并發(fā)疾病。
研究方法
小鼠隨機(jī)分為3組，NCD（正常膳食）、HFD（高脂肪膳食）、HFD+M（高脂肪膳食+褪黑素）
Illumina?MiSeq；16S?rRNA?V3+V4;
組織學(xué)分析，生化分析，葡萄糖和胰島素耐受分析，蛋白質(zhì)印記分析。
研究成果
1，?褪黑素能顯著地控制體重增加
1）?HFD組小鼠體重顯著增加，而HFD+褪黑素組小鼠體重得到有效控制，如下圖A。
2）分離小鼠四類(lèi)主要的脂肪組織（Epi-WAT、Mes-WAT、Per-WAT、Ing-SAT），發(fā)現(xiàn)HFD顯著促進(jìn)這四類(lèi)脂肪組織重量的增加，而褪黑素能有效抑制這四類(lèi)脂肪組織重量的增加，如下圖B-E。
2，?褪黑素能控制白色脂肪組織，脂肪肝，系統(tǒng)性炎癥
1）?通過(guò)比較Epi-WAT脂肪細(xì)胞的大小，發(fā)現(xiàn)HFD組脂肪細(xì)胞顯著增大；而褪黑素通過(guò)減少>12000μm2的細(xì)胞數(shù)目，增加2000–8000μm2的細(xì)胞數(shù)目，使HFD+褪黑素組脂肪細(xì)胞大小維持在正常范圍內(nèi)，如下圖A-C。
2）?通過(guò)比較Epi-WAT脂肪生成基因（FAS和ACC-1）的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)HFD顯著促進(jìn)FAS和ACC-1的表達(dá)，而褪黑素顯著抑制FAS基因的表達(dá)，如下圖D和E。
3）?通過(guò)觀察油紅O染色及比較肝臟TC含量，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著抑制肝臟內(nèi)脂質(zhì)積累，如下圖F和G。
4）?通過(guò)比較血液內(nèi)毒素（LPS）和炎癥性細(xì)胞因子（TNFα和IL-6）的水平，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著抑制內(nèi)毒素血癥和系統(tǒng)性炎癥的發(fā)生，如下圖H-K。
3，?褪黑素能改善葡萄糖耐受性及胰島素抗性
1）?通過(guò)比較血脂含量，發(fā)現(xiàn)HFD顯著提高TG和TC含量，而褪黑素能顯著降低TG和TC的含量，如下圖A和B。
2）?通過(guò)比較血糖和胰島素含量，并推導(dǎo)HOMA-IR和QUICKI指數(shù)，發(fā)現(xiàn)褪黑素能有效保護(hù)胰島素敏感性，并且使血糖和胰島素的含量發(fā)生顛倒，從而使HOMA-IR和QUICKI指數(shù)趨于正常水平，如下圖C-F。
3）?通過(guò)葡萄糖耐受試驗(yàn)（IPGTT）和胰島素耐受試驗(yàn)（ITT）分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著改善葡萄糖耐受性及胰島素抗性，如下圖G和H。
4，?褪黑素能促進(jìn)棕色脂肪組織褐變及產(chǎn)熱
1）?通過(guò)棕色脂肪組織（BAT）石蠟切片分析，發(fā)現(xiàn)HFD促進(jìn)脂質(zhì)積累（切片白化），而褪黑素表現(xiàn)出相反的作用，并且褪黑素促進(jìn)BAT中UCP1蛋白的表達(dá)，如下圖A。
在BAT中，褪黑素顯著增強(qiáng)產(chǎn)熱基因UCP1和UCP3的表達(dá)，如下圖B和C；線粒體生物合成基因PGC1α，脂肪酸分解代謝基因CPT1β，脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)基因CD36?和FABP的表達(dá)量也有提高，盡管未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性，如下圖D-G。
5，?褪黑激素改變腸道微生物結(jié)構(gòu)
1）?通過(guò)對(duì)小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著降低OTU的數(shù)目以及微生物的豐富度和多樣性，如下圖A-H。
2）?門(mén)水平菌落結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)HFD顯著降低擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）的相對(duì)豐度，而顯著提高厚壁菌門(mén)（Firmicutes）的相對(duì)豐度。而褪黑素的加入會(huì)降低厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)的比例，并且會(huì)顯著提高疣微菌門(mén)（verrucomicrobia）的相對(duì)豐度，如下圖I。
3）?屬水平菌落結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著提高Akkermansia的相對(duì)豐度，Akkermansia屬于疣微菌門(mén)（verrucomicrobia），如下圖J。
4）?UPGMA、NMDS、PCA、PCoA分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著改變了腸道菌群的結(jié)構(gòu)，如下圖K-N。
6，褪黑素能調(diào)節(jié)腸道菌群中的標(biāo)志微生物
1) ?如下圖顯示，在三個(gè)分組中一共找到85個(gè)相對(duì)豐度有顯著差異的OUT。與NCD組相比，HFD組有27個(gè)相對(duì)豐度顯著增高的OTU，42個(gè)顯著降低的OTU。與HFD組相比，添加了褪黑素的組有10個(gè)相對(duì)豐度顯著增高的OTU，20個(gè)顯著降低的OTU；而在這30個(gè)差異性的OTU中，有14個(gè)OTU的變化方向與和NCD組比較的結(jié)果完全相反。這14個(gè)OTU屬于Ruminococcaceae、Desulfovibrionaceae、Bacteroides、Porphyromonadaceae、Helicobacteraceae、Christensenellaceae，有研究表明這些微生物與肥胖相關(guān)。
2) LEfSe分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著提高Akkermansia的相對(duì)豐度，Akkermansia即是降低高脂肪膳食小鼠體重的有益菌。而褪黑素顯著降低Alistipes、Anaerotruncus、Helicobacter?marmotae的相對(duì)豐度，則這三種細(xì)菌預(yù)防肥胖的有害菌?？傊?strong>褪黑素能夠使高脂肪膳食小鼠的腸道菌群由失調(diào)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，從而抑制體重的增加。
參考文獻(xiàn)：
Xu?P,?Wang?J,?Hong?F,?et?al.?Melatonin?prevents?obesity?through?modulation?of?gut?microbiota?in?mice[J].?Journal?of?Pineal?Research,?2017.
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