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肠道菌群与代谢组学研究策略（网络）研讨会（9月19-20日） -08-19导读
菊粉型果聚糖可作为具有益生元特性的有趣膳食纤维，因为许多动物数据和一些菊粉干预研究均支持其对体重和肥胖相关疾病的潜在的治疗效果，但菊粉干预后与肠道菌群变化之间的联系仍不明确。NathalieMDelzenne等人在Gut上发表一篇题为“肥胖症患者肠道微生物特征的发现推动益生菌干预的功效”的文章，研究干预前肠道菌群的特征是否决定了对菊粉的生理反应，作者发现在使用益生元进行营养干预之前表征肠道菌群对于增加肥胖和代谢紊乱的积极结果非常重要，识别菌群是驱动对益生元代谢反应的重要因素，可以给肥胖症患者代谢紊乱的个性化管理提供充分的营养建议。
论文ID
题目：Discoveryofthegutmicrobialsignaturedrivingtheefficacyofprebioticinterventioninobesepatients
译名：肥胖症患者肠道微生物特征的发现推动益生菌干预的功效
期刊：Gut
IF：19.
发表时间：.2.10
通讯作者：NathalieMDelzenne
DOI号：10./gutjnl--
主要内容
1粪便菌群移植（FMT）后小鼠的微生物群特点
在肥胖患者队列（菊粉干预之前）中选择4个捐献者（肠道微生物群组成不同）以便对抗生素（聚乙二醇）预处理的小鼠进行FMT（图1A），总细菌的急剧减少证实抗生素的效率，可以消除超过99.8％的粪便细菌（图1B和C）。除无特定病原体（SPF）对照组外，所有小鼠均通过FMT与肥胖患者的粪便重新定殖。供体为肥胖、药物依赖型糖尿病或非糖尿病患者，粪便细菌属水平丰富度不同(图1D)，肠道菌群组成的科水平也不同(图1E)，未加权的UniFrac距离表明SPF和hum-ob小鼠之间的分布不同（图1F），hum-ob小鼠的肠道菌群与各自的供体非常接近。柔嫩梭菌（在人类中比例最高但在小鼠中极少存在）水平在所有hum-ob小鼠中均明显增加证实了人类细菌在受体小鼠中定殖（图1G）。
图一：从肥胖供体到抗生素预处理小鼠的FMT。
2菊粉对hum-ob小鼠体重和肥胖的不同影响
与SPF小鼠相比接种供体1（D1）粪便的小鼠体重显著增加，且仅这一组在添加菊粉后恢复体重（图2A）。FMT增加D1组hum-ob小鼠的皮下脂肪组织和附睾脂肪组织（图2B和C），而D1组和D4组补充菊粉减少肥胖，各组内脏脂肪组织重量均相似（图2D）。D1小鼠皮下脂肪组织中的平均脂肪细胞面积增加，而菊粉完全阻止这种现象（图2E和F）。菊粉治疗可显著降低D1和D4组hum-ob小鼠皮下脂肪组织中活化的巨噬细胞浸润（降低cd11c表达，图2G），与未经治疗的对应者相比菊粉还降低D1受体的皮下脂肪组织中炎性标志物（tnfa和ccl2）的表达（图2G）。菊粉能够降低D1组hum-ob小鼠脂肪酸受体cd36的mRNA水平，菊粉降低D1和D4组hum-ob小鼠中调节脂肪细胞分化和脂肪生成的Pparg的mRNA水平，菊粉可特异性增强D1小鼠棕色脂肪组织中产热标志物（ucp1，prdm16和ppargc1a）的表达并促进脂肪酸氧化（图2H）。
图二：菊粉对hum-ob小鼠体重增加和肥胖的不同反应。
3菊粉降低D1和D4hum-ob小鼠肝脏脂质积累
菊粉仅在D1和D4中降低甘油三酸酯和胆固醇的积累（图3A-D），D1小鼠的丝氨酸79残基上的乙酰辅酶A羧化酶的磷酸化增强，菊粉对AMPK的激活进一步增强这种作用（图3E）。菊粉还降低D1和D4小鼠的Srebp-1c和Srebp-2（图3F和G）。菊粉降低D1小鼠中两种涉及脂肪酸摄取和氧化的蛋白质（cd36和ppargc1a）以及控制甘油三酸酯合成的标志物（acaca，scd1，dgat2和elovl3）的mRNA水平（图3H），菊粉还降低D4小鼠中的scd1和dgat2的mRNA水平。以上结果表明菊粉通过调节参与脂肪形成和脂肪酸氧化的基因的表达降低D1和D4小鼠的肝脂质含量。
图三：菊粉降低D1和D4humm-ob小鼠肝脏脂质积累。
4菊粉改善D1hum-ob小鼠肌肉胰岛素敏感性
D1组hum-ob小鼠肌内脂质和甘油三酯的含量仅高于SPF对照小鼠，而SPF对照小鼠的肌内脂质和甘油三酯的含量被菊粉去除（图4A和B），菊粉显著增强D1组hum-ob小鼠的蛋白激酶B、Akt（丝氨酸）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白mTOR（丝氨酸）磷酸化水平（图4C和D）。菊粉降低D1小鼠比目鱼肌中cd36的mRNA表达（和在肝脏中一样）。在D1组hum-ob小鼠肌肉中Pparg的mRNA表达增加，而菊粉会使其降低，菊粉仅在D1组hum-ob小鼠中抵消了Cpt1b的mRNA增加（图4E）。这些数据表明菊粉通过减少脂肪酸摄取提高D1小鼠肌肉中的胰岛素敏感性，从而限制PPARγ配体的可用性。
图四：菊粉改善D1hum-ob小鼠肌肉胰岛素敏感性。
5菊粉能够引起供体体内菌群组成特异性变化（整体菌群组成不会改变）
菊粉增加了所有组小鼠盲肠的含量和组织的重量，说明了菊粉发酵过程的相似（图5A和B）。与对照小鼠相比FMT降低所有hum-ob小鼠的微生物α多样性（图5C和D），在D2和D4小鼠中加入菊粉使均匀度进一步下降，未加权的UniFrac距离显示出供体之间的个人差异导致的聚类（图5F），单因素分析表明菊粉在hum-ob小鼠的门和科水平上诱导供体特异性变化（图5E）。鉴定18个属的子集受到菊粉的不同调节（具体取决于供体）。显著的代谢作用与菊粉调节的18个属之间的相关性分析显示一些属（巴恩斯氏菌，丁酸单胞菌，嗜胆菌和食物谷菌）与肝脂质蓄积呈正相关。此外在第二种菊粉-应答者组D4小鼠中，与肝脂质含量呈负相关的四个属（梭菌XIVa，拉乌尔菌，布劳特式菌和Akk菌）增加。
图五：菊粉不改变整体菌群组成，但能引起供体体内菌群组成特异性变化。
6微生物群相关标准驱动菊粉治疗的hum-ob小鼠和人类的代谢反应
由于小鼠的FMT模型无法识别可能与体重变化有关的细菌，因此使用菊粉治疗的肥胖患者的整个队列验证某些细菌是否可能与菊粉对BMI的调节有关。在干预结束时，根据BMI变化的中位数将参与者分为菊粉组（n=51），分别为无应答者（BMI不变）和应答者（BMI降低；图6A），2组之间反映肠道菌群丰富程度的Chao1指数相似（图6B），在临床干预期间使用所有细菌属的变异的PCA不允许区分无应答者和应答者（图6C），PCA只考虑hum-ob小鼠中突出显示的菊粉属的变异，倾向于将无应答者和应答者组分开（图6D）。负责不同BMI反应的主要变异是应答者中双歧杆菌的增加同时伴随柯林斯氏菌、巴恩斯氏菌、Akk菌和嗜胆菌的降低（图6E）。单因素分析证实与无应答者相比有应答者的柯林斯氏菌和Akk菌明显减少（图6F）。基于干预前存在的所有属进行PLS-DA分析以评估某些属是否可以预测对菊粉的反应，在无应答者和应答者之间观察到清晰的分离；在负责该特定聚类的主要变量中，发现了上面概述的一些属（如柯林斯氏菌、双歧杆菌、Akk菌、拟杆菌）似乎在应答者中高度存在（图6G）。单因素分析结果显示与无应答者相比应答者中Akk菌的基础含量较高，而厌氧菌的水平较低。这些数据表明一部分细菌可能在人类队列中观察到的BMI个体间反应中发挥重要作用。
图六：在多中心人类队列中对菊粉的干预研究表明菊粉有应答者和无应答者体重指数（BMI）改善和肠道菌群变化方面存在差异。
总结
肠道菌群已被提出作为代谢紊乱的有治疗靶标，菊粉作为益生元可减轻肥胖症和相关疾病。我们的研究结果表明从不同肥胖个体中获得粪便菌群的hum-ob小鼠对高脂肪饮食中补充菊粉发反应不同，在hum-ob小鼠中观察巴恩斯氏菌、嗜胆菌、丁酸单胞菌、食物谷菌、梭菌XIVa、Akk菌、拉乌尔菌和布劳特式菌等菌属与菊粉改善代谢和胰岛素敏感性、降低肝脏脂质积累有关；另外肥胖患者干预前的厌氧棒状菌、Akk菌和丁酸球菌等菌属的水平驱动了菊粉应答者的BMI降低。这些发现表明在使用益生元进行营养干预之前表征肠道菌群对于增加肥胖和代谢紊乱的积极结果非常重要。
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