英文标题:Extract of the Microalga Nitzschia laevis Prevents High‐Fat‐Diet Induced Obesity in Mice by Modulating the Composition of Gut Microbiota
中文标题:菱形藻(Nitzschia laevis)通过调节肠道菌群来缓解高脂膳食引起的肥胖
发表时间2018.12
期刊名称Molecular nutrition & food research
影响因子5.15
合作单位:北京大学 食品与生物资源工程研究所

研究背景

随着人类生活水平的提高,肥胖和超重人口越来越多,而人工合成药物(如褪黑素)的肥胖治疗往往会产生负面效应,因此,从自然界中提取成分“温和”的生物合成药物已经被人们广泛关注,近年来,以微藻为代表的海洋生物已成为研究的热点。研究表明,藻类中提取的辅助色素岩藻黄素能够通过抑制解偶联蛋白1(UCP1)调节脂肪组织的脂质代谢,岩藻黄素是一种四十二碳叶黄素,目前已被开发作为有效的减肥药。菱形藻(Nitzschia laevis)是一种富含岩藻黄素的硅藻,也是多酚和多不饱和脂肪酸(PUFAs)的主要来源,多酚和PUFAs能够调节肠道微生物的菌群结构和活性。研究发现,肥胖患者和正常人群的肠道微生物存在差异,因此推测,菱形藻中的提取物能够通过调节肠道微生物实现控制和治疗肥胖的效果。

材料方法

1. 菱形藻的制备和培养藻种为Nitzschia laevis (UTEX2047),采用HPLC-DAD、GC-MS和LC-MS分离检测色素、多酚和多不饱和脂肪酸(PUFAs)。

2. 试验对象:10周龄C57BL/6J小鼠。

3. 分组方式①正常膳食组(NCD)、②高脂膳食组(HFD)、③高脂+低藻(10 mg/kg/d)膳食组(HFD-LE)、④高脂+高藻(50 mg/kg/d)膳食组(HFD-HE)。

4. 组织学分析(H&E):肩胛间的棕色脂肪组织(BAT)、白色脂肪组织(WAT)、附睾脂肪组织(epi-WAT)、肠系膜脂肪、腹沟股脂肪和腹膜后脂肪。

5. 生化分析提取血清样本,检测总胆固醇(CHO)、总三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。

6. 蛋白印记分析(WB):紧密连接蛋白(ZO-1)、闭合蛋白。

7. 实时荧光定量PCR(RT-PCR):紧密连接蛋白(ZO-1)、闭合蛋白合成相关基因。

8. 肠道微生物多样性粪便样本,16S rDNA V3-V4,Illumina Hiseq 2500,RDP数据库,PICRUST预测功能基因(KEGG、COG)。

重要结果与讨论

1. 菱形藻Nitzschia laevis)对小鼠体重脂肪厚度和肝脂肪的影响

水溶性化合物、类胡萝卜素、多酚和脂肪酸的比例分别为13.55%、7.27%、13.83%和7.3%,多不饱和脂肪酸(PUFA)占总脂肪酸的30.32%。NLE对HFD导致的小鼠体重增加的抑制具有剂量依赖性(图1B),NLE对HFD导致的小鼠体重增加的抑制作用不是通过抑制食物或能量摄入来实现的(图1C; 1D)。NLE能够降低HFD导致的脂肪厚度的增加(图1E-1G)。

图1. A-D:小鼠的体重相关特征;E-G:NLE对小鼠的白色脂肪组织的影响

2. 菱形藻Nitzschia laevis)对小鼠肝脏的病理影响

NLE未能显著降低HFD导致的BAT增长(图2A),与脂肪代谢有关的UCP1和PGC1基因表达在HFD-LE组中显著升高(图2C-2D),HFD-HE显著降低了肝重(图2E),NLE对HFD诱导的脂肪增生具有有效的抑制作用(图2F-2G)。Srebp1c与肝脂肪的变性有关,NLE对HFD导致的Srebp1c基因表达水平降低有恢复作用(图2H)。

图2. A-D:NLE对小鼠的棕色脂肪组织的影响;E-H:NLE对小鼠肝脏脂肪变性的影响

3. 菱形藻Nitzschia laevis)对小鼠血脂胆固醇、血糖和上皮完整性的影响

HFD-LE组、HFD-HE组均未显著降低HFD导致的小鼠血清CHO、TG、LDL和HDL的升高(图3A-3D)。紧密连接蛋白(ZO-1)和闭合蛋白是肠道上皮和屏障功能完整的重要生物标志物,其表达的减少显著细胞外通透性增加。高浓度的NLE(HFD-HE组)显著恢复了HFD造成的闭合蛋白基因mRNA转录的降低(图3H)。NLE对闭合蛋白基因表达影响的剂量依赖性在West Blot试验中也有体现(图3I)。

 图3. A-F:NLE对小鼠血脂、胆固醇、葡萄糖和胰岛素耐受性的影响;G-I:NLE对小鼠紧密连接蛋白(ZO-1)和闭合蛋白的影响

4. 菱形藻(Nitzschia laevis)对小鼠肠道微生物的影响

HFD导致小鼠肠道菌群的多样性降低,然而NLE恢复了菌群多样性(图4)。Proteobacteria 、EpsilonproteobacteriaHelicobacteraceae 和Campylobacterales在HFD-HE组显著富集(图5H;5I),NCD与HFD-HE组的菌群结构差异较小(图5J), NLE提高了HFD-HE和HFD-LE组Campylobacterales的丰度(图5K)。NLE恢复了部分HFD导致的[K]转录和[G]碳水化合物代谢与运输的功能类型(图5L)。

 图4. NLE对小鼠肠道微生物α多样性(A-J)和菌群结构(K-O)的影响

图5. NLE对小鼠肠道微生物基因功能的影响

总结

菱形藻(Nitzschia laevis)能够有效地缓解高脂肪摄食(HFD)导致的肥胖症状,能够有效地恢复小鼠肠道微生物的结构和功能。

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