2018-04-18
水苏糖如何调节Ⅱ型糖尿病大鼠肠道菌群，改善炎症？
——水苏糖，会成为媲美二甲双胍的神药吗？
最近，派森诺生物与中国农业大学合作，在《Molecular Nutrition & Food Research》（影响因子：4.323）发表论文，评估了水苏糖（STS）相比于二甲双胍（MET）对大鼠2型糖尿病的影响以及其肠道菌群的变化，发现STS通过肠道菌群的关键物种降低胰腺组织中IL-6和TNF-α的表达，这种效应的机制与MET相似。
研究背景
水苏糖（STS）是一种非还原性四糖，可显著降低葡萄糖和肾上腺素诱导的高血糖和四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠中的血糖水平。2型糖尿病（T2D）是一种慢性代谢性疾病，与外周胰岛素抵抗、低度系统性炎症、炎症细胞因子如IL-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的产生相关。二甲双胍（MET）是一种双胍类药物的口服降血糖药，与血糖控制脂质代谢和抗炎功能相关，表明调节肠道菌群可能是促成MET的抗糖尿病作用的机制之一。肠道菌群16S rRNA基因测序鉴定出T2D患者的Firmicutes和Clostridia分类水平降低，表明胃肠道可能是药物或食物的重要靶点。
研究目的
最近的研究表明，STS作为一种功能性低聚糖，可以调节肠道菌群平衡。本研究利用新的测序技术和多变量统计，比较STS和MET在治疗HFD/链脲菌素诱导的T2D大鼠肠道菌群结构的调节作用。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA基因V3-V4区测序
实验对象：成年雄性Wistar大鼠
实验设计：
（1）对照组（NC，n = 10），持续喂食HFD；
（2）HFD + STS组（STS，n = 10），喂食HFD并每天一次灌胃给予5000 mg/kg体重STS（pure = 78.28%）；
（3）HFD + MET组（MET，n = 10），喂食HFD并每天一次灌胃给予200 mg/kg体重MET。
研究结果
1、生物化学参数对STS或MET的响应
喂饲HFD饮食4周后，大鼠体内诱发T2D，注射30 mg / kg STZ。然后将STS或MET灌胃给药4周，同时使大鼠继续服食HFD。与NC组相比，STS和MET处理显著降低血清LPS浓度（p <0.01）。此外，STS和MET处理显著降低TG（p <0.01）。
2、受STS和MET影响的炎症相关基因
在胰腺组织中观察到相关基因IL-2，IL-6，TNF-，TGF-，PI3K和Akt的mRNA表达。与对照组相比，STS和MET显著降低胰腺组织中IL-6（p <0.01）和TNF-（p <0.01）的mRNA表达。此外，STS和MET显着增加了PI3K（p <0.01）和Akt（p <0.01）的mRNA表达。
3、16S rRNA基因测序检测肠道微生物群落整体结构
共测序获得1,298,030条序列，平均每个对照样本有53,003条序列，每个MET样本有47,643条序列，每个STS样本有44,521条序列。序列平均长度为420~450bp。高质量序列聚集在3924个细菌OTU中，其中STS组OTU为229个，MET组OTU为181个。
DNA原始数据和三组OTU的比较。A）DNA测序量和长度；B）水苏糖（STS），二甲双胍（MET）和对照组（NC）中常见和OTU维恩图。
水苏糖或二甲双胍对肠道菌群Alpha多样性指数的影响
PCA分析显示，NC组的肠道菌群相比于STS和MET处理，在第二主成分（PC2）上表现出轻微的结构变化。UniFrac NMDS分析显示了STS和MET处理肠道菌群变化的相反模式。MET和STS群落相似性比对照组更大，这在未加权的Unifrac NMDS中尤为明显。分类学分析还表明， STS或MET处理时相比于对照组的成分变化趋势。STS和MET显著增加了Bacteroidetes的相对丰度（p <0.01），并降低了Verrucomicrobia的相对丰度（p <0.01）。STS显著增加了Proteobacteria的相对丰度（p <0.01），而MET组观察到显著降低。
水苏糖（STS），二甲双胍（MET）和对照（NC）处理糖尿病大鼠，使用Beta多样性和无监督多元统计方法统计对肠道菌群结构的影响。A）PCA二维分析图；B）基于加权UniFrac距离的NMDS二维图；C）基于未加权的UniFrac距离的NMDS二维图。
4、STS或MET处理调节的肠道菌群关键物种
LEfSe分析显示了相对丰度有显著差异的物种。当补充STS时，Firmicutes和Proteobacteria有显著差异。MET显示对Firmicutes，Bacteroidetes和Proteobacteria门有显著影响。在属水平上，STS表现出对Phascolarctobacterium，Bilophila，Oscillospira，Turicibacter和SMB53有显著的选择性富集作用。MET显示对Sutterella（p = 0.04），Prevotella（p = 0.03），02d06（p = 0.03）和rc4（p = 0.01有显著效果。
A）LDA得分图。LDA得分高于2，表明相应组的相对丰度高于其他两组；
B）LEfSe分类进化分枝图；不同的颜色表示在水苏糖（STS，蓝色），二甲双胍（MET，红色）和对照组（NC，绿色）中有显著差异的分类。
5、关键物种与胰腺基因表达的相关性
在门水平上，Bacteroidetes与IL-6和TNF-α的mRNA表达呈显著负相关（p <0.05），与PI3K和Akt的mRNA表达呈正相关（p <0.05）。在科水平上，Peptococcaceae和Desulfovibrionaceae与IL-6和TNF-α的mRNA表达呈显著负相关（p <0.05），与PI3K和Akt的mRNA表达呈正相关（p <0.05）。Prevotellaceae和Veillonellaceae与IL-6呈显著负相关，与PI3K和Akt呈显著正相关（p <0.05）。
总结
该研究证明STS对HFD和低剂量STZ诱导的T2D大鼠中炎症有改善作用。这种效应的机制，部分与肠道菌群改变Akt/PI3K信号相关。尽管在调节某些特定细菌系统型方面存在差异，但STS和MET在治疗HFD诱导的大鼠T2D期间显示出在改变肠道微生物结构和门组成方面的相似性，表明这两种治疗具有改善胃肠健康的相似机制，并最终介导它们对宿主的有益作用，特别是降低炎性细胞因子。
文章索引：
Guimei Liu，Jia Bei，Li Liang，Guoyong Yu，Lu Li，Quanhong Li(2018).Stachyose Improves Inflammation through Modulating Gut Microbiota of High‐Fat Diet/Streptozotocin‐Induced Type 2 Diabetes in Rats. molecular nutrition & food research，1700954 .
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mnfr.201700954
