潮湿环境对血糖、血脂和肠道菌群影响的研究

来源 :广州中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaodaxiang
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目的:人与自然的统一是整体观念的基本内容,气候环境不同,人体生理、病理也会随之发生相应的变化。“三因制宜”是中医治疗疾病和养生所必须遵循的原则,环境养生也是中医养生的基本方式之一。湿生百病,与多种疾病密切相关。较多研究已经发现痰湿体质者存在糖脂代谢和肠道菌群异常,而潮湿环境与糖脂代谢、肠道菌群关系的研究目前还少有报道。因此,本研究的目的是探讨潮湿环境对血糖、血脂以及肠道菌群的影响,为环境养生提供研究基础。方法:1.实验一:把Balb/c小鼠随机分成正常组(C)和潮湿组(D),分别在正常SPF环境和人工气候箱潮湿环境饲养2周。通过生化仪检测血糖,使用ELISA技术检测血浆胰岛素、胰高血糖素样肽1等相关激素的浓度,通过16S rDNA测序分析肠道菌群的变化,利用气相色谱/质谱技术检测短链脂肪酸浓度,使用western blot技术检测蛋白表达量。2.实验二:把Balb/c小鼠随机分成正常组(C)和潮湿组(D),分别在正常SPF环境和人工气候箱潮湿环境饲养8周。使用生化仪检测血脂,通过ELISA技术检测相关激素的浓度,通过16S rDNA测序分析肠道菌群的变化,用PCR技术分析脂生成相关基因的表达水平,通过蛋白组学技术研究蛋白水平的变化,并利用苏木素-伊红染色研究肠道结构上的改变。3.实验三:把无菌Balb/c小鼠分成移植正常菌组(NF)和移植潮湿菌组(DF)。将正常环境组(N)和潮湿环境组(D)小鼠的粪便制备成菌液,将两种菌液分别移植到NF、DF组无菌小鼠体内。在粪菌移植2周后,通过生化仪检测血糖、血脂,使用ELISA技术检测相关激素的浓度,通过16S rDNA测序分析肠道菌群的变化,从而研究无菌小鼠被粪菌移植后是否可以产生潮湿环境所诱发的菌群改变和糖脂代谢紊乱。结果:1.实验一,造模lw结果。D组体重增长值显著低于C组(P=0.028)。C、D两组的空腹血糖浓度无区别(P=0.988)。D组血浆胰岛素(insulin,INS)浓度(P=0.346)、胰高血糖素样肽 1(glucagon-like peptidel,GLP-1)浓度(P= 0.310)、饥饿素(ghrelin,GHRL)浓度(P=0.316)相较C组均有降低的趋势,但差异无统计学意义。D组胰高血糖素(glucagon,GC)浓度显著低于C组(P=0.029)。D组抑胃肽(gastric inhibitory polypeptide,GIP)浓度(P=0.005)、肽 YY(peptide tyrosine-tyrosine,PYY)浓度(P=0.002)显著高于C组。对小鼠粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,两组的sobs(P=0.485)、chao(P=0.562)、shannon(P=0.572)、simpson(P=0.589)指数均没有明显区别。对小鼠粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,两组样本间的群落结构差异性不明显。RDA线性模型分析发现肠道菌群和血糖相关性较高(R2=0.429,P=0.090)。通过Spearman相关性分析研究与表型相关的物种(genus水平),RuminococcaceaeUCG-013(R=0.806,P=0.002)、LachnospiraceaeFCS020group(R=0.658,P=0.020)与血糖正相关;RuminococcaceaeUCG-013(R=0.832,P=0.001)、Desulfovibrio(R=0.720,P=0.008)、LachnospiraceaeFCS020group(R=0.643,P=0.024)与 INS 正相关,PrevotellaceaeUCG-001(R=-0.657,P=0.020)、Bacteroides(R=-0.629,P=0.028)与 INS 负相关;RuminococcaceaeUCG-013(R=0.706,P=0.010)与GLP-1 正相关,PrevotellaceaeUCG-001(R=-0.622,P=0.031)与 GLP-1 负相关。2.实验一,造模2w结果。D组体重增长值有低于C组的趋势,但差异无统计学意义(P=0.337)。D组空腹血糖浓度显著高于C组(P=0.002)。D组INS(P=0.010)、GLP-1(P=0.001)、GC(P=0.010)、GHRL(P= 0.004)浓度显著低于 C 组。两组GIP浓度没有明显区别(P=0.786)。D组PYY浓度有高于C组的趋势,但差异无统计学意义(P=0.172)。对粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,D组sobs(P=0.100)、chao(P=0.090)、shannon(P=0.079)指数有低于C组的趋势,而simpson指数(P=0.074)有高于C组的趋势,这些指标的改变均无统计学意义。对粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,两组样本间的群落结构有明显的差异。RDA线性模型分析发现肠道菌群与 INS(R2=0.420,P=0.080)和 GLP-1(R2=0.425,P= 0.097)相关较高。通过Spearman相关性分析研究与表型相关的物种(genus水平),Oscillibacter(R=0.746,P=0.005)与血糖正相关,RuminococcaceaeUCG-014(R=-0.725,P=0.008)与血糖负相关;Eubacterium]xylanophilumgroup(R=0.651,P=0.022)与 INS 正相关,LachnospiraceaeUCG-004(R=-0.832,P=0.001)、PrevotellaceaeUCG-001(R=-0.671,P=0.017)、Butyricicoccus(R=-0.664,P=0.018)与 INS 负相关;RuminococcaceaeNK4A214group(R=0.606,P=0.037)与 GLP-1 正相关,PrevotellaceaeUCG-001(R=-0.594,P=0.042)、LachnospiraceaeUCG-004(R=-0.580,P= 0.048)与 GLP-1 负相关。D 组小鼠粪便短链脂肪酸浓度较C组普遍降低,其中丁酸(P=0.001)和戊酸(P=0.005)显著降低。3.实验二,造模4周结果。D组体重增长值有低于C组的趋势(P=0.078),但差异无统计学意义。两组胆固醇浓度(cholesterol,CHOL)浓度(P=0.210)、甘油三酯(triglyceride,TG)浓度(P=0.222)、高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)浓度(P=0.566)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)浓度(P=0.583)均无明显区别。D组GHRL浓度显著低于C组(P=0.046)。两组GIP(P=0.394)、PYY(P=0.976)浓度没有明显区别。对粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,两组sobs(P=0.217)、chao(P=0.560)指数均没有明显区别,D组shannon指数显著低于C组(P=0.019),D组simpson指数高于C组(P=0.050)。对粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,C、D两组样本间的群落结构差异较明显。D 组相较 C 组,fPrevotellaceae(P=0.020)、gAlloprevotella(P=0.045)、sBacteroidesacidifaciens(P=0.045)丰度显著增加,sHelicobacterganmani(P=0.013)丰度显著降低。用RDA线性模型分析菌群与血脂之间的关系,TG(R2=0.495,P=0.048)、CHOL(R2=0.485,P= 0.048)和 LDL(R2=0.542,P= 0.030)均与肠道菌群有较强相关性。通过Spearman相关性分析研究物种(genus水平)与血脂之间的关系,Tyzzerella3(P=0.091)与TG正相关,但差异无统计学意义;Ruminiclostridium5(P=0.020)、RuminococcaceaeUCG-014(P=0.026)与 TG显著负相关;Anaerotruncus(P=0.012)、LachnospiraceaeUCG-001(P= 0.021)与 CHOL 显著正相关,Butyricicoccus(P=0.013)与 CHOL 显著负相关;Anaerotruncus(P=0.014)、LachnospiraceaeUCG-001(P=0.021)与HDL显著正相关,Tyzzerella3(P=0.046)与 HDL 显著负相关;LachnospiraceaeUCG-001(P=0.033)、Anaerotruncus(P=0.008)与 LDL 显著正相关,Tyzzerella3(P=0.053)与 LDL负相关。4.实验二,造模6周结果。D组体重增长值显著低于C组(P=0.039)。D组CHOL(P= 0.135)、TG(P=0.180)、HDL(P=0.065)、LDL(P= 0.180)浓度均有高于C组的趋势,但差异都不具有统计学意义。两组GHRL(P=0.885)、GIP(P=0.786)、PYY((P=0.812)浓度均无明显区别。对粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,两组的 sobs(P=0.368)、chao(P=0.818)、shannon(P=0.186)、simpson(P=0.214)指数均没有明显区别。对粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,两组样本间的群落结构差异不明显。D 组相较 C 组,sMucispirillumschaedleriASF457(P=0.031)和sHelicobacterhepaticus(P=0.045)丰度显著降低。用RDA线性模型分析菌群与血脂之间的关系,LDL(R2=0.576,P=0.022)与肠道菌群有较强的相关性。通过Spearman相关性分析研究物种(genus水平)与血脂之间的关系,丰度前50的物种与TG的相关性均不具有统计学意义。LachnospiraceaeUCG-001(P=0.012)与 CHOL 显著正相关;Oscillibacter(P=0.000)、Mucispirillum(P=0.014)、Intestinimonas(P=0.023)、Blautia(P=0.041)、Ruminiclostridium(P=0.042)与 CHOL 显著负相关。LachnospiraceaeUCG-001(P=0.006)与 HDL 显著正相关;Mucispirillum(P=0.000)、Ruminiclostridium(P=0.004)、Intestinimonas(P=0.005)、A2(P=0.026)、RikenellaceaeRC9gutgroup(P=0.022)、Desulfovibrio(P=0.045)与 HDL 显著负相关。LachnospiraceaeUCG-001(P=0.009)、RuminococcaceaeUCG-013(P=0.043)与LDL显著正相关;Oscillibacer(P=0.002)、RikenellaceaeRC9gutgroup(P=0.000)、Eubacterium]xylanophilummgroup(P=0.030)、Alistipes(P=0.036)、Ruminiclostridium(P=0.041)、Intestinimonas(P=0.041)、Mucispirillum(P=0.046)、Rikenella(P=0.046)、Helicobacter(P=0.050)与LDL负相关。5.实验二,造模8周结果。D组体重增长值有低于C组的趋势,但差异无统计学意义(P=0.265)。两组 CHOL(P=0.811)、HDL(P=0.812)、LDL(P= 0.247)浓度无区别,但D组TG浓度显著高于C组(P=0.009)。D组GHRL浓度有低于C组的趋势,但差异无统计学意义(P=0.092)。D组GIP(P=0.017)、PYY(P=0.033)浓度显著高于C组。对粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,两组的sobs(P=0.174)、chao(P= 0.157)、shannon(P=0.374)、simpson(P=1.000)指数均没有明显区别。对粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,C、D两组样本间的群落结构差异较明显。D 组相较 C 组,fPrevotellaceae(P=0.020)、gAlloprevotella(P=0.005)、sBacteroidesacidifaciens(P=0.045)丰度显著增加,sHelicobacterganmani(P= 0.031)、sMucispirillumschaedleriASF457(P= 0.005)、sHelicobacterhepaticus(P=0.030)丰度显著降低。用RDA线性模型分析菌群与血脂之间的关系,TG(R2=0.516,P=0.048)、CHOL(R2=0.628,P=0.013)、HDL(R2=0.728,P=0.004)和 LDL(R2=0.522,P=0.038)均与肠道菌群有相关性。通过Spearman相关性分析研究物种(genus水平)与血脂之间的关系。Tyzzerella3(P=0.006)、Alloprevotella(P=0.010)、PrevotellaceaeUCG-001(P=0.027)与 TG 显著正相关;Ruminiclostridium5(P=0.002)、Mucispirillum(P=0.000)、Rikenella(P= 0.018)、RuminococcaceaeUCG-014(P= 0.015)、LachnospiraceaeUCG-006(P=0.010)、Helicobacter(P=0.015)、Desulfovibrio(P=0.018)、Roseburia(P=0.023)与 TG显著负相关。Butyricicoccus(P=0.010)、A2(P=0.040)与 CHOL 显著负相关。Butyricicoccus(P=0.007)、A2(P=0.016)与HDL显著负相关。Ruminiclostridium(P=0.045)与LDL显著正相关;Butyricicoccus(P=0.003)、Marvinbryantia(P=0.005)与 LDL 显著负相关。D组 ACC1(P=0.003)、ACLY(P=0.034)mRNA表达显著增加,两组 PDHB(P=0.247)、MTTP(P=0.214)、DGAT2(P=0.678)、FAS(P=0.565)和apo A-IV(P=0.759)mRNA表达没有明显区别。对回肠样本进行GO分析,差异蛋白富集在脂类稳态、胆固醇稳态等生物过程。KEGG分析发现差异表达蛋白富集在PPAR信号通路、不饱和脂肪酸合成信号通路等通路。6.实验三,粪菌移植实验结果。粪菌移植2周后,NF、DF组的体重增长值没有明显区别(P=0.648)。DF组TG(P=0.072)、FBG(P=0.211)有高于NF组的趋势,但差异无统计学意义。DF组CHOL(P=0.045)、LDL(P=0.010)浓度显著低于NF组。DF组HDL浓度有低于NF组的趋势,但差异无统计学意义(P=0.169)。两组血浆 INS(P=0.803)、GC(P=0.226)、GHRL(P=0.218)浓度无明显区别。DF 组血浆GLP-1浓度有高于NF组的趋势(P=0.055),但差异无统计学意义。DF组血浆GIP(P=0.067)、PYY(P=0.061)浓度有低于NF组的趋势,但差异无统计学意义。对受体小鼠粪便样本进行肠道菌群α多样性分析,DF组sobs(P=0.004)指数显著低于NF组;DF组chao(P=0.138)、shannon(P=0.078)指数有低于NF组的趋势,但差异无统计学意义:DF组simpson(P=0.257)指数有高于NF组的趋势,但差异无统计学意义。对受体小鼠粪便样本进行肠道菌群β多样性分析,粪菌移植2周后NF、DF两组样本的肠道菌群结构出现了明显的差异。把供体和受体小鼠的肠道菌群进行PCoA分析(principal co-ordinates analysis)和物种组成分析,N组(供体)和NF组(受体)的菌群结构有较大的差异,D组(供体)和DF组(受体)的菌群结构也有较大的差异。结论:1.潮湿环境可引起Balb/c小鼠血糖浓度一定程度的升高,肠道菌群紊乱引发的短链脂肪酸生成减少和GLP-1、INS浓度降低与之相关。2.潮湿环境可引起Balb/c小鼠血甘油三酯浓度一定程度的升高,其与肠道菌群紊乱、脂生成基因和蛋白表达异常相关。3.无菌Balb/c小鼠被移植潮湿环境饲养的Balb/c小鼠的肠道菌群后,没有产生类似供体的肠道菌群结构,因此没有诱发类似供体的糖脂代谢紊乱。
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