不同聚合度菊粉对健康肠道微生物群落结构影响的研究

摘要

目的： 菊粉是一种低聚果糖。将其作为人体肠道益生元后可达到通过调节肠道菌群，从而起到调节血糖、降低胃肠疾病风险和增强人体免疫力的作用。目前市面上的菊粉种类繁多，而各种聚合度菊粉对肠道微生物的影响不一。本文拟通过人群及动物干预对比实验，观察低聚合度（DP=4.17）和高聚合度（DP=14.5）菊粉对人群及小鼠肠道菌群微生物群落结构的影响。 方法： 1.健康人群干预实验：随机选取健康志愿者26人（年龄20-50岁），男女不限，排除既往有胃肠道疾病、近期服用抗生素等药物者。最终纳入20人按1:1比例、随机对照原则分为高聚合度菊粉组和低聚合度菊粉组。两组分别在食用菊粉前后采集粪便、提取细菌总DNA，应用Illumina-MiSeq高通量测序平台对总DNA进行16Sr-RNA基因V3-V4高变区进行测序，然后进行Alpha多样性、beta多样性及微生物群落组成差异的分析。2.小鼠干预实验：选择6-8周龄的C57/BL小鼠20只，雌雄各半，体重18-22g。按1:1比例、随机对照原则分为高聚合度菊粉组和低聚合度菊粉组。两组分别在喂食菊粉前后收集小鼠粪便、提取细菌总DNA，后续实验与健康人群干预实验一致。 结果： 1.从Alpha多样性指数上发现：人群干预实验中食用高聚合度菊粉组和低聚合度菊粉组的Alpha 多样性指数都无显著变化。小鼠干预实验中喂食低聚合度菊粉组，Chao1指数、ACE指数和Shannon指数都降低；小鼠干预实验中高聚合度菊粉组Alpha多样性指数无显著改变。2.PCA分析显示：菊粉对肠道菌群的结构产生明显的影响。具体来说，健康人群服用不同聚合度菊粉组以前肠道菌群结构很接近，服用不同聚合度菊粉以后肠道菌群位于不同的象限。在小鼠肠道菌群的物种组成上，肠道菌群在进食菊粉前后具有显著差异，进食不同菊粉之间的差异不显著。3.Bifidobacterium（双歧杆菌）、Lactobacillus（乳酸菌）等健康人群的肠道优势菌群在菊粉干预前后都没有显著改变，Bacteroides（拟杆菌属）、Parabacteroides（副类杆菌属）等健康人群的肠道核心微生物群在菊粉干预前后也没有显著改变。Bacteroides（拟杆菌属）、Lactobacillus（乳酸杆菌属）等小鼠肠道优势菌群在菊粉干预前后都没有显著改变，Bacteroides（拟杆菌属）、Parabacteroides（副类杆菌属）等小鼠肠道的核心微生物群在菊粉干预前后也没有显著改变。4.健康人群干预实验中，食用高聚合度菊粉组和低聚合度菊粉组在KEGG功能谱分析中，代谢（Metabolism）、遗传信息处理（Genetic Information Processing）等方面没有显著的丰度变化。小鼠服用菊粉前后在KEGG第二等级的功能类群发生变化。具体来说，在细胞过程中，小鼠干预实验中喂食高聚合度菊粉组，Cell growth and death（细胞生长和死亡）相对丰度增高；在代谢过程中，小鼠干预实验中喂食低聚合度菊粉组，Lipid metabolism（脂质代谢）相对丰度增高；小鼠干预实验中喂食高聚合度菊粉组，Biosynthesis of other secondary metabolites（其他次级代谢物的生物合成）、Amino acid metabolism（氨基酸代谢）相对丰度降低。5.从物种丰度差异性上发现：在门水平上，在高聚合度菊粉干预以后，健康人群和小鼠肠道菌群共同的变化是Proteobacteria（变形菌门）在总群落中有升高趋势。在低聚合度菊粉干预以后，健康人群和小鼠肠道菌群共同的变化是Bacteroidetes（拟杆菌门）丰度有升高趋势，Proteobacteria（变形菌门）丰度有降低趋势。 结论： 1.在小鼠菊粉干预实验中，不同聚合度菊粉对肠道菌群结构的影响不同。低聚合度菊粉对肠道菌群结构的影响更明显。2.在小鼠菊粉干预实验中，KEGG 第二等级的功能类群发生变化，这些基因功能的改变提示添加菊粉以后可以改善小鼠菌群的组成，增加益生效应。

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