不同宏量营养素供能比对健康人群心血管代谢性疾病风险因子、肠道微生态及宿主-菌群共代谢的影响

摘要

膳食脂肪摄入与体重及相关的心血管疾病及代谢性疾病发病风险因子的关系一直存在争议。一些观察性试验和干预时间较短的随机对照试验表明，在有代谢障碍的肥胖西方人群中，高脂肪低碳水化合物的膳食结构对受试者的体重和相应的心血管疾病风险因子，特别是糖代谢的主要指标产生了显著的积极作用。而高碳水化合物饮食，特别是大米被一些学者认定为引起代谢性疾病的罪魁祸首。因此，部分西方学者提出，应该将限制碳水化合物摄入而不是脂肪摄入作为最适合的营养干预手段来达到降低肥胖和相关慢病的发病率。实际上，我国在30年前碳水化合物占了能量摄入的70％左右，而代谢性疾病的发病率却远低于现在。为了明确膳食脂肪摄入和健康人体重变化、慢病发病风险因子之间的因果关系以及对菌群宿主共代谢的影响，本研究通过为期半年的全食供给随机对照试验，将307名健康非肥胖受试者随机分成三组，分别接受总脂肪和总碳水化合物比例不同的膳食（蛋白质供能比三组一样），探究这三种膳食对健康非肥胖志愿者体重及宿主-菌群共代谢的影响。我们发现:
　　(1)接受低脂肪高碳水化合物（lower-fat,higher-carbohydrate，LF-HC）干预组的受试者在体重、腰围、部分血脂水平较另外两组显著降低，而糖代谢的主要指标在三组之间并未发现显著性差异。（第二章）
　　(2)通过对六个月干预前后受试者的粪便样品进行16s rRNA测序，发现在门水平上，Firmicutes的相对丰度在高脂肪低碳水化合物(higher-fat，lower-carbohydrate，HF-LC)组内显著降低，Bacteroidetes的相对丰度在中脂肪中碳水化合物(moderate-fat，moderate-carbohydrate，MF-MC)组和HF-LC组内显著升高;在属水平上，Alistipes和Bacteroides的相对丰度在HF-LC组内显著升高;Faecalibacterium的相对丰度在HF-LC组中显著降低;而Blautia和Faecalibacterium的相对丰度在LF-HC组内显著升高。通过属水平和生化指标的关联性分析发现，Bateroides相对丰度的变化值和血清总胆固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)及非高密度脂蛋白胆固醇（non high density lipoprotein cholesterol，non-HDL-C）的变化值呈正相关。而Blautia相对丰度的变化值和这几个胆固醇的变化值呈负相关。干预前后三组的肠型和整体结构多样性均无显著性变化。（第三章）
　　(3)采用气相色谱/飞行时间质谱联用仪(gas chromatography/time-of-flightmass spectrometry,GC-TOFMS)平台定量检测六个月干预前后受试者粪便样品的宿主-菌群共代谢物，发现LF-HC组和HF-LC组在干预前后整体共代谢物有显著性差异。丁酸、3-吲哚丙酸在LF-HC组显著升高，而p-Cresol和吲哚显著降低。在HF-LC组，棕榈酸、花生四烯酸、硬脂酸、吲哚、吲哚乙酸显著升高，丁酸和戊酸显著下降。属水平和共代谢物的关联分析发现Bacteroides属在干预前后的变化值和棕榈酸，p-Cresol以及吲哚的变化值呈正相关，Faecalibacterium属的变化值同丁酸的变化值呈正相关，Ruminococcus属的变化值和p-Cresol的变化值呈负相关。（第四章）
　　(4)采用超高液相色谱三重四极杆质谱联用仪(ultraperformance liquid chromatography triple quadrupole mass spectrometry,UPLC-TQS)平台定量检测六个月干预前后受试者粪便样品胆汁酸谱，发现HF-LC组的总胆汁酸、次级胆汁酸、非结合型胆汁酸、牛磺胆汁酸在干预后显著升高。同时，HF-LC组总胆汁酸和次级胆汁酸在干预前后的变化值与LF-HC组存在显著性差异。胆汁酸与菌群属水平的关联分析发现，Alistipes属的相对丰度在干预前后的变化值同粪便上清液中总胆汁酸、非结合型胆汁酸在干预前后的变化值呈显著正相关;Bacteroides属的相对丰度在干预前后的变化值同粪便上清液中的总胆汁酸、非结合型胆汁酸、脱氧胆酸变化值呈显著正相关。（第五章）
　　综上所述，本文通过一项为期半年基于健康人的随机全食物供给试验，从测量学指标、生化指标、肠道菌群组成、宿主-菌群共代谢物方面探究了不同宏量营养素比例（特别是碳水化物和脂肪的比例）的膳食对中国健康人群的影响，我们的结果表明传统的低脂肪高碳水化物饮食在保持体重、脂代谢指标以及宿主-菌群共代谢物等指标上都优于高脂肪低碳水化物饮食。本试验的结果不支持白米饭是导致中国人代谢病的“元凶”，也不支持通过“限制碳水化合物摄入，取消总脂肪摄入”来改善中国居民持续上升的肥胖及慢病的发病率。

目录

声明

致谢

摘要

缩略词

第一章 绪论

1．1 中国居民膳食结构与肥胖及相关慢病现状

1．1．1 肥胖的流行病学基础

1．1．2 中国居民饮食结构与体重交化及相关风险因子关系概述

1．2 膳食结构与肠道菌群变化

1．2．1 人体肠道菌群的多样性组成和主要功能

1．2．2 肠道菌群与肥胖关系研究概述

1．2．3 饮食结构影响肠道菌群组成

1．3 膳食结构与宿主-菌群共代谢

1．3．2 碳水化合物代谢

1．3．3 脂代谢

1．3．4 氨基酸代谢

1．3．5 维生素代谢

1．4 代谢组学在营养干预研究中的应用

1．5 本论文的研究内容、目的和意义

1．6 本文的技术路线

第二章 不同宏量营养素组成对中国健康人群体重及相应风险因子的影响——随机对照全食供给试验

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验设计

2．2．2 志愿者入选标准和排除标注

2．2．3 试验注册和志愿者知情同意书

2．2．4 志愿者招募、筛选、试干预及随机分组

2．2．5 干预膳食

2．2．6 干预策略

2．2．7 人体学指标测量、血液样本的收集检测及处理

2．2．8 依从性评价

2．2．9 试验管理和数据监督

2．2．1 0数据统计分析

2．3 结果

2．3．1 第一结局变量——体重变化

2．3．2 第二结局变量

2．3．3 不同缺失值处理方法对结果的影响

2．4 讨论与结论

2．5 本章小结

第三章 不同宏量营养素组成对中国健康人肠道茵群的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验试剂盒与仪器

3．2．4 16s rRNA基因V3-V4区PCR扩增及Miseq文库构建测序

3．2．5 样本序列质量

3．2．6 生物信患学分析

3．2．7 统计分析

3．3 结果

3．3．1 纳入人群基本特征

3．3．2 序列质量评估

3．3．3 干预前后的Alpha多样性变化

3．3．4 三组干预前后肠道菌群整体结构的变化

3．3．5 三组干预前后在门和属水平上的变化

3．3．6 三组干预前后肠型的变化

3．3．7 组间干预前后变化和生化指标的关联分析

3．4 讨论与结论

3．5 本章小结

第四章 不同宏量营养素组成对中国健康人群肠道-宿主共代谢的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验试剂与药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 试验设计及样品收集

4．2．4 粪便样品前处理

4．2．5 粪便上清液宿主-菌群共代谢物定量检测

4．2．6 质量控制

4．2．7 数据处理

4．2．8 统计分析

4．3 结果

4．3．1 纳入人群基本特征

4．3．3 干预前后宿主-菌群共代谢物的变化

4．3．4 组间干预前后变化和肠道菌群组成交化的关联分析

4．4 讨论与结论

4．5 本章小结

第五章 不同宏量营养素组成对中国健康人群胆汁酸代谢的影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验药品

5．2．2 实验仪器

5．2．3 试验设计及样品收集

5．2．4 粪便样品前处理

5．2．5 粪便上清液胆汁酸全谱定量检测

5．2．6 质量控制

5．2．7 数据处理

5．2．8 胆汁酸分类

5．2．9 统计分析

5．3 结果

5．3．1 纳入人群基本特征

5．3．2 干预前后粪便上清液胆汁酸谱的变化

5．3．3 干预前后粪便上清液中各类胆汁酸的变化

5．3．4 干预前后粪便上清液中各种胆汁酸的变化

5．3．5 组间干预前后变化和肠道菌群组成交化的关联分析

5．4 讨论与结论

5．5 本章小结

6．1 研究结论

6．2 研究创新点

6．3 研究展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间第一作者发表文章