果胶和菊粉的肠道益生作用比较研究

摘要

哺乳动物的肠道拥有复杂而动态的肠道菌群，在维持宿主免疫和代谢稳态以及抵抗病原体方面起着至关重要的作用。近年来人们逐渐认识到饮食在调节肠道菌群的组成和代谢活性中的作用，并进一步对宿主健康产生影响。补充膳食多糖被认为是维持健康的肠道菌群组成的最佳方法。膳食多糖能够抵抗宿主消化酶的降解，被定植于肠道的微生物利用，从而选择性地改变肠道微生物的组成和代谢活性，进而产生对宿主有利的影响。不同的膳食多糖由于结构的差异，对宿主产生的影响会有所不同。果胶和菊粉是两种常见的膳食多糖，两者之间的益生活性差异未见报道。本研究首先分别以AIN-93M标准饮食、果胶饮食和菊粉饮食干预健康Wistar大鼠30天，比较不同饮食的大鼠盲肠菌群和粘液层菌群组成的差异、盲肠内容物中的短链脂肪酸水平和代谢物组成变化，以及结肠内容物中MUC2分泌水平；然后以淀粉、果胶或菊粉为唯一碳源，接种盲肠内容物进行体外模拟发酵后，分析发酵液的菌群组成、短链脂肪酸水平和代谢物组成变化，并用发酵前后的发酵液处理LS174T细胞，比较不同多糖发酵前后对LS174T细胞MUC2分泌的影响。研究结果显示：　　(1)在调节菌群方面，果胶和菊粉既能促进潜在的有益菌的生长，也能减少致病菌的丰度。与标准饮食相比，在盲肠中，果胶饮食和菊粉饮食的Christensenellaceae_R-7_group和Lachnospira丰度增加(p＜0.05)，果胶比菊粉更能促进Lactobacillus的生长，其它益生菌(如Bifidobacteria和Akkermansia)丰度没有差异；在粘液层中，果胶饮食的Helicobacter和Escherichia-Shigella丰度降低(p＜0.05)，菊粉饮食的Escherichia-Shigella丰度也降低(p＜0.05),但仍含有丰度较高的Helicobacter；在发酵液中，以果胶和菊粉为碳源的发酵液中Lactobacillus丰度都增加(p＜0.05)，果胶还增加了Bifidobacteria的丰度(p＜0.05)。　　(2)在调节代谢物方面，果胶和菊粉在体内外实验中都能够增加乙酸的含量。在盲肠内容物中乙酸含量与盲肠菌群的四个属Christensenellaceae_R-7_group(r=0.53)、Coprococcus_2(r=-0.47)、Anaerotruncus(r=-0.55)和Ruminococcus_1(r=-0.60)相关性显著，与粘液层菌群没有显著相关性；发酵液中的乙酸含量与Veillonella(r=0.61)、Bifidobacterium(r=0.68)、Lactobacillus(r=0.65)和Allobaculum(r=0.68)相关性显著。菊粉在体内实验中显示出促进丁酸产生的作用，丁酸含量与Ruminococcaceae_UCG-014(r=0.53)显著相关，但在体外实验中未观察到菊粉发酵液中的丁酸水平升高。果胶和菊粉还改变了其它菌群代谢物的组成。在盲肠内容物中发现摄入果胶降低了石胆酸和3-甲基吲哚的水平，摄入菊粉降低了对甲酚的水平，这些代谢物的变化可能对宿主健康有益。　　(3)在促进MUC2分泌方面，果胶和菊粉均能增加结肠内容物中MUC2的含量(p＜0.05)。MUC2与肠道菌群以及肠道代谢物的Pearson相关分析显示，MUC2的含量变化与盲肠菌群中的Anaerotruncus(r=-0.62)和Ruminococcus_1(r=-0.52)显著负相关，与粘液层菌群无显著相关性，与乙酸(r=0.80)、LucyosideQ(r=0.57)、SoyasapogenolB24-O-b-D-glucoside(r=0.59)显著正相关，与25-Acetylvulgaroside(r=-0.66)、3α-Androstanediolglucuronide(r=-0.55)和Corosolicacid(r=-0.48)显著负相关。在体外模拟发酵中，与未经过发酵的培养基和淀粉发酵液相比，发酵24h后的果胶和菊粉发酵液能够刺激LS174T细胞分泌更多的MUC2(p＜0.05)。在果胶和菊粉发酵液中乙酸水平升高，未观察到其它与MUC2显著相关的代谢物含量有显著变化。　　结论：果胶和菊粉都能正向调节菌群和菌群代谢物，包括促进潜在有益菌的生长、减少致病菌的丰度，促进短链脂肪酸的生成、减少潜在有害代谢物的含量，但是两者调节的菌群和菌群代谢物并不完全一致。与菊粉饮食相比，果胶饮食干预的盲肠和发酵液中Lactobacillus丰度更高，粘液层中Helicobacter丰度更低，因此果胶可能比菊粉塑造出更健康的肠道菌群。果胶和菊粉有相似的增加MUC2分泌的作用，这种作用可能与乙酸含量增加有关。

目录

声明

缩略词

中英文对照表

中英文对照表（续表）

1 绪论

1.1 肠道菌群与宿主健康

1.2 影响肠道菌群的因素

1.2.1 饮食

1.2.2 药物

1.2.3 年龄

1.2.4 其它因素

1.3 膳食多糖

1.3.1果胶

1.3.2 果胶的生物活性

1.3.3 菊粉

1.3.4 菊粉的生物活性

1.4 研究目的、意义和内容

1.4.1 研究背景和意义

1.4.2 研究目的

1.4.3 研究内容

1.4.4 创新之处

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验样品和试剂

2.1.2 试剂的配制

2.1.3 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 动物实验设计

2.2.2 动物实验指标测定

2.2.3 发酵实验设计

2.2.4 发酵实验指标测定

2.2.5 细胞实验设计

2.2.6 细胞实验指标测定

2.2.7 数据分析

3 结果与讨论

3.1 大鼠体重增量和饲料消耗量

3.2 果胶和菊粉对菌群的调节作用

3.2.1盲肠菌群微生物群落多样性分析

3.2.2粘液层菌群微生物群落多样性分析

3.2.3体外发酵菌群微生物群落多样性分析

3.2.4 讨论

3.3 果胶和菊粉对代谢物的调节作用

3.3.1 SCFAs含量分析

3.3.2盲肠内容物非靶向代谢组学分析

3.3.3发酵液非靶向代谢组学分析

3.3.4 讨论

3.4 果胶和菊粉对MUC2分泌的影响

3.4.1 大鼠结肠AB-PAS染色

3.4.2 大鼠结肠内容物中的MUC2含量测定

3.4.3 MUC2与肠道菌群及菌群代谢物的Pearson相关性分析

3.4.4 体外发酵液对LS174T细胞分泌MUC2的影响

3.4.5 讨论

4 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 展望

参考文献

在校期间论文发表情况

致谢