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褪黑素通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群預(yù)防肥胖

IF：9.314 期刊：Journal of Pineal Research

時(shí)間：2017.03 ?單位：北京師范大學(xué) 、百邁客生物科技

研究背景

肥胖是一個(gè)非常嚴(yán)重的健康威脅因素，在2014年全球體重超標(biāo)的成年人達(dá)到20億，其中至少有6億是肥胖癥。有大量研究表明肥胖是癌癥和一些慢性疾病，如糖尿病、脂肪肝、心血管疾病等的風(fēng)險(xiǎn)因素。現(xiàn)如今肥胖已經(jīng)超越吸煙，成為世界范圍內(nèi)最嚴(yán)重的健康威脅。目前研究表明腸道菌群失調(diào)會(huì)導(dǎo)致肥胖及其并發(fā)癥的發(fā)生。已有研究揭示褪黑素可以促進(jìn)體重的下降以及自身能量的平衡，但是褪黑素的益生作用是否與腸道微生態(tài)有關(guān)，目前尚未報(bào)導(dǎo)。而本研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素是通過(guò)改變腸道微生物結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)防肥胖及其并發(fā)疾病。

研究方法

小鼠隨機(jī)分為3組，NCD（正常膳食）、HFD（高脂肪膳食）、HFD+M（高脂肪膳食+褪黑素）

Illumina?MiSeq；16S?rRNA?V3+V4;

組織學(xué)分析，生化分析，葡萄糖和胰島素耐受分析，蛋白質(zhì)印記分析。

研究成果

1，?褪黑素能顯著地控制體重增加

1）?HFD組小鼠體重顯著增加，而HFD+褪黑素組小鼠體重得到有效控制，如下圖A。

2）分離小鼠四類主要的脂肪組織（Epi-WAT、Mes-WAT、Per-WAT、Ing-SAT），發(fā)現(xiàn)HFD顯著促進(jìn)這四類脂肪組織重量的增加，而褪黑素能有效抑制這四類脂肪組織重量的增加，如下圖B-E。

2，?褪黑素能控制白色脂肪組織，脂肪肝，系統(tǒng)性炎癥

1）?通過(guò)比較Epi-WAT脂肪細(xì)胞的大小，發(fā)現(xiàn)HFD組脂肪細(xì)胞顯著增大；而褪黑素通過(guò)減少>12000μm2的細(xì)胞數(shù)目，增加2000–8000μm2的細(xì)胞數(shù)目，使HFD+褪黑素組脂肪細(xì)胞大小維持在正常范圍內(nèi)，如下圖A-C。

2）?通過(guò)比較Epi-WAT脂肪生成基因（FAS和ACC-1）的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)HFD顯著促進(jìn)FAS和ACC-1的表達(dá)，而褪黑素顯著抑制FAS基因的表達(dá)，如下圖D和E。

3）?通過(guò)觀察油紅O染色及比較肝臟TC含量，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著抑制肝臟內(nèi)脂質(zhì)積累，如下圖F和G。

4）?通過(guò)比較血液內(nèi)毒素（LPS）和炎癥性細(xì)胞因子（TNFα和IL-6）的水平，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著抑制內(nèi)毒素血癥和系統(tǒng)性炎癥的發(fā)生，如下圖H-K。

3，?褪黑素能改善葡萄糖耐受性及胰島素抗性

1）?通過(guò)比較血脂含量，發(fā)現(xiàn)HFD顯著提高TG和TC含量，而褪黑素能顯著降低TG和TC的含量，如下圖A和B。

2）?通過(guò)比較血糖和胰島素含量，并推導(dǎo)HOMA-IR和QUICKI指數(shù)，發(fā)現(xiàn)褪黑素能有效保護(hù)胰島素敏感性，并且使血糖和胰島素的含量發(fā)生顛倒，從而使HOMA-IR和QUICKI指數(shù)趨于正常水平，如下圖C-F。

3）?通過(guò)葡萄糖耐受試驗(yàn)（IPGTT）和胰島素耐受試驗(yàn)（ITT）分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著改善葡萄糖耐受性及胰島素抗性，如下圖G和H。

4，?褪黑素能促進(jìn)棕色脂肪組織褐變及產(chǎn)熱

1）?通過(guò)棕色脂肪組織（BAT）石蠟切片分析，發(fā)現(xiàn)HFD促進(jìn)脂質(zhì)積累（切片白化），而褪黑素表現(xiàn)出相反的作用，并且褪黑素促進(jìn)BAT中UCP1蛋白的表達(dá)，如下圖A。

在BAT中，褪黑素顯著增強(qiáng)產(chǎn)熱基因UCP1和UCP3的表達(dá)，如下圖B和C；線粒體生物合成基因PGC1α，脂肪酸分解代謝基因CPT1β，脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)基因CD36?和FABP的表達(dá)量也有提高，盡管未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性，如下圖D-G。

5，?褪黑激素改變腸道微生物結(jié)構(gòu)

1）?通過(guò)對(duì)小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素能顯著降低OTU的數(shù)目以及微生物的豐富度和多樣性，如下圖A-H。

2）?門水平菌落結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)HFD顯著降低擬桿菌門（Bacteroidetes）的相對(duì)豐度，而顯著提高厚壁菌門（Firmicutes）的相對(duì)豐度。而褪黑素的加入會(huì)降低厚壁菌門/擬桿菌門的比例，并且會(huì)顯著提高疣微菌門（verrucomicrobia）的相對(duì)豐度，如下圖I。

3）?屬水平菌落結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著提高Akkermansia的相對(duì)豐度，Akkermansia屬于疣微菌門（verrucomicrobia），如下圖J。

4）?UPGMA、NMDS、PCA、PCoA分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著改變了腸道菌群的結(jié)構(gòu)，如下圖K-N。

6，褪黑素能調(diào)節(jié)腸道菌群中的標(biāo)志微生物

1) ?如下圖顯示，在三個(gè)分組中一共找到85個(gè)相對(duì)豐度有顯著差異的OUT。與NCD組相比，HFD組有27個(gè)相對(duì)豐度顯著增高的OTU，42個(gè)顯著降低的OTU。與HFD組相比，添加了褪黑素的組有10個(gè)相對(duì)豐度顯著增高的OTU，20個(gè)顯著降低的OTU；而在這30個(gè)差異性的OTU中，有14個(gè)OTU的變化方向與和NCD組比較的結(jié)果完全相反。這14個(gè)OTU屬于Ruminococcaceae、Desulfovibrionaceae、Bacteroides、Porphyromonadaceae、Helicobacteraceae、Christensenellaceae，有研究表明這些微生物與肥胖相關(guān)。

2) LEfSe分析，發(fā)現(xiàn)褪黑素顯著提高Akkermansia的相對(duì)豐度，Akkermansia即是降低高脂肪膳食小鼠體重的有益菌。而褪黑素顯著降低Alistipes、Anaerotruncus、Helicobacter?marmotae的相對(duì)豐度，則這三種細(xì)菌預(yù)防肥胖的有害菌。總之，褪黑素能夠使高脂肪膳食小鼠的腸道菌群由失調(diào)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，從而抑制體重的增加。

參考文獻(xiàn)：

Xu?P,?Wang?J,?Hong?F,?et?al.?Melatonin?prevents?obesity?through?modulation?of?gut?microbiota?in?mice[J].?Journal?of?Pineal?Research,?2017.