【項目文章】褪黑素通過(guò)調節小鼠腸道菌群預防肥胖

Melatonin?prevents?obesity?through?

modulation?of?gut?microbiota?in?mice?

褪黑素通過(guò)調節小鼠腸道菌群預防肥胖

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)非常嚴重的健康威脅因素，在2014年全球體重超標的成年人達到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)險因素?，F如今肥胖已經(jīng)超越吸煙，成為世界范圍內最嚴重的健康威脅。目前研究表明腸道菌群失調會(huì )導致肥胖及其并發(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)，目前尚未報導。而本研究發(fā)現，褪黑素是通過(guò)改變腸道微生物結構來(lái)預防肥胖及其并發(fā)疾病。

 

研究方法

小鼠隨機分為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(zhù)地控制體重增加

1）?HFD組小鼠體重顯著(zhù)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(lèi)主要的脂肪組織（Epi-WAT、Mes-WAT、Per-WAT、Ing-SAT），發(fā)現HFD顯著(zhù)促進(jìn)這四類(lèi)脂肪組織重量的增加，而褪黑素能有效抑制這四類(lèi)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，系統性炎癥

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

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

3）?通過(guò)觀(guān)察油紅O染色及比較肝臟TC含量，發(fā)現褪黑素能顯著(zhù)抑制肝臟內脂質(zhì)積累，如下圖F和G。

4）?通過(guò)比較血液內毒素（LPS）和炎癥性細胞因子（TNFα和IL-6）的水平，發(fā)現褪黑素能顯著(zhù)抑制內毒素血癥和系統性炎癥的發(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HFD顯著(zhù)提高TG和TC含量，而褪黑素能顯著(zhù)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HOMA-IR和QUICKI指數，發(fā)現褪黑素能有效保護胰島素敏感性，并且使血糖和胰島素的含量發(fā)生顛倒，從而使HOMA-IR和QUICKI指數趨于正常水平，如下圖C-F。

3）?通過(guò)葡萄糖耐受試驗（IPGTT）和胰島素耐受試驗（ITT）分析，發(fā)現褪黑素能顯著(zhù)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HFD促進(jìn)脂質(zhì)積累（切片白化），而褪黑素表現出相反的作用，并且褪黑素促進(jìn)BAT中UCP1蛋白的表達，如下圖A。

在BAT中，褪黑素顯著(zhù)增強產(chǎn)熱基因UCP1和UCP3的表達，如下圖B和C；線(xiàn)粒體生物合成基因PGC1α，脂肪酸分解代謝基因CPT1β，脂質(zhì)轉運基因CD36?和FABP的表達量也有提高，盡管未達到統計學(xué)的顯著(zhù)性，如下圖D-G。

5，?褪黑激素改變腸道微生物結構

1）?通過(guò)對小鼠腸道菌群結構分析，發(fā)現褪黑素能顯著(zhù)降低OTU的數目以及微生物的豐富度和多樣性，如下圖A-H。

2）?門(mén)水平菌落結構分析，發(fā)現HFD顯著(zhù)降低擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）的相對豐度，而顯著(zhù)提高厚壁菌門(mén)（Firmicutes）的相對豐度。而褪黑素的加入會(huì )降低厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)的比例，并且會(huì )顯著(zhù)提高疣微菌門(mén)（verrucomicrobia）的相對豐度，如下圖I。

3）?屬水平菌落結構分析，發(fā)現褪黑素顯著(zhù)提高Akkermansia的相對豐度，Akkermansia屬于疣微菌門(mén)（verrucomicrobia），如下圖J。

4）?UPGMA、NMDS、PCA、PCoA分析，發(fā)現褪黑素顯著(zhù)改變了腸道菌群的結構，如下圖K-N。

6，褪黑素能調節腸道菌群中的標志微生物

1) ?如下圖顯示，在三個(gè)分組中一共找到85個(gè)相對豐度有顯著(zhù)差異的OUT。與NCD組相比，HFD組有27個(gè)相對豐度顯著(zhù)增高的OTU，42個(gè)顯著(zhù)降低的OTU。與HFD組相比，添加了褪黑素的組有10個(gè)相對豐度顯著(zhù)增高的OTU，20個(gè)顯著(zhù)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)現褪黑素顯著(zhù)提高Akkermansia的相對豐度，Akkermansia即是降低高脂肪膳食小鼠體重的有益菌。而褪黑素顯著(zhù)降低Alistipes、Anaerotruncus、Helicobacter?marmotae的相對豐度，則這三種細菌預防肥胖的有害菌?？傊?，褪黑素能夠使高脂肪膳食小鼠的腸道菌群由失調狀態(tài)轉為正常狀態(tài)，從而抑制體重的增加。

參考文獻：

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