大豆种皮对高脂饮食小鼠生理指标及其肠道微生物的影响

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目的:肥胖是由能量摄入和消耗失衡导致体内脂肪过度积累的慢性代谢性疾病,它与高血压、心血管疾病、2型糖尿病等慢性疾病及某些类型癌症密切相关。以热量和脂肪含量过高为代表的高脂饮食是肥胖的主要诱因之一。肠道菌群被认为是肥胖发生的主要因素之一,在能量平衡和代谢中发挥关键作用。饮食在调节宿主肠道微生物的组成和功能方面发挥重要作用。近年来,大豆油生产过程中广泛使用脱皮制油工艺,工业副产物大豆种皮量急剧增加,但是大多数大豆种皮副产物没有被充分利用或者被废弃,综合利用率低,导致严重的资源浪费和环境污染。大豆种皮富含膳食纤维和酚类物质。然而,目前对大豆种皮的研究主要集中在可溶性游离酚类上,膳食纤维和与其结合的结合多酚等其他主要功能部分几乎没有报道。本课题主要通过乙醇浸提法除去黑豆种皮和黄豆种皮中的游离酚类物质,将剩余的大豆种皮膳食纤维和结合多酚组分与未经浸提的大豆种皮添加到高脂饲料中,探讨对比大豆种皮和大豆种皮膳食纤维组分对高脂饮食诱导的肥胖小鼠生理指标及其肠道微生物的调节作用,为工业副产物大豆种皮的深加工、再利用提供理论基础,同时期望能够更加合理科学的对人们膳食进行指导,预防肥胖及其相关疾病的发生。方法:将48只雄性C57BL/6J小鼠随机分为6个实验组,每组8只:空白对照饮食组(Control diet group,CD group)、高脂饲料饮食组(High fat diet group,HFD group)、黑豆种皮高脂饲料饮食组(High fat diet-whole black soybean coat group,HFD-BCW group)、黑豆种皮膳食纤维组分高脂饲料饮食组(High fat diet-black soybean coat dietary fiber group,HFD-BCF group)、黄豆种皮高脂饲料饮食组(High fat diet-whole yellow soybean coat group,HFD-YCW group)、黄豆种皮膳食纤维组分高脂饲料饮食组(High fat diet-yellow soybean coat dietary fiber group,HFD-YCF group)。实验持续14周,记录实验期间小鼠体重变化。干预结束后分离血清、肝脏、附睾脂肪、皮下脂肪、肾周脂肪、肩胛部棕色脂肪、盲肠内容物、结肠内容物,测定肥胖生理指标及肠道微生物。通过HPAEC-PAD和UPLC-QTOF-MS/MS系统分别测定大豆种皮中单糖和酚类物质组成。测量小鼠体重、体长、体脂量,计算Lee’s指数,评估不同大豆种皮组分对小鼠体重、体脂量的影响。通过苏木精-伊红染色分析不同大豆种皮组分对高脂饮食诱导的小鼠肝脏、附睾脂肪组织病理学的影响。通过油红O染色分析不同大豆种皮组分对高脂饮食诱导的小鼠肝脏中脂滴量的影响。采用ELISA测定血清中血脂、血糖、胃肠激素相关指标,采用q PCR测定肝脏中与脂代谢、炎症相关基因表达水平,分析不同大豆种皮组分对血清生化指标,肝脏中脂代谢、炎症相关基因的调节作用。通过16S r DNA测序,分析不同大豆种皮组分对盲肠、结肠微生物组成和结构的影响,探究不同大豆种皮组分对高脂饮食诱导的肥胖小鼠肠道微生态的调节作用。结果:(1)BCW、BCF、YCW、YCF中葡萄糖含量最高,其次是阿拉伯糖。与BCW和BCF相比,YCW和YCF中葡萄糖所占摩尔比降低,阿拉伯糖所占摩尔比上升。BCW中主要酚类物质有19种,YCW中主要酚类物质有8种。这可能影响黑豆种皮(BCW)和黄豆种皮(YCW)组分在肠道内的发酵过程,进而影响其生理活性。(2)与CD组小鼠相比,HFD组小鼠体重、体重增量、附睾脂肪、肾周脂肪、皮下脂肪和Lee’s指数显著增加。BCF、YCW、YCF干预显著降低了小鼠上述指标;摄入BCW对上述指标没有显著影响。摄入BCF、YCW、YCF分别从第8、10、4周开始显著降低小鼠体重,缓解肥胖。BCF比BCW表现出更好的降低体重的效果,YCF比YCW表现出更好的降低体重的效果。(3)BCW、BCF、YCW、YCF干预显著改善了HFD诱导的小鼠肝脏气球样变、脂质沉积,附睾脂肪细胞肥大。BCF、YCF干预后改善肥胖相关炎症反应。(4)BCW、BCF、YCW、YCF干预降低了血清中TC、LDL-C、GLU水平,改善了HFD诱导的血脂、血糖异常;降低了PYY水平,可能有助于降低小鼠皮下脂肪量和血清葡萄糖量。(5)16S r DNA测序和生物信息学分析发现,BCW、BCF、YCW、YCF干预增加了肠道微生物群落丰富度;且HFD-BCW组、HFD-BCF组、HFD-YCW组、HFD-YCF组与HFD组相比微生物组成和结构存在显著差异。(6)在门水平,BCW、BCF、YCW、YCF干预后降低了Proteobacteria和Fusobacteria的相对丰度,增加了Tenericutes的相对丰度,可能有助于降低炎症反应。YCW、YCF干预后增加了Bacteroidetes的相对丰度,降低了Firmicutes的相对丰度,可能通过改善能量吸收,缓解肥胖。(7)在属水平,BCW、BCF、YCW、YCF干预后降低了Anaerotruncus、Helicobacter、Mucispirillum、Oscillibacter、Bilophila、Desulfovibrio、Erysipelatoclostridium、Tyzzerella、Acinetobacter、CoriobacteriaceaeUCG002的相对丰度;增加了Lachnoclostridium、Enterorhabdus、Bacillus、Alistipes、PrevotellaceaeUCG001的相对丰度,可能有助于降低体脂量、炎症反应、改善葡萄糖代谢和脂代谢等肥胖相关代谢紊乱。BCF和YCF干预后增加了Romboutsia的相对丰度,Romboutsia能够利用碳水化合物产生SCFA,可能是预测和治疗肥胖症及相关代谢紊乱的候选属。Romboutsia相对丰度上升可能是BCF和YCF更有效缓解肥胖的原因之一,而BCW和YCW中存在的游离酚类物质可能影响肠道微生物组成和活性从而影响膳食纤维的发酵和缓解肥胖的能力。结论:黄豆种皮膳食纤维(YCF)、黑豆种皮膳食纤维(BCF)可有效改善高脂饮食(HFD)诱导的体重、体脂量的增加,降低肥胖程度;其次是黄豆种皮(YCW),而黑豆种皮(BCW)没有显著性效果。BCW、BCF、YCW、YCF干预缓解了HFD诱导的肝脏损伤和脂质沉积、附睾脂肪细胞肥大,改善血脂、血糖、激素水平异常。BCF、YCF干预缓解了HFD诱导的炎症反应。同时,HFD饮食使肠道微生物中与肥胖呈正相关的菌门和菌属富集,降低了有益的菌门和菌属的相对丰度,BCW、BCF、YCW和YCF干预后改善了HFD诱导的肠道微生态紊乱,而Romboutsia可能是BCF和YCF更有效降低体重的关键菌属。本研究结果为单纯性肥胖人群膳食干预和大豆种皮副产物的深加工再利用提供理论基础。
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