【摘要】：近幾十年來(lái),肥胖、非酒精性脂肪肝和糖尿病等代謝性疾病在全球范圍內(nèi)呈爆發(fā)性流行。飲食和遺傳是參與肥胖等代謝性疾病發(fā)病的兩個(gè)重要因素。近期的研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群是膳食引起的肥胖及相關(guān)代謝性疾病的重要驅(qū)動(dòng)因子。然而腸道菌群是否也參與了遺傳性因素導(dǎo)致的肥胖的發(fā)生發(fā)展?以腸道菌群為靶點(diǎn)的膳食干預(yù)是否可以改善遺傳性肥胖?膳食干預(yù)通過(guò)改變腸道菌群影響代謝表型的機(jī)制是什么?這些依然是困擾科學(xué)家的問(wèn)題。普拉德-威利綜合征(Prader-Willi syndrome,PWS)是一類由于父源十五號(hào)染色體15q11.2-q13的缺陷導(dǎo)致的人類遺傳缺陷疾病,可導(dǎo)致暴食癥和早發(fā)性的重度肥胖。本研究中,我們以PWS肥胖兒童為主要研究對(duì)象,通過(guò)以腸道菌群為靶點(diǎn)的膳食干預(yù)臨床試驗(yàn)和無(wú)菌動(dòng)物菌群移植實(shí)驗(yàn),對(duì)膳食、腸道菌群與遺傳性肥胖的關(guān)系和可能的分子機(jī)制進(jìn)行了探索。我們首先對(duì)17名患有PWS的肥胖兒童和21名單純性肥胖(simple obese,SO)兒童分別進(jìn)行了為期3個(gè)月和1個(gè)月的自身對(duì)照膳食干預(yù)試驗(yàn)。以全糧、中醫(yī)藥食同源食品和益生元為核心的膳食,既滿足了兒童階段人體自身的營(yíng)養(yǎng)需求,也為腸道菌群提供了豐富的膳食纖維。對(duì)所有肥胖兒童的生理生化指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),與單純性肥胖一樣,膳食干預(yù)對(duì)遺傳性肥胖也可以起到顯著的改善作用。所有肥胖兒童在膳食干預(yù)后體重顯著降低,脂代謝、糖代謝和肝臟功能均顯著好轉(zhuǎn)。同時(shí),血清中表征內(nèi)毒素載荷的脂多糖結(jié)合蛋白,脂肪因子瘦素和與炎癥相關(guān)的指標(biāo)如C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞計(jì)數(shù)、血清淀粉樣蛋白和alpha酸性糖蛋白均在干預(yù)后顯著下降,抗炎因子脂聯(lián)素則在干預(yù)后顯著升高。此外,膳食干預(yù)也顯著改善了PWS兒童的食欲亢進(jìn)。對(duì)所有肥胖兒童干預(yù)前后的腸道菌群16S rRNA基因的V1-V3區(qū)進(jìn)行454焦磷酸測(cè)序發(fā)現(xiàn),膳食干預(yù)前,PWS和SO兒童之間的腸道菌群結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著差異;膳食干預(yù)可以顯著改變兩組人群腸道菌群的結(jié)構(gòu),并在膳食干預(yù)后具有相同的變化趨勢(shì);兩類人群干預(yù)后的菌群結(jié)構(gòu)也沒(méi)有顯著差異。Procrustes分析發(fā)現(xiàn)膳食干預(yù)后腸道菌群的結(jié)構(gòu)變化與肥胖兒童整體代謝表型的改善顯著相關(guān)。此外,肥胖兒童膳食干預(yù)后糞便中碳水化合物的主要發(fā)酵產(chǎn)物乙酸占總短鏈脂肪酸的比例顯著增加,蛋白質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)物異丁酸和異戊酸的比例則顯著降低。上述結(jié)果提示我們腸道菌群在人類遺傳性因素導(dǎo)致的肥胖的發(fā)生發(fā)展中起到可能與單純性肥胖類似的貢獻(xiàn)作用。隨后,我們將一名PWS兒童干預(yù)前、后的菌群分別接種給雄性野生型C57BL/6J無(wú)菌小鼠,建立人源菌群的悉生小鼠動(dòng)物模型并給予正常飼料喂養(yǎng)四周,以排除遺傳和膳食因素對(duì)肥胖表型的直接影響并探索腸道菌群自身對(duì)宿主代謝表型的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與干預(yù)后的菌群相比,接種該名PWS兒童干預(yù)前的菌群首先引起悉生小鼠體重的顯著下降,并且在菌群移植兩周后引起了更高水平的血清內(nèi)毒素載荷和肝臟、腸道以及全身水平的炎癥反應(yīng);而菌群移植四周后,接種干預(yù)前菌群的小鼠的體重雖然回升至接種前的水平但仍顯著低于接種干預(yù)后菌群的小鼠,炎癥反應(yīng)減輕并與接種了干預(yù)后菌群的小鼠并無(wú)顯著差異。雖然在菌群移植兩周后沒(méi)有顯著差異,菌群移植四周后接種干預(yù)前菌群的小鼠的全身各脂肪墊重量、附睪脂肪細(xì)胞面積、脂肪肝指數(shù)、肝臟甘油三酯和膽固醇濃度均顯著高于接種了干預(yù)后菌群的小鼠,表明干預(yù)前的菌群促進(jìn)了脂質(zhì)在脂肪組織和肝臟中的積累,引起了小鼠的肥胖和非酒精性脂肪肝。對(duì)PWS供體和受體小鼠的腸道菌群16S rRNA基因的V3區(qū)進(jìn)行高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn),悉生小鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)在菌群移植后保持穩(wěn)定并且與各自對(duì)應(yīng)供體的腸道菌群結(jié)構(gòu)更為相似。使用隨機(jī)森林模型鑒定出區(qū)分兩組小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)的45個(gè)關(guān)鍵OTU,其中有38個(gè)在供體和其對(duì)應(yīng)受體中具有一致的豐度變化趨勢(shì):其中6個(gè)OTU在干預(yù)后的PWS供體及其受體中均升高,主要包括來(lái)自Bifidobacterium和Lactobacillus屬的OTU;32個(gè)OTU在干預(yù)后的PWS供體及其受體中均降低,包括來(lái)自Bacteroides,Parabacteroides,Ruminococcus和Bilophila等屬的OTU。此外,與接種干預(yù)前菌群的小鼠相比,接種干預(yù)后菌群的小鼠盲腸中乙酸的相對(duì)比例也顯著升高,異丁酸和異戊酸則幾乎檢測(cè)不到。說(shuō)明供體的腸道菌群在整體結(jié)構(gòu)、OTU水平上的特征和短鏈脂肪酸的組成比例均可以通過(guò)菌群移植傳遞給受體小鼠。通過(guò)RNA-seq對(duì)悉生小鼠的肝臟和結(jié)腸轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),兩組小鼠轉(zhuǎn)錄水平上的差異主要表現(xiàn)在菌群移植兩周后,其中在肝臟中主要體現(xiàn)在脂代謝水平的差異,而結(jié)腸中主要體現(xiàn)在炎癥反應(yīng)的差異,而至四周時(shí)兩組間的差異基本消失。菌群移植兩周后,接種了干預(yù)前菌群小鼠的肝臟中與脂質(zhì)合成相關(guān)的功能如脂質(zhì)吸收,膽固醇攝入和類固醇的合成被顯著激活,而與脂質(zhì)分解相關(guān)的功能如脂肪酸氧化、脂質(zhì)氧化、脂肪酸代謝則被顯著抑制,說(shuō)明腸道菌群可能是通過(guò)在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)脂代謝進(jìn)行調(diào)控影響脂質(zhì)積累。脂代謝中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體ɑ(PPARɑ)在接種了干預(yù)前菌群的小鼠的肝臟和結(jié)腸中在RNA和蛋白水平上的表達(dá)均被抑制,其和其下游與脂代謝相關(guān)的基因可能在兩組小鼠的脂質(zhì)代謝中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)以腸道菌群為靶點(diǎn)的高纖維膳食可以顯著改善不同初始驅(qū)動(dòng)因素導(dǎo)致的肥胖,臨床表型的改善與腸道菌群的變化顯著相關(guān)。通過(guò)建立人源菌群悉生動(dòng)物模型排除了遺傳和飲食因素后,僅僅是失調(diào)的菌群就可以誘導(dǎo)宿主肥胖和非酒精性脂肪肝的發(fā)生,可能是通過(guò)在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)肝臟脂代謝實(shí)現(xiàn)的。本研究進(jìn)一步揭示了腸道菌群在肥胖及相關(guān)代謝失調(diào)的發(fā)生發(fā)展中的貢獻(xiàn)作用,在轉(zhuǎn)錄組水平對(duì)相關(guān)的代謝通路進(jìn)行了探究。同時(shí)也為肥胖的控制和治療提供了新的策略和理論依據(jù)。
【圖文】：

2圖 1.1 1975 年到 2014 年全球各國(guó)男性（左）和女性（右）的平均 BMI（根據(jù)年齡正）。[1]Figure 1.1 Age-standardised mean BMI in men and women by country in 1975 and 201

圖 1.2 1975 年和 2014 年全球男性（左）和女性（右）肥胖人數(shù)最多的 10 個(gè)國(guó)家[1]。Figure 1.2 Ten countries with the largest number of obese men and women in 1975 and14. Colours for each country indicate its region obesity (BMI 30 kg/m2) BMI=body-massindex.身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index, BMI）是目前臨床最為常用的肥胖程度的
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R723.14

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707409