2019.08.12 周一

Microbiome: 肠道菌群对小鼠膳食甘氨酸甜菜碱代谢及体外结肠发酵的影响

Microbiome (IF= 10.465)

编译|赵冠华

研究背景

7月10日，国际著名期刊Microbiome (IF= 10.465)发表了一篇名为“Contribution of gut microbiota to metabolism of dietary glycine betaine in mice and in vitro colonic fermentation”（肠道菌群对小鼠膳食甘氨酸甜菜碱代谢及体外结肠发酵的影响）。过去15年的研究表明，通过饮食调节肠道菌群成对人类健康至关重要，尤其是心血管疾病、2型糖尿病、癌症等。并且微生物群对大量膳食化合物进入人体转化及其对内源性代谢有一定的影响，特别是膳食纤维能促进肠道菌群的形成。如今我们对肠道菌群对人体健康的影响以及饮食如何改变共生细菌组成的认识在不断增加，但全谷物食物对健康有益的分子机制仍不清楚。作者用富含黑麦麸和小麦糊精的饲料喂养C57BL/6J小鼠，以基础日粮喂养常规和无菌C57BL/6NTac小鼠，进行16S rRNA基因和代谢组学研究，以确定富含麸皮的饮食对肠道微生物组成的影响，以及微生物群对一组新的甜菜碱化合物代谢的潜在贡献。

研究方法

1 富含全麦麸饮食导致小鼠结肠内容物中甜菜碱化合物含量升高

结果表明与喂食高脂饮食组小鼠相比，喂食全麦麸饮食小鼠的结肠中8种甜菜碱化合物（5-氨基戊酸甜菜碱、丙氨酸甜菜碱、苯丙氨酸甜菜碱、哌啶酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱、葫芦巴碱、色氨酸甜菜碱、缬氨酸甜菜碱）的含量显著提高，并且哌啶酸甜菜碱、苯丙氨酸甜菜碱、色氨酸甜菜碱只在喂食全麦麸饮食小鼠的肠道中被检测出，后两种化合物只限于喂食富含黑麦麸的饮食组中。

2 喂食富含麸皮饲料的小鼠中微生物群组成的差异

使用16S测序分析，发现全麦麸饮食组（R1、R2、A1、A4）与对照组（HF、LF、HFLF）小鼠肠道菌群组成没有显著性差异，对照组中的低脂饮食组小鼠肠道菌群构成更接近全麦麸饮食组小鼠。与富含小麦糊精饲料组相比，富含黑麦麸的饲料导致Alistipes属、脱硫弧菌属、乳球菌属、毛螺菌科、消化球菌科细菌相对丰度显著提高。喂食加工后的小麦糊粉促使Allobaculum和Parabacteroides两种细菌相对丰度提高，双歧杆菌属、毛螺菌科、乳杆菌属的相对丰度降低。而饲喂加工或未加工的黑麦麸饮食的实验组小鼠中，肠道菌群相对丰度无显著差异。

3 无菌小鼠中甜菜碱化合物的水平

对比无菌小鼠和正常小鼠，以及体外人结肠发酵模型试验显示，肠道菌群参与将甘氨酸甜菜碱代谢为其它甜菜碱化合物。结果表明甘氨酸甜菜碱水平在不同组小鼠中没有太大变化，而丙氨酸甜菜碱和5-氨基戊酸甜菜碱水平在无菌小鼠的十二指肠、空肠、回肠、盲肠组织中显著降低。两组小鼠中，血浆中5-氨基戊酸甜菜碱水平较低，但其在心脏、肌肉、BAT中的含量较高。

4 全麦面包中甜菜碱化合物的含量

作者对10份小麦和黑麦样本进行检测，结果发现谷物中的甜菜碱以甘氨酸甜菜碱为主，除了甘氨酸甜菜碱外，面包中还含有较低水平的葫芦巴碱、缬氨酸甜菜碱、脯氨酸甜菜碱和其他9种甜菜碱，其含量取决于谷物种类和全谷物含量。

研究结果

作者发现一组甜菜碱化合物，可通过膳食谷类麸皮增加，且与肠道菌群组成有关。富含麸皮的食物可增加肠道有益菌的相对丰度，同时减少对健康有害的细菌的相对丰度。麸皮作为甘氨酸甜菜碱的来源，可以被代谢成其他甜菜碱化合物，这一过程可能是由被富含麸皮的食物所影响的肠道菌群所贡献的。未来还需进一步通过同位素标记及细菌孵育技术，以验证肠道微生物群中甜菜碱的代谢途径。此外，甜菜碱化合物维持机体平衡和改善健康的潜力和机制值得继续研究。