肠道微生物群在宿主能量稳态中起着至关重要的作用，而宿主能量稳态受高脂饮食(HFDs)和高糖饮食(HCDs)的影响。多种研究表明益生菌治疗能有效调节肠道微生物群，然而，益生菌是否能有效改善HFD与HCD诱导的微生物群失调仍不清楚，该研究用益生菌制剂灌胃HCD与HCD小鼠，表明益生菌可改善高脂肪与高糖饮食肥胖小鼠肠道菌群失调。

文献ID：https://doi.org/10.1016/j.nut.2018.10.002.

题目：Probiotics improve gut microbiota dysbiosis in obese mice fed a highfat or high-sucrose diet

译文：益生菌改善高脂肪与高糖饮食肥胖小鼠肠道菌群失调

期刊：Nutrition    IF：3.734

发表时间：2018.10

通讯作者：Huanlong Qin Ph.D

通讯单位：同济大学附属上海市第十人民医院普外科

材料与方法

实验设计

80只小鼠在6周时分成三组，每组提供不同的饮食

HFD组：20% kcal蛋白质，20% kcal碳水化合物，60% kcal脂肪，5.24 kcal/g；

HCD组：20% kcal蛋白质，70% kcal蔗糖，10% kcal脂肪，4 kcal/g；

ND组：20.6% kcal蛋白质，67.4% kcal碳水化合物，12% kcal脂肪，3.64 kcal/g。

按照上述方式喂养13周后，每组小鼠分成两类；15周时，一类按照上述方式继续喂养，另一类在原先食物的基础上灌胃胶囊益生菌制剂（图1）。

胶囊益生菌制剂包含Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium longum、Enterococcus faecalis(1:1:1)

每周测量体重与食物摄入量；6、9、19周时收集粪便样本测序；19周时处死小鼠。

图1 饮食和益生菌对小鼠的干预示意图

测序区域及平台

16S rRNA 基因 V3-V4 测序； illumina平台

研究成果

1、HFD、HCD以及益生菌对体重的影响

喂食13周后，相比ND组小鼠，HFD、HCD小鼠体重显著增加，15周时同种饮食条件下，添加益生菌与未添加益生菌的小鼠体重没有严重性差异。添加益生菌的小鼠体重继续增加，但增加变缓，尤其是HCD组（P<0.05）（图2A，2B）。为说明益生菌减缓体重增加的程度，该研究定义了一个新的指标——增重率（增重率=（19周时体重-15周时体重）*100% / 15周时体重），HFD与HFD+P的增重率分别是11.34%与5.97%；HCD与HCD +P 的增重率分别是8.17%and4.89%。

一直食用HFD的小鼠比HCD、ND比小鼠食物消耗量更大（图2C），但能量消耗量更低（图2D），HFD组和HCD组有更高的脂肪囊泡数量，益生菌治疗可以减少肝脂肪堆积（图2E）。

图2 饮食和益生菌对体重、食物消耗量和肝脂肪变性的影响     （A）小鼠体重的变化：记录三种饮食小鼠(HFD：红色；HCD：紫色；ND：黑色）体重变化，15周时每组小鼠中部分服用益生菌（HFD+P：蓝色；HCD+P：绿色；ND+P：橙色)。（B）各组在19周时的平均体重。（C）每组每周的平均食物消费量(克)。（D）每组每周消耗卡路里。（E）小鼠典型的肝脏组织染色图像和肝脏脂质积聚(标尺:50mm)。原始放大400英镑。每个值用平均值±SEM表示。*、**和***分别表示P < 0.05、0.01和0.001。

2、HFD HCD显著改变肠道微生物

α多样性分析显示高卡路里饮食显著降低小鼠肠道微生物多样性；一些常见有益微生物如Clostridium sensu stricto、Lactobacillus、Prevotella、Alloprevotella、Ruminococcus、Allobaculum、Olsenella在HFD、HCD两种高卡路里饮食中显著降低；与肥胖呈负相关的微生物（如Akkermansia）以及产丁酸微生物（Faecalibacterium、Bifidobacterium）也表现出降低的趋势；而一些条件致病菌如Bacteroides、Alistipes、Anaerotruncus  Oscillibacter、Escherichia/Shigella、Acinetobacter等则显著升高（图3A）。

非加权的PCoA以及距离热图分析显示三组饮食小鼠肠道微生物组成存在显著性差异（图3B、3C）；进一步的线性判别分析显示Bacteroides、Alistipes是HCD的关键微生物，Barnesiella、Alloprevotella是HFD的主要优势微生物，而Lactobacillus、Prevotella则是ND组的关键微生物（图2D）。

图3 HCD、HFD、ND三种饮食状态下肠道微生物组成    (A) HCD组和HFD组在6、9、19周龄时30个最常见的细菌属，相对丰度以圆圈大小表示，不同颜色表示不同门。(B) 基于unweighted UniFrac的主坐标分析（PCoA），每个点表示一个样本。蓝点代表HCD组，红点代表HFD组，绿点代表ND组。(C) 基于unweighted UniFrac的聚类热图。(D) LDA评分的Cladogram显示了差异富集的属。(E) LDA评分的直方图表示差异富集属。

3、益生菌改善HFD与HCD喂养小鼠的肠道微生物群

长期HCD饮食中增加的微生物Escherichia/Shigella、Oscillibacter、Acinetobacter等在加入了益生菌的HCD与HFD小鼠中开始降低；原先在高能量饮食中增加的微生物Alistipes、Anaerotruncus、Bacteroides同样被抗生素中和，原先降低的微生物Allobaculum、Alloprevotella、Lactobacillus、Clostridium sensu stricto在益生菌治疗后开始增加。

其他益生菌包括Bifidobacterium以及Lactococcus同样增加，与肥胖呈负相关的微生物Akkermansia在服用益生菌之后不再下降。益生菌抵消了HFD组Olsenella的原有下降趋势，甚至导致HCD组Olsenella明显增加（图4A）。

上述结果表明Oscillibacter、Lactobacillus、Escherichia/Shigella、Clostridium sensu stricto这些微生物更容易受到益生菌的干预。非加权的PCoA分析表明不论HCD还是HFD益生菌干预前后小鼠肠道微生物存在显著差异（图4C），表明益生菌可以逆转由HFD与HCD诱导肠道菌群变化的影响，且HCD诱导的小鼠肠道菌群对益生菌比HFD诱导的更敏感。

图4 益生菌干预与不干预的HCD和HFD喂养小鼠肠道菌群         (A) 服用益生菌的HCD组与HFD组小鼠在6周、9周和19周时的30个最常见的细菌属，相对丰度以圆圈大小表示，不同颜色表示不同门。(B) 基于unweighted UniFrac的主坐标分析（PCoA），两张图中的蓝色圆圈表示益生菌干预的HCD组或HFD组；红色圆圈代表没有益生菌干预的HCD或HFD组。(C) 益生菌干预与非干预的HCD组和HFD组的unweighted UniFrac距离热图。

4、不同饮食小鼠肠道微生物网络构建

HCD与ND网络相关性分析显示，HCD与ND具有复杂的微生物群落关系，HCD中丰度下降的Akkermansia与同样下降的Prevotella有最强的正相关，而与在ND富集的微生物呈负相关，尤其是Anaerotruncus（图5A）。益生菌干预后，原本的网络结构被打破，形成了以Bifidobacterium、Lactococcus多种益生菌为主的强正相关网络（图5C）。

图5 由Cytoscape构建的微生物之间的网络关系

同样，HFD组与ND组之间的微生物群落也与丰度变化呈较强的负相关，益生菌干预后，两者之间的正相关有益占主导地位（Clostridium sensu stricto 与Lactococcus）（图4B、D）。

研究结论

1、高热量饮食通过改变肠道内的微生物群，在一定程度上导致了肥胖；

2、益生菌可以通过增加有益菌和减少促炎菌来改善高热量饮食引起的肠道菌群失调，尤其是在HCD诱导的肥胖中。

亮点

该研究探讨益生菌对HFD与HCD诱导的微生物群失调的影响，为HFD或者HCD引起的肥胖的治疗提供了一定的依据。