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最新博士论文:魔芋葡甘聚糖通过调控肠道微生物治疗肥胖的 机制

       引言
  近年来,肥胖人群的数量越来越大,肥胖及由其引起的一系列疾病已严重影响到人类的生活质量。
  尽管有研究证明,某些类型的肥胖可能和机体的基因突变有关,但是人类的基因在短时间内很难发生特大的改变,所以现在专家已经将研究的注意力转移到可能导致肥胖的外界因素上。
  有人类“第二基因”之称的肠道微生物目前已成为研究的热点[1],有研究显示肠道微生物可以提供宿主从食物中摄取能量的效率并且能对脂肪代谢起非常重要的调控作用,最终导致肥胖的产生[2]。
  所以,如何通过外援性物质影响机体的肠道微生态进而达到控制肥胖的目的已经成为国际关注的焦点[3]。
  目的和意义
  目前,已有多种手段被用于预防或治疗肥胖,如药物治疗、运动干预、外科手术、饮食控制等。
  近年来,大量的研究结果表明肠道菌群与肥胖的发生存在密切联系,且有研究表明肠道菌群的紊乱是肥胖发生的重要原因之一,它可通过产生过量的内毒素进入血液循环引发全身慢性炎症,从而导致胰岛素抵抗和肥胖的发生。
  膳食对于肠道菌群的结构有重要影响,作为膳食主要成分之一的低聚糖与肠道菌群的互作引起了广泛关注。低聚糖作为肠道益生产品能明显改变肠道菌群的结构 [4]。
  植物或真菌来源的低聚糖被普遍认为具有促进肠道中有益共生菌生长、调节肠道菌群结构、保护肠屏障功能,有“益生元” 之称。因此,通过低聚糖调节肠道微生态来观察其对肥胖的影响成了一个比较热门的研究问题。
  魔芋葡甘聚糖的优势
  魔芋葡甘露聚糖(konjac flour,KF)是一种由魔芋的块茎生产的水溶性膳食纤维。在亚洲国家,魔芋作为食物来源和中药成分已经种植了几个世纪,被世界卫生组织视评为“十大健康食品”之一。
  魔芋葡甘露聚糖是高分子质量(200-2000 kD)多糖【5】,在人体胃肠道内不能被消化酶水解,因此被认为是一种没有能量且难消化的膳食纤维。
  研究发现 KF 具有多种药理功能作用:
  1、预防和改善便秘。
  魔芋葡甘露聚糖可以通过缩短粪便在肠道的停留时间来缓解便秘。对于慢性便秘患者,葡甘露聚糖能够明显减轻便秘的症状,并且具有较好的耐受性,没有任何副作用。
  2、改善葡萄糖代谢及降低糖尿病,降低血压、降血脂及护肝作用。
  杨艳燕等[6]证实魔芋低聚糖对抗小鼠实验性高脂血症形成有一定的作用。陈黎等[7]发现魔芋低聚糖有非常明显的降脂作用。
  3、提高机体抗氧化能力。
  杨艳燕等研究表明高浓度葡萄糖可使小鼠血糖含量增高,而同样浓度的魔芋低聚糖未使血糖含量发生明显变化,却使小鼠体内超氧化物歧化酶(SOD)活性明显升高,同时降低了过氧化脂质(LPO)水平。
  因此认为魔芋低聚糖不升高血糖,且能提高机体抗氧化能力。
  4、增殖有益菌、减少有害菌。
  根据动物实验和临床研究表明魔芋低聚糖对促进双歧杆菌生长非常有效,并能有效地改善肠道菌群结构,而且其性能及效果优于乳果糖、大豆低聚糖及半乳糖基转移低聚糖。
  5、减肥
  目前认为 KF 减肥作用的机制与其它可发酵纤维相似。由于其低能量密度和膨胀特性,所以 KF 可以替代其它营养物质的能量和在胃肠道中吸水膨胀产生饱腹感来促进减肥。
  本研究通过严格控制肥胖患者的生活习惯、年龄和职业的临床随机双盲试验对 KF 治疗肥胖的效果和通过使用高通量测序(16S rRNA 基因扩增子测序)系统分析 KF 干预后肠道菌群结构和功能的变化进行探究。
  同时,基于临床试验的研究结果通过动物实验进一步研究 KF 与肠道微生物的互作。主要研究技术路线如下所示:
  实验技术路线如下:
  研究对象:肥胖患者
  选取 2015 年 10 月至 2017 年 4 月就诊于云南省第一人民医院营养科门诊及住院的肥胖患者 69 例。
  入选标准:
  (1)男女不限;(2)25 岁<年龄<35 岁;(3)BMI≥28 kg/m2。
  分组 :
  按照随机双盲原则将符合入组标准的 69 例肥胖患者随机分成两组:
  安慰剂组(31 例)。每天早餐前和晚饭前 15 min 用 150 ml 的温水冲服 5 g 藕粉,共服用 5 周。
  实验组(38 例)。每天早餐前和晚饭前 15 min 用 150 ml 的温水冲服 5 gKF,共服用 5 周。
  实验过程(略)
  实验结果:
  魔芋葡甘露聚糖可以改善肥胖相关指标(如:BMI、脂肪量、血糖、血脂和肝功能)。
  魔芋葡甘露聚糖干预改善了肥胖患者的肠道微生物多样性(包括丰富度和均匀度)。
  魔芋葡甘露聚糖对肠道微生物物种组成的影响:
  ①促进益生菌的生长;
  ②抑制有害菌的大量滋生。
  魔芋葡甘露聚糖干预的动物实验研究
  方向:
  目前常用的肥胖动物模型有:
  (1)营养过度型;
  (2)下丘脑破坏型;
  (3)内分泌失调型;
  (4)遗传型。
  其中营养型动物肥胖模型是指高脂饲料或高碳水化合物饲料喂养引起动物产生肥胖,其典型的特征是:肝脏的重量增加而胰脏的重量降低、血清和肝脏中甘油三酯的含量都有不同程度的提升、多巴胺的代谢减弱等。
  这种方法引起的肥胖与人类肥胖最为接近,因此应用最为广泛。
  临床人群研究表明魔芋葡甘露聚糖(konjac flour,KF)干预可以改善肥胖相关指标和调节肠道微生物结构,因此,本动物实验研究使用可以控制遗传背景、年龄、饮食或者其它与肠道微生物有关的环境因素的饮食诱导肥胖小鼠来进一步研究KF 与肠道微生物的互作。
  本项研究分为六个部分:
  KF 干预的抗肥作用效果;
  KF 干预对炎症的影响;
  KF 干预对肠道微生物的调节作用;
  KF 干预对结肠肠道屏障功能的影响;
  KF 干预对能量代谢的影响。
  肠道微生物与肥胖发生的相关性。
  实验过程(略)
  结果:
  通过动物实验研究表明魔芋葡甘露聚糖(konjac flour,KF)干预可以减轻饮食诱导肥胖小鼠的体重、脂肪量和肝重。
  本研究发现魔芋葡甘露聚糖干预可以改善饮食诱导肥胖小鼠肠道微生物的多样性、丰富性和均匀性。同时,魔芋葡甘露聚糖干预还调节了饮食诱导肥胖小鼠的肠道微生物结构。
  同时,本研究还发现魔芋葡甘露聚糖干预可以改善饮食诱导肥胖小鼠的肠道屏障功能。
  实验研究结论:
  目前,肥胖已成为全世界范围内主要的公共卫生问题,成为引起死亡的第五大原因。肥胖对健康的威胁、医药费用的投入和患慢性病的风险等远大于吸烟和酗酒。因此,肥胖的干预研究极其重要。
  近年来,大量的研究结果表明肠道菌群的紊乱是肥胖发生的重要原因之一,它可通过产生过量的内毒素进入血液循环引发全身慢性炎症,从而导致胰岛素抵抗和肥胖的发生。这为研究肥胖发生的机制及治疗肥胖提供了全新的方向。
  本研究通过严格控制入选调查对象的生活习惯、年龄和职业的临床试验,结合动物实验发现,魔芋葡甘露聚糖干预不仅可以减轻体重和脂肪量,而且可以改善血脂和炎症。
  进一步研究发现魔芋葡甘露聚糖干预可以改善肠道屏障功能和能量代谢。另外,通过粪便菌群的 16S rDNA 高通量测序及相关的生物信息学分析发现魔芋葡甘露聚糖干预增加了肠道微生物的多样性和改善了肠道微生物的结构。
  本研究的结果表明,魔芋葡甘露聚糖对肥胖症、炎症、肠道屏障功能及肠道菌群结构、多样性和部分微生物丰度等方面均有了较为明显的改善功能。
  魔芋葡甘露聚糖可以通过调节肠道菌群、保护肠道屏障来发挥减肥的功效。其具有作为减肥食品功能因子研究和开发的潜力。
  作者简介:
  康永波,男,1989年出生,山西省忻州市人。2012年6月毕业于昆明理工大学,获得生物工程学士学位。2015年6月毕业于华中农业大学,获得微生物学硕士学位。2015年9月攻读昆明理工大学医学院环境医学工程博士学位。
  参考文献:
  【1】、Young W, Roy NC, Lee J, et al. Bowel microbiota moderate host physiological responses to dietary konjac in weanling rats[J]. J Nutr, 2013, 143(7): 1052-1060.
  【2】、Serre CBDL, Ellis CL, Lee J, et al. Propensity to high-fat diet-induced obesity in rats is associated with changes in the gut microbiota and gut inflammation[J]. American Journal of Physiology Gastrointestinal & Liver Physiology, 2010, 299(2): G440-g448.
  【3】、Maitra A, Rollins M, Tran L, et al. Prebiotic Konjac Glucomannan Hydrolysate Reduces Streptococcus mutans in Oral Biofilms. In: International Association for Dental Research Abstracts; 2013 March 20-23, Seattle, Washing ton, USA
  【4】、Million M, Maraninchi M, Henry M, et al. Obesity-associated gut microbiota is enriched in Lactobacillus reuteri and depleted in Bifidobacterium animalis and Methanobrevibacter smithii[J]. Int J Obesity, 2012, 36(6): 817-825.
  【5】、Keithley JK, Swanson B, Mikolaitis SL, et al. Safety and efficacy of glucomannan for weight loss in overweight and moderately obese adults[J]. J Obes, 2013, 2013(1): 610908.
  【6】、杨艳燕, 李小明, 李顺意, 等. 魔芋低聚糖对小鼠血糖含量和抗氧化能力的影响[J]. 中草药, 2001, 32(2): 142-144.
  【7】、陈黎, 杨艳燕, 闫达中. 魔芋低聚糖降脂作用的初步研究[J]. 中国生化药物杂志, 2002, 23(4): 181-182.
 

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