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导读

肠道微生物群失衡已被证实与肥胖和代谢综合征有着密切的病理和生理相关性。2020年，中国国家药品监督管理局批准从桑枝中提取的桑枝总生物碱（SZ-A）用于治疗2型糖尿病。除了降血糖作用外，先前的研究已经证实，SZ-A还可以缓解高脂肪饮食诱导的肥胖和非酒精性脂肪肝，并改善与肥胖相关的脂肪组织代谢和炎症，表明SZ-A具有调节肥胖和代谢综合征的潜力。然而，尚不清楚SZ-A是否可以通过调节肠道微生物群及其代谢谱来改善肥胖和代谢综合征。本研究旨在评估SZ-A对肥胖小鼠肠道微生物群的影响，并探讨肠道微生物群变化、肥胖和脂质代谢之间的关系。结果表明，口服SZ-A可显著降低高脂饮食诱导的肥胖小鼠体重、脂肪量以及血清总胆固醇和低密度脂蛋白水平。SZ-A还调节肠道微生物群，并改变肥胖小鼠的粪便代谢产物组成。与高脂饮食组相比，SZ-A组厚壁菌门与拟杆菌门的比例发生了变化，双歧杆菌和嗜黏蛋白阿克曼菌的丰度在属水平上显著增加。SZ-A组的肠道微生物群被重塑，胆汁酸代谢和脂肪酸代谢中微生物基因的相对丰度被改变，这与代谢组学结果一致。此外，SZ-A极大地富集了杯状细胞的数量，并减少了肥胖小鼠高脂饮食诱导的炎症性结肠损伤和促炎性巨噬细胞浸润。总之，SZ-A可以通过改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠的肠道微生物群及其代谢特征来缓解肥胖和代谢综合征。

桑枝总生物碱（SZ-A）调节高脂饮食诱导肥胖小鼠肠道微生物群紊乱及其代谢谱的示意图

论文ID

原名：Ramulus mori (Sangzhi) alkaloids regulates gut microbiota disorder and its metabolism profiles in obese mice induced by a high-fat diet

译名：桑枝总生物碱可调节高脂饮食所致肥胖小鼠肠道菌群紊乱及其代谢谱

期刊：Frontiers in Pharmacology

IF：5.988

发表时间：2023.03

通讯作者：蒋伟哲， 刘玉玲

通讯作者单位：广西医科大学药学院，中国医学科学院北京协和医学院

实验设计

实验结果

1. SZ-A能有效调节高脂血症所致肥胖小鼠的体重

为了研究SZ-A对肥胖的治疗作用，C57BL/6J小鼠被喂食高脂饮食（HFD）14周，然后SZ-A（200mg/kg/d）每天口服给予小鼠，持续喂食HFD 6周（图1A）。目前的临床降血糖剂量为5 mg/kg，小鼠的降血糖剂量转换为60 mg/kg。为了探索SZ-A在减轻体重方面的潜力，我们之前研究了在HFD喂养的KKAy小鼠中用100和200 mg/kg SZ-A处理8周，在HFD喂食的C57BL/6J小鼠中用400 mg/kg SZ-A处理6周的减肥效果。结果表明，在这个干预时间和剂量下，SZ-A对减肥有很好的效果。根据先前的结果，本研究以HFD喂养的C57BL/6J小鼠为模型，用200mg/kg SZ-A干预6周，以进一步探讨SZ-A的减肥作用及其对肠道微生物群和代谢的调节作用。如图1B所示，喂食HFD的小鼠的体重明显高于喂食正常饮食的小鼠，与HFD组相比，SZ-A显著减缓了HFD诱导的体重增加（图1C）。除了肥胖小鼠的体重外，我们还使用磁共振成像（MRI）测量了全身脂肪质量。如图1D所示，与HFD组相比，给予SZ-A降低了全身脂肪质量。此外，SZ-A处理后，血清总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）水平显著降低（图1E、F）。结果表明，SZ-A有效缓解了HFD诱导的C57BL/6J小鼠肥胖，这与我们之前的研究结果一致。

图1 SZ-A减缓了HFD诱导的肥胖小鼠的体重增加

（A）通过口服SZ-A缓解肥胖小鼠体重增加的流程图。在这个实验中，C57BL/6J小鼠被喂食高脂肪饮食14周，然后每天口服SZ-A（200mg/kg/天），持续6周。（B）喂食正常饮食（NC）或HFD（n=10）的小鼠体重。（C）SZ-A（200 mg/kg）处理小鼠的体重变化（n=9-10）。（D）用SZ-A（200mg/kg）处理的小鼠总脂肪量（n＝5）。（E）SZ-A（200mg/kg）对血清胆固醇水平的影响（n=5）。（F）SZ-A（200mg/kg）对血清低密度脂蛋白水平的影响（n=5）。每个值表示为平均值±SEM。***p＜0.001，**p＜0.01，*p＜0.05。

2. SZ-A诱导肠道菌群组成的变化

上述结果表明，SZ-A可以有效调节HFD诱导的肥胖小鼠体重。肥胖作为一种慢性代谢性疾病，已被证实与肠道微生物群密切相关，口服药物对肠道微生物群和代谢的影响最为显著。为了研究HFD诱导的肥胖小鼠肠道微生物群的变化，C57BL/6J小鼠首先喂食HFD 14周，并通过灌胃SZ-A的方式接受处理，同时继续喂食HFD。实验结束后，我们收集所有小鼠的粪便，通过Illumina NovaSeq对16S rRNA基因的V3-V4区域进行测序，并分析细菌群落结构。

为了研究每个样本的物种组成，我们进行了具有97%同一性的OTUs（操作分类单元）聚类；接下来，对OTU序列进行物种注释。根据物种注释结果，我们选择每个样本或门水平分组中丰度最高的前10个物种，生成物种相对丰度的柱状累积图，直观地查看不同分类水平下相对丰度高的物种及其在每个样本中的比例（图2A），还对结果进行了微生物多样性分析。alpha多样性反映了样本中微生物群落的丰富度和多样性（图2B）。稀疏度和秩-丰度曲线（反映测序数据量和物种丰富度的合理性曲线）表明，本实验中测序数据量合理，物种分布均匀（图2C、D）。Shannon、Chao1、ACE和观察到的物种指数（一种评估样本中物种丰富度和多样性的指数）显示，喂食HFD的肥胖小鼠在接受SZ-A处理后，肠道微生物群多样性和丰富度显著增加（图2E-H）。除SZ-A外，二甲双胍（Met）还显著增加了肥胖小鼠肠道微生物群的丰富度和多样性，与HFD组相比，Shannon、ACE和观察到的物种指数都有所增加。然而，我们在阿卡波糖（Acb）组中没有观察到显著的变化。

β多样性是对不同样本的微生物群落组成进行比较分析，以确定不同群体之间的差异。主坐标分析（PCoA）结果表明，SZA组存在显著的微生物群落组成簇，表明SZ-A对HFD诱导的肥胖小鼠肠道微生物群有显著影响（图3A）。为了研究肠道微生物群的具体变化，我们进行了UPGMA聚类树分析，以比较各组测序中确定的主要类群的相对丰度。在门的水平上，与正常对照组（NC）相比，HFD组厚壁菌门与拟杆菌门的比例严重失调：厚壁菌的丰度显著增加，而拟杆菌门细菌数量显著减少。SZ-A可以调节这两种细菌的比例，以实现与正常对照组（NC）相似的菌群结构（图3B）。厚壁菌门/拟杆菌门的比例是肠道微生物群动态平衡的标志，厚壁菌门/拟杆菌门比例的降低与体重减轻直接相关。

为了进一步探索每个样本之间的差异，我们进行了Lefse分析（LDA Score=4）。与HFD组相比，SZ-A组的微生物群落表现出显著变化，其特征是疣微菌门和放线菌的水平显著增加（图3C、D）。在属水平上，SZ-A组的嗜黏蛋白阿克曼菌（Akk）和双歧杆菌比其他组更富集（图3E、F）。Akk已被证明可以促进肠道屏障的完整性，调节免疫反应，抑制炎症，平衡肠道微生物群和其他功能，这使得它在治疗代谢性疾病方面具有巨大的潜力。这些结果表明，SZ-A可以改变HFD诱导的肥胖小鼠的肠道微生物群结构。

图2 SZ-A通过α多样性分析改善了HFD诱导的肥胖小鼠的肠道微生物群多样性和丰富度

（A）物种柱状累积图的相对丰度。（B）SZ-A处理后α多样性指数增加。（C）稀疏曲线。（D）秩丰度曲线。（E–H）计算了四个α多样性指数（Shannon、ACE、Chao1和Observed_species）（n=6）。样本菌群的复杂性可以通过指数值来反映。每个值表示为平均值±SEM。与HFD相比，* p＜0.05，**p＜0.01，***p＜0.001。

3. SZ-A调节HFD诱导的肥胖小鼠的代谢

为了更好地了解SZ-A对肠道微环境的影响，我们使用代谢组学来检测小鼠粪便中代谢物的变化。在实验结束前，我们收集所有小鼠的粪便，并使用LC-MS/MS进行代谢组学研究。为了更好地研究SZ-A对HFD诱导的肥胖小鼠的干预作用，我们使用多变量统计分析来筛选SZ-A干预后小鼠的差异代谢产物。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）的结果表明，无论是正离子模式还是负离子模式，各组样品的分散程度都很小，浓度趋势明显。正常对照组（NC）和HFD组的样本显示出分离的趋势，这表明HFD诱导的肥胖小鼠的代谢产物水平发生了变化。SZ-A处理后，SZ-A组的样本与正常对照组（NC）的样本更相似，表明SZ-A干预可以调节HFD诱导的肥胖小鼠的代谢紊乱（图4A）。此外，质量控制（QC）样品点被聚集，表明分析方法的稳定性和重复性良好，实验结果可靠。

图3 SZ-A通过β-多样性分析改变了HFD诱导的肥胖小鼠的肠道菌群结构

（A）PCoA，主坐标分析。（B）UPGMA，非加权组配对算术平均法。（C）LEfSe，LDA效应大小。（D）LEfSe，分支图。（E）属水平上嗜黏蛋白阿克曼菌的丰度（n=6）。（F）属水平上双歧杆菌的丰度（n=6）。每个值表示为平均值±SEM。与HFD相比，***p＜0.001。

为了进一步揭示SZ-A干预前后HFD诱导的肥胖小鼠体内代谢产物的变化，并筛选差异代谢产物，我们主要参考VIP、FC和p值。VIP是指PLS-DA模型第一个主成分中的变量投影重要性，代表代谢物对分组的贡献。FC指的是倍数变化，这是比较组中每种代谢物的所有生物重复的平均值的比率。阈值设置为VIP>1.0、FC>1.2或FC /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端