Gut | 不同饮食结构对健康人群肠道菌群、代谢物、炎症的影响:RCT研究

来源: 麦特绘谱生物科技(上海)有限公司   2019-3-13   访问量:1654评论(0)

一些观察性试验和干预时间较短的随机对照试验表明,在有代谢障碍的肥胖西方人群中,高脂肪低碳水化合物的膳食结构对受试者体重和相应的心血管疾病风险因子,特别是糖代谢的主要指标具有显著的积极作用。然而我国30年前,碳水化合物占据了能量摄入的70%左右,而代谢性疾病的发病率却远低于现在。

为了研究不同脂肪含量的饮食是否会改变肠道微生物群和粪便代谢轮廓,并确定当健康成年人(18-35岁)的饮食正从传统的低脂肪、高碳水化合物饮食过渡到高脂肪、低碳水化合物饮食时,肠道菌群、代谢物与健康成年人心血管代谢危险因素的关系。青岛大学李铎团队开展了为期6个月的随机对照试验,研究膳食干预对肠道微生物群、粪便代谢组学和血浆炎症因子的影响,该成果发表于《Gut》期刊 (IF:17.016)。

临床样本特征

该研究从2015年1月起在两个中心筛查了1145名BMI < 28 kg/m2(中国肥胖标准下限)成年人,经总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、空腹甘油三酯(TG)和空腹血糖等纳入标准筛选出307名符合条件的参与者,并按照研究中心、年龄、性别和体重指数随机分为三组(1:1:1)进行低脂肪饮食(脂肪20%能量),中等脂肪饮食(脂肪30%能量)和高脂肪饮食(脂肪40%能量)干预。经过6个月全饮食供给干预,245名参与者(79.8%)完成整个试验。其中,在基线和试验结束时提供粪便样本的217名参与者被纳入16S rRNA测序。另外,经16S rRNA测序后粪便样本充足的120名受试者(每个饮食组n=40个)进行粪便代谢组学分析。

在基线时,三组参与者临床参数没有显著性差异,三组碳水化合物能量摄入大约为55%,蛋白质摄入量为13%-14%,平均脂肪消耗大约为32%。经过6个月饮食干预,所有组体重都有所减轻,低脂肪饮食组减重明显大于高脂肪饮食组。低脂组腰围、TC、HDL-C、LDL-C和非HDL-C的降低程度均显著高于高脂组。

饮食结构与肠道菌群

Ace和Chao1分析显示三组之间微生物丰富度无显著变化,但Shannon指数显示低脂饮食组肠道菌群多样性明显高于高脂饮食组。通过PCoA和PERMANOVA分析显示,在属水平和OTU水平上,入组时和6个月时三组之间均无显著差异,在门水平上,入组时三组之间均无显著差异,但第6个月时三组之间略有差异(p=0.08)。门水平单变量分析显示,干预后中脂饮食组拟杆菌门相对丰度显著增加,高脂饮食组干预后厚壁菌门丰度降低,而拟杆菌门丰度增加。在中脂组和高脂组中,厚壁菌门/拟杆菌门比值明显降低。与低脂组相比,高脂组厚壁菌门丰度降低而拟杆菌门丰度增加。在属水平上,低脂饮食组经干预后Blautia和Faecalibacterium丰度显著增加,而高脂饮食组Faecalibacterium丰度降低,Alistipes和拟杆菌属丰度增加。高脂饮食组Blautia与血清TC,LDL-C,非HDL-C呈负相关,Bacteroides与血清TC,LDL-C,非HDL-C呈正相关。


饮食结构与粪便靶向代谢组学

在低脂饮食和高脂饮食干预后粪便代谢物的组成发生了显著变化,而入组时三组代谢水平并没有统计学差异。按代谢物种类分层分析显示低脂组氨基酸代谢物出现显著改变,而高脂饮食组长链饱和脂肪酸代谢出现显著变化,此外高脂组总短链脂肪酸浓度也出现显著降低。低脂饮食组中筛选出四种显著差异代谢物,包括三种氨基酸代谢产物(对甲酚,吲哚和3-吲哚丙酸)和一种短链脂肪酸(丁酸)。对甲酚和吲哚降低,而3-吲哚丙酸和丁酸升高。高脂饮食组中筛选出八种显著差异代谢物,分别属于长链饱和脂肪酸、短链脂肪酸和氨基酸,其中丁酸、戊酸和2-甲基丁酸显著降低,吲哚、棕榈酸、硬脂酸、花生四烯酸和吲哚乙酸显著升高。与低脂组相比,高脂组棕榈酸、硬脂酸、花生四烯酸、吲哚、对甲酚的浓度显著升高,丁酸、戊酸、3-吲哚丙酸的浓度显著降低。由于花生四烯酸是类二十烷酸等脂质介质参与炎症过程的前体,为此专门检测了粪便中花生四烯酸浓度变化与血浆促炎标志物浓度变化的相关性。其中粪便花生四烯酸浓度变化与血浆PGE2、TXB2、hs-CRP的浓度变化呈正相关。Bacteroides与棕榈酸、吲哚、对甲酚的变化呈正相关,Faecalibacterium与丁酸呈正相关,而Ruminococcus与对甲酚为负相关。


饮食结构与炎症因子

高脂肪饮食组血浆hs-CRP浓度明显高于低脂和中脂饮食组,同样,与低脂肪饮食相比,高脂肪饮食组血浆炎症介质TXB2浓度增加。此外,低脂组LTB4 和PGE2较中脂组显著降低。然而,促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α在三组之间无显著差异。

小结

本研究采用随机、控制饮食试验设计从肠道菌群、宿主代谢物、炎症角度探讨低、中、高三种不同脂肪摄入量饮食对健康人群的影响。研究结果表明虽然三种不同饮食并没有引起微生物群组成的显著变化,但高脂饮食对一些重要的标志物有不利影响,而相当于中国30年前饮食习惯的低脂肪高碳水化合物饮食似乎有有益效果。低脂饮食与菌群α多样性、产生丁酸的Blautia属和Faecalibacterium属细菌增加相关,高脂饮食与Alistipes属和Bacteroides属细菌增加、粪便杆菌属减少相关;高脂饮食组粪便中的丁酸和短链脂肪酸显著低于其他组,低脂饮食组中对甲酚和吲哚含量降低,而高脂饮食与粪便中花生四烯酸和脂多糖合成增加、血浆促炎因子增加相关。本研究的一个局限性是,粪便取样仅入组时和试验结束时进行。如增加中间阶段采样,可以更全面地了解肠道微生物群的变化。此外,三组饮食干预后体重均减轻,且各组体重减轻情况不同。体重减轻是否影响肠道菌群和粪便代谢组学的变化还有待进一步研究。另外该研究对象是健康的年轻人,而非肥胖成年人,所以这一结果可能不适用于心血管代谢疾病高危人群。

本研究关键是课题设计和质量控制,课题设计中各组的能量摄入一定要一致。干预期的能量摄入根据志愿者基础膳食的能量摄入量为参考,对照组干预物结构,干预剂量、干预周期、样本量等等进行确定,并进行研究对象遴选(性别、年龄、健康人群还是特定病人等)。此外,由于中餐特点,烹饪中不能完全准确定量,厨师都是按经验加菜肉油盐糖等,所以怎样准确用料、统一方法烹饪都是需要培训和严格控制。另外,如何能让志愿者摄入膳食中设计的所有成分,避免剩饭剩汤现象,这也是研究人员需要注意和思考的。

本研究优势在于合理饮食控制、大样本量和相对较长的干预期。采用16S rRNA技术及靶向定量代谢组学,能够同时了解饮食干预后肠道菌群和菌群代谢产物的变化,但到底什么样的肠道菌群(不同菌的量和菌之间的比例)是最佳、最健康、最能预防疾病和最长寿的,以及如何通过肠道菌群、代谢组学及其他分析方法,探讨营养素或食物以及食物功能成分对疾病及风险因子影响的机理还需进一步研究。

本研究粪便代谢组学部分系由麦特绘谱承担检测,基于质谱平台的菌群代谢产物及胆汁酸等检测方法将持续为广大医学科研人员助力,协助您们的研究工作迈向新途!

参考文献

Wan Y, et al. Effects of dietary fat on gut microbiota and faecal metabolites, and their relationship with cardiometabolic risk factors: a 6-month randomised controlled-feeding trial . Gut 2019;0:1–13. doi:10.1136/gutjnl-2018-317609.



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