Introduction
高脂肪和低纤维饮食消费的增加,以及体育活动的减少,正导致肥胖患病率迅速增加。目前,肥胖影响着世界30%的人口,预计到2030年将增加到50%以上。越来越多的证据表明,肥胖与许多代谢性疾病(如胰岛素抵抗和高胆固醇血症)相关,流行病学调查表明,n-3多不饱和脂肪酸(n-3 PUFAs),特别是α -亚麻酸(C18: 3n-3, ALA)可以通过预防线粒体功能障碍、减轻炎症反应甚至抑制氧化应激,从而减少或预防肝脏脂肪变性。
亚麻籽油(FSO)由~9%的饱和脂肪酸、~18%的单饱和脂肪酸和~73%的多不饱和脂肪酸组成,其中以ALA(~50%)为主。多项科学研究表明,FOS可预防饮食引起的肥胖、高血及相关代谢失调,富含FSO的膳食干预通过抑制脂肪细胞肥大、炎症标志物水平和脂肪组织中的T细胞浸润对肥胖大鼠的健康有益。食用FSO可减少肝脂积累,降低肝脂过氧化,提高抗氧化能力,降低肝相关基因的表达和活性,进一步减弱高脂血症小鼠的非酒精性脂肪肝。这些作用的机制被认为与调节脂肪酸β-氧化和脂肪生成的关键转录因子]有关。然而,FSO对肠道菌群及其代谢物的影响尚未确定。
胆汁酸(BAs)是胆固醇的代谢物,在肝脏中通过一系列的酶反应形成,然后排出到肠道。肠道菌群颗影响BAs的加工和结合模式,从而影响宿主生理的各个方面,包括脂质代谢和肥胖。BAs也是通过与宿主胆汁酸受体(如核受体farnesoid X受体(FXR))相互作用参与代谢通路的重要信号分子。
中国农业科学院油料作物研究所的杨陈博士和中国农科院油料所、山东省农业科学院农产品加工与营养研究所的黄凤洪研究员研究了FSO是否可以通过调节肠道菌群或BA代谢来改善高脂饮食小鼠的高胆固醇血症。通过测量了高脂饲料(HFD)喂养的小鼠的血清生化参数,作者描述了FSO的BA谱,并评估了相关的潜在机制,特别是与BAs、相关基因表达和肠道菌群组成有关的机制。研究结果有助于理解膳食FSO改善健康的机制,以及肠道菌群与宿主脂质代谢之间的关系。
Results and discussion
与正常饮食(NC组)相比,食用基于猪油的HFD(HF组)8周可诱导小鼠体重增加。中剂量亚麻籽油(MFO)小鼠(P<0.05)和高剂量亚麻籽油(HFO)小鼠(P<0.01)的体重增加显著低于HF小鼠。低剂量亚麻籽油(LFO)和HF小鼠的体重没有发现差异(图1A)。MFO(P<0.05)和HFO(P>0.05)小鼠的Lee指数也显著低于HF小鼠(图1B)。此外,在所有3 个FSO组中,肾周脂肪和附睾脂肪占体质量的比例都要低得多(图1C–D),FSO消耗的影响是剂量依赖性的。此外,组织学分析显示,与HF组相比,MFO和HFO小鼠减少了脂肪细胞和肝细胞中的脂质沉积(图1E和1F)。LFO小鼠的脂肪细胞和肝细胞没有如此明显的变化。
为了确定FSO对BA谱的影响,使用靶向代谢组学分析小鼠盲肠中BA的含量。样品中共鉴定出37种BA,浓度显著不同的BA如图2所示。4个HFD喂养组的结合BAs浓度和BAs总浓度高于NC组。其中,单独的MFO组具有比HF小鼠更高浓度的结合BA和更高的结合/游离BA比率。各组间初级或次级BA的浓度没有发现显著差异(图4A)。然而,HFO组中几种非偶联BA的浓度,包括鹅去氧胆酸(CDCA)和β-鼠油酸(βMCA),高于HF组。在MFO和HFO小鼠中,牛磺酸结合的BA的浓度,特别是牛磺胆酸(TCA)和牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)的浓度也显著较高。HFO组的胆酸(CA)浓度高于HF组。最后,与HF小鼠相比,MFO小鼠(而不是HFO小鼠)中的牛磺酸-β-盐酸(TβMCA)浓度高得多(图2B)。
对丰度数据进行Spearman相关性分析,以确定胆汁酸浓度(≥总量的0.01%)与前20个细菌属的丰度之间的关系(图3)。与最多细菌属相关的3个代谢产物是12-脱氢胆酸(DHCA)、牛磺脱氧胆酸(TDCA)和脱氧胆酸(DCA),与最多代谢产物浓度呈正相关的3个属是Coprobacillus、Adlercreutzia和Ruminococcus。此外,包括梭菌和乳酸杆菌在内的几个表达BSH的细菌属与12-DHCA、TDCA和DCA的粪便浓度呈正相关。
作者测量了小鼠中FXR和FGF15的蛋白质表达水平(图6A)。HF小鼠结肠中FXR的相对蛋白水平低于NC小鼠(P<0.05),而FGF15的相对蛋白含量在HF和NC小鼠之间没有显著差异。此外,与HF组相比,HFO组中FXR和FGF15的表达均得到推断。
图4 FSO对结肠FXR和FGF15相关蛋白表达的影响(A)和肝脏脂质代谢基因的影响(B)
作者简介
Targeted microbiome metabolomics reveals flaxseed oil supplementation regulated the gut microbiota and farnesoid X receptor pathway in high-fat diet mice
Chen Yanga,*, Zhenxia Xua, Qingde Huanga, Xu Wangb, Fenghong Huanga,c,*, Qianchun Denga
a Oil Crops Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, Oil Crops and Lipids Process Technology National & Local Joint Engineering Laboratory, Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, Key Laboratory of Oilseeds Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062, China
b College of Animal Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
cInstitute of Agro-Food Science and Technology, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China
*Corresponding author.
Abstract
Flaxseed oil (FSO) rich in n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) can protect against obesity and insulin resistance, but the underlying mechanism is unknown. An integrative multiomics of the microbiome and targeted metabolomics approach was performed to investigate the possible pathway for flaxseed oil supplementation on reducing serum total cholesterol, triglyceride and epididymal adipose in high-fat diet mice. FSO ameliorated the gut microbial dysbiosis by increasing the community diversity and the abundance of Clostridiales and Ruminococcaceae. These effects were associated with the regulation of bile acid (BAs) in the feces. FSO reduced the concentrations of conjugated BAs, such as cholic acid, tauro-α-murocholic acid, and tauro-ursodesoxycholic acid in feces, which in turn inhibit the intestinal farnesoid X receptor (FXR)-fibroblast growth factor (FGF) 15 signaling pathway. Further analysis revealed that FSO activated FXR in the liver and regulated downstream gene expression (SHP, SREBP-1c, and CPT-1a), which promoted lipolysis and inhibited lipogenesis. The results of this study suggest that FSO modulates serum lipid concentrations by regulating the gut microbiota, FXR-FGF15 signaling and BA metabolism.
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