研磨亚麻籽饮食通过减少TLR4/NF-κB通路的基因表达和改变STZ诱导1型糖尿病小鼠的肠道微生物群

2021-12-24作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

Introduction

亚麻籽由于其高含量的α-亚麻酸(ALA)、亚麻木酚素(SDG)和膳食纤维而成为功能性食品。亚麻籽中的主要生物活性成分很丰富,包括55%的ALA、30%的蛋白质和35%的膳食纤维。大量证据表明,亚麻籽中的生物活性成分在调节炎症、免疫、粪便微生物群、便秘和腹泻、骨骼健康、认知行为紊乱等方面显示出潜在的治疗效果。

1型糖尿病(T1D)占全球糖尿病的5%~10%,是一组由T细胞介导的自身免疫性疾病,其特点是对胰岛β细胞的特殊损害,并受遗传和环境因素的共同调节。此外,T1D患者生活质量的下降和死亡率的增加主要是由于糖尿病酮症酸中毒和糖尿病并发症。虽然T1D的治疗已经取得了巨大的进展,但仍有相当数量的患者血糖控制不佳,这给国家、医疗系统和糖尿病患者带来了沉重的负担。药物治疗和饮食干预的结合将在T1D管理领域具有重要意义。

饮食干预已经显示出对糖尿病的重要益处,预防和治疗糖尿病的健康饮食模式提到,应该增加膳食纤维和n-3多不饱和脂肪酸的摄入,这在膳食亚麻籽中很丰富。很多研究显示,亚麻籽中的一些成分对2型糖尿病有好处。此外,只有少数研究报告显示亚麻籽萃取物或亚麻籽的某种成分可以降低T1D的发病风险和治疗其并发症。然而,全亚麻籽对T1D的影响和潜在机制仍然是未知的。因此,需要更多的研究来确定全亚麻籽对T1D的健康益处和具体机制。

因此,东南大学的Hui Xia、Guiju Sun*等在本研究旨在进一步研究全亚麻籽在T1D进展中的作用。本研究假设,添加研磨亚麻籽(MF)的饮食可以通过调节炎症和改变肠道微生物群来改善STZ诱导的T1D小鼠的症状。

Results

MF喂养调节T1D小鼠体质量、糖代谢和胰岛形态

根据图1,在连续6周的观察中,注射STZ后小鼠的体质量显著下降。在本研究中,与模型(MOD)组相比,MF(16.7%)在第6周成功地改善了小鼠的体质量下降。此外,在饲喂MF后,第6周时空腹血糖(FBG)的浓度显著下降。然而,没有观察到MOD组和MF组之间胰岛素的变化。与MOD相比,MF喂养显著增加了肝糖原水平。2 h-口服葡萄糖耐量试验(OGTT)表明,MF喂养降低了曲线下面积(AUC),并具有显著性。胰岛结构严重受损、形态不规则、严重萎缩、边界模糊、细胞质代偿性肿胀细胞,经MF喂养处理后得到改善(图2)。

图1 MF喂养T1D小鼠的检测结果

图2 MF喂养小鼠的胰腺组织病理学评估

MF喂养通过TLR4/NF-κB途径发挥抗炎作用

饲喂MF可显著降低肝脏中的TNF-α水平。然而,本研究没有观察到MF对肝脏IL-1β和IL-6水平的任何调节(图3A)。此外,观察到MF喂养显著降低了促炎症基因的表达,包括TLR4MyD88NF-κB(图3B)。此外,MF喂养能显著下调MyD88和NF-κB的蛋白表达(图3C)。

图3 MF喂养对糖尿病小鼠的影响

MF喂养改变了T1D小鼠的肠道微生物群组成

本研究预先进行了16S rDNA测序,以探索T1D小鼠在MF喂养后肠道微生物群组成的变化。通过检测ACE和Chao1指数,MF喂养显著降低了肠道微生物群的丰富度。β-多样性通过PCoA(加权Unifrac)分析进行评估,结果显示MF组、CON组和MOD组明显分开,这表明MF喂养改变了粪便中门水平的分布,PC1的贡献率为47.77%,PC2的贡献率为13.96%(图4C)。

如图4D所示,在T1D中观察到门水平的肠道菌群失调,亚麻籽喂养在一定程度上扭转了这种情况。门水平的分析表明,肠道微生物群由4个主要门类主导,即厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门和放线菌门(图4E),在所有组中占98%以上。在属水平上,10种优势菌属分别是Escherichia-ShigellaFaecalibaculum、uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae、乳杆菌、Candidatus_Saccharimonas、Ruminococcaceae_UCG-014、uncultured_bacterium_f_Lachnospiraceae、脱硫孤菌、拟杆菌和Lachnospiraceae_NK4A136_group(图4F)。由于注射STZ,MOD和MF组的肠道微生物属的分布受到干扰,在某种程度上,MF喂养扭转了属的分布(图4F)。在CON组中,uncultured_bacterium_g_Escherichia-Shigella、uncultured_bacterium_g_Faecalibaculum、uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae、uncultured_bacterium_g_Lactobacillus和uncultured_bacterium_g_Candidatus_Saccharimonas是5个优势种。然而,在MOD和MF组中,uncultured_bacterium_g_Ruminococcaceae_UCG-014和uncultured_bacterium_g_Bacteroides在统计学上增加,uncultured_bacterium_g_Lactobacillus和uncultured_bacterium_g_Candidatus_Saccharimonas减少(图4G)。与MOD组相比,MF喂养似乎改变了总体物种分布(图4G)。

图4 MF喂养对T1D小鼠粪便微生物分布和组成的影响

随后分别在门、属和种的水平上进行组间差异分析。其中,MOD组的细菌比例最低,与MOD组相比,MF喂养后呈现出上升趋势。注射STZ后,MOD组和MF组放线菌比例显著下降(图5A)。与MOD组相比,MF喂养显示了统计学上的调节,即增加了拟杆菌和UBA1819的相对丰度,减少了肠球菌和Family_XIII_AD3011_group的相对丰度(图5B)。此外,在种水平上,MF饲喂明显提高了uncultured_bacterium_g_Bacteroides和uncultured_bacterium_g_UBA1819的相对丰度,降低了粪肠球菌和uncultured_bacterium_g_Family_XIII_AD3011_group的相对丰度(图5C)。


图5 MF喂养对门、属和种水平特定细菌的影响

此外,在门水平对改进的生理参数和门之间进行了相关分析。厚壁菌门的相对丰度增加与肝糖原水平和体重的增加显著相关。变形菌门的相对丰度下降与肝糖原水平的增加和血糖浓度的下降显著相关。
Conclusion

亚麻籽作为一种功能性食品显示出健康益处,它不仅含有丰富的ALA和膳食纤维,而且还成为高质量蛋白质和酚类化合物的重要来源。研磨亚麻籽的营养成分比整粒种子的生物利用率更高。本实验旨在评估研磨亚麻籽对葡萄糖稳态的影响及其潜在机制,包括抗炎和改变肠道微生物群。该实验显示,亚麻籽可以调节体质量,降低血糖水平,并改善T1D小鼠的葡萄糖耐量和胰岛形态。在小鼠饮食中加入研磨亚麻籽,通过TLR4/NF-κB途径对肝脏炎症有显著影响。此外,亚麻籽喂养改变了肠道微生物群的组成,明显降低了肠道微生物群的丰富度,增加了微生物群的多样性,并调节了不同层次的植物群分布。总之,本研究显示,研磨亚麻籽通过TLR4/NF-κB抗炎和改变STZ诱导的糖尿病小鼠的肠道微生物群,显示了抗T1D的潜力