低聚木糖与肠道菌群调节机制的研究

低聚木糖与肠道菌群调节机制的研究

0低聚木糖养殖小鼠肠道菌群低聚糖是一种功能低聚糖，主要的反应成分是不消化的。它可以转化为适当的氨基酸。它可以通过一个或多个木糖原2或-1的糖化合物，然后被分解为低聚糖。短链脂肪酸不仅能为肠粘膜细胞提供能量，促进细胞的生长和代谢，而且能降低肠道ph的ph值环境，抑制有害菌的生长。近年来的研究表明，低聚糖代谢产生的短链脂肪酸与许多生理功能密切相关，如促进钙的吸收和脂质代谢，预防龋齿，预防心血管疾病和减少结肠癌的风险。作者将低聚糖喂食小鼠，检测大鼠肠道菌群的数量和scf含量，进一步探讨了低聚糖调节肠道功能的作用和机制。1材料和方法1.1实验动物中心SPF近交系BalB/C小鼠48只:雄性,6~8周龄,18~22g,河南省实验动物中心,许可证号SCXK(豫)2010-0002;低聚木糖:纯度95%,山东龙力生物科技股份有限公司.1.2精宏法DG250厌氧工作站:英国DWS公司;PNP9082恒温培养箱:上海精宏实验设备有限公司;GC-6890N气相色谱仪:Agilent公司;HVE-50高压灭菌锅:HIRAYAMA公司;SW-CJ超净工作台:苏净安泰空气技术有限公司.1.3方法1.3.1灌胃剂量设计按随机分组的方法将小鼠分为低、中、高剂量组和对照组共4组,每组12只.参考低聚木糖的推荐剂量1.4g/d(成人,60kg体质量),设计人体推荐量的5、10和30倍,即灌胃剂量分别为低剂量组0.12g/(kg·BW)、中剂量组0.23g/(kg·BW)、高剂量组0.70g/(kg·BW),对照组用无菌生理盐水代替.每日清晨经口给予1次,灌胃体积0.2mL,连续灌胃14d.1.3.2小鼠粪样的采集分别于第0天(灌胃前)、第7天和第14天早晨将小鼠称质量,并采集小鼠的新鲜粪便样约0.05g于灭菌试管中.取5mL灭菌稀释液加入粪样试管中,充分振荡混匀,成粪样均质液,待测.1.3.3细菌计数和计数按照《保健食品检验与评价技术规范》(2003),取粪样均质液以10倍梯度稀释,分别接种到相应培养基上培养,采用平板计数法对样品中的双歧杆菌、乳酸杆菌、肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌计数.1.3.4离心5min取粪样均质液2mL于5mL离心管中,在4000r/min下离心10min,取上清液1mL于1.5mL离心管中,加入0.75mol/LHCl5μL振荡混匀,静置10min后,在13000r/min下离心5min;将上清液过0.45μm滤膜于离心管中,密封后4℃下冷藏(不超过3d),待测.采用气相色谱法检测粪便中代谢产物乙酸、丙酸、正丁酸和异丁酸的含量,色谱条件为:色谱柱:AgilentDB-WAX石英毛细柱(30m×0.25mm,0.25m);升温程序:以10℃/min升温速率从80℃加热至110℃,保持1min;以5℃/min升温速率升至140℃,保持3min;载气及流速:N2:25mL/min;H2:40mL/min;空气:400mL/min;柱前压15.5kPa;进样量1μL;分流比30∶1.1.4处理数据采用SPSS12.0软件进行方差分析和组间显著性t检验,检验水准α=0.05.2结果与分析2.1小鼠体质量变化量不同剂量低聚木糖饲喂小鼠过程中,小鼠体质量的变化量如表1所示.由表1可知,小鼠的体质量变化量在不同剂量组间比较,差异无统计学意义(P>0.05),表明摄入低聚木糖对小鼠体质量没有不良影响.2.2低聚糖对大鼠肠道菌群的影响2.2.1肠道双歧杆菌的生长不同剂量组小鼠粪便中肠道双歧杆菌和乳酸杆菌的数量如表2所示.双歧杆菌和乳酸杆菌是人体肠道内重要的有益微生物.在评价食物调节肠道菌群功能的膳食干预研究中,双歧杆菌和乳酸杆菌是最常用的肠道微生物指标.由表2可以看出,灌胃低聚木糖后第7天,不同剂量组中双歧杆菌数量显著增加(P<0.05),乳酸杆菌的数量无统计学差异(P>0.05),表明肠道内双歧杆菌的生长较易受低聚木糖摄入的影响;第7天双歧杆菌数量在不同剂量组间比较发现,双歧杆菌数量在均显著增加(P<0.05),且中剂量组双歧杆菌数量增加最为显著(P<0.01),表明肠道内双歧杆菌的生长与低聚木糖的摄入量密切相关,且可能有一个最适范围,这与舒国伟等的研究结果相一致.灌胃低聚木糖后第14天,肠道益生菌双歧杆菌和乳酸杆菌在不同剂量组中的数量均显著增加(P<0.05),表明低聚木糖对肠道益生菌有一定的促生长作用.单一细菌不同剂量组间比较发现,双歧杆菌和乳酸杆菌在中剂量组显著增加(P<0.01),表明在低聚木糖0.23g/(kg·BW)摄入剂量条件下,促肠道益生菌双歧杆菌和乳酸杆菌的生长作用最强.2.2.2低聚木糖对3种可能致病菌的影响不同剂量组小鼠粪便中肠道肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌的数量如表3所示.由表3可以看出,灌胃低聚木糖后第7天,不同剂量组中肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌的数量无统计学差异(P>0.05),表明摄入低聚木糖不能迅速影响这3种肠道可能致病菌的生长.灌胃低聚木糖后第14天,与对照组相比,肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌的数量均有所降低,差异有统计学意义(P<0.05),表明摄入低聚木糖能够抑制这3种可能致病菌的生长;单一细菌不同剂量组间比较发现,肠杆菌在高剂量组中数量最低(P<0.05),表明提高低聚木糖摄入量可以有效抑制肠杆菌的生长;肠球菌和产气荚膜梭菌在中剂量组的数量最低(P<0.05),表明在摄入低聚木糖0.23g/(kg·BW)条件下,可以有效抑制小鼠肠道肠球菌和产气荚膜梭菌的生长,推测这可能与该条件下肠益生菌的旺盛生长和肠道内环境的改变有关,益生菌的生长受到促进和相应代谢产物的增加可以抑制不良致病菌增长,这与Okazaki和Swennen等研究结果相一致.2.3不同剂量低聚木糖对小鼠肠道代谢的影响不同剂量组小鼠粪便中SCFAs的含量如表4所示,其中丁酸含量为正丁酸和异丁酸含量之和.与中链脂肪酸和长链脂肪酸不同,SCFAs在体内不通过体内酯类水解等途径进行内源性合成,主要是由肠内双歧杆菌,乳酸杆菌、链球菌和真菌等代谢碳水化合物而产生.由表4可以看出,与丙酸和丁酸相比,乙酸在小鼠肠道内的含量最高.灌胃低聚木糖后第7天和第14天,不同剂量组中乙酸含量均显著增加(P<0.05).表明摄入低聚木糖能够有效促进小鼠肠道代谢产生乙酸,同时也促进了肠道SCFAs总量的增加.灌胃低聚木糖后第7天,中、高剂量组丙酸含量增加,差异有统计学意义(P<0.05);第14天各剂量组中丙酸含量均增加(P<0.05),但低剂量组中丙酸含量相比较低,表明小鼠肠道代谢产生的丙酸受摄入低聚木糖剂量影响.灌胃低聚木糖后第7天和第14天,不同剂量组中丁酸含量均有所增加(P<0.05),表明摄入低聚木糖可能促进小鼠肠道内丁酸菌等产丁酸细菌的增殖,导致小鼠肠道代谢产生相对较多的丁酸,这有待进一步研究探讨.短链脂肪酸在结肠中易被吸收,是重要的体内代谢能源.乙酸主要参与体内肌肉、肾脏、心脏和脑的代谢;丙酸经结肠吸收后主要由肝脏代谢用作能源,并可以抑制肝胆固醇的合成;丁酸是人类结肠、盲肠上皮细胞重要的能量来源,在维持肠道内环境稳定和预防结肠癌发生等方面发挥良好的作用.由表4可以看出,小鼠肠道菌群能够发酵利用低聚木糖,促进短链脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸的产生,酸化肠道环境,这与Smiricky-Tjardes等对肠道菌群发酵低聚木糖的研究结果相一致.3低聚木糖对小鼠肠道生长的影响低聚木糖可以促进小鼠肠道益生菌双歧杆菌和乳酸杆菌增殖,提高肠道短链脂肪酸含量,促进肠道内环境酸化,抑制肠道可能致病菌肠杆菌、肠球菌、产气荚膜梭菌的生长.在摄入0.23g/(kg·BW)条件下,对双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖作用最强,对肠球菌、产气荚膜梭菌的