基于多组学技术研究非酒精性脂肪肝小鼠盲肠菌群与代谢物的变化

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非酒精性脂肪肝病(NAFLD)是目前全球最常见的慢性肝病,其发病机制的研究随着组学技术的大量应用而逐渐深入且受到广泛关注,并明确了肠-肝轴在NAFLD发生中发挥了重要作用。研究者已证实在NAFLD患者体内肠道菌群和代谢物会发生显著变化,关于肠道菌群失调和变化的代谢物之间的关系目前成为研究热点。因此,为阐明高脂饮食诱导小鼠盲肠菌群影响NAFLD的形成机制,构建盲肠菌群-盲肠菌群代谢物-NAFLD的关系网,本研究开展以下试验:1.高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝小鼠模型的制备。选取20只6周龄C57BL/6雄鼠自由饮食饲喂于SPF屏障系统中,随机分为普通饲料组(CK组)和高脂饲料组(OB组),每组各10只。结果发现:(1)OB组小鼠体重和内脏脂肪质量极显著高于CK组(P<0.01)。(2)血清检测结果显示OB组的肝损伤指标ALT、AST显著高于CK组(0.01<P<0.05),血脂指标LDL、TG极显著高于CK组(P<0.01),TC显著高于CK组(0.01<P<0.05),而HDL则显著低于CK组(0.01<P<0.05)。(3)肝脏病理切片显示CK组肝细胞形态正常,细胞质无脂滴;OB组肝细胞出现程度不一的脂肪变性。参照美国国立卫生院标准和Kleiner评分系统,NAS评分为3.4。以上结果最终证明成功建立非酒精性脂肪肝模型。2.基于16S rDNA技术研究非酒精性脂肪肝模型小鼠盲肠菌群的变化。试验结束采集试验一中所有小鼠盲肠内容物样品进行16S rDNA分析。结果显示:Venn图中OB组OTUs数目多于CK组,相对丰度图在门水平和属水平上展示了两组的菌群构成不同。Alpha多样性分析提示OB组和CK组样本间菌群的丰度和均度没有显著性差异。Beta多样性分析中,PCo A显示OB组和CK组存在明显的组间差异;进一步的T-test检验发现OB组在门水平和属水平下,厚壁菌门显著升高而拟杆菌门显著降低,同时厚壁菌门与拟杆菌门比值(F/B)也显著升高。LEf Se分析筛选出8个生物标志物,在OB组中丰度显著升高的菌属有Helicobacter,Blautia,Unidentified-Lachnospiraceae,Romboutsia,Faecalibaculum,Ileibacterium;而Allobaculum和Enterorhabdus丰度显著降低。3.非酒精性脂肪肝引起的肠道菌群代谢物变化研究以及与显著性差异菌属的关联分析。试验结束采集试验一中所有小鼠盲肠内容物进行基于UHPLC-Q-TOF MS的非靶向代谢组学分析。多元统计分析PCA、PLS-DA、OPLS-DA结合变异倍数FC分析和t检验,以VIP>1且P<0.05为筛选条件得到167种显著性差异代谢物,包括氨基酸及其衍生物,脂质,胆汁酸,核苷酸及其衍生物等。KEGG富集图筛选出了ABC转运蛋白,蛋白质的消化吸收,精氨酸生物合成,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,不饱和脂肪酸的生物合成等代谢通路。将代谢组学筛选出的167种显著性差异代谢物与16S rDNA技术筛选到的8个显著差异菌属进行关联分析,发现Blautia、Romboutsia、Helicobacter、UnidentifiedLachnospiraceae基本都与抗炎氨基酸(天冬氨酸、谷氨酰胺、精氨酸等)、AAAs、BCAAs、肌酸、酪胺、SFAs呈正相关;与PUFAs呈负相关。Blautia、Romboutsia、Helicobacter、Unidentified-Lachnospiraceae、Faecalibaculum、Ileibacterium与天冬酰胺和组胺呈负相关。Romboutsia、Ileibacterium均与鹅去氧胆酸、牛磺熊去氧胆酸、牛磺脱氧胆酸等呈正相关。不仅如此,Blautia、Romboutsia、Helicobacter、UnidentifiedLachnospiraceae还均与尿嘧啶、肌苷、甘露糖、半乳糖、维生素C、维生素B6等呈负相关。结论:在高脂饮食诱导的C57BL/6小鼠非酒精性脂肪肝模型中,利用16S rDNA技术确定小鼠盲肠菌群在门水平和属水平上出现显著差异;非靶向代谢组学鉴定出167种显著性差异代谢物,其中包括氨基酸及其衍生物、脂质、胆汁酸、核苷酸及其衍生物等;通过关联分析明确盲肠菌群和代谢物的变化有显著联系。
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