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再發“昊”文!天昊微生物項目文章登陸腸道微生物領域頂尖期刊《Gut Microbes》

發稿時間:2021-03-10來源:天昊生物

南京中醫藥大學藥學院卞慧敏教授團隊的研究成果近期發表在腸道微生物領域頂尖期刊Gut Microbes(一區,IF=7.74)上,研究成果發現圍絕經期動脈粥樣硬化進展過程中的腸道微生物群顯示出特定的組成變化,并與循環脂質代謝物顯著相關,在這項研究中天昊生物有幸承擔了樣品的相對定量擴增子測序和生信分析工作。在恭喜客戶發表文章同時,我們想跟大家分享一下文章的研究思路。

英文題目:Thegut microbiota during the progression of atherosclerosis in the perimenopausalperiod shows specific compositional changes and significant correlations withcirculating lipid metabolites

中文題目:圍絕經期動脈粥樣硬化進展過程中的腸道微生物群顯示出特定的組成變化,并與循環脂質代謝物顯著相關

期刊名: Gut Microbes

影響因子: 7.74

圍絕經期動脈粥樣硬化(AS)加重,顯著增加心血管疾病的發病率。腸道菌群的破壞與AS或更年期有關,但圍絕經期AS相關腸道菌群的具體變化仍不清楚。由于脂質異常是AS的主要原因,因此,迄今為止,脂質代謝異常與更年期腸道菌群紊亂之間的關系鮮有報道。在本研究中,用高脂飲食(HFD)喂養的ApoE-/-小鼠(動脈粥樣硬化小鼠模型)進行卵巢切除并補充雌激素,切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠發生了顯著的AS損傷、肝脂質損傷、高脂血癥以及脂質代謝和轉運相關酶的變化。卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠血漿中某些脂質代謝產物的豐度顯著高于未切除卵巢的小鼠,包括膽固醇酯、甘油三酯、磷脂和其他類型的脂質(游離脂肪酸、酰基鳥氨酸、鞘磷脂和神經酰胺),雌激素能顯著降低大多數脂質代謝產物的含量。與未切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠相比,切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠腸道微生物群的多樣性和組成發生了明顯變化。相反,補充雌激素后,腸道微生物群的多樣性和組成恢復到接近未切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠,一些細菌的相對豐度甚至與正常飲食喂養的C57BL/6小鼠相似。另一方面,將正常飲食喂養的C57BL/6小鼠的糞便移植到卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠,足以糾正高脂血癥和AS損傷,逆轉卵巢切除HFD喂養的ApoE-/-小鼠脂質代謝組學特征的變化。在將雌激素處理的卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠的糞便移植到卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠后,也觀察到了這些現象。此外,腸道菌群與脂質代謝產物顯著相關,說明圍絕經期血脂的變化可能與腸道菌群的破壞有關。綜上所述,圍絕經期AS進展過程中的腸道微生物群表現出特定的組成變化,并與循環脂質代謝物顯著相關,補充雌激素可能對腸道細菌和脂質代謝產生有益影響。

在更年期,女性經歷雌激素的下調和激素受體的功能障礙,也容易患上各種疾病,包括心血管疾病(CVD)。對臨床數據的年齡特異性分析表明,女性冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的危險因素隨著年齡的增長而增加。大規模的人口研究已經證實了年齡和更年期與女性血脂水平和心血管疾病的關系。在雌激素充足的女性,腸道微生物群呈現物種多樣性,有益細菌占優勢,抑制有害細菌的生長和自毒作用。圍絕經期綜合征女性有益細菌如乳酸桿菌和雙歧桿菌的相對豐度顯著降低,有害細菌如腸桿菌的相對豐度急劇增加。除了更年期,腸道微生物群也參與肥胖、糖尿病和動脈粥樣硬化的進展。Santos-Marcos-JA等人分析了絕經前和絕經后婦女腸道微生物群的差異。結果表明,絕經后婦女腸道菌群中的Firmzicutes/Bacteroides比例較高,LachnospiraRoseburia的相對豐度較高,PrevotellaParabacteroidesBilophila的相對豐度較低。Choi等人比較了飲食誘導和雙側卵巢切除肥胖小鼠的腸道微生物群特征,它們的腸道微生物群組成相似,但在Bifidobacterium animalisDoreaAkkermansia muciniphila Desulfovibrio存在差異。因此,圍絕經期腸道微生物群可能會發生特定的組成變化。ASCVD的主要危險因素,其特點是脂質代謝異常,導致膽固醇沉積在動脈壁上,最終形成斑塊。高膽固醇血癥是AS的直接原因和獨立危險因素。降低血漿膽固醇水平是預防和治療AS的關鍵。在過去的十年中,腸道微生物群的不平衡與AS的進展密切相關。然而,圍絕經期AS進展過程中腸道微生物群的特殊組成變化與循環脂質代謝產物變化之間的關系尚不清楚,同時,這一時期雌激素不足是否是促進AS進展的關鍵因素仍需深入研究。在這里,雙側卵巢切除的ApoE-/-小鼠被用來揭示圍絕經期腸道微生物群的特殊組成變化,檢測血漿脂質代謝產物和糞便腸道菌群,并分析兩者之間的相關性。我們提供了一些證據,表明雙側卵巢切除的ApoE-/-小鼠的AS加重,腸道微生物群發生了特異性變化,此外,血脂代謝產物明顯紊亂,并與腸道菌群變化顯著相關。雌激素缺乏可能主導圍絕經期腸道菌群和血脂代謝的變化,加速AS的進展。



補充雌激素降低了由HFD喂養的ApoE-/-小鼠卵巢切除術引起的動脈粥樣硬化的加速

為探討雌激素對動脈粥樣硬化(AS)進展的潛在影響,檢測各組90天的血脂水平(TCTGLDL-cHDL-c)及動脈粥樣硬化病變。與正常喂養的C57BL/6小鼠相比,喂食高脂飲食(HFD)的ApoE-/-小鼠具有更高的TCTGLDL-cHDL-c水平(圖1a))。此外,與未接受手術的小鼠相比,HFD喂養的ApoE-/-小鼠雙側卵巢切除顯著增加了TCTGLDL-c的水平,但降低了HDL-c的水平。此外,與正常喂養的C57BL/6小鼠相比,HFD喂養的ApoE-/-小鼠在胸主動脈(圖1bc))和主動脈根部(圖1de))處的AS顯著加重,并且內膜-中層厚度顯著增加(圖1f)),雙側卵巢切除加重了HFD喂養的ApoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化病變(圖1b-f))。總的來說,雌激素缺乏加速了AS的進展,如前所述。HFD喂養的ApoE-/-小鼠接受雙側卵巢切除術后,與未接受手術的HFD喂養的ApoE-/-小鼠相比,他們被灌胃給予0.13 mg/kg雌激素90天,TCTGLDL-c水平顯著降低,而HDL-c顯著升高(圖1a))。此外,雌激素補充減輕了因HFD和卵巢切除而加重的動脈粥樣硬化病變,表現為胸主動脈(圖1bc))和主動脈根部(圖1de))的脂質沉積減少以及內膜-中膜損傷(圖1f))。



補充雌激素逆轉去卵巢HFD喂養ApoE-/-小鼠的脂質積聚和脂質代謝相關酶mRNA表達的變化

與未接受卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠相比,卵巢切除導致的雌激素丟失促進了肝臟中的脂質積聚和組織損傷(圖2(a-e))。另一方面,肝臟中脂質代謝相關酶(如LPCAT3、FASN、FDPS、HMGCR、HMGCS和SREBP)的mRNA水平顯著升高,但脂質轉運酶(如ABCG5、ABCG8、ABCA1、ACAT1、LCAT、LDLR、LXR和SR-B1)的mRNA水平顯著降低。用雌激素補充卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠不僅減少了肝臟中的脂質積聚和組織損傷,而且顯著下調了脂質代謝相關酶的mRNA水平和上調了脂質轉運酶的mRNA水平(圖2(f))。我們還研究了小腸(空腸)脂質轉運酶的mRNA表達,卵巢切除可降低HFD喂養的ApoE-/-小鼠小腸(空腸)中ABCG5、ABCG8、ABCA1、ACAT1、LCAT、LDLR、LXR和SR-B1的表達,而補充雌激素可上調這些脂質轉運酶在腸道中的mRNA表達(圖2(g))。


在卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠中,脂質代謝組學顯著改變,并且可通過補充雌激素逆轉

血清樣本的PCA顯示,正常飲食喂養的C57BL/6小鼠、HFD喂養的ApoE-/-小鼠、卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠和雌激素治療的卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠的循環脂質代謝物明顯分離(圖3a)),結果表明,通過建模改變了脂質代謝組學,補充雌激素可調節雙側卵巢切除引起的代謝紊亂,雌激素治療恢復了HFD喂養的ApoE-/-小鼠卵巢切除的效果。正交偏最小二乘判別分析(OPLS-DA)也用于分析代謝數據,使兩組之間的一般代謝變化可視化和描繪。R2XR2YQ2Y分別代表自變量的可解釋性、因變量的可解釋性和OPLS-DA的可預測性(圖3bdf))。置換檢驗可以用來評價OPLS-DA是否過擬合,R2YQ2代表擬合優度系數。兩組之間的比較均未顯示過度擬合(圖3ceg))。OPLS-DA在正常飲食喂養的C57BL/6小鼠和HFD喂養的ApoE-/-小鼠之間、HFD喂養的ApoE-/-小鼠和卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠之間、卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠和雌激素處理的卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠之間的可解釋性超過0.5,并且每兩種小鼠之間的區別更大,兩組之間有明顯的分離(圖3bdf))。

                    



然后,我們根據脂質代謝組學生成熱圖和聚類直方圖,以可視化和描述各組之間的區別(圖4)。總的來說,卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠的膽固醇酯(CE)、甘油三酯(TG)、磷脂和其他類型的脂質(包括游離脂肪酸、酰基鳥氨酸、鞘磷脂和神經酰胺)的血漿水平顯著高于未接受手術的HFD喂養的ApoE-/-小鼠(圖4)。特別是,與HFD喂養的ApoE-/-小鼠相比,在卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠中,九種膽固醇酯(CE)的含量顯著增加,而一種(CE 18:2)的含量顯著降低(圖4ab))。雌激素(0.13mg/kg,灌胃)能顯著降低去卵巢HFD喂養ApoE-/-小鼠血漿中9CEs的含量,但使血漿中CE 18:2的含量升高,接近HFD喂養ApoE-/-小鼠的水平。在切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠中,5種甘油三酯(TG)的含量顯著增加,但8TGs的含量顯著降低,通過雌激素給藥恢復到接近HFD喂養的ApoE-/-小鼠的水平(圖4ac))。在切除卵巢的HFD喂養的ApoE-/-小鼠中,31種磷脂的含量顯著增加,而2種磷脂的含量顯著降低,通過雌激素給藥恢復到接近HFD喂養的ApoE-/-小鼠的水平(圖4ad))。卵巢切除的HFD喂養的ApoE-/-小鼠的兩種游離脂肪酸、兩種鞘氨醇、一種酰基鳥氨酸和一種神經酰胺的含量顯著增加,通過雌激素給藥雌激素恢復到接近HFD喂養的ApoE-/-小鼠的水平(圖4ae))。