赵立平团队：绿茶多酚改变db/db小鼠肠道菌群且与血糖降低有关
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导 读
据报道，绿茶提取物和茶多酚制剂具有减轻或预防肥胖、糖尿病和相关疾病的作用，不同剂量的摄入茶多酚可降低高脂饮食小鼠的体重，并降低肠道中厚壁菌与拟杆菌的比例。但是尚不清楚这些结果是否是由茶多酚干预引起，以及肠道菌群在此过程中的作用机制尚不明确。在本文中，我们研究并比较了绿茶多酚（PPE）和红茶多酚（TFs）对db/db小鼠（糖尿病和肥胖症模型小鼠）疾病的发展以及肠道菌群的影响，结果表明，在db/db雌鼠饮食中添加PPE（0.1%）7周后，能降低空腹血糖水平和肠系膜脂肪，同时增加血清胰岛素水平，保护胰岛β细胞免受损伤，而TFs则基本无效。通过对小鼠肠道内部六个不同取样点菌群测序分析显示，PPE和TFs处理显著改变了小鼠菌群结构，将这些关键菌群进一步划分为11个共丰度群（CAGs）,其中盲肠和结肠中的CAGs6和7（主要是厚壁菌门和拟杆菌门）在PPE处理组显著增多，且与血糖水平呈负相关；CAG10在PPE和TFs组均降低，且与血糖水平正相关。
论文ID
原名：Green Tea Polyphenols Modify the Gut Microbiome in db/db Mice as Co-Abundance Groups Correlating with the Blood Glucose Lowering Effect
译名：绿茶多酚改变db/db小鼠肠道菌群作为共丰度集与血糖降低有关
期刊：Molecular Nutrition and Food Research
IF：5.151
发表时间：2019.1
通讯作者：赵立平,Chung S Yang
作者单位：罗格斯,新泽西州立大学(Rutgers, The State University of New Jersey)
试验设计
将db/db小鼠分为对照、PEE和TFs处理组，PEE和TFs处理组分别在饮食中添加0.1%PEE和TFs，饲养7周，在1、3、6周测量小鼠空腹血糖水平，测血清中胰岛素水平，7周后，处理小鼠，取小鼠各脏器。同时将回肠、盲肠和结肠内容物送测序分析，对测序结果进行聚类分析，得到各共丰度群（CAGs），将各个CAGs的变化与空腹血糖水平和胰岛素水平进行相关性分析。
图1 实验设计和结果概括
试验结果
1 PEE和TFs处理对db/db小鼠生活的影响
通过对三组小鼠每天的体重、进食量和摄水量进行监测，结果显示三组小鼠均能健康生活，体重、进食量无明显变化，而PEE和TFs组摄水量明显少于对照组。
图2 三组小鼠体重、进食和摄水量的比较
2 PEE和TFs处理对db/db小鼠血糖水平和胰岛素水平的影响
对各组小鼠的肝、脾、胰腺和脂肪进行称重，结果显示经PPE和TFs处理后，肝和脾重量无明显变化。TFs组胰腺重量明显增加(22%)。PPE组肠系膜脂肪的重量显著降低(19%)。血糖检测结果表明，经PPE治疗的小鼠空腹血糖水平明显降低，TFs在第3周和第6周似乎也降低了血糖水平，但差异没有统计学意义（图3a）。由于小鼠生长时间会对db/db小鼠胰腺β细胞进行损害，导致血液胰岛素水平会降低（图3b)，PPE的治疗显著地防止了第3和第6周血清胰岛素水平的降低，而TFs在第1周和第3周能防止下降，但在第6周则不然。
图3 PEE和TFs对小鼠血糖水平和胰岛素水平的影响
3 PEE和TFs处理对db/db小鼠胰腺组织和β-细胞的影响
db/db小鼠7周后胰腺的组织病理学检查显示出急性，慢性或隔膜炎症和组织或脂肪坏死融合的区域，PPE和TFs组则没有产生显著变化。正常野生型小鼠胰岛细胞呈卵圆形，与周围外分泌细胞呈规则的界面，抗胰岛素抗体染色均匀、密集。相比之下，db/db小鼠(对照组)胰岛细胞的大小和染色强度降低，胰岛内出现大量标记细胞，相邻的β细胞标记非常稀疏；PPE组胰岛整体大小和染色强度的下降幅度较对照组小，β细胞胰岛素标记的变化较大，部分细胞染色较强，而另一些细胞呈较弱的颗粒状，反映胰岛素颗粒的减少（图4e）；在TFS组中，染色胰岛的数量和大小显著降低（图4f)，显示在胰岛内随机分布的染色单体细胞数量的显著降低，与db/db对照组相似。进一步用ScanScope分析胰岛素染色强度（图4g）和随后的Tukey多重比较试验表明，db / db小鼠的胰腺β细胞严重受损，PPE能显着阻止这种损害，但TFs无效。
图4 三组小鼠胰腺病变情况比较
4 PEE和TFs处理对db/db小鼠肠道菌群的影响
4.1 肠道不同部位的微生物结构变化
对六个不同的采样部位的肠道微生物整体丰度用α多样性加以评价，结果PPE组在盲肠黏膜中的菌群数量显著增多，Shannon指数评价结果显示，PPE组在结肠粘膜中显著地提高细菌群落的丰度和均匀度。β多样性研究结果表明不同取样部位的微生物组成差异显著，在盲肠粘膜、结肠粘膜和结肠内容物三个取样点上，三组动物两两之间检测结果均有显著性差异。
图5 不同取样部位菌群β多样性分析
4.2 组间差异的OTU分型
经分析有32，30，30和23个OTUs，分别解释了处理组在盲肠黏膜、结肠含量、结肠粘膜和盲肠内容物中的微生物差异。采用Random Forest algorithm算法最终找到61个形成组间差异的关键OTUs。利用SparCC分析将61个OTUs分成11个共丰度群,结果表明，由PPE和TF引起的关键OTU的变化在整个肠道中是相似的。
5 CAGs与血糖、胰岛素水平的关系
运用Spearman秩相关系数来表征CAGs与小鼠血糖水平之间的关系，结果显示在盲肠和结肠中CAGs 6、7与空腹血糖水平呈负相关，CAG10与空腹血糖水平呈正相关；相反，CAGS 6和7与空腹胰岛素水平呈正相关，CAG10与空腹胰岛素水平呈负相关（图6）。对照组CAGS 6和7丰度低(小于1%)，PPE组显著升高，TFS组无或轻度升高。CAG10在PPE和TFs组均降低。
图6 CAGs与血糖、胰岛素水平的关系
结 论
本研究证明口服给予db/db小鼠标准化绿茶多酚制剂PPE（饮食中添加0.1％）可显著降低空腹血糖水平，增加血液中的胰岛素水平并减少胰腺β细胞的损害。这些结果表明，在db/db小鼠糖尿病状态的进展过程中，PPE可通过其抗氧化活性保护胰腺β细胞免受损伤。此外，PPE还可降低db/db小鼠的摄水量，这一作用与抗糖尿病药物罗格列酮一致，而红茶多酚TFs效果不佳或无效。通过对db/db小鼠菌群结构进行分析，证明PPE降低db/db小鼠空腹血糖水平的作用与盲肠和结肠中CAGs 6、7中细菌丰度的增加呈正相关，而与CAG10中的细菌丰度呈负相关，因此改变肠道微生物区系的特定功能基团，可显著促进绿茶多酚的有益作用，但肠道微生物群在介导绿茶多酚健康效应中的作用程度和机制仍需进一步的研究。
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