科研 |通过间歇性饮食调整的肠道菌群预防db/db小鼠视网膜病变并延长其生存
本文由董小橙编译，董小橙、江舜尧编辑。
原创微文，欢迎转发转载。
间歇性禁食(IF)可防止代谢性疾病和癌症的发展，但它是否能预防糖尿病微血管并发症尚不清楚。本文主要探究了长期IF对糖尿病视网膜病变(DR)的影响。
原名：Restructuring of the gut microbiome by intermittent fasting prevents retinopathy and prolongs survival in db/db mice
译名：通过间歇性饮食调整的肠道菌群预防db/db小鼠视网膜病变并延长其生存
期刊：Diabetes
IF：8.68
发表时间：2018年
通信作者：Eleni Beli
通信作者单位：美国印第安纳大学
1、IF改善生存期但没有影响糖化血红蛋白水平
对4个月大的db/m和db/db小鼠进行自由饮食(AL)喂食或隔24小时间隔(IF)禁食7个月。结果发现，同对照组相比，试验组小鼠糖化血红蛋白水平没有明显变化(图1B)，但是存活率显著增加(图1C)。
图1 IF增加了db/db小鼠的存活率且没有提高血糖的控制
2、IF阻止db/db小鼠中非细胞毛细血管的发展和视网膜中炎性细胞的浸润
接下来通过列举非细胞毛细血管检查了IF对db/db小鼠糖尿病视网膜病(DR)发展的影响。结果表明，同db/m-AL小鼠相比，db/db-AL小鼠非细胞毛细血管的数量明显增加(图2A和C)。但是，db/db-IF小鼠非细胞毛细血管的数量没有增加(图2D和E)。由于炎性细胞的增加是DR的另一个特征，故使用Iba-1染色检查冷冻切片中活化小胶质细胞的变化，并使用CD45染色检查浸润造血细胞的差异。与db/m-AL小鼠和db/db-IF小鼠相比，db/db-AL小鼠显示Iba-1+细胞显着增加(图2F)。与db/m-AL小鼠和db/db-IF小鼠相比，db/db-AL小鼠中的CD45+细胞浸润明显增加(图2G)。
图2 IF阻止db/db小鼠中非细胞毛细血管的发展且降低了视网膜中炎性细胞的存在
3、长期IF改变了肠道菌群组成
在db/db-AL和db/m-AL小鼠(图3A)，db/m-IF和db/m-AL小鼠(图3B )和db/db-IF与db/db-AL小鼠(图3C)β多样性是明显不同的。通过PCA分析也发现db/m-AL, db/db-AL, db/m-IF和db/db-IF四组小鼠的肠道菌群结构的差异是显著的(图3D)。
试验组之间显著不同的菌大多来自拟杆菌门，厚壁菌门和疣微菌门(图3E)。后壁菌门/拟杆菌门(F/B)代表微生物与肥胖变化的指标，本研究发现db/m-IF小鼠的F/B比例没有变化，但其比例在db/db-IF小鼠中显著增加(图3E)。除此之外，IF小鼠肠道菌群中疣微菌门也显著变化(图3E)。
图3 IF改变了db/db小鼠肠道菌群结构组成
属水平上的菌也发生了变化。同db/m-AL小鼠相比，db/db-AL小鼠中乳酸菌属，双歧杆菌属，拟杆菌属及Akk菌属是丰富的，但Oscillospira和Ruminococcus的丰度是低的(图4A)。db/db小鼠中的IF养生法引起乳酸菌，Oscillospira和Ruminococcus的富集，以及Akk菌属，拟杆菌属和双歧杆菌属物种的减少(图4B-C)。
在db/db小鼠中，梭菌目(图4D)和Ruminococcaceae(图4E)和Lachnospiraceae科(图4F)在IF条件下适应并存活。乳酸菌(图4G)在db/m-IF和db/db-IF小鼠中均富集，而双歧杆菌属(图4H)和梭菌属(图4I)在两组中均减少。另一方面，Oscillospira(图4J)，Ruminococcus(图4K)和Turicibacter(图4L)在db/db-IF小鼠中富集，而拟杆菌属(图4M)，Akkermansia(图4N )和Allobaculum(图4O)仅在db/db-IF小鼠中减少。db/db-IF小鼠的肠道菌群中这些独特变化可以促进肠道屏障的完整性。
图4 IF对属水平的菌群的影响
4、IF促进了糖尿病引起的肠道病理的恢复
由于肠道屏障完整性的破坏是疾病的重要机制，我们通过杯状细胞数量和绒毛长度测量确定IF是否可以改善结肠形态。结果表明db/db-AL小鼠的杯状细胞数目(图5B，E)和绒毛长度(图5G，J)减少。但 IF维持了db/db-IF小鼠中的结肠形态学，因为其杯状细胞数量(图5D，E)和绒毛长度(图5I，J)与非糖尿病小鼠相似。在肌层厚度中未观察到糖尿病或IF的变化(图5K-O)。
血浆中细菌产物的增加表示肠屏障功能障碍，因此我们通过测量血浆样品中的肽聚糖进行评估。如图5P所示，db/db-AL小鼠中显示支持肠道通透性增加的血浆肽聚糖水平显著增加。当db/db-IF小鼠处于禁食状态时，循环肽聚糖水平显著降低，可证明IF导致肠道通透性降低。但是，当db/db-IF小鼠处于进食状态时，这种潜在的有益变化消失。
图5 IF治疗改善了肠道形态学
5、 IF改变胆汁酸代谢
与db/m-AL小鼠相比，db/db-AL小鼠的胆酸盐增加，db/db-IF小鼠的胆酸盐减少(图6A)。脱氧胆酸盐，作为刺激胆汁酸，在禁食期间被中度增加(图6B)。
在db/db-IF小鼠中鉴定出牛磺神经脱氧胆酸(TCDCA)并发现其显著增加(图6C)。由TCDCA转变的牛熊去氧胆酸盐(TUDCA)在db/db-IF小鼠中也明显增加(图6D)。本文推测IF给小鼠带来的益处或许由于TUDCA的增加。
图6 IF提高了胆汁酸代谢且增加了神经保护胆汁酸TUCDA的含量
6、TGR5激活减少糖尿病视网膜中的非细胞毛细血管和炎症
为了确定TUDCA是否可以介导视网膜中的有益作用，我们探究了TGR5的表达。结果表明TGR5主要定位于视网膜的神经节细胞层(图7A)。通过免疫组织化学评估，糖尿病和IF养生法都没有改变TGR5蛋白的定位或表达(图7B-F)，也没有改变TGR5 mRNA水平(图7G)。然而， TGR5下游靶点TNF-α在IF干预下显著降低(图7H)。为进一步探究TGR5对于DR的作用，本文应用双重TGR5/FXR激动剂INT-767对小鼠进行治疗。结果表明经过INT-767治疗的糖尿病小鼠非细胞毛细血管(图7C)、CD11b+巨噬细胞(图7D)、CD45+白细胞(图7E)以及活化的Iba1+小胶质细胞(图7F)的数量都显著降低。
图7 TGR5对糖尿病视网膜病变的作用
总之，我们的研究显示了微生物群落变化，IF和TUDCA增加之间的新关系。IF可能提供了一种改变BA代谢的方式，有利于增加TUDCA的内源性产生。这项工作突出了几项具有潜在临床意义的发现。饮食干预，如IF，可能会导致独特的高度有益的微生物组反应。
IF代表了一种增强神经保护性TUDCA产生的生理方式。最后，我们确定TGR5和胆汁酸在视网膜中的作用，并认为其可能代表DR的新治疗靶点。
该研究目的明确，实验设计易懂且思路清晰。本文主要分析了间歇性饮食对糖尿病视网膜病变的影响并发现了其有益作用。但小编个人认为本文有一个不足的小地方，就是本文没有讨论间歇性饮食对小鼠其他方面是否有不良影响。只是小编个人观点，欢迎感兴趣的朋友可以一起讨论。