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干酪乳杆菌Zhang稳定不同年龄人群肠道菌群

时间:2020-03-06 17:33来源:实验室 作者:bio149发布 浏览次数:

    宿主健康与肠道微生物菌群密切相关,肠道微生物调节失衡会引发一系列慢性疾病,例如:高血糖、腹泻、便秘等。衰老作为一种自然生理现象,也会随着人体肠道菌群结构调整而发生变化。研究表明,健康成年人的肠道菌群以厚壁菌门、类杆菌、放线菌和蛋白质细菌等为主;而健康老年人的肠道菌群中放线菌含量减少,蛋白质细菌含量增加。目前关于益生菌对不同年龄人群肠道菌群变化的研究尚浅。故本试验将探究L. casei Zhang对人体肠道菌群结构的改善,是否与年龄因素有关。

    试验设计

    在马来西亚进行为期12个月的临床试验。按照随机、双盲以及安慰剂对照的原则,选取40名合格受试者。

    试验细节

    1.试验人群

    20名成年人(18-49岁)

    20名老年人(50岁及以上)

    2.试验方法

    随机且平均分配到益生菌组和安慰剂组。

    益生菌组(每日服用含1x
109  CFU/g L. casei Zhang的益生菌制剂2g);安慰剂组(每日摄入同等量的安慰剂)。

    3.检测方法

    在0、6、12月(共3次)分别采集合格受试者的粪便样本,并对样本进行DNA序列提取、完成测序和菌株含量等指标进行分析(图1)。

    注:合格受试者满足:体重指数正常、自愿完成试验、排除一些严重疾病患者(如I型糖尿病、艾滋病等);并且在试验进行8周前停止益生菌类治疗方式。

 
 
图1:试验受试者具体详情及试验流程
 
    试验结果

    每名受试者分别在0、6、12月提供了粪便样本(每人3份),一共40名受试者,共计120份粪便样本,从中提取428127个DNA序列,平均每份样本4263个DNA序列。测序深度满足试验需求,可以检测不同样本的菌株含量。

    1.正常人群肠道菌群差异

    在成年人安慰剂组中检测到16个不同的门,144个不同的属(其中高丰度属18个)和273个不同的物种(其中高丰度种16个)。在老年人安慰剂组中检测到6个不同的门,139个不同的属和266个不同的物种(其中高丰度种23个)。
 
    通过Mann-Whitney检测(P<0.05),安慰剂组成年人和老年人之间鉴定出11个差异丰度的属(图2)和25个差异丰度的种(图3)。

 
图2:安慰剂组成年人和老年人之间差异丰度的属
 
图3:安慰剂组成年人和老年人之间差异丰度的种

    2.L. casei Zhang影响肠道菌群结构

    在0、6、12月对粪便样本进行PCoA主坐标分析观察各组之间微生物群落结构差异,发现在未加权和加权(考虑了物种丰度)的PCoA分析图中,安慰剂组和益生菌组之间微生物结构存在很大差异(图4A,B)。分析成年人和老年人益生菌组每个样本微生物结构的具体变化过程,发现成年人益生菌组微生物菌群变化较小,三个不同时间点图中距离较近(图4C,D),这可能是由于成年人肠道菌群更为稳定;发现老年人益生菌组微生物菌群变化更为显著,三个不同时间点图中距离较远(图4E,F)。

    同时我们还发现,成年人益生菌组在6个月和12个月的微生物群落差异较小,而老年人益生菌组在这两个时间点微生物群落差异很大。这也表明在经过6个月的益生菌治疗,成年人的肠道菌群结构会变得更加稳定,而老年人的肠道菌群则会继续调节。

 
图4:PCoA分析图

    3.肠道菌群差异物种

    通过Mann-Whitney检测(P<0.05),成年人益生菌组鉴定出6个差异丰度的属和10个差异丰富的种(图5);老年人益生菌组鉴定出7个差异丰度的属和8个差异丰度的种(图6)。

    成年人和老年人之间只有少数的属(Blautia and Clostridium)和种(Blautia luti and Eubacterium hallii)是共同存在的。其中Blautia、Blautia luti Eubacterium hallii的相对丰度在两组人群中具有一致的下降趋势,而Clostridium则是在成年人群中下降,在老年人群中增加。

 
 
图5:成年人益生菌诱导后差异丰度的属和种
 
 
图6:老年人益生菌诱导后差异丰度的属和种

    4.年龄标记物种和年龄指数

    根据随机森林回归模型将分类群的相对丰度与受试者年龄进行回归(图7A),预测出来21个年龄标记物种(图7B),根据这些标记物种的组成,计算每个时间点每个样本的年龄指数(图7C),其中年龄指数的降低代表肠道菌群更加年轻化。
 
 
图7:年龄标记物种和年龄指数变化详情

    试验结论

    不同年龄健康人群的肠道微生物组成和含量具有显著差异。长期服用L. casei Zhang会调节和稳定健康人群的肠道微生物结构,且改善的效果与年龄因素有关。我们发现L. casei Zhang对健康成年人肠道微生物结构的改善更为迅速且效果更为明显;对健康老年人肠道微生物结构的改善则需要较长时间。

    通过随机森林回归模型分析,我们还预测了21个年龄标记物种,这也对未来研究益生菌抗衰老作用的持续研究提供判断标准。

    文章已发表于:Journal of Functional Foods 64 (2020) 103682
 


 
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