【用户案例】比较两种糖苷酶抑制剂对小鼠肠道短链脂肪酸浓度的影响 | 16s专题

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文章信息

比较两种糖苷酶抑制剂对小鼠肠道短链脂肪酸浓度的影响

Comparisons of Effects on Intestinal Short-Chain Fatty Acid Concentration after Exposure of Two Glycosidase Inhibitors in Mice

发表期刊：BIOL PHARM BULL

发表单位：浙江工商大学

技术手段：16S rRNA测序

研究背景

阿卡波糖和伏格列波糖是使用最广泛的糖苷酶抑制剂，是治疗糖尿病的药物。阿卡波糖和伏格列波糖作为α-葡萄糖苷酶抑制剂（AGIs）的一部分是一类特殊的抗糖尿病药物。日常饮食中含有高含量的碳水化合物，阿卡波糖和伏格列波糖通常可以通过延迟肠道中的碳水化合物的消化来降低餐后血糖水平，因此它们是一种有效的治疗方法。经阿卡波糖和伏格列波糖处理后，延迟了小肠中的淀粉消化，但是可通过大肠中的细菌发酵进行补偿性补救。当碳水化合物（淀粉，膳食纤维）进入大肠时，它们通过厌氧菌群的发酵而降解。在正常饮食条件下，一部分有益的淀粉被消化，在小肠中被吸收，因此，进入大肠的额外淀粉在一定程度上会导致微生物生态系统发生变化。一些肠道菌群拥有专门的代谢酶，因此不同的碳水化合物发酵对肠道微生物会产生不同的影响。众所周知，短链脂肪酸（SCFA）可预防和治疗肠道疾病，是代谢综合征和某些类型癌症的关键因素。通常，膳食纤维摄入可导致肠内容物发酵，可溶性纤维是主要来源。通过肠道微生物群的碳水化合物发酵产生副产物作为体内SCFAs的主要来源，并且通过阿卡波糖处理，更多的碳水化合物用于结肠发酵可以支持肠道微生物群落的变化并促进SCFA的产生。

材料和方法

在研究前让小鼠适应环境一周，然后分成三组。适应环境后，将3组按设计处理两周，两周后收集肠内容物和肠样品。

在用于测试的小鼠肠道中两种抑制剂的合适浓度的预实验中，将两种抑制剂（2mg / kg阿卡波糖和0.004mg / kg伏格列波糖）每餐设定为基础量（1x）（对照组），和另外两种量（0.1x和10x）（处理组）。

从麻醉的小鼠中取出整个肠道，包括小肠和大肠进行样品制备。将回肠，盲肠和结肠段的内容物全部取出放入EP管中并置于冰上，把这些内容物冷冻储存在-80°C备用，。研究肠道微生物群的16S rRNA测序要利用肠内容物样品进行。

取材：雄性ICR小鼠（6周龄）

结果

阿卡波糖和伏格列波糖极大地抑制了肠道中淀粉的消化。阿卡波糖和伏格列波糖影响了盲肠中SCFA浓度，由果胶或抗性淀粉诱导的较高含量的碳水化合物，通过肠道微生物群增强了大肠中SCFA的发酵。实际上，许多细菌功能基因在糖苷酶抑制剂处理的小鼠中富集，并且在阿卡波糖组和伏格列波糖组之间预测了不同的功能基因。作为糖苷酶抑制剂的阿卡波糖和伏格列波糖延缓了淀粉的消化和吸收。然而，短链脂肪酸对与葡萄糖转运蛋白相关的基因表达的影响需要进一步研究。

 图  阿卡波糖和伏格列波糖治疗2周后 雄性ICR小鼠不同肠段成分的测定

在这项研究中，阿卡波糖和伏格列波糖两种抑制剂的使用显著增加了大肠中淀粉的含量，并通过影响肠道微生物群改变了短链脂肪酸（SCFA）的浓度。然而，两组小鼠的肠道微生物组成存在一些差异，主要是细菌如类杆菌（Bacteroidaceae bacteroides拟杆菌）和Desulfovibrionaceae desulfovibrio脱硫弧菌 。伏格列波糖处理组盲肠中醋酸盐和丙酸盐的产量显著高于阿卡波糖组，盲肠丁酸盐中两种糖苷酶抑制剂的产量接近。分析表明，阿卡波糖组和伏格列波糖组之间不同的乙酸盐和丙酸盐产量可能与2-氧代异戊酸脱氢酶和丙酮酸氧化酶有关。此外，体外实验表明伏格列波糖在直接刺激后对上皮细胞的影响小于阿卡波糖。根据对肠道微生物群SCFAs产生的研究，比较研究显示，伏格列波糖治疗小鼠腔内这些有益脂肪酸浓度较高，这意味着炎症水平较低。

讨论

本研究比较了长期接触阿卡波糖和伏格列波糖后肠道微生物群落之间的差异，以及SCFA浓度引起的变化，以及体内转录水平上与SCFA代谢相关的基因表达的差异。虽然阿卡波糖组盲肠pH值的平均值高于伏格列波糖组，但两种抑制剂组之间无显著差异。随着pH的改变，肠道微生物菌群发生了变化。在研究中，抑制剂治疗小鼠的caecun微生物群受到至少三个原因的影响：1）碳源更多; 2）降低的腔pH值; 3）阿卡波糖或伏格列波糖分子的存在。我们尚不清楚改变肠道微生物群的主要原因是什么。进一步的研究应该在体外模拟肠道发酵罐中测试抑制剂分子。

在分析了肠道菌群的多样性后，基于KEGG数据库预测了SCFA发酵途径中相关酶的强度，结果表明K00158，K00166，K00167和K09699可能是决定阿卡波糖组和SCA不同产生SCFA的关键酶。在我们的KEGG预测结果中，没有找到准确的方法来解释阿卡波糖和伏格列波糖组显著改善丁酸盐产生的原因。这表明：（1）基于Tax4fun系统的KEGG函数预测有其局限性；（2）丁酸盐的发酵可能有更复杂的途径。

本研究中阿卡波糖增加丁酸盐产量的结果与之前的结论一致，基因的表达与诱导和吸收有关。在小鼠的不同肠道组织中检测到葡萄糖和SCFA，包括回肠，盲肠和结肠。阿卡波糖和伏格列波糖对上述基因的影响与微生物的发酵部位有关。与SCFA转运相关的MCT1和SMCT1在回肠中受到显著影响，其中微生物含量不高，这可能与SCFA的异常发生有关。在盲肠和结肠的位置，MCT1和SMCT1的表达似乎与阿卡波糖和伏格列波糖的暴露无关，但SCFA诱导的基因FFA2和FFA3的表达显著改变。结果发现，阿卡波糖组与伏格列波糖组的SCFA的产量不同，主要反映在醋酸盐和丙酸盐的生产中。很明显醋酸盐可以影响大肠杆菌的发酵，丙酸盐与肝脏清除有关，丁酸盐可能与炎症反应有关。

参考文献

Guo-dong Xu，Lei Cai . Comparisons of Effects on Intestinal Short-Chain Fatty Acid Concentration after Exposure of Two Glycosidase Inhibitors in Mice，Biol Pharm Bull，2018.

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