27

Mar

2020

植物乳桿菌P-8維持人體腸道穩態

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越來越多的證據顯示,益生菌制劑或其功能性食品的攝入,對人體腸道微生物的調節起到良好的作用,人體健康得到顯著改善。植物乳桿菌P-8作為一株具有優良益生特性的益生菌,經過多年科學研究發現具有良好的耐酸耐膽汁特性、良好的發酵特性,具有降低血壓以及控制血脂水平等功效。為進一步探索植物乳桿菌P-8對人體腸道結構的影響,本試驗選取33名志愿者進行長達21周的跟蹤試驗,用以探究植物乳桿菌P-8對人體腸道穩態的維持效果。


試驗方法


從中國內蒙古自治區共招募33名合格受試者參與此次人群試驗。試驗全程長達21周。


試驗詳情


一、試驗對象

合格受試者滿足體重指數小于30kg/m2;無任何內分泌失調、糖尿病或者胃腸道問題;研究開始前6個月和整個研究過程中,沒有受試者服用過任何抗生素。受試者在治療前兩周和治療期間不得服用其他基于益生菌的產品,并保持典型的中國北方飲食。


二、試驗方法

在試驗過程中每日服用植物乳桿菌P-8 (6x1010?CFU),并持續4周。


三、分析檢測

分別采集第0天以及第28天(第四周結束時)即試驗前后的受試者糞便樣本。用16S rRNA PCR-焦磷酸測序分析干預前和結束后的糞便菌群。從第4周后,停止攝入植物乳桿菌P-8,但仍需要每周采集糞便樣本,并持續到第21周,對植物乳桿菌P-8在腸道內的定植能力進行檢測(圖1)。


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圖1:植物乳桿菌P-8相關實驗設計


試驗結果


01

測序覆蓋率以及糞便菌群多樣性


對第0天和第28天的糞便樣本進行測序生成了一個由159023個(平均4818.88個/每人)過濾的高質量且可進行分類的16S rRNA基因序列組成的數據庫。在腸道菌群多樣性方面,在第0天和第28天收集樣本之間觀察數目無明顯差異的物種,進行超1指數,香農指數和Simpson指數分析(P=0.28-0.65),發現所有樣品的香農指數都沒有達到稀疏曲線,這表明盡管通過增加測序深度可以發現更多的系統類型,但目前的分析已經覆蓋大多數微生物多樣性。


02

試驗前糞便樣本的菌群結構



圖2顯示了33名受試者在0天時的糞便細菌結構,其序列在總細菌序列的門和屬水平上的含量分別超過0.01和1%。發現有9個門的細菌總數占比在0.01%以上,其中這5個門最豐富:Firmicutes(57.39%),Bacteroidetes(39.50%),Proteobacteria(2.82%),Actinobacteria(0.07%)和Synergistetes(0.07%)。同時發現共有15個屬細菌總數超過總細菌序列的1%。


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圖2:試驗前糞便樣本腸道菌群結構(不同屬,門)


某些細菌在屬的相對豐度表現出很大的差異,特別是Megamonas, DialisterPhascolarctobacterium。在總共66個樣本中,分別有53個,18個和18個樣本沒有這些屬的樣本。因此,除了完全基于分類學豐度之外,我們的研究還確定了一組核心糞便細菌屬,其定義為該研究中超過90%的樣本中都存在該屬??梢澡b定出15個核心細菌屬,其中11個與最豐富的屬重疊(相對豐度超過1%;表1)。此外,進行了Spearman相關分析,以評估15個核心細菌屬如何相互關聯。在OTU級別,通過應用相同的定義,可以確定11個核心OTU。


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表1:試驗前后與植物乳桿菌P-8攝入相關的核心以及關鍵屬豐度


03

植物乳桿菌P-8攝入對糞便細菌結構的影響



為了評估植物乳桿菌P-8對受試者糞便菌群結構的影響,對樣本進行的PCoA主成分分析是基于所有確定的OTU的加權和未加權相對豐度進行的。在PCoA評分圖上未觀察到清晰的聚集現象(圖3),這表明植物乳桿菌P-8干預后未發生重大的整體結構變化。然而,下面兩項測試將進一步的分析并揭示植物乳桿菌P-8給藥后的糞便菌群結構。

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首先,MANOVA分析了前85%的主要成分,在植物乳桿菌P-8攝入后表現出顯著差異(未加權和加權相對豐度分別為P=1.36×10-05和2.81×10-03)。其次,在攝入植物乳桿菌P-8后,觀察到平均未加權的UniFrac距離存在差異(P<0.05)。

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兩項結果均證實,植物乳桿菌P-8可調節糞便細菌的組成,而且細菌結構的差異取決于豐富度較小的菌屬而不是主要的菌屬,同時發現植物乳桿菌P-8誘導的糞便微生物群調節是溫和的,并且很可能與年齡有關。


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圖3:PCoA主成分分析(OUT加權與未加權)


04

植物乳桿菌P-8攝入對糞便菌群豐度變化



通過Mann-Whitney試驗對第0天和第28天所有細菌屬的相對豐度進行成對比較。植物乳桿菌P-8干預后,厚壁菌菌門的5個菌屬(明串珠菌、乳桿菌、生孢產醋桿菌、布勞特氏菌和葡萄球菌屬)含量明顯的升高,并顯著提升人體腸道中短鏈脂肪酸含量,有助于人體健康;而變形菌門的3個菌屬(志賀氏菌屬、埃希氏桿菌屬、腸桿菌屬)均呈現出下降的趨勢。(表1),變形菌門的菌屬通常與腸道炎癥和衰老相關的失調有關。


05

植物乳桿菌P-8定植能力的檢測



經過植物乳桿菌P-8長達4周的臨床干預后,需要對其在體內定植能力進行檢測,并持續到第21周。我們發現停止攝入后,體內植物乳桿菌P-8含量減少,但仍然保持在較高水平并持續到第8周;之后含量繼續減少,但仍然在體內存留至第21周(圖4)。

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圖4:植物乳桿菌P-8體內含量變化


這表明植物乳桿菌P-8在人體腸道內具有優異的定植能力,停止攝入后能在體內維持較高水平長達4周,可以在人體腸道內停留長達至少17周之久。


試驗結論



植物乳桿菌P-8可以維持人體腸道菌群穩態,不會造成巨大的結構改變,但一些豐度較低的菌屬試驗前后卻存在顯著差異。植物乳桿菌P-8可以增加有益菌含量,解釋了短鏈脂肪酸(SCFAs)增加的現象;并且降低了對腸道炎癥以及衰老相關的致病菌含量。此外還發現植物乳桿菌P-8在人體腸道內具有良好的定植能力,停留時間長達17周之久。



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