膳食干預(yù)腸道菌群預(yù)防代謝性疾病

膳食干預(yù)腸道菌群預(yù)防代謝性疾病HumanSuperorganisms

正確認(rèn)識自己的身體－“超級生物體”諾貝爾獎得主-里德伯格,Science2000JoshuaLederbergNobelLaureate1958人體內(nèi)生活著1-2公斤細(xì)菌90%在腸道里人體的細(xì)胞組成10%人細(xì)胞+90%細(xì)菌細(xì)胞人體的基因組成2.5萬個人的基因3百多萬個微生物基因豐富而活躍的代謝活動腸道菌群——人體后天獲得的“第二個基因組”GutMicrobiota-Secondgenomeacquiredafterbirth食品藥品人基因組腸道微生物組健康疾病體質(zhì)亞健康先天遺傳后天養(yǎng)成第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天“慢性病的腸道起源”

“人體系統(tǒng)生物學(xué)方法”第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天慢性病的腸道起源

GutOriginofChronicDiseasesIIyaMechnikovNobelLaureate1908“Laterhetookupthestudyofthefloraofthehumanintestineanddevelopedatheorythatsenilityisduetopoisoningofthebodybytheproductsofcertainofthesebacteria.Topreventthemultiplicationoftheseorganismsheproposedadietcontainingmilkfermentedbybacilliwhichproducelargeamountsoflacticacidandforatimethisdietbecamewidelypopular.”-/Symbiosisvs.Dysbiosis“糞毒入血，百病蜂起”——中醫(yī)觀念“Fecaltoxinsintobloodstreamwillleadtoallkindsofdiseases”

——ConceptfromTraditionalChineseMedicine(TCM)細(xì)胞毒素、遺傳毒素、免疫毒素-肝腸循環(huán)-腸屏障受損第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)與代謝綜合征Cani,2009第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天腸道菌群控制能量代謝基因表達(dá)Backhed,F.,etal.,Thegutmicrobiotaasanenvironmentalfactorthatregulatesfatstorage.ProcNatlAcadSciUSA,2004.101:15718-15723.Backhed,F.,etal.,Mechanismsunderlyingtheresistancetodiet-inducedobesityingerm-freemice.ProcNatlAcadSciUSA,2007.104:979-984.Turnbaugh,P.J.,etal.,Anobesity-associatedgutmicrobiomewithincreasedcapacityforenergyharvest.Nature,2006.444(7122):p.1027-1031.Turnbaugh,P.J.,etal.,Diet-inducedobesityislinkedtomarkedbutreversiblealterationsinthemousedistalgutmicrobiome.CellHostMicrobe,2008.3:213-223.JefferyGordon

第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天肥胖糖尿病炎性衰老

低度、系統(tǒng)性的慢性炎癥

慢性炎癥與衰老和老年病的關(guān)系

InflammationandAge-relatedDiseases代謝性疾病第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天Endotoxin-themostcommonimmunotoxin

內(nèi)毒素-最常見的免疫毒素內(nèi)毒素第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天MolecularInflammationinducedbyendotoxin

內(nèi)毒素誘導(dǎo)的分子炎癥第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

Inflammationinducedbydiet-disruptedgutmicrobiota

菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)誘發(fā)慢性炎癥Cani,P.D.,Amar,J.,Iglesias,M.A.,Poggi,M.,Knauf,C.,Bastelica,D.etal.(2007a)Metabolicendotoxemiainitiatesobesityandinsulinresistance.Diabetes56:1761-1772.Cani,P.D.,Neyrinck,A.M.,Fava,F.,Knauf,C.,Burcelin,R.G.,Tuohy,K.M.etal.(2007b)Selectiveincreasesofbifidobacteriaingutmicrofloraimprovehigh-fat-diet-induceddiabetesinmicethroughamechanismassociatedwithendotoxaemia.Diabetologia50:2374-2383Cani,P.D,etal.,(2008)Changesingutmicrobiotacontrolmetabolicendotoxemia-inducedinflamationinhigh-fatdiet-inducedobesityanddiabetesinmice.Diabetes57:1470-1482Cani,P.D,etal.,(2009)ChangesingutmicrobiotacontrolinflammationinobesemicethroughamechanisminvolvingGLP-2-drivenimprovementofgutpermeability.Gut58:1091-1103第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天Apoa-1knock-outmouse

Apoa-1基因敲除鼠C57BL/6miceApoa-1基因敲除Apoa-1-/-

mice敲除小鼠Apoa-lgene的策略

(Williamson,1992,PNAS)ApolipoproteinA-Ⅰ高密度脂蛋白水平低易感動脈粥樣硬化先天性胰島素抵抗第11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天動物實驗高脂飼料植物飼料敲除鼠壞基因植物飼料

對照鼠好基因高脂飼料

兩種基因X兩種飼料飼喂6個月壞食物好食物壞食物好食物第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天FoodintakeGlucoseToleranceTest

GrowthCurvePhenotypeData好基因+壞食物病得最重！第13頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

Dietisshapinggutmicrobiota

飲食決定腸道菌群結(jié)構(gòu)，基因作用很小Wt/NC野生型/植物飼料Apoa-Ⅰ-/-/NC敲除鼠/植物飼料Wt/HFD野生型/高脂飼料Apoa-Ⅰ-/-/HFD敲除鼠/高脂飼料第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天新一代革命性測序技術(shù)15100臺老一代測序儀<1個技術(shù)員，1臺新設(shè)備NATUREMETHODS，16|VOL.5NO.1|JANUARY2008第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天%ofTotalSequences

ApoA-Ⅰ-/-highfatdietApoA-Ⅰ-/-normalchow

Wild-typehighfatdietWild-typenormalchow**P<0.01*P<0.05**

*雙歧桿菌-有益菌正硫酸鹽還原菌-有害菌邪第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天C57BL/6mice動物實驗Wild-typeC57BL/6mice雄性高脂飼料(HFD)60%fat低脂飼料(LFD)10%fatHFD吃飽30

HFD,Ex吃飽+鍛煉30

HFD,CR

七成飽30LFD吃飽30LFD,Ex吃飽+鍛煉30LFD,CR七成飽30第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天8889131073712800958LFD,CR3.54年vs.HFD2.36年最高壽命可延長50%Dietmodulationoflifespan

膳食改變壽命第18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天Midlifegutmicrobiotaandhealthstates

中年菌群結(jié)構(gòu)與健康指標(biāo)的關(guān)系HFD/HFD,ExLFD/LFD,Ex/HFD,CRLFD,CR第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天與壽命相關(guān)的細(xì)菌種類第20頁,共56頁，2024年2月25日，星期天脂多糖結(jié)合蛋白-

連接抗原載荷量和宿主炎性反應(yīng)的生物標(biāo)識物保持健康的關(guān)鍵:

減少腸道里的毒素和抗原的量第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天C57BL/6J

mice（male,10weeks）GroupA(n=10)NormalChow（fat5.2%）

22weeksGroupB(n=10)Highfatdiet（fat34.9%）12weeksGroupB（n=9)NormalChow（fat5.2%）10weeksC57BL/6mice營養(yǎng)干預(yù)下的菌群變化-20246810121416182022weeks第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天體重與糖耐量的變化NormalChowDietHigh-fatDietNormalChowDietNormalChowDiet第23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天UniFracAnalysis菌群的變化軌跡第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天脂多糖結(jié)合蛋白LBP在營養(yǎng)干預(yù)下的變化第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天脂多糖結(jié)合蛋白-

連接抗原載荷量和宿主炎性反應(yīng)的生物標(biāo)識物保持健康的關(guān)鍵:

減少腸道里的毒素和抗原的量第27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天腸道菌群成為預(yù)防和治療代謝性疾病的新靶標(biāo)滿足人體營養(yǎng)需要維持菌群結(jié)構(gòu)平衡

通過膳食或者藥物干預(yù)

↑保護(hù)腸屏障的細(xì)菌;丁酸鹽產(chǎn)生菌

↓毒素產(chǎn)生菌第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天TCMstatesthatFOODSandDRUGSareofthesamesource中醫(yī)養(yǎng)生藥食同源培根固本-加固腸壁扶正祛邪-增加益菌抑制病菌清熱解毒-消除炎癥脾胃乃后天之本-第二基因組的所在地丹田與命門GateofLIFE第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天以腸道菌群為靶標(biāo)的代謝綜合征膳食干預(yù)23周實驗周期前9周——營養(yǎng)干預(yù)后14周——維持

微生物代謝教育部重點實驗室第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2005年12月第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天體檢數(shù)據(jù)的變化（2005.12vs.2010.06）893.3136/88841.444.63.320.95腰圍（尺）70.52.6108/67660.793.51.871.27血壓（mmHg）心率（次/分）

體重（kg）甘油三酯（mmol/L）總膽固醇（mmol/L）高密度脂蛋白（mmol/L）低密度脂蛋白（mmol/L）體重（kg）89體重（kg）第32頁,共56頁，2024年2月25日，星期天體重控制過程中菌群的結(jié)構(gòu)變化040708

9.109.209.3010.910.3011.27

90kg80kg73kg抗炎、抗氧化、產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌含量升高BMI30BMI26.5BMI24膳食纖維Faecalibacterium

丁酸鹽

氫氣第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天極重度肥胖癥患者的病例研究TimePoint0d4w9w13w18w23wchangeWeight（kg）174.9160.4144.8137128.7123.551.4BMI58.7853.9048.6644.6643.2541.5017.2860.5kglostafter6months15kglostafter1month第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天BloodparametersandinflammationfactorsParameter0d(174.9kg)9w(144.8kg)23w(123.5kg)NormalrangeWeightloss(kg)030.151.4____Fastinginsulin（uIU/mL）58.725.8236.0-27.0Fastingglucose（mmol/L）8.954.765.43.90-6.10C-reactiveprotein（mg/L）14.19.49.510.0--10.0Triglyceride（mmol/L）2.681.721.180.00-1.70Totalcholesterol（mmol/L）5.534.644.783.00-5.17HDL-cholesterol（mmol/L）0.890.70.82>0.91LDL-cholesterol（mmol/L）3.423.153.420.00-4.16bloodpressure（mmHg）100/140

80/12075/120

80/120Aspartateaminotransferase（U/L）122.0513110-47LBP(μg/ml)(I)8.132.445.76____IL-1beta(pg/ml)(I)0.090.110.07____IL-6(pg/ml)(I)6.564.392.72____Adiponectin(ng/ml)(A)1839.411925.634145.38____第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天16SrRNAgeneV3-DGGEPattern

M0d4w9w13w18w23wPCA第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天0d4w9w13w18w23wAbundancedistributionofpredominantphylotypesApathogen第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天MetagenomicSequencing第38頁,共56頁，2024年2月25日，星期天以腸道菌群為靶標(biāo)的慢性病早期營養(yǎng)干預(yù)-30天0天4周9周13周18周23周干預(yù)期

維持期

基線

（n=163）（n=123）（n=101）（n=93）123位合格志愿者BMI>30，中心型II度肥胖癥患者（F:M=69:54）WHO中國臨床試驗注冊中心通過倫理審查并注冊，注冊號為ChiCTR-TRC-00000353第39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天菌群參與代謝性疾病發(fā)展的分子過程保護(hù)腸屏障的細(xì)菌種群水平下降，條件致病菌的種群水平上升；腸道的通透性上升；血液中的細(xì)菌抗原載荷量升高；炎性水平升高；胰島素抵抗出現(xiàn)；血糖、血脂、血壓調(diào)控機制受損。第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天相關(guān)分子標(biāo)示物的使用菌群結(jié)構(gòu)的454高通量測序分析腸屏障功能檢查乳果糖（lactulose）尿中排泄率／甘露醇（mannitol）尿中排泄率比值法血液中的細(xì)菌抗原載荷量脂多糖結(jié)合蛋白LBP的濃度測定炎性水平測定C反應(yīng)蛋白CRPIL-1β、IL-6、TNF-α和脂聯(lián)素胰島素抵抗測定空腹胰島素穩(wěn)態(tài)模型的胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）=空腹胰島素（IU/L）×空腹血糖（mmol/L）/22.5。第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天空腹血糖糖化血紅蛋白甘油三酯總膽固醇高密度脂蛋白低密度脂蛋白血壓谷草轉(zhuǎn)氨酶丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶相關(guān)臨床標(biāo)示物的使用第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天保護(hù)腸屏障的細(xì)菌增加

條件致病菌下降*****

*第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天腸屏障功能P-values<0.05*P-values<0.01**第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天脂多糖結(jié)合蛋白（LBP）P-values<0.05*P-values<0.01**第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天C反應(yīng)蛋白（CRP）P-values<0.05*P-values<0.01**第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天炎性因子P-values<0.05*P-values<0.01**第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天糖穩(wěn)態(tài)P-values<0.05*P-values<0.01**第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天血脂P-values<0.05*P-values<0.01**第49頁,共56頁，2024年2月25日，星期天肝功能P-values<0.05*P-values<0.01**第50頁,共56頁，2024年2月25日，星期天血壓P-values<0.05*P-values<0.01**第51頁,共56頁，2024年2月25日，星期天志愿者體重變化情況

Weight

BMI-30d9w23w

TimePoint-30d9w23w

TimePoint**

*

**

*

P-values<0.05Allvs.-30d

9wvs.23w*

*kgkg/m284.980.478.031.830.129.09周:減重中位值4.5kg,最高15.5kg

23周:減重中位值6.9kg,最高20.3