04

Mar

2020

L. casei Zhang穩定不同年齡人群腸道菌群

宿主健康與腸道微生物菌群密切相關,腸道微生物調節失衡會引發一系列慢性疾病,例如:高血糖、腹瀉、便秘等衰老作為一種自然生理現象,也會隨著人體腸道菌群結構調整而發生變化。研究表明,健康成年人的腸道菌群以厚壁菌門、類桿菌、放線菌和蛋白質細菌等為主;而健康老年人的腸道菌群中放線菌含量減少,蛋白質細菌含量增加。目前關于益生菌對不同年齡人群腸道菌群變化的研究尚淺。故本試驗將探究L. casei?Zhang對人體腸道菌群結構的改善,是否與年齡因素有關


試驗設計


在馬來西亞進行為期12個月的臨床試驗。按照隨機、雙盲以及安慰劑對照的原則,選取40名合格受試者。

試驗細節

1.試驗人群

20名成年人(18-49歲)

20名老年人(50歲及以上)


2.試驗方法

隨機且平均分配到益生菌組和安慰劑組。

益生菌組(每日服用含1x109 CFU/g L. casei Zhang的益生菌制劑2g);安慰劑組(每日攝入同等量的安慰劑)。


3.檢測方法

在0、6、12月(共3次)分別采集合格受試者的糞便樣本,并對樣本進行DNA序列提取、完成測序和菌株含量等指標進行分析(圖1)。

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注:

合格受試者滿足:體重指數正常、自愿完成試驗、排除一些嚴重疾病患者(如I型糖尿病、艾滋病等);并且在試驗進行8周前停止益生菌類治療方式。

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圖1:試驗受試者具體詳情及試驗流程


試驗結果


每名受試者分別在0、6、12月提供了糞便樣本(每人3份),一共40名受試者,共計120份糞便樣本,從中提取428127個DNA序列,平均每份樣本4263個DNA序列。測序深度滿足試驗需求,可以檢測不同樣本的菌株含量。


01

正常人群腸道菌群差異


在成年人安慰劑組中檢測到16個不同的門,144個不同的屬(其中高豐度屬18個)和273個不同的物種(其中高豐度種16個)。在老年人安慰劑組中檢測到6個不同的門,139個不同的屬和266個不同的物種(其中高豐度種23個)。

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通過Mann-Whitney檢測(P<0.05),安慰劑組成年人和老年人之間鑒定出11個差異豐度的屬(圖2)和25個差異豐度的種(圖3)。


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圖2:安慰劑組成年人和老年人之間差異豐度的屬

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圖3:安慰劑組成年人和老年人之間差異豐度的種


02

L. casei Zhang影響腸道菌群結構


在0、6、12月對糞便樣本進行PCoA主坐標分析觀察各組之間微生物群落結構差異,發現在未加權和加權(考慮了物種豐度)的PCoA分析圖中,安慰劑組和益生菌組之間微生物結構存在很大差異(圖4A,B)。分析成年人和老年人益生菌組每個樣本微生物結構的具體變化過程,發現成年人益生菌組微生物菌群變化較小,三個不同時間點圖中距離較近(圖4C,D),這可能是由于成年人腸道菌群更為穩定;發現老年人益生菌組微生物菌群變化更為顯著,三個不同時間點圖中距離較遠(圖4E,F)。

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同時我們還發現,成年人益生菌組在6個月和12個月的微生物群落差異較小,而老年人益生菌組在這兩個時間點微生物群落差異很大。這也表明在經過6個月的益生菌治療,成年人的腸道菌群結構會變得更加穩定,而老年人的腸道菌群則會繼續調節


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圖4:PCoA分析圖


03

腸道菌群差異物種


通過Mann-Whitney檢測(P<0.05),成年人益生菌組鑒定出6個差異豐度的屬和10個差異豐富的種(圖5);老年人益生菌組鑒定出7個差異豐度的屬和8個差異豐度的種(圖6)。

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成年人和老年人之間只有少數的屬(Blautia and Clostridium)和種(Blautia luti and Eubacterium hallii)是共同存在的。其中BlautiaBlautia lutiEubacterium hallii的相對豐度在兩組人群中具有一致的下降趨勢,而Clostridium則是在成年人群中下降,在老年人群中增加。


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圖5:成年人益生菌誘導后差異豐度的屬和種

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圖6:老年人益生菌誘導后差異豐度的屬和種


04

年齡標記物種和年齡指數


根據隨機森林回歸模型將分類群的相對豐度與受試者年齡進行回歸(圖7A),預測出來21個年齡標記物種(圖7B),根據這些標記物種的組成,計算每個時間點每個樣本的年齡指數(圖7C),其中年齡指數的降低代表腸道菌群更加年輕化。


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圖7:年齡標記物種和年齡指數變化詳情


試驗結論


不同年齡健康人群的腸道微生物組成和含量具有顯著差異長期服用L. casei Zhang會調節和穩定健康人群的腸道微生物結構,且改善的效果與年齡因素有關。我們發現L. casei Zhang對健康成年人腸道微生物結構的改善更為迅速且效果更為明顯;對健康老年人腸道微生物結構的改善則需要較長時間。


通過隨機森林回歸模型分析,我們還預測了21個年齡標記物種,這也對未來研究益生菌抗衰老作用的持續研究提供判斷標準。



文章已發表于:

Journal of Functional Foods 64 (2020) 103682

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