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客观的调查是否饮食不同脂肪含量改变肠道微生物群和粪便代谢组配置文件,并确定他们的关系与代谢疾病的风险因素在健康成年人的饮食是一个从传统的低脂肪饮食过渡到高脂肪和减少碳水化合物的饮食。
方法在6个随机controlled-feeding试验中,217名健康的年轻成年人(18到35岁;身体质量指数< 28公斤/米2;52%的女性),完成整个试验包括。所有的食物都在干预期间提供。三个等热量的食物:低脂肪饮食(脂肪20%能量),moderate-fat饮食(脂肪30%能量)和高脂肪饮食(脂肪40%能量)。饮食干预的影响肠道微生物群,粪便代谢组学和血浆炎症因素进行调查。
结果低脂肪饮食是增加α-diversity评估由香农指数(p = 0.03),大量的增加Blautia(p = 0.007)Faecalibacterium(p = 0.04),而高脂肪饮食会增加Alistipes(p = 0.04),拟杆菌(p < 0.001),降低了Faecalibacterium(p = 0.04)。总短链脂肪酸的浓度明显降低高脂肪饮食组与其他组相比(p < 0.001)。的cometabolites p-cresol和吲哚与宿主代谢紊乱有关,减少在低脂肪饮食组。另外,高脂肪饮食与粪便浓缩在花生四烯酸和脂多糖生物合成途径以及干预后升高血浆促炎因子。
结论高脂肪消耗健康的年轻成年人的饮食营养状态转变似乎与不利的肠道微生物群的变化有关,粪便代谢组概要文件和血浆促炎的因素,这对长期健康状况可能会带来不良后果。
试验注册号码NCT02355795;结果。
- 饮食
- 营养
- 肠道微生物
- 肠道炎症
- 临床试验
来自Altmetric.com的统计
本研究的意义
已知在这个问题上是什么?
肥胖率和其他代谢疾病障碍在大多数发展中国家迅速增加与从传统的低脂肪饮食,饮食中脂肪含量相对较高,但较低的碳水化合物。
肠道微生物群失调已被证明是相关的高危肥胖、2型糖尿病和其他代谢疾病的疾病。
使用啮齿动物模型的研究表明,高脂饮食的平衡肠道微生物群和损害肠道屏障,导致代谢疾病的疾病。
观察性研究在全球进行不同人群表明,饮食有很强的影响肠道微生物群的组成和相关粪便代谢组学,虽然从膳食干预研究的证据表明,饮食对肠道微生物群的影响可能更为温和。
本研究的意义
有什么新发现吗?
在门级,moderate-fat和高脂肪饮食减少壁厚菌门的比例后拟杆菌干预。
在属级,高脂肪饮食丰富的下降Faecalibacterium,增加了丰富的Alistipes和拟杆菌,而低脂肪饮食增加了Faecalibacterium和Blautia干预后丰富。
粪便丁酸浓度提高后,低脂肪饮食干预和减少高脂肪饮食干预。的cometabolites p-cresol和吲哚减少食用低脂肪饮食后,而棕榈酸(0)、硬脂酸(C18:0)和花生四烯酸高脂肪饮食后增加消费。
相对丰度的变化Blautia是消极与变化相关的血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和非高密度脂蛋白胆固醇,而改变吗拟杆菌丰度呈正相关,这三个血脂指标的变化。
促炎因子,高脂肪饮食,增加血浆灵敏度高c反应蛋白和血栓素B2相对于低脂肪饮食,白三烯B4和前列腺素E2低脂肪饮食中减少最三个饮食组。
它会如何影响临床实践在可预见的未来吗?
我们的研究结果表明,健康的年轻成年人的饮食是一种过渡状态,高脂肪饮食明显不利影响肠道微生物类群,粪便代谢组概要文件和血浆促炎生物标志物,而低脂肪饮食与更有利的概要文件相关的生物标志物。这些发现提供确认的证据,营养指南的国家的营养过渡应该反对增加膳食脂肪的摄入量。结果可能在发达国家也有相关性脂肪摄入量已经很高。
介绍
并行增加膳食碳水化合物和肥胖和2型糖尿病的患病率(T2D)在美国和其他一些西方国家这种饮食上的变化导致的建议,导致增加碳水化合物的消耗和减少脂肪的摄入,代谢疾病障碍的可能是一个决定因素。1 - 3相比之下,中国的营养转变传统的低脂肪、高碳水化合物饮食相对高脂肪和低碳水化合物的饮食已经显著增加肥胖的风险,T2D和心血管疾病在过去30年里。4个5我们以前所示一个健康的年轻成年人的随机controlled-feeding试验,低脂肪,higher-carbohydrate饮食可能降低过度的体重和腰围增加的风险和更有利的血脂高脂肪,lower-carbohydrate饮食。6
有兴趣发展的肠道微生物群作用的肥胖和代谢疾病的疾病。7啮齿动物的研究表明,高脂肪的西式饮食有很强的遗传组成和代谢活动影响肠道微生物群。8 9证据表明,在人类肠道微生物群的多样性和丰富性减少当比较这样的高脂肪饮食与更传统的饮食相对较高比例的碳水化合物。10 11这样食源性“失调”内脏相关微生物群落被假定为一个主要引发的代谢障碍与肥胖有关。12相关的现有文献对人类是基于观察性研究和相对较少的短期膳食干预试验表明,饮食变化的影响可能相对温和。13 - 16没有可用的信息是有关健康的年轻人或人群的饮食是在从传统消费过渡到一个相关的代谢疾病疾病的风险很高。
因此在6个随机controlled-feeding试验在健康的年轻成年人,我们比较大量的肠道微生物群的属性和粪便代谢组学概要文件以及炎症标记不同比例的脂肪和碳水化合物的饮食。
方法
研究设计和人口
这项研究调查了肠道微生物群,粪便代谢组概要反应和代谢疾病危险因素的关系在217年健康的成年人提供了粪便样本的最佳饮食常量营养元素分布在中国审判。6审判是由人民解放军总医院在北中国和浙江大学在中国南方,经伦理委员会批准。每个参与者提供书面知情同意和没有得到经济补偿或礼物。审判是在ClinicalTrials.gov登记号码NCT02355795。
试验的主要目的是确定是否传统的低脂肪的饮食是更有效的比高脂肪饮食控制体重健康的年轻人口的饮食中营养状态转变。研究设计,描述了方法和主要结果。6日17总之,所涉及的试验筛选1145个潜在的合格的成年人在两个中心从2015年1月。入选标准主要包括身体质量指数< 28公斤/米2,根据中国肥胖标准较低的分界点。关键排除标准血压≥140毫米汞柱的收缩压或≥90毫米汞柱舒张压、总胆固醇(TC)≥6.19更易/ L,低密度脂蛋白胆固醇(低密度脂蛋白)≥4.12更易与L,空腹甘油三酯≥2.25更易/ L和空腹血糖≥6.11更易/ L。最后,307合格参与者随机(比)三种不同比例的膳食脂肪的饮食,分层的研究中心,年龄、性别和体重指数使用一个计算机生成的随机数列表。controlled-feeding干预6个月后,245名参与者(79.8%)完成了整个试验。其中,共有217名参与者提供粪便样本在基线和试验结束后被包含在16 s rRNA测序。另外,120名参与者在每个饮食组(n = 40)有足够的粪便样本16 s rRNA测序后进一步包括在粪便代谢组学分析。
研究饮食和干预
三个等热量的饮食,主要的特点是他们的脂肪和碳水化合物含量。我们取得了所需的大量营养素分布在三个饮食组替代比例的能量来源于碳水化合物(主要是米饭和小麦面粉,亚洲最消耗碳水化合物来源)和脂肪(主要是大豆油,最广泛使用的食用油在亚洲)。否则,三个饮食组的菜单几乎是相同的。干预的饮食是低脂肪的饮食(脂肪20%,碳水化合物66%能量,对应于30年前的常量营养元素分布在肥胖在中国罕见的);moderate-fat饮食(脂肪30%,碳水化合物56%能量,类似与当前大量营养素摄入量的上限也在中国和中国营养学会推荐的脂肪摄入量)和高脂肪饮食(脂肪40%,碳水化合物46%能量,近似当前中国居民消费的一些大城市)。在所有三个饮食蛋白质提供了14%的能量。为了避免额外的膳食变量,膳食纤维的摄入量在所有三个饮食是维持在基线水平的消费,14 g /天左右。研究饮食的细节在网上提供补充表1。参与者提供他们所有的食物和饮料大部分整个干预。controlled-feeding期间,他们被要求完成每天的日记中记录他们是否吃了所有的食物和提供了一个研究列表non-study食物吃。
促炎因子的血液标本收集和评估
血液样本收集的静脉穿刺后12小时的快。血浆和血清离心机的血液样本,并立即存放在−80°C进行进一步分析。临床生物标志物的血清浓度,包括血脂、血糖和胰岛素,测量如前所述。6血浆促炎因子的浓度,包括白介素(IL)−1β,IL - 6,引发,肿瘤坏死factor-α(TNF-α)、前列腺素E2(铂族元素2B),凝血恶烷2(TXB2B)和白三烯4(LTB4),测量使用ELISA试剂盒(开曼化工有限公司、安凉亭,密歇根州,美国和MultiSciences生物科技有限公司,杭州,中国)。此外,高灵敏度c反应蛋白(hs-CRP)被latex-enhanced测量浊度的免疫分析方法。所有测量进行的研究,以减少可变性。
16 s rRNA测序和粪便代谢组学的测量
粪便样本收集在基线和结束的6个月的干预。每个粪便样本是在几分钟内液氮快速冻结的捐赠,然后保持在−80°C。DNA提取粪便样本(200毫克)使用QIAamp DNA凳子迷你包(试剂盒、希尔登,德国)制造商的指示后,与额外的单一化步骤珠搅拌器(FastPrep,热电子有限公司,波士顿,麻萨诸塞州,美国)。16 s rRNA的V3-V4变异度高的地区的细菌基因放大了barcode-indexed引物338 f (5 ' -ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3 ')和806 r (5“-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3”)。进一步纯化扩增子集中在克分子数相等的浓度和paired-end测序进行使用Illumina公司Miseq仪器(Illumina公司,圣地亚哥,加利福尼亚州,美国)。原始测序数据被存入国家生物技术信息中心序列读取存档数据库加入PRJNA480547数量。目标识别和测量粪便代谢组学进行基于验证方法。1816 s rRNA序列的细节数据准备和分析以及粪便的定量测定代谢组学在网上是可得到的补充材料。
统计分析
描述性统计包括原油人口因素的比较,临床参数和饮食摄入量之间的三个饮食组。差异饮食6个月从基线的促炎的标记是由方差分析测试或克鲁斯卡尔-沃利斯检验基于数据是否正态分布。α-diversity指数评估肠道微生物群落丰富度(Ace和Chao1估计)和社区的多样性使用Mothur(香农估计量)计算。19主坐标分析(PCoA)基于Bray-Curtis距离和置换多元方差分析(PERMANOVA)进行比较,全球每组干预前后微生物群组成在门,属和操作分类单位(OTU)水平,分别。欠佳的测定使用丰富的属和辣子鸡单独使用Arumugam建议的方法等。20.在肠道微生物群的单变量分析和预测京都基因和基因组的百科全书(KEGG)生化途径在每组中,一个配对t检验或Wilcoxon配对测试采用和p值调整为多个比较使用Benjamini-Hochberg错误发现率(罗斯福)。代谢疾病风险因素的变化之间的相关性,包括体重、腰围和血脂水平选择基于前面的结果,6和属相对丰度的变化,计算使用斯皮尔曼等级或培生的相关性取决于数据的分布。
正交投影潜伏structure-discriminant分析(OPLS-DA)和单位方差比例进行检查整个微生物代谢产物分布在每组干预前后。所有OPLS-DA模型的质量评估与R2X(解释的总变差模型)和Q2(表示模型的可预见性)。通过交叉验证模型进一步验证的意义方差分析(CV-ANOVA)。单变量分析也进行了用p值调整为多个Benjamini-Hochberg测试的方法。之间的相关性变化排泄代谢产物,属相对丰度的变化,以及促炎的标记被斯皮尔曼等级测试或计算皮尔逊相关的测试,在适当的时候,在全部人群中。P值之间的相关性变化排泄代谢产物,属相对丰度的变化修正为多个比较。
分析也进行了检查肠道微生物群的差异和粪便代谢组学概要文件组。PCoA基于Bray-Curtis距离和PERMANOVA进行比较全球微生物群组成三组在门中,属和OTU水平,分别在基线和干预后,。OPLS-DA单位方差比例和CV-ANOVA进行检查整个微生物代谢产物分布在三组在基线和干预。显著改变细菌和粪便的代谢物在每组罗斯福校正后,Wilcoxon测试进一步执行饮食组之间比较值的变化。
OPLS-DA和CV-ANOVA进行SIMCA-P + 14.0版本的软件,和所有其他统计分析R版本3.4。主要的R包是“模仿”和“素食主义者”用于PCoA PERMANOVA分析和“ade4”和“clusterSim”菌群分析却能合成更多形成。
结果
研究参与者的特征
无显著差异,人体测量或临床参数被观察到在三组在基线(n = 217,表1)。意味着三组是55%能量的碳水化合物摄入量基线和干预期间能源低脂肪饮食组的67%,57%的能源moderate-fat饮食组和48%的能源高脂肪饮食组(在线补充图1)。意味着膳食脂肪消耗三组是32%的基线,这改变了约20%,30%和40%能量低脂肪饮食集团,moderate-fat饮食组和高脂肪饮食组,分别在干预期间。蛋白质摄入量保持稳定,在13 - 14%的能源。6个月后controlled-feeding干预,所有组体重,减少低脂肪饮食组显著大于高脂肪组织。同样,减少腰围,TC,高密度脂蛋白胆固醇(hdl - c)、低密度和低脂肪饮食集团non-HDL-C显著大于那些高脂肪饮食组中观察到。然而,TC的比率的变化中高密度脂蛋白胆固醇组在干预期之间没有显著性差异。人体测量数据和临床参数的变化在参与者之间的6个月的干预包括在研究肠道微生物群(n = 217)发表在网上补充图2。
饮食干预对肠道微生物群的影响
微生物群落丰富度表示的王牌Chao1估计显示,三组无显著变化,而社区估计的香农多样性指数显著增加低脂肪饮食组相对于高脂肪饮食组(p = 0.03) (图1一个)。没有观察到重大转变的三个饮食的总体构成肠道微生物群在门,属和OTU水平的PERMANOVA分析(图1罪犯)。同样,菌群的三组没有明显变化(图2和在线补充图3)。
我们进一步执行PCoA和PERMANOVA分析组间调查潜在差异在基线和6月。在门水平,我们观察到在没有明显的统计学差异三个饮食组在基线,但稍微显著差异在月6 (p = 0.08)。然而,属和OTU水平没有明显差异组间基线或月6(在线补充图4)。单变量分析门水平表明,拟杆菌的相对丰度显著增加moderate-fat饮食组干预后罗斯福校正后(p = 0.005) (图3一)。高脂肪饮食组,厚壁菌门的相对丰度下降,而拟杆菌门后增加干预罗斯福校正后(p < 0.001) (图3一)。厚壁菌门比拟杆菌显著降低moderate-fat和高脂肪饮食组干预后为中度脂肪饮食组(p = 0.004, p < 0.001为高脂肪饮食集团)。与低脂肪饮食相比,高脂肪饮食显著增加大量的拟杆菌门和厚壁菌门的丰度下降(均p < 0.01,在线补充图5)。在属水平,低脂肪饮食导致显著增加的相对丰度Blautia(p = 0.007)Faecalibacterium干预后(p = 0.04);而高脂肪饮食导致的减少Faecalibacterium(p = 0.04)和增加Alistipes(p = 0.04)拟杆菌(p < 0.001),罗斯福修正后为多个测试(图3 b和在线补充表2)。与低脂肪饮食相比,高脂肪饮食导致显著降低Blautia和Faecalibacterium丰富,而丰富的显著增加Alistipes和拟杆菌(所有p < 0.01,在线补充图5)。的相对丰度的变化Blautia是负相关的血清TC的变化(r =−0.27, p < 0.001),低密度脂蛋白(r =−0.26, p < 0.001)和non-HDL-C (r =−0.24, p < 0.001),而改变吗拟杆菌的变化呈正相关,这三个血脂指标(r = 0.44, p < 0.001为TC;r = 0.34, p < 0.001的支持和r = 0.40, p < 0.001为non-HDL-C,分别)(图3 c)。
KEGG数据库中无显著变化的生化途径被认为低脂肪和moderate-fat组干预后(在线补充表3)。在九大部分反应通路(罗斯福纠正p < 0.10)低脂肪组,脂多糖生物合成(ko00540)下降到一个显著的程度(中隆改变干预后= 0.75)。高脂肪组29通路显著标识为应对高脂肪干预后罗斯福校正(罗斯福纠正p < 0.05)。其中,通路显著变化(中位数褶皱变化后干预≤0.80或≥1.20)是类固醇激素生物合成(ko00140),溶酶体通路(ko04142),花生四烯酸代谢(ko00590)和脂多糖生物合成(ko00540)。所有四个途径是高脂肪组显著增加。
全球变化的每组干预后肠道微生物群。(一)α-Diversity属水平估计的王牌,曹国伟1和香农估计量。* * * p < 0.05, p < 0.01。(B)主坐标分析(PCoA)得分情节基于Bray-Curtis距离门水平。(C) PCoA得分情节基于Bray-Curtis距离在属的水平上。基于Bray-Cutis距离(D) PCoA得分情节在操作分类单位(OTU)水平。
聚类的肠道微生物群在使用Jensen-Shannon genus-level欠佳的距离。(一)两个集群存在PAM最自然的数据集的方法。的x设在显示集群数量,y设在显示了Calinski-Harabasz (CH)指数。(B)聚类的前两个主成分。(C)每个菌群。却能合成更多形成的细菌类群的相对多度特征内框代表差和线代表值。胡须表示最低和最高的值在1.5×差。(D),菌群的比例在每组干预前后。没有显著的变化在每组干预前后χ2测试。
分析了基于个人属。(A)的变化相对丰富的个人饮食干预前后的门。(B)的热图中隆的相对丰度的变化前后个人属干预。(C)重要的血脂水平的变化之间的联系和变化属丰富的斯皮尔曼的相关性。* * p < 0.01。罗斯福,错误发现率。
饮食干预对粪便的影响代谢组配置文件
显著变化的复合粪便代谢物低脂肪和高脂肪饮食干预后观察低脂肪(p = 0.02, p = 0.01为高脂肪饮食)(图4一)。此外,被认为在基线组间没有明显的统计学差异(在线补充图6)。然而,我们观察到在6月组间显著差异(p = 0.002,在线补充图6)。进一步分层分析代谢物分类表明,氨基酸代谢产物在低脂肪组显著改变(p = 0.001)和长链饱和脂肪酸(或更多的碳14日)在高脂肪组显著改变(p < 0.001)(在线补充图7)。此外,总短链脂肪酸(SCFAs)浓度明显减少高脂肪组,相对于其他饮食组(p < 0.001) (图4 b)。单个代谢物分析确定四个显著改变粪便代谢物,包括三个氨基酸代谢产物(p-cresol、吲哚和3-indolepropionic酸)和一个短链脂肪酸(丁酸),罗斯福校正后的低脂肪组(图4 c和在线补充表4)。其中四个代谢物,两人减少(p-cresol和吲哚)和两个增加(3-indolepropionic酸和丁酸)。在高脂肪组,8个粪便代谢物包括长链饱和脂肪酸,SCFAs和氨基酸代谢产物被发现显著改变。其中,三是减少(丁酸、戊酸和ethylmethylacetic酸)和五个增加(吲哚、棕榈酸、硬脂酸、花生四烯酸和吲哚乙酸)。与低脂肪组相比,高脂肪饮食组显著增加粪便棕榈酸浓度、硬脂酸、花生四烯酸,吲哚乙酸、吲哚和p-cresol (p < 0.01),显著降低粪便丁酸浓度、戊酸和3-indolepropionic酸(p < 0.05,在线补充图8)。由于花生四烯酸类花生酸的前体和其他脂质介质参与炎症过程,我们专门测试了粪便花生四烯酸浓度的变化之间的相关性和血浆炎性标志物浓度的变化。粪便的花生四烯酸浓度的变化被发现与铂族元素的等离子体浓度的变化呈正相关2(r = 0.35, p < 0.001), TXB2(r = 0.28, p = 0.002)和hs-CRP (r = 0.20, p = 0.03) (图4 d)。此外,斯皮尔曼相关分析显示的变化拟杆菌棕榈酸的变化呈正相关(r = 0.35, p = 0.004),吲哚(r = 0.39, p < 0.001)和p-cresol (r = 0.64, p < 0.001);的变化Faecalibacterium丁酸的变化呈正相关(r = 0.35, p = 0.004);而改变瘤胃球菌属p-cresol变化呈负相关(r = 0.32, p = 0.01,图5)。
干预后粪便代谢组学变化。(一)OPLS-DA得分情节比较粪便代谢物在每组干预前后。P值由CV-ANOVA评估。(B)粪便短链脂肪酸总浓度之前和之后的干预。* * * p < 0.05, p < 0.01。(C)的热图中隆的粪便代谢物浓度在干预前后的变化。(D)之间的关联变化粪便花生四烯酸浓度和血浆炎性标志物水平的变化。CV-ANOVA,交叉验证方差分析;罗斯福,错误发现率;hs-CRP、灵敏度高c反应蛋白; IL, interleukin; LTB4白三烯B4;OPLS-DA,正交投影潜伏structure-discriminant分析;铂族元素2前列腺素E2;TNF-α,肿瘤坏死因子α;TXB2凝血恶烷B2。
之间的相关性变化排泄代谢产物,属丰富的变化。热图显示粪便代谢物浓度的变化之间的斯皮尔曼相关系数和个人属相对丰度的变化。颜色代表的强度关联的程度改变粪便代谢物的浓度和相对丰富的个人的变化属以枪兵的相关性。P值修正为多个测试使用Benjamini-Hochberg错误发现率。* * * p < 0.05, p < 0.01。TSCFA,短链脂肪酸。
饮食干预对炎症标志物的影响
hs-CRP的血浆浓度显著增加在高脂肪饮食干预,而高脂肪vs moderate-fat moderate-fat (p < 0.001),低脂肪饮食为高脂肪和低脂肪(p < 0.001)组(表2)。同样,与低脂肪饮食相比,炎症介质TXB的血浆浓度2增加高脂肪饮食对高脂肪和低脂肪(p = 0.02)。此外,LTB4和铂族元素2低脂肪饮食组明显减少,与moderate-fat相比饮食组(低脂肪vs moderate-fat p = 0.006, 0.003,分别)和高脂肪饮食组(低脂肪和高脂肪= 0.02,p < 0.001)。然而,促炎细胞因子的变化包括IL-1β、il - 6、引发和TNF-α显示6个月后,三组之间无显著差异的饮食干预。
讨论
我们相信目前的随机,controlled-feeding试验,研究首次调查不同比例的脂肪摄入量的影响肠道微生物群,粪便代谢组概要文件和健康的年轻成年人血浆炎症因素来自人口的饮食是一种过渡的状态。我们研究的结果表明,尽管三个饮食没有引起重大变化的全球人类肠道微生物群组成,高脂肪饮食对几个重要的生物标志物总体不利的影响,而低脂肪饮食常量营养元素分布对应的消费在中国直到大约30年前,似乎有益的影响。
大量的啮齿动物的研究报道,高脂肪食物可能会明显不平衡肠道微生物群组成。21然而,饮食在人类肠道的影响是复杂的考虑到相当大的个体变异在人类肠道微生物群的膳食干预的反应。22日23日我们的发现与之前的研究,表明肠道微生物群的总体结构主要受长期饮食摄入量的影响。10 13 - 23日24短期效应主要在研究小样本大小,25日26日特点是极端的和不切实际的膳食参考摄入量25或当受试者研究处于高代谢疾病的风险。-为期10天的临床试验与九个参与者称微生物群的组成和功能迅速改变了碳水化合物时,就从饮食,饮食干预既不是可持续的长期也不可取。25在更温和的人类膳食干预能否持续,高个人间主题之间的差异可能掩盖了微小的变化在不同的分类群。30.据报道,饮食可能有一个更大的对肠道微生物群的代谢活动的影响比在其分类构成。16按照这一命题,在我们的研究中饮食饮食脂肪含量的不同引起了粪便产生的代谢物浓度的明显改变肠道微生物群。
我们发现Blautia和Faecalibacterium,属包含butyrate-producing细菌,增加在低脂肪饮食组。Blautia是一组细菌含有各种乙酸和丁酸生产者和报道T2D患者相对丰度低于健康对照组。31日32Faecalibacterium含有抗炎和功能重要的细菌。33更高的丰富的f . prausnitzii与减少系统慢性炎症在肥胖受试者接受减肥手术。34许多以前的研究已经报道了膳食纤维在肠道微生物群的好处。35在我们的研究中,大量的碳水化合物低脂肪饮食组最高,主要来自白米和面粉(面包)。抗性淀粉的比例一直在白米据报道3%和2%的面包。36 37鉴于膳食纤维摄入量没有三组之间的差异,有可能是低脂肪饮食的有利的影响在我们的研究可能是由于增加的抗性淀粉,如膳食纤维,被肠道微生物群发酵,与健康有关。
相比之下,大量的Faecalibacterium减少,拟杆菌和Alistipes增加后的高脂肪饮食干预。在中国人群中,拟杆菌和Alistipes患者被发现更丰富T2D比主题与正常葡萄糖代谢。38这些变化在属水平表明,膳食脂肪含量有选择性的影响在人类肠道微生物群,这可能有健康的年轻成年人临床意义。高脂肪饮食诱导减少粪便丁酸盐酸和SCFAs而不是低脂肪饮食组。这可能是由于减少膳食碳水化合物的摄入。39有人建议,“健康饮食”的好处是介导通过SCFAs和其他生物活性化合物的抗炎作用产生的肠道微生物群。40几个观察我们的研究指向肠道microbiota-mediated炎性因子的影响。在个人属回应膳食干预,丰富的Faecalibacterium丁酸的浓度直接相关,积极的变化之间的联系所显示丁酸浓度和丰富的Faecalibacterium。研究利用精益的粪便微生物群移植捐赠者胰岛素抵抗患者中代谢综合征表明粪便从精益受试者与增强butyrate-producing细菌数量和增加胰岛素敏感性。41相比之下,杂食动物的显著减少碳水化合物的饮食导致粪便SCFAs低得多的水平和减少细菌的数量。39SCFAs的保护作用与不同类型的疾病是有据可查;特别是,丁酸可以作为能源基质的肠道上皮细胞,具有抗炎作用。42减少SCFAs诱导的高脂肪饮食对代谢的健康可能是有害的。
除了减少SCFAs,高脂肪饮食诱导长链脂肪酸代谢的重要改变。棕榈酸的粪便浓度(0)和硬脂酸(C18:0)在高脂肪组显著增加。棕榈酸和硬脂酸,主要的饱和脂肪酸,在食品和组织,被认为是刺激炎症信号在巨噬细胞,脂肪细胞,细胞、肝细胞等。43流行病学研究表明,血浆磷脂软脂酸和硬脂酸与T2D和心血管疾病的发病率呈正相关。44值得注意的是,预计的脂多糖生物合成和花生四烯酸代谢途径也增加了对高脂肪饮食。众所周知,脂多糖诱导花生四烯酸的释放及其炎症代谢产物,如前列腺素、血栓素和白细胞三烯。45应该注意的是,多不饱和脂肪酸的摄入(欧米伽)是相对较高的高脂肪饮食组(总能量的24%)由于独家使用大豆油,富含n-6 PUFA。高摄入n-6 PUFA据报道有促炎效应。46符合预测的路径分析,我们发现粪便花生四烯酸的浓度(促炎的前体化合物像铂族元素2,TXB2和LTB4)确实是增加了高脂肪组。积极的粪便花生四烯酸浓度的变化与等离子体的变化水平的炎症makers-namely,铂族元素2和TXB2提出了一个潜在的机制通过膳食脂肪消耗的数量影响炎症通过肠道微生物群。
有趣的是,尽管相同数量和质量的蛋白质提供了在每个饮食组中,我们发现,低脂肪饮食组诱导显著改变氨基酸代谢,表明加强蛋白质降解肠道微生物群。结果强化了人们的看法,即腔的衬底可用性也是一个重要的变量固定细菌代谢物浓度。16低脂肪饮食组诱导减少粪便浓度的吲哚和p-cresol主机微生物群cometabolites来自氨基酸,而高脂肪饮食导致吲哚浓度的增加。吲哚是硫酸吲哚酚的前体,在人与高血压和心血管疾病与慢性肾脏疾病。47同样,p-cresol p-cresol硫酸酯的前体,可以作为抑制剂colonocyte耗氧量和基因毒性的体外。48这些潜在的有毒化合物的生产速度明显发现素食者比低人消费一个无限制的饮食。49也被报道,细菌种群的多样性较高采用低脂肪的饮食喜欢素食和可以修改通过膳食干预在肥胖受试者。50应该注意的是,微生物α-diversity(香农指数)中增加低脂肪组相比,高脂肪饮食组。增加多样性与改善有关健康的老年人,和减少肠道微生物多样性与胃肠疾病的风险增加和促炎的特征。14 51因此,除了增加SCFAs之外,我们的数据表明,低脂肪饮食可以减少这些有害化合物的细胞腔的浓度,同时增加肠道微生物α-diversity。
相关分析使我们能够识别一些新的细菌属可能与宿主的代谢健康。我们观察的负面联想Blautia丰度与血清TC的浓度、密度和non-HDL-C,而相反的是见过的拟杆菌,属高脂肪后我们发现增加消费。前一个临床试验报道,T2D和hyperlipidaemia患者改善二甲双胍和增加丰富的草药配方Bautia显著相关,与改善循环葡萄糖和脂类。52同时,符合临床试验中Blautia被发现与TC和non-HDL-C相关负面,我们观察到类似的负面关系Blautia和血脂配置文件。53的浓缩Blautia低脂肪组建议食源性肠道微生物群的变化可能与宿主脂质在健康的年轻成年人体内平衡,可能是一个未来的目标与代谢疾病疾病管理的主题。
本研究的一个限制是,只在基线和粪便取样进行最后的审判。一个更完整的图片改变肠道微生物群可能会更频繁的取样。此外,所有三组体重和减肥饮食干预后不同组间。是否减肥导致肠道微生物群和粪便代谢组学的变化,反之亦然需要进一步研究。我们研究的另一个限制涉及generalisability因为我们的主题是健康的年轻的非肥胖的成年人;结果可能不适用于代谢疾病疾病的高危人群。本研究的优势包括controlled-feeding设计、大样本的大小和干预期相对较长。与先前的研究相比,我们应用16 s rRNA扩增子分析和定量目标细菌代谢组学,既让我们了解人类肠道微生物群的响应和细菌代谢物来获得更多信息host-gut微生物群代谢相互作用在食物脂肪的作用下内容。
结论
总之,与低脂肪饮食相比,长期食用高脂肪的饮食似乎是不可取的,因为改变肠道微生物群粪便代谢组概要文件和促炎因子健康的年轻成年人的饮食是转变传统消费低脂肪、高碳水化合物饮食的特点是一个现实中脂肪含量高。这些发现也可能相关性在发达国家中,脂肪摄入量已经很高。
确认
我们感谢所有的参与者,研究人员,现场员工,厨房工作人员和李两人实验室的所有成员参与科学讨论的手稿。
引用
补充材料
脚注
YW和弗兰克-威廉姆斯贡献同样。
贡献者概念和设计的研究:DL, YW,弗兰克-威廉姆斯。数据收集:杰,DJ,客户至上,JiZ、HL和RW。分析和解释数据:YW,弗兰克-威廉姆斯,JT,和想你。起草的手稿:YW和弗兰克-威廉姆斯。关键的修订手稿的重要知识内容:五角,JM, DL。行政支持和研究监督:DL和七月所有作者阅读、修改和批准了最终稿。
资金这项研究是由中国国家基础研究计划(2015 cb553604)和中国博士后科学基金会(2018 m642466)。研究的资助者没有参与研究设计、数据收集、数据分析、数据解释,或写作的手稿。
相互竞争的利益没有宣布。
病人的同意获得的。
伦理批准机构审查委员会。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。