主要gydF4y2Ba

肠道微生物群的作用在肥胖的发病机制出现了一个重要的研究领域(gydF4y2BaBackhed et al ., 2004gydF4y2Ba)。肠道革兰氏阴性机会病原体可能是肥胖的关键(gydF4y2Ba舒曼et al ., 1990gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2010gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2012年gydF4y2Ba)。脂多糖(LPS)内毒素纯化gydF4y2Ba大肠杆菌gydF4y2Ba诱导肥胖和胰岛素抵抗表型浓度与皮下注入到老鼠时可以发现高脂肪饮食的小鼠模型(HFD)全身肥胖(gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba)。Endotoxin-induced炎症的发展似乎是必不可少的肥胖和胰岛素抵抗的表型小鼠模型包括有限合伙人输液,CD14-knockout老鼠注入内毒素后没有开发这些表型(gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba)。流行病学研究表明增加人口内毒素生产者和高架内毒素负载在不同的肥胖人群(gydF4y2Ba莱佩尔et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2BaRuiz et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2BaMoreno-Navarrete et al ., 2011gydF4y2Ba),但实验证据的内毒素生产商有决定性作用在人类肥胖是缺乏。gydF4y2Ba

在我们的临床研究,我们发现gydF4y2Ba肠杆菌属gydF4y2Ba、一种机会,endotoxin-producing病原体(gydF4y2Ba桑德斯和桑德斯,1997年gydF4y2Ba),由35%的肠道细菌在病态肥胖志愿者(体重174.8公斤,体重指数58.8公斤米gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)患有糖尿病、高血压和其他严重代谢恶化(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。9周后志愿者失去了30.1公斤,51.4公斤23周后,节食组成的全谷类,中国传统药用食品和益生元(WTP的饮食,gydF4y2Ba补充信息gydF4y2Ba;gydF4y2Ba补充图1gydF4y2Ba),与持续改善高胰岛素血症、高血糖和高血压,直到大部分代谢参数提高到正常范围(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。9周后WTP的饮食,这一点gydF4y2Ba肠杆菌属gydF4y2Ba人口志愿者肠道减少至1.8%,并成为察觉到年底23-week试验,如克隆库所示分析(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba;gydF4y2Ba补充图2和图3gydF4y2Ba)。serum-endotoxin负载,测量LPS-binding蛋白(gydF4y2Ba舒曼et al ., 1990gydF4y2Ba),减肥期间显著下降,随着大量改善炎症,降低白细胞介素- 6和增加脂联素水平(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。宏基因组测序的志愿者粪便样本(0)9日和23周WTP饮食证实,在减肥期间,gydF4y2Ba肠杆菌科gydF4y2Ba家庭是最显著降低人口(gydF4y2Ba补充图4gydF4y2Ba)。丰富的25 KEGG Orthologies有限合伙人参与生物合成途径大幅减少,在一起表示显著减少endotoxin-producing能力的志愿者的干预后肠道微生物群(gydF4y2Ba补充数据5 - 7gydF4y2Ba)。根据以前报道的关键作用,木糖醇代谢疾病的老鼠(gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba),我们假设这endotoxin-producinggydF4y2Ba肠杆菌属gydF4y2Ba人口可能有决定性作用在人类宿主的代谢恶化。确认致病作用可能在肥胖的开发中,我们证实科赫的假设在一个实验主机与一个孤立的应变gydF4y2Ba肠杆菌属gydF4y2Ba人口(gydF4y2Ba埃文斯,1976gydF4y2Ba)。然后我们获得一个临床分离(B29)志愿者粪便样本通过“sequence-guided隔离”计划(gydF4y2Ba灵巧的et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2Ba补充图8gydF4y2Ba),并确认gydF4y2Ba肠杆菌属下水道gydF4y2Ba通过生化测试和16 s rrna基因测序(gydF4y2Ba补充表1gydF4y2Ba)。我们进行全基因组测序B29,和系统发育分析使用CVTree (gydF4y2BaQi et al ., 2004gydF4y2Ba),确定其最近邻gydF4y2Ba大肠下水道gydF4y2Ba无性系种群。gydF4y2Ba下水道gydF4y2Ba写明ATCC 13047 (gydF4y2Ba补充信息gydF4y2Ba)。一个鲎变形细胞溶解产物试验表明,B29有限合伙人有很强的内毒素活动(gydF4y2Ba补充图9gydF4y2Ba有限合伙人)和基因组序列草案显示生物合成基因类似metagenome从第0天粪便样本(gydF4y2Ba补充图10gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

表1内毒素负载的变化、炎症指标,代谢表型和肠道微生物群在减肥的病态肥胖志愿者gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

先前的研究表明,无菌的老鼠是抵抗HFD-induced肥胖(gydF4y2BaBackhed et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丁et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaRabot et al ., 2010gydF4y2Ba)。测试是否B29可以克服这种阻力与肥胖通过殖民无菌的小鼠的肠道(gydF4y2Ba补充图11gydF4y2Ba),我们接种10gydF4y2Ba10gydF4y2Ba细胞B29第一周每天都到6 - 10周大无菌的C57BL / 6 j小鼠(gydF4y2BangydF4y2Ba每组= 7)在正常饮食(非传染性疾病)或HFD。我们观察到轻微的体重减少小鼠接种时期(gydF4y2Ba补充数据11 - 14gydF4y2Ba)。每组一个老鼠死于接种的易位B29成各种器官(gydF4y2Ba桑德斯和桑德斯,1997年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba补充表2gydF4y2Ba)。第一周后,HFD-fed无菌老鼠接种B29 (HFD + B29)显示稳定的体重增加,直到最终达到一个肥胖的状态与HFD-fed常规老鼠(gydF4y2BangydF4y2Ba每组= 8;gydF4y2BaFigures1a-cgydF4y2Ba;gydF4y2Ba补充数据14 - 17gydF4y2Ba)。过多的脂肪堆积在HFD + B29无菌老鼠与脂肪代谢的改变包括leptin-resistant表型,回肠fasting-induced脂肪因子的表达,减少和乙酰辅酶a羧化酶1的表达增加,脂肪酸合酶和过氧物酶体proliferator-activated receptor-gamma基因在肝脏(gydF4y2Ba补充数据18日至19日gydF4y2Ba;gydF4y2BaBackhed et al ., 2004gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2007年gydF4y2Ba)。HFD + B29无菌老鼠开发最重要的胰岛素抗性表型所示的口服葡萄糖耐量试验和2 h后负载胰岛素水平的试验(gydF4y2Ba图1 d和egydF4y2Ba)。这组也有最大的增加肝脏和脾脏重量和最大的减少盲肠体重(gydF4y2Ba补充表3gydF4y2Ba)。NCD-fed小鼠接种B29(非传染性疾病+ B29)或Luria-Bertani(磅)中(非传染性疾病+磅)保持精益在整个试验(gydF4y2Ba图1 a - cgydF4y2Ba)。的HFD-fed无菌的小鼠接种磅(HFD +磅)经历了显著的体重在前9周但最终成为没有不同,根据肥胖参数测试,从年底NCD-fed组16周的试验中,除了适度增加附睾的脂肪垫和一个低水平的胰岛素抵抗(gydF4y2Ba补充图14gydF4y2Ba;gydF4y2Ba图1 b和dgydF4y2Ba)。我们重复的动物测试HFD-fed无菌老鼠mono-associated B29证实单个内毒素生产商如B29函数在整个微生物群的能力诱导肥胖和胰岛素抵抗表型(gydF4y2Ba补充图20gydF4y2Ba)。接种6 - 10周大无菌的老鼠(gydF4y2BangydF4y2Ba每组)= 4 - 6株gydF4y2Ba动物双歧杆菌gydF4y2Ba通过交替的非传染性疾病和HFD喂养没有诱导肥胖表现型相同(gydF4y2Ba补充图21gydF4y2Ba),这表明肥胖不能引入任何细菌引起的无菌的老鼠在HFD喂食。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

无菌老鼠mono-associated与gydF4y2Ba大肠下水道gydF4y2BaB29变得肥胖和胰岛素抵抗与内毒素增加负载和HFD喂养下引发系统性炎症(接种后16周结束时收集的数据)。(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)体重;(gydF4y2BabgydF4y2Ba)附睾的质量、肠系膜皮下腹股沟和腹膜后脂肪垫;(gydF4y2BacgydF4y2Ba)腹部照片;(gydF4y2BadgydF4y2Ba)口服葡萄糖耐量试验(OGTT)和曲线下的面积(AUC)血浆葡萄糖;(gydF4y2BaegydF4y2Ba)血清2 h后负载胰岛素;(gydF4y2BafgydF4y2Ba酶联免疫吸附试验(ELISA)分析血清LPS-binding蛋白质(LBP);(gydF4y2BaggydF4y2Ba)血清淀粉样蛋白A (SAA);和(gydF4y2BahgydF4y2Ba)脂联素纠正体重。双向方差分析(方差分析)发现了一个显著的影响,gydF4y2BaPgydF4y2BaB29(< 0.01),显著的影响gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.01)和一个重要的饮食×B29交互效应(gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.01)体重,附睾的质量,肠系膜,皮下腹股沟和腹膜后脂肪垫,血清枸杞多糖;一个重要的影响饮食(gydF4y2BaPgydF4y2BaB29(< 0.01)和一个显著的影响gydF4y2BaPgydF4y2BaOGTT < 0.01);显著影响B29 (gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05)在血清2 h后负载胰岛素。数据显示为意味着±s.e.m。(gydF4y2BangydF4y2Ba= 6)。NS,无显著差异;*gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05;* *gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.01。颜色代码动物组:非传染性疾病+磅,蓝色削减;非传染性疾病+ B29,蓝色;HFD +磅,红色斜线;HFD + B29,红色。磅,Luria-Bertani媒介。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

稍微增加了内毒素负载可以诱导低级,慢性炎症作为胰岛素抵抗的驱动力和改变小鼠的脂肪代谢(gydF4y2Ba格et al ., 1996gydF4y2Ba;gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba)。血清LPS-binding蛋白显著高于在HFD + B29无菌老鼠比非传染性疾病+ B29无菌老鼠(gydF4y2Ba图1 fgydF4y2Ba),尽管B29达到显著更大的人口规模的肠道NCD-fed无菌老鼠(gydF4y2Ba补充图13gydF4y2Ba)。B29是唯一有限合伙人生产商在小鼠肠道(gydF4y2Ba补充图22gydF4y2Ba),增加serum-endotoxin载入HFD + B29无菌老鼠只能来自B29。的基因表达水平两个紧密连接蛋白occludin和ZO-1 (gydF4y2BaCani et al ., 2008gydF4y2Ba在回肠各组之间没有显著差异(gydF4y2Ba补充图23gydF4y2Ba),从肠道内毒素易位的高数量的血清HFD + B29无菌老鼠可以促进HFD乳糜微粒引起的长链脂肪酸(gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2BaGhoshal et al ., 2009gydF4y2Ba),而不是通过肠道屏障功能受损(gydF4y2BaCani et al ., 2007gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2010gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2012年gydF4y2Ba)。依照内毒素增加负载,HFD + B29无菌的最伟大的增加小鼠血清淀粉样蛋白水平和最大的脂联素的分泌减少,这也暗示了这些老鼠全身炎症(数量增加最多的gydF4y2Ba图1 g和hgydF4y2Ba)。interleukin-1β,肿瘤坏死因子-α的表达白细胞介素- 6,我κB激酶ε和toll样受体4炎性基因显著增加在肝脏和附睾脂肪垫回肠的但不是HFD + B29无菌老鼠(gydF4y2Ba补充图24gydF4y2Ba),表明诱导炎症在前两个组织,但不是在肠道,相比以前的报告(gydF4y2Ba丁et al ., 2010gydF4y2Ba)。HFD +磅无菌的老鼠适度更高水平的血清血清淀粉样蛋白A和肝脏肿瘤坏死因子-α的表达比NCD-fed组,这表明HFD诱导宿主炎症(gydF4y2BaTripathy et al ., 2003gydF4y2Ba然而,),这是远低于B29引起的。综上所述,我们的研究结果表明,endotoxin-induced炎症可能引起肥胖的关键作用gydF4y2Ba大肠下水道gydF4y2BaB29,支持一个假定的因果关系链的存在从肠道内毒素生产商肥胖端点。gydF4y2Ba

无菌的老鼠被广泛用于肥胖的研究。例如,戈登gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba显示,与植物polysaccharide-fermenting co-inoculation无菌的老鼠gydF4y2Ba叫多形拟杆菌gydF4y2Ba和产甲烷gydF4y2BaMethanobrevibacter smithiigydF4y2Ba显著提高附睾脂肪垫而不是总体重(gydF4y2Ba撒母耳和戈登,2006gydF4y2Ba)。一步,我们研究了程序修改从科赫法则(gydF4y2Ba埃文斯,1976gydF4y2Ba),首次建立了小鼠肥胖模型结合HFD human-originated内毒素生产国。这项工作表明,endotoxin-producing肠道细菌的生长是一个因素,而不是一个结果,在人类宿主代谢恶化。事实上,这一毒株B29是人类肥胖可能不是唯一的因素gydF4y2Ba在活的有机体内gydF4y2Ba,它的相对贡献需要评估。然而,按照协议建立在这项研究中,我们希望确定更多这样obesity-inducing细菌从各种人群,更好地了解相互作用的分子机制与其他肠道微生物群的成员,饮食和宿主肥胖,和开发新的策略减少毁灭性的代谢疾病的流行。gydF4y2Ba