肥胖及其相關(guān)合并癥的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)迅速上升，是當(dāng)今世界重大的健康挑戰(zhàn)。近年來(lái)，腸道菌群作為人類健康的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可以影響肥胖的發(fā)生和發(fā)展，這主要是因?yàn)槠鋮⑴c了食物攝入和代謝的調(diào)節(jié)。然而，目前仍很少有研究深入探討人類腸道菌群在肥胖中的功能，更少研究其與飲食行為的關(guān)系。本研究通過(guò)發(fā)現(xiàn)與飲食模式相關(guān)的腸道菌群特征、脂質(zhì)組特征、基因表達(dá)譜特征，為闡明肥胖表型中的腸-腦軸交流奠定了基礎(chǔ)。本研究將有助于指導(dǎo)基于微生物的支持健康飲食-微生物群-腸道-大腦軸的微生物網(wǎng)絡(luò)，從而抵消肥胖和相關(guān)并發(fā)癥。本研究于2022年發(fā)表在《BMC Medicine》IF：11.150期刊上。

技術(shù)路線：

主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、研究隊(duì)列描述

總共招募100名絕經(jīng)前女性。研究對(duì)象包括63名肥胖女性（OB）（BMI 25.6 ~ 39.8 kg/m²）和37名非肥胖女性（NW）（BMI 18.5 ~ 24.6 kg/m²）。所有招募參與者的人體測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室參數(shù)以及心理測(cè)量結(jié)果報(bào)告于表1。

2、腸道菌群分析和聚類鑒定

16S rRNA基因測(cè)序共獲得650萬(wàn)個(gè)序列讀數(shù)，每個(gè)樣品平均有73,152（±38,578，sd）個(gè)成對(duì)的讀數(shù)，有11,874個(gè)操作分類單位（OTU），序列同一性為97%。在OB和NW婦女的基因多樣性和結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)大的差異（圖1）。

圖1超重/肥胖女性的腸道菌群結(jié)構(gòu)與正常體重女性的腸道菌群結(jié)構(gòu)不同

基于OTUs比例的Spearman相關(guān)系數(shù)的分層Ward連鎖聚類可識(shí)別出4個(gè)參與聚類（命名為C1-C4）（圖2）。盡管沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（p = 0.38，F(xiàn)isher精確檢驗(yàn)），C1集群包括48%的NW女性，而其余三個(gè)集群C2-C4主要由肥胖女性組成。4個(gè)聚類的生物多樣性也存在差異，C1和C3的生物多樣性最高，C2和C4的生物多樣性最低，更準(zhǔn)確地說(shuō)，C2的生物多樣性低于C1和C3，而聚類C4的生物多樣性低于C1（圖2）。

圖2腸道菌群結(jié)構(gòu)允許將整個(gè)數(shù)據(jù)集分層為四個(gè)不同的集群

隨后，生成Wiggum圖來(lái)描繪由OTU聚類識(shí)別的4個(gè)聚類分區(qū)的腸道微生物組成關(guān)系，顯示出5個(gè)Co-abundance groups（CAGs）的特殊豐度模式（圖3）。每個(gè)聚類（C1 ~ C4）構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)態(tài)，代表一群具有顯著不同于其他群體的腸道微生物布局特征的分組個(gè)體。從包含大部分NW女性的組，即C1，到包括主要OB女性的組C2-C4，微生物群的變化伴隨著獨(dú)特的CAGs優(yōu)勢(shì)。其中，C1簇的特征是5個(gè)CAGs同時(shí)存在，Prevotella的相對(duì)豐度較高，而C2 ~ C4簇的特征是5個(gè)CAGs中至少有1個(gè)缺失（圖3）。在C2簇中，盡管沒(méi)有Bifidobacterium的CAGs，但保留了其他4個(gè)CAGs。另一方面，C3簇失去了Bifidobacterium CAGs，但顯示出Prevotella和Ruminococcus CAGs的過(guò)度表達(dá)。最后，C4簇的特征是在Bacteroides CAGs中富集的同時(shí)，Bifidobacterium的缺失。

圖3正常體重和超重/肥胖女性的腸道菌群結(jié)構(gòu)與飲食行為有關(guān)

3、正常體重和超重/肥胖女性的微生物群與臨床和行為指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)

宿主臨床數(shù)據(jù)和微生物群組成之間的關(guān)聯(lián)如表2所示。基于年齡調(diào)整的中位數(shù)回歸分析，在考慮整個(gè)隊(duì)列時(shí)，腸道微生物結(jié)構(gòu)向負(fù)PCo2值的轉(zhuǎn)變（作為低多樣性集群C4）與較高的BITE癥狀評(píng)分（表明暴飲暴食行為）和TFEQ UE評(píng)分（表明不受控制的飲食）相關(guān)。在心理測(cè)量方面，C2集群的BITE嚴(yán)重度評(píng)分最高，而C4集群的BITE癥狀評(píng)分最高，與PCo2軸的關(guān)聯(lián)一致（圖3）。

4、飲食對(duì)正常體重和超重/肥胖女性腸道菌群的影響

為了識(shí)別對(duì)腸道微生物分類有貢獻(xiàn)的食物類型，將來(lái)自FFQs的食物數(shù)據(jù)疊加在圖3的UniFrac PCoA圖上，結(jié)果如圖4a所示。調(diào)味料和調(diào)味品、橄欖油、油炸土豆、香腸以及加糖飲料、牛奶和酸奶的攝入量增加與集群C2的腸道微生物配置相關(guān)。另一方面，集群C4的特征是奶酪的攝入量較高，而C1和C3的特征是上述所有食物的攝入量均較低。纖維攝入量與第一PCoA軸呈正相關(guān)，并且在C1簇女性中似乎更高（圖4b）。其他3組的纖維攝入量相當(dāng)，C2組低于C1組?？偰芰繑z入呈相反趨勢(shì)，與PCo1呈負(fù)相關(guān)，且在C2、C3和C4簇中較高（圖4b）。與更大的不受控制的進(jìn)食傾向（TFEQ UE）和加重的BITE癥狀評(píng)分一致，聚類C4顯示出比C1更高的能量攝入。當(dāng)關(guān)注宏量營(yíng)養(yǎng)素的攝入時(shí)，C4組的碳水化合物攝入高于C1組，而脂肪攝入低于C1組，C3的脂肪攝入量低于C1（圖4c）。

圖4不同的食物攝入表現(xiàn)出不同的微生物群結(jié)構(gòu)

在對(duì)應(yīng)分析中進(jìn)一步探討了FFQ數(shù)據(jù)，其中第一個(gè)軸描述了超過(guò)13.7%的數(shù)據(jù)集方差，包含了之前在對(duì)微生物群PCoA進(jìn)行的FFQ數(shù)據(jù)相關(guān)分析中識(shí)別出的大多數(shù)有區(qū)別的食物類型，例如奶酪、加糖飲料、調(diào)味料和調(diào)味品。對(duì)這一軸線應(yīng)用Ward連鎖聚類和Euclidean距離指標(biāo)，可以確定三個(gè)飲食組：D1（低蛋白/高碳水化合物）、D2（高蛋白/低碳水化合物）和D3（高脂肪/高蛋白）（圖5a）。D1的特點(diǎn)是更多地消費(fèi)甜食、餅干和雞蛋，D2的特點(diǎn)是咸食、油炸食品、肉類、火腿片和自制三明治，而D3的特點(diǎn)是乳制品（即奶酪、牛奶和酸奶）。隨后，根據(jù)所消費(fèi)食物的數(shù)量、分布和健康價(jià)值，計(jì)算出各飲食組的健康食物多樣性（HFD）指數(shù)。根據(jù)HFD，D2和D3是最多樣化的飲食，而D1最少（圖5b）。

圖5飲食模式對(duì)婦女的健康食品多樣性指數(shù)有歧視性

5、肥胖和不受控制的飲食行為的種水平微生物組特征

對(duì)45個(gè)DNA樣本的子集（31個(gè)來(lái)自OB，14個(gè)來(lái)自NW婦女）進(jìn)行了shotgun元基因組測(cè)序，共獲得了15Gb的成對(duì)末端讀數(shù)。元基因組學(xué)數(shù)據(jù)集由8個(gè)細(xì)菌物種主導(dǎo)，它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的變異性做出了52.5-56.6%的貢獻(xiàn)，并不同程度地分布在四個(gè)集群（C1-C4）中： Faecalibacterium prausnitzii、Bifidobacterium adolescentis、Bifidobacterium longum、Ruminococcus bromii、Eubacterium rectale、Akkermansia muciniphila、Bacteroides vulgatus和Subdoligranulum spp.（圖6a）。特別是，與C2相比，發(fā)現(xiàn)C1群富含R. bromii，與C3和C4相比，富含F. prausnitzii（圖6b）。另一方面，與C1相比，C2富含Ruminococcus torques，這是一種已知會(huì)損害腸道屏障完整性的黏液溶解細(xì)菌。此外，與C1和C3相比，C2顯示出最低水平的粘蛋白降解劑A. muciniphila，與C1和C3相比，R. bromii豐度最低。至于其他的腸道微生物配置，主要是指具有不受控制的飲食行為的OB婦女（即C3和C4），與C2相比，C3顯示出更高的A. muciniphila和Subdoligranulum屬的價(jià)值，而與C3相比，C4富含E. rectale，以及與其他三個(gè)集群相比，富含B. adolescentis和Bifidobacterium，可能是因?yàn)槟汤业南M(fèi)量更大（如FFQs分析顯示）。

圖6微生物組配置的物種級(jí)特征

此外，本研究的附件中還呈現(xiàn)了糞便基因表達(dá)譜特征和糞便脂質(zhì)組代謝特征，并將準(zhǔn)錄組結(jié)果和脂質(zhì)組結(jié)果進(jìn)行了聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)食物攝入和能量消耗與伴侶蛋白ClpB和膽汁酸有關(guān)，而神經(jīng)內(nèi)分泌信號(hào)與色氨酸代謝物、阿片類藥物、內(nèi)分泌素和GABA有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

Barone Monica., Garelli Silvia., Rampelli Simone., Agostini Alessandro., Matysik Silke., D'Amico Federica., Krautbauer Sabrina., Mazza Roberta., Salituro Nicola., Fanelli Flaminia., Iozzo Patricia., Sanz Yolanda., Candela Marco., Brigidi Patrizia., Pagotto Uberto., Turroni Silvia.(2022). Multi-omics gut microbiome signatures in obese women: role of diet and uncontrolled eating behavior. BMC Med, 20(1), 500. doi:10.1186/s12916-022-02689-3