基于肠道微生态系统的泽泻提取物改善肥胖小鼠糖脂代谢的体内药效物质及作用机制研究

The preliminary study showed that the effect of the Alismatis Rhizoma (AR) extract (further identified as triterpenoids) on the reduce body weight, improve glycolipid metabolism, change the gut microbiota composition and regulate the functional genomes of gut microbiota in obese mice fed a high-fat diet. In order to study its real material foundation and mechanism of AR, we using the intestinal microecology as the entry point, through the metagenomics-bioinformatics to study the regulation of gut microbiota structure and functional gene by AR; Using metabolomics combine with systems biology analysis to explore the role of AR on intestinal microflora and the internal effective material foundation of AR, and analysis the AR how to play the role on obesity mice. Finally, by using of the germ-free mice and fecal transplantation method to further verify the AR regulating gut microbiota can be improved glycolipid metabolism in obesity germ-free mice and explore the effective metabolites. Clarify the intrinsic mechanism of AR regulate gut microbiota composition - functional genomics - metabolomics, which provides the real material foundation and molecular mechanisms of AR regulating glycolipid metabolism in obesity mice.

课题组前期研究表明泽泻提取物(进一步明确为三萜部位)改善高脂诱导肥胖小鼠的糖脂代谢作用显著，并可改善由高脂诱导引起的肥胖小鼠肠道微生物组成，调控肠道菌群功能基因组，为了进一步研究其体内尤其在肠道菌群调控下的调节糖脂代谢药效物质及其作用机制，本研究拟从肠道微生态入手，采用高通量测序技术，通过宏基因组测序-生物信息学探究泽泻对肠道菌群结构组和功能基因组的调控作用；其次，采用肠道代谢结合体内代谢组学-系统生物学分析肠道菌群功能基因组调控后引起的代谢网络的微生态作用，分析泽泻干预后的肠道菌群如何发挥改善糖脂代谢的作用机制，同时也分析泽泻在肠道微生态作用下的内在“显效”形式；第三，拟采用无菌小鼠-泽泻干预后粪便移植法研究泽泻“显效”物质调控的肠道菌群调节肥胖小鼠糖脂作用的菌群代谢物质组及其机制。综合肠道菌群结构组-功能基因组-代谢组-系统生物学阐明泽泻调控肥胖小鼠糖脂代谢的药效物质与分子作用机制。

课题组首先开展了泽泻三萜提取物（ART）对高脂诱导小鼠肥胖模型糖脂代谢的作用，以无菌小鼠为对照，观察了泽泻三萜提取物改善小鼠体重、肝脏和脂肪重量和调节糖脂代谢作用，并在此基础上采用16S rDNA测序，对小鼠肠道菌群进行Alpha多样性、Beta多样性分析和物种差异分析，揭示ART对肥胖小鼠肠道菌群组成及丰度的影响；采用Denovo宏基因组测序，分析ART对肥胖小鼠肠道菌群功能基因组的作用，包括碳水化合物代谢、脂质代谢及胆汁酸（Bile acids，BAs）代谢相关活性酶的基因丰度，完成ART对肥胖小鼠肠道菌群的调控作用。其次，本项目采用高脂诱导C57BL/6J小鼠建立肥胖模型，观察泽泻三萜主要成分给药，基于UPLC-QTOF-MS 技术，对口服泽泻三萜的小鼠血浆、粪便样品进行代谢物进行鉴定，明确泽泻三萜的“显效形式”——三萜化合物在肠道菌群作用下存在代谢转化，结果发现除16-羰基原萜烷型骨架三萜23-乙酰泽泻醇C能吸收入血外，大部分泽泻三萜在高脂模型下无法入血。并且对ART干预的高脂诱导肥胖模型小鼠开展胆汁酸等代谢组研究，采用UPLC-MS/MS法，测定肥胖小鼠血清中10种BAs含量，分析肠道菌群变化后宿主胆汁酸代谢的变化，Western-Blot检测FXR及下游蛋白表达，ART显著提高了肥胖小鼠血清中代谢Marker游离胆汁酸（CA、CDCA、DCA）的含量。第三，开展了无菌小鼠粪菌移植实验，验证了泽泻干预调控的肠道菌群可以调节肥胖小鼠糖脂作用的作用，并且基于肠炎模型进一步研究验证了泽泻三萜通过调控肠道微生态改善小鼠体重和炎症；也完成了显效入血23-乙酰泽泻醇C发挥改善体重、抗炎等作用。本项目研究发现泽泻三萜提取物可以通过肠道微生态改善肥胖小鼠体重和糖脂代谢，阐明泽泻提取物通过肠道微生态改善肥胖小鼠糖脂代谢的体内药效物质，分析了泽泻改善肥胖作用的微生物结构组-功能基因组-代谢组学-益生菌组的内在机制，为泽泻临床应用和新药开发奠定实验基础。