新疆哈萨克肥胖儿童菌群人源化动物模型的建立及基于 GC﹣MS 技术代谢组学研究

The prevalence of obesity in Kazakh is high than others. An association between reduced gut Bacteroidetes and Bact/Firm ratio with obesity in Kazakh children was identified in our former study. Further studies are necessary to elucidate the mechanism behind these changes as well as the value of determining their presence for predicting obesity. Metabonomic technology could analyse metabilites and metabolic intermediates in the biofluid qualitativly and quantitatively to discover dysbolism in the disease process, which not only help us understand the metabolic pathways of the disease process and substance of the body better, but also contribute to the discovery of disease biomarkers and supporting clinical diagnostic purposes. In this study, in order to studying human flora associated animal caused obesity-resistant material and energy metabolism of rats by analyzing serum and urine metabolic fingerprint ,screening biological markers, we set up the human flora associated animal and constructed an analysis by GC-MS-based metabolomics. After the serum sample of urine by pre-treatment, in order to looking for differences in metabolites, a better understanding of the pathogenesis of obesity and other metabolic diseases, The data collected after the peak matching, normalized correction,orthogonal signal correction (OSC) was used to multivariate analysis.

肥胖症是哈萨克族人群的高发病，课题组前期发现肠道主要菌群比例失衡在哈族儿童发生肥胖中发挥作用，但其通过何种途径影响肥胖发生尚不清楚，拟通过建立肠道菌群人源化模型进一步研究其作用机制。代谢组学分析方法可考察生物体系受刺激或扰动前后代谢产物的动态变化，研究生物体系的代谢网络，发现异常代谢物，有助于探索疾病的病理机制、预防、临床诊断等。为研究由哈萨克族肥胖儿童粪便建立的肠道菌群人源化模型鼠体内代谢特点及可能的生物标记物，本研究选用无菌鼠建立肠道菌群人源化模型，利用GC-MS技术的代谢组学分析方法，对肠道菌群人源化模型鼠血清、尿液进行代谢指纹分析，获取有效的信息以及筛选、鉴定未知生物标记物，用于研究人源化模型鼠模型的物质能量代谢特点，寻找差异代谢物，探讨哈萨克族肥胖儿童肠道菌群改变对人源化动物体内代谢的影响，以对儿童肥胖的发病机理有更深入的了解。

儿童肥胖症已成为全球关注的公共卫生问题,本课题组前期发现：哈萨克族学龄儿童单纯性肥胖患病率位居新疆学龄儿童肥胖患病率之首，肠道主要菌群比例失衡在哈族儿童发生肥胖中发挥作用，但其通过何种途径影响肥胖发生尚不清楚，有必要进行相关机制研究。具体研究内容如下：①本研究通过肠道菌群移植的方法在无菌小鼠体内模拟哈萨克族肥胖儿童的肠道菌群环境，运用PCR-DGGE 方法对 HFA 小鼠和哈萨克族肥胖儿童的粪便样本进行检测分析，确认是否成功建立哈萨克族肥胖儿童HFA动物模型。②以菌群人源化HFA小鼠为研究模型，应用基于GC/MS的代谢组学方法初步研究肠道菌群人源化C57BL/6J 小鼠血清及尿液小分子代谢物，探讨肠道菌群的人源化对无菌小鼠体内代谢的影响。重要结果：①哈萨克族肥胖儿童和实验组小鼠的粪便样本 PCR-DGGE 指纹图谱显示各样本均形成复杂而密集的菌属条带, HFA小鼠的菌群平均丰富度S为哈萨克族肥胖儿童的 0.76倍, 差异有统计学意义（P=0.001）；②HFA 小鼠的菌群平均均匀度 E 及多样性指数 H均低于哈萨克族肥胖儿童，但差异无明显统计学意义（p>0.05）；③HFA 小鼠与哈萨克族肥胖儿童肠道菌群的总相似度为 64%，而 HFA 小鼠之间相似度为 73%～94%；大部分雌性 HFA 小鼠与雄性 HFA 小鼠在聚类分析图上分离。④模型组和空白对照组血清、尿液存在显著代谢差异。哈族肥胖儿童菌群人源化小鼠模型血清中发现21种、尿液种12种差异代谢物。定量分析结果显示，血清中柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、6- 磷酸葡萄糖等物质的含量较对照组均显著升高（P ＜ 0.05）。尿液中二甲胺、丁酸、马尿酸、苯乙酰甘氨酸等物质的含量较对照组显著升高（P ＜ 0.05）。科学意义：①本研究成功利用无菌 C57BL/6J 小鼠模拟了哈萨克族肥胖儿童的肠道菌群环境，构建了哈萨克族肥胖儿童 HFA 动物模型，为探索哈萨克族儿童肥胖与肠道菌群的关联性提供了一种新的选择方式。②血清和尿液代谢组学信息的联合分析能够为了解哈族肥胖儿童肠道菌群的紊乱引起机体代谢反应的规律和特征提供更全面、更可靠的信息，为进一步研究儿童肥胖的发生发展的机制提供参考依据。