于子婷

(北京實驗動物研究中心，北京 100012)

腸道是人體消化吸收的重要場所，也是人體最大的免疫器官，在機體正常運作中發(fā)揮著極其重要的作用。據(jù)報道成年人的腸道中含有約 1000 多種不同類型的細菌，腸道菌群紊亂是2 型糖尿病、動脈硬化、肥胖癥、骨質(zhì)疏松、胃腸道疾病、自身免疫性疾病、腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要誘因[1-2]，因此保持腸道微生態(tài)的平衡對人體健康具有重要意義。

茶是世界第二大消費飲料，茶多酚是茶葉中多酚類物質(zhì)及其衍生物的總稱,主要由兒茶素、黃酮類、花青素、花白素和酚酸等物質(zhì)組成[3]，茶多酚在原發(fā)高血壓、高血脂的防治中作用顯著。另外，茶多酚在消炎止瀉上作用也比較明顯。研究表明茶多酚可抑制很多真菌、細菌的活動。其殺菌及抑菌的種類有：口中的黏放菌、變鏈菌；消化器官中的金黃色鏈球菌、傷寒桿菌、大腸桿菌、螺旋菌等多類細菌；皮膚上的白癬菌、新型隱形球酵母、發(fā)癬菌；為人體帶來多種危害的棱菌屬菌[4]。

隨著腸道微生物的研究深入，研究發(fā)現(xiàn)茶葉中的不能被人體消化吸收的多酚和多糖對腸道微生物的調(diào)節(jié)可能是茶葉發(fā)揮其活性主要作用的靶點之一[5]，本研究主要研究茶葉中的茶多酚在影響宿主的腸道微生物多樣性及結(jié)構(gòu)中所發(fā)揮的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.2 實驗動物與分組

將 24 只 C57BL/6 J 小鼠在恒溫、恒濕的 SPF 級動物房中適應(yīng)性飼喂1周，嚴格控制 12 h 光照/黑暗，環(huán)境溫度設(shè)定為 23℃，期間小鼠自由進食和進水。該動物實驗中所用的方法都經(jīng)過北京實驗動物研究中心動物倫理協(xié)會批準。1周適應(yīng)期結(jié)束后，24只8周齡SPF級C57BL/6小鼠，隨機分為4組，每組6只：對照組(CK，不添加茶多酚)、低劑量茶多酚組(LTP，飲水中添加0.4 g/L GTP)、中劑量茶多酚組(MTP，飲水中添加0.8 g/L GTP)、高劑量茶多酚組(TP，飲水中添加1.6 g/L GTP)。4組均給予常規(guī)飼料，茶多酚飲水每天更換一次，連續(xù)14 d。

1.3 樣品采集及處理

處理14 d后，收集小鼠直腸中的新鮮糞便，約150 mg，放入無菌的 EP 管中，密封，1 h內(nèi)置于-80℃冰箱進行保存，所有的操作需在 1 h 內(nèi)完成。

1.4 DNA 提取

DNA提取方法參照DNA Kit (Omega Bio-tek, Norcross,GA,U.S.)試劑盒說明書。提取得到的DNA樣品用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測和分光光度法(A260 nm/A280 nm光密度比)進行質(zhì)量檢測。檢測后，將樣品于20 ℃保存以備后續(xù)實驗使用。

1.5 MiSeq 測序

微生物多樣性檢測選取細菌16SrDNA V3-V4區(qū)，樣本送至北京奧維森基因科技有限公司，利用 Illumina Miseq PE300高通量測序平臺測序。細 菌 16S rDNA V3-V4 擴 增 引 物 為 338F(5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3’)和 806R(5’-GGACTACNNGGG TATCTAAT-3’)。PCR反應(yīng)體系：12.5 μL 2× Taq PCR MasterMix, 3 μL BSA(2ng/μL), 2 μL Primer(5 μmol/L), 2 μL 模板 DNA, 和5.5 μL ddH2O。反應(yīng)參數(shù)：95 ℃預變性5 min； 95 ℃變性45 s，55 ℃退火50 s，72 ℃ 延伸45 s，32個循環(huán)；72 ℃延伸10 min。

1.6 生物信息學分析

通過Illumina MiSeq 平臺進行Paired-end 測序，下機數(shù)據(jù)經(jīng)過QIIME(v1.8.0)軟件過濾、拼接、去除嵌合體，去除打分低于20、 堿基模糊、引物錯配或測序長度小于150 bp的序列。 根據(jù)barcodes歸類各處理組序列信息聚類為用于物種分類的OTU(Operational Taxonomic Units)，OTU 相似性設(shè)置為97%。對比silva數(shù)據(jù)庫，得到每個OTU 對應(yīng)的物種分類信息。 再利用Mothur 軟件(version 1.31.2)進行Shannon指數(shù)分析?；赪eighted Unifrace 距離，使用R(v3.1.1)軟件包的heatmap 進行聚類分析。

基于每個樣本的OTU信息，使用R語言vegan與ggplot2等軟件包進行數(shù)據(jù)計算NMDS分析和作圖。基于每個樣本的OTU信息，使用R語言進行PCA統(tǒng)計分析和作圖。

1.7 統(tǒng)計方法

不同組之間的顯著性差異通過進行 One way ANOVA 進行判斷(t檢驗)，利用 SPSS 19.0 軟件進行以上統(tǒng)計學分析，P<0.05則認為差異顯著。

2 結(jié)果

通過對24個小鼠糞便樣本的16 s rRNA基因V3-V4區(qū)進行測序，結(jié)果總共獲得1 253 144條tags序列，平均每個樣本(52 114±41 441)條tags序列，經(jīng)過聚類分析共產(chǎn)生 391個聚類分析單元(OTU，operational taxonomic unit)，全部樣本的Good’s coverage值均大于99%，反映本次測序結(jié)果代表了樣本中微生物的真實情況。實驗結(jié)果表明：24個樣本中總共發(fā)現(xiàn)9個門，15個綱，19個目，32個科，67個屬。

物種組成分析結(jié)果表明在科水平上HTP組，MTP，LTP和CK中Bradyrhizobiaceae(P=0.02)，Methylobacteriaceae(P=0.02)，Rhizobiaceae(P=0.016)，Staphylococcaceae(P=0.007)，Carnobacteriaceae(P=0.003)和Rhodobacteraceae(P=0.000473)存在明顯差異(見表1)。在科水平的熱圖中也顯示各組之間存在明顯差異(見圖1)

表1 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組在科水平上的差異比較Table 1 Comparison of Family Level between Normal Group, Low DoseGroup, Medium Dose Group and High Dose Group

圖1 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組的熱圖分析Fig.1 Thermographic analysis of normal group, low dose group,medium dose group and high dose group

Anosim相似性分析結(jié)果顯示HTP組與CK、LTP和MTP具有顯著差異(R值0.7111，P值0.003；R值0.7093，P值0.004；R值0.6167，P值0.008)(見表2)。shannon值分析結(jié)果表明HTP組群落多樣性較高(見圖2)。

表2 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組Anosim相似性分析Table 2 Anosim similarity analysis betweennormal group,low dose group, mediumdose group and high dose group

NMDS數(shù)據(jù)分析表明HTP組與CK、LTP和MTP明顯分離(見圖3)，說明HTP組與CK、LTP和MTP組相比差異明顯。PCA數(shù)據(jù)分析也表明HTP組與CK、LTP和MTP明顯分離(見圖4)。

圖2 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組shannon值分析Fig.2 Analysis of Shannon values in normal group, lowdose group, medium dose group and high dose group

圖3 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組NMDS數(shù)據(jù)分析Fig.3 Analysis of NMDS data in normal group, low dosegroup, medium dose group and high dose group

圖4 正常組、低劑量組、中劑量組與高劑量組PCA數(shù)據(jù)分析Fig.4 Analysis of PCA data in normal group, low dosegroup, medium dose group and high dose group

3 討論

近年來，植物多酚相關(guān)的產(chǎn)品保健食品、疾病預防及輔助治療領(lǐng)域已經(jīng)受到廣泛關(guān)注[6]。很多植物多酚進入人體消化系統(tǒng)后是通過與腸道微生物相互作用而被利用的，一方面微生物可以轉(zhuǎn)化多酚類物質(zhì)使多酚發(fā)生開環(huán)、脫甲基、脫羥基、水解、解聚還原等生化反應(yīng)從而生成新的代謝產(chǎn)物，另一方面多酚也有類似低聚糖的益生效果，可以影響腸道微生物的結(jié)構(gòu)、組成和功能[7-8]。

本實驗我們通過對24只飲用不同濃度的茶多酚的C57BL/6 J小鼠進行腸道微生物的檢測，從而來研究茶多酚對腸道微生物的影響及作用。實驗中shannon值分析結(jié)果表明高濃度茶多酚攝入可增加腸道菌群的多樣性，Anosim相似性分析結(jié)果也顯示了類似的結(jié)果。本結(jié)果與Liu 等人利用高脂誘導的肥胖小鼠模型較綠茶、烏龍茶和紅茶對高脂誘導紊亂小鼠腸道菌群影響結(jié)果一致[9]，可能由于茶多酚具有類似低聚糖的益生效果，影響了腸道微生物的多樣性、結(jié)構(gòu)和組成[7]。值得注意的是茶多酚需要達到一定濃度才可以有效改變腸道微生物。

另外，本研究結(jié)果表明在中劑量組和高劑量組中乳酸桿菌的含量明顯高于低劑量和對照組(P=0.038)，結(jié)果與曾婷玉等利用不同劑量的茯磚茶水提物(15.75、31.5、63 mg/day/mouse)對小鼠腸道中乳桿菌的影響結(jié)果相一致，并且本研究也顯示茶多酚對乳桿菌的增殖效果最為明顯并且呈劑量依賴性[10]。此外，實驗結(jié)果顯示在HTP組中Bradyrhizobiaceae， Methylobacteriaceae， Rhizobiaceae， Staphylococcaceae， Carnobacteriaceae和Rhodobacteraceae含量明顯升高。因而可以推測，茶多酚具有可以增加腸道微生物的多樣性，增加益生菌的比例及改變菌群組成的功能。