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6场半全场开奖18132:實時追蹤:糖尿病發展進程中的腸道微生物組監控!

6场半全场胜负玩法介绍 www.qkhchm.com.cn 2019-05-11

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正文



近期,派森諾生物與南京中醫藥大學合作,在《Frontiers in Microbiology》(最新影響因子4.019)發表研究論文,通過為期8周的糖尿病模型大鼠糞便微生物組多樣性組成譜測序,實時展現了大鼠糖尿病發展進程中的腸道微生物組變化,為深刻認識微生物組在代謝疾病中的作用以及利用微生物干預治療糖尿病提供了研究基礎與治療策略。



研究背景



Ⅱ型糖尿?。═2DM)是目前最為常見的代謝疾病,大量研究表明糖尿病患者的糞便微生物群落結構會發生顯著變化。在T2DM研究領域,微生物是否可以用于減輕糖尿病病癥仍是一個亟待解決的重要問題。由于人類倫理和樣本數量的限制,通常采用小型動物模型對糖尿病動物糞便微生物進行研究。ZDF大鼠由于瘦素受體基因突變,能夠誘發肥胖和胰島素抵抗,并發展為T2DM,是T2DM研究的重要模型。通過ZDF大鼠研究模型的建立,可以更好地了解Ⅱ型糖尿病發展進程中腸道微生物組的變化以及微生物對糖尿病產生的影響。



研究目的



? 觀察Ⅱ型糖尿病發展進程中的糞便微生物組動態變化;


為糖尿病治療提供有效的微生物干預策略。



測序方法



測序技術:Illumina MiSeq高通量測序平臺


測序模式:微生物組細菌16S rRNA基因V3-V4區測序


實驗對象:大鼠糞便


實驗設計:本研究使用4只雄性ZDF大鼠(表現為高胰島素血癥和高血糖),喂養Purina 5008食物8周(第8周至15周),共收集32份糞便樣本,進行16S rRNA基因測序,以反映大鼠糖尿病發展期間的糞便微生物組成和變化;期間實時觀察大鼠的體重、攝食量、飲水量、直腸溫度、RBG(隨機血糖)和OGTT(口服葡萄糖耐量試驗)等生理特性,并采用非參數斯皮爾曼關聯分析,評估ZDF大鼠生理特性與微生物的關系。



研究結果




ZDF大鼠8到15周齡的生理特性



與8周齡相比,ZDF大鼠在9到15周齡的體重顯著增加(圖1A)。從8到15周齡,ZDF大鼠的食物和水攝入量逐漸增加(圖1B,C),直腸溫度保持穩定(圖1D)。8周齡ZDF大鼠RBG水平達到糖尿病狀態(圖1E)。在第14周進行OGTT實驗,結果顯示血糖濃度在30 min達到最高水平,然后逐漸下降,但直至120 min仍不能恢復至正常水平(圖1F)。以上結果表明ZDF大鼠表現為糖尿病病理特征,其病情隨著年齡的增長而加重、葡萄糖耐量受損、胰島素敏感性降低。


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圖1 ZDF大鼠從8到15周齡的生理特性





二型糖尿?。═2DM)發展過程中微生物組多樣性的動態變化


T2DM發展過程中Shannon和Simpson指數有著一致的變化,通過Simpson指數(SDI)分析可以發現,ZDF大鼠從9到12周齡SDI值逐漸增大,于12周齡達到最大值,13-15周齡有輕微的下降(圖2)。聚類熱圖展現了不同周齡大鼠糞便中的主要菌屬,各階段不同的微生物菌屬反映了微生物群落的多樣性和動態變化(圖3)。


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圖2 T2DM發展期間32份糞便樣本Simpson指數的變化


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圖3 大鼠在各周的屬水平微生物豐度熱圖



ZDF大鼠糖尿病期間的核心微生物群落鑒定


加權UniFrac距離箱線圖顯示組間UniFrac距離大于組內UniFrac距離(圖4)。門水平分類學組成分析表明5-15周齡ADF大鼠90%的微生物群落為Firmicutes、Bacteroidetes、Actinobacteria Proteobacteria,其中相對豐度最高的為Firmicutes(圖5)。在8-9周齡,優勢微生物為Firmicutes Bacteroidetes;從10-15周齡,Actinobacteria 相對豐度逐漸增加;在15周齡,Proteobacteria 顯著增加。不同門的相對豐度在各周齡各不相同,表明ZDF大鼠有著動態的微生態系統。



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圖4 加權UniFrac距離箱線圖


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圖5 門水平物種組成和相對豐度圖


ZDF大鼠糞便微生物豐度的階段性特點


加權UniFrac距離聚類熱圖顯示8-10周齡與11-13周齡樣本形成了兩個明顯不同的簇集(圖6)。有些樣本與同一組的樣本聚類在一起(如12周齡),有些樣本與相鄰周齡的樣本聚類在一起(如11-12周齡、13-14周齡)。


基于加權UniFrac距離的PCoA分析顯示,8、9、10周齡樣本沿著PC3軸聚集在一起,其余樣本(11-15周齡)聚集在一起(圖7)。共有和獨有OTU花瓣圖表明從8周齡到15周齡,有306個共有OTU,并且各周齡都有獨有的OTU(圖8),主要獨有OTU屬于Firmicutes、Bacteroidetes、Actinobacteria Proteobacteria。

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圖6 加權UniFrac距離聚類熱圖


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圖7 糖尿病不同發展階段的糞便微生物組組成結構


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圖8 糖尿病不同發展階段的共有和獨特的OTU




ZDF大鼠微生物物種組成隨年齡增長和疾病發展的變化


16個主要菌屬的柱狀圖顯示Lactobacillus 是ZDF大鼠糖尿病發展過程中豐度最高的屬,Turicibacter 的相對豐度從8周齡到15周齡逐漸下降,Allobaculum 的相對豐度從11周齡到15周齡逐漸增加(圖9)。差異分析(P<0.05)展示了隨時間變化差異最大的15個屬(圖10),這些微生物的豐度波動表明在糖尿病的發展過程中微生物的群落結構是動態的。


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圖9 糖尿病發展不同階段的微生物群落結構變化


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圖10 糖尿病不同發展階段豐度變化最大的15個屬

 


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ZDF大鼠的生理特性與失調的菌群有關


Firmicutes/Bacteroidetes(F/B)比值被廣泛用于評價菌群失調。斯皮爾曼相關性分析顯示F/B與大鼠年齡呈負相關(R=-0.35,P=0.04)(圖11A),而F/B與體重、RBG、食物攝入量、飲水量和直腸溫度等生理指標并沒有顯著相關性(圖11B-F)。RBG與Lactobacillus(R = -0.42, P = 0.02)和Turicibacter(R =- 0.48,P = 0.004)的相對豐度呈負相關,與Ruminococcus(R = 0.45,P = 0.009)和Allobaculum(R = 0.37, P = 0.03)的相對豐度呈正相關(圖12C,D),與SDI呈正相關(R = 0.44、P = 0.01)(圖12E)。RBG與Bacteroides、Akkermansia Bifidobacterium 并沒有顯著性關系(圖12F-H)。


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圖11 ZDF大鼠F/B比值與生理特性的相關性


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圖12 隨機血糖水平和微生物群落變化以及Simpson指數之間的相關性



總結



本研究檢測了8周齡到15周齡的ZDF大鼠在糖尿病發展進程中的糞便微生物群落結構變化,結果表明糞便微生物結構隨著糖尿病的發展有著高度的動態性和顯著的變化。


糞便微生物的時間依賴性變化為研究Lactobacillus、Turicibacter、Bifidobacterium、Allobaculum、Ruminococcus 和 Akkermansia 在糖尿病發展進程中的作用提供了支持。


本研究的測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。



文章索引



Zhou et al. Dynamic Development of Fecal Microbiome During the Progression of Diabetes Mellitus in Zucker Diabetic Fatty Rats. Frontiers in Microbiology 10(2019):232.