移植糞便病毒在改善小鼠糖尿病和肥胖中的應(yīng)用
發(fā)表期刊：Gut
發(fā)表時間：2020年2月
影響因子：23.059
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#01
研究背景
近年來多項研究表明肥胖和二型糖尿病的發(fā)展與腸道菌群的變化有關(guān)。而病毒組的相關(guān)研究相對較少。本文作者為研究噬菌體或可通過改變腸道微生物從而改善小鼠糖尿病和肥胖，采用了40只五周齡雄性 C57BL/6NTac小鼠隨機分為五組（LF：飲食控制組、HF：高脂飲食組、HF+Amp：高脂飲食+氨芐青霉素組、HF+Amp+FVT和 HF+FVT）分別喂養(yǎng)13周。在研究的第6周和第7周，HF+FVT和HF+Amp+FVT小鼠通過口服灌胃法進行糞便病毒移植(FVT)治療。Amp組在第一次FVT治療前24小時用Amp治療（圖1）。最終采集40份盲腸內(nèi)容物及39份結(jié)腸內(nèi)容物樣本進行腸道細菌及病毒群落檢測，并采集血漿樣本進行代謝組學檢測。
圖1.糞便病毒移植的實驗步驟
#02
研究結(jié)果
| 來自瘦供體的FVT可降低飲食誘導的肥胖小鼠體重增加并使其血糖耐受性正�；�
在第一次FVT后第4周和6周(15和17周齡)，與HF小鼠相比，HF+FVT小鼠(p<0.017)和HF+Amp小鼠(p<0.006)體重增加顯著降低(圖2A)。HF+FVT小鼠的血糖水平與LF組無明顯差異，但其他組均明顯升高(p<0.0001)，提示FVT可使HF+FVT小鼠的血糖耐受恢復正常(圖2B)。
圖2.(A)第一次FVT后第2、4和6周(分別為13、15和17周)體重增加的條形圖；(B)第一次FVT后第6周測量的血糖水平（17周齡）
| FVT增強參與全身能量穩(wěn)態(tài)的基因表達
為研究肝臟和回腸組織中與肥胖和2型糖尿病(T2D)相關(guān)的基因在HF+FVT小鼠中的表達是否與HF小鼠及LF小鼠有顯著差異，對幾個涉及全身能量穩(wěn)態(tài)的基因進行了檢測，基因表達分析表明，F(xiàn)VT降低了HF飲食引起的基因表達差異，導致基因表達譜與健康LF小鼠更相似。與HF組相比，HF+FVT組中Ffar2Ileum,LeprLiver,KlbLiver,Ppargc1aLiver,Igfbp2Liver的表達顯著增加，而Socs3Liver與MycLiver的表達顯著降低（圖3）。
圖3.實驗終止時（18周齡）(A)回腸Ffar2,(B) Lepr,(C)肝Klb,(D)肝Ppargc1a,(E)肝Igfbp2,(F)肝Socs3和(G)肝Myc的基因表達水平
| FVT介導腸道菌群組成的改變
實驗結(jié)束時(即Amp處理后7周)，LF小鼠的細菌Shannon多樣性指數(shù)顯著高于HF小鼠(p<0.05)，但與HF+FVT小鼠相似(p=0.816)，各組中HF+Amp小鼠的Shannon多樣性指數(shù)最低(p<0.02)，F(xiàn)VT促使HF+Amp+FVT小鼠的Shannon多樣性指數(shù)升高(p0.59)，而AMP顯著增加了Shannon多樣性指數(shù)(p<0.003)（圖4B）
圖4.實驗終止時(18 周齡)盲腸(A)細菌和(B)病毒群落的Shannon指數(shù)
FVT對細菌（圖5A，p<0.003）和病毒（圖5B，p<0.001）的組成都有強烈的影響，明確區(qū)分HF+FVT與HF小鼠及HF+Amp+FVT與HF+Amp小鼠。FVT受體的腸道菌群圖譜與供體圖譜并不完全相似，表明僅部分供體病毒組在接種后6周內(nèi)建立。表明FVT強烈地影響和部分地重塑了有或沒有Amp處理的腸道菌群組成。
圖5.實驗終止時（18周齡）盲腸(A)細菌群落和(B)病毒群落的Bray-Curtis- PCoA
rCCA(regularised canonical correlation analysis)顯示某些細菌(擬桿菌目和梭狀芽胞桿菌目)和病毒(尾病毒目、微病毒科和無特征病毒)之間存在很強的(r>0.75)正相關(guān)和負相關(guān)關(guān)系(圖6C)，提示可能存在宿主-噬菌體對關(guān)系。隨機森林選擇的變量顯示了區(qū)分五個實驗組的細菌和病毒共豐度譜，這支撐了FVT可影響腸道菌群組成。
圖6.熱圖展示了五個實驗組的細菌(A)和病毒(B)概況，以及某些細菌和病毒簇之間的強相關(guān)性(C)
| FVT介導血漿代謝組變化
PCA圖顯示HF+FVT小鼠的血漿譜位于HF和LF小鼠之間。兩兩OPLS-DA模型(LF vs HF、LF vs HF+FVT、HF vs HF+FVT)顯示3組顯著分離(p<0.025)（圖7）。
圖7. 18周齡LF、HF和HF+FVT血漿代謝組PCA
#03
結(jié)論
本文通過研究FVT對肥胖和T2D動物模型的影響，發(fā)現(xiàn)FVT治療后小鼠腸道菌群組成、血漿代謝組和與肥胖和T2D發(fā)展相關(guān)基因表達水平顯著變化。來自小鼠瘦供體的FVT具有將肥胖小鼠的表型轉(zhuǎn)變?yōu)榕c瘦小鼠更相似表型的功效，這呈現(xiàn)了利用噬菌體介導療法治療肥胖和T2D的潛力
