-
AOS-铁可以修复IDA大鼠的肠道病变和肠道微生物群的组成 -
补铁可增加有益菌，减少机会性病原体 -
测定了肠道微生物群与IDA宿主生化指标的相关性 
铁作为几乎所有生物体基本代谢过程的必需微量元素，参与氧的运输、交换和组织呼吸，维持正常的造血功能。铁摄入不足、铁利用障碍或铁大量流失，都可能导致缺铁性贫血（IDA）。IDA会增加早产和婴儿死亡的风险，并可能损害儿童的心理健康和智力发育。最近的研究报道，缺铁或补铁可以改变肠道微生物群的组成。
前期研究表明，琼脂寡糖铁复合物（AOS-铁）的补铁效果优于传统补铁。根据膳食生物利用率，强化铁有5%～20%被吸收，剩余部分进入结肠，可供肠道微生物群利用。到目前为止，关于补铁对IDA大鼠肠道微生物群的影响的数据很少。
肠道微生物群，是一个复杂的微生态系统，参与营养物质和能量代谢过程，对黏膜屏障功能的完整性也很重要。近年来研究报道，个体间微生物结构的差异与肥胖、情绪等多种疾病有关。一些疾病往往伴随着肠道微生物群的变化，调节肠道微生物群可以认为是缓解疾病的有效方法。铁是大多数肠道细菌必需的微量元素，很多肠道细菌具有活跃的铁运输体系和其他清除铁的机制。为了从微环境中接收低浓度的铁，微生物群演化出了复杂的机制，如铁载体系统。研究表明，在没有肠道微生物群的情况下，很少有铁可以贮存在肠细胞中并运输到器官，原因可能是肠道微生物群通过调节上皮铁转运体影响铁的摄取、运输和贮存。为此，有研究人员提出，在食物中添加益生菌可能是一种增加铁吸收的方法。
到目前为止，只有少数研究报道了缺铁和补铁对肠道微生物群的影响。补充铁源可减少缺铁大鼠肠道微生物群中的肠杆菌数量，而增加断奶仔猪的肠杆菌数量。用固定化肠道微生物群接种的儿童体外结肠发酵模型实验表明，缺铁会使罗斯氏菌、梭状芽孢杆菌和拟杆菌的数量减少，乳酸菌和肠杆菌的数量增加，但在高剂量铁下的肠道微生物群组成和活性没有影响。所以，肠道微生物群与铁代谢的关系应进一步研究。福建农林大学的Hong He、Hui Teng、Lei Chen、Hongbo Song等在本研究首先研究了AOS-铁对IDA引起的盲肠、结肠组织损伤和肠道微生物群失调的治疗效果，试图阐明肠道微生物群与IDA生化参数的关系，包括血液代谢参数、铁含量、GSH-PX、T-AOC和MDA水平及体重等。
肠道微生物群的丰富性和多样性
饲喂低铁日粮4周后，肠道微生物群的操作分类单位（OTU）数和香农指数均有所下降（表1），尤其是贫血模型（AM）组和AOS-铁组的香农指数明显低于对照（NC）组（P＜0.05），说明IDA明显降低了肠道微生物群的相对丰度和多样性。但在补铁2周（第6周）后，AOS-铁组的OTU数和香农指数明显高于AM组（P＜0.05）。特别是继续补铁4周（第8周），低剂量（LD）组、中剂量（MD）组和高剂量（HD）组的OTU数和香农指数均恢复到正常水平，且3个AOS-铁组之间无明显差异（P＞0.05），说明即使是低剂量的AOS-铁也能有效改善肠道微生物群的丰富性和多样性。
表1 大鼠肠道菌群的丰度和多样性统计分析
此外，如图1所示，进行主成分分析（PCA）和主坐标分析（PCoA）来分析肠道微生物群的整体结构变化。PCA评分表明，与NC组相比，AM组的粪便微生物群表现出沿第一主成分（PC1）负方向的显著结构转变（图1A）。相反，AOS-铁的施用显著恢复了缺铁引起的沿PC1正方向的变化。总的来说，低铁饮食改变的粪便微生物群结构被AOS-铁部分逆转，尤其是在MD和HD组。与NC组相比，AM组大鼠的整体微生物群落结构发生了明显变化，而LD、MD和HD组的微生物群落结构与NC组相似，说明IDA大鼠与所有AOS-铁大鼠的微生物群落结构存在明显差异（图1B）。此外，MD组和HD组的肠道微生物群落结构更接近正常大鼠。所以，PCoA进一步验证了PCA的结果。
A. PCA分析；B. PCoA分析。
图1 不同大鼠肠道菌群的多样性分析
肠道微生物群的构成
为了评估AOS-铁对粪便微生物群组成的影响，利用基于Illumina MiSeq平台的高通量测序技术，对粪便样品中16S rRNA基因的V3～V4区进行测序。在门水平上，不同组别的肠道微生物群的相对丰度如图2所示。一般来说，肠道微生物群主要包括3个门水平，其中以厚壁菌门为主，其次是拟杆菌门和变形菌门。在缺铁4周后，与NC组相比，AM组厚壁菌门的相对丰度下降，拟杆菌门和变形菌门的相对丰度增加。但经过2周的AOS-铁干预后（第6周），AOS-铁干预组与AM组相比，厚壁菌门的相对丰度增加，变形菌门的相对丰度减少，尤其是MD组和HD组厚壁菌门和变形菌门的相对丰度与NC组相似。另一方面，放线菌、蓝细菌、软壁菌门和梭杆菌门的丰度没有显著变化。AOS-铁干预4周（第8周）后，AOS-铁组的肠道微生物群特征与喂养2周AOS-铁饮食的大鼠相似，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度进一步提高。因此，AOS-铁干预4周后，按低、中、高剂量喂养，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度恢复到接近正常水平。
图2 在第4、6、8周时门水平的大鼠肠道菌群的相对丰度
属水平的元基因组分析显示，低铁饮食诱导的IDA改变了肠道微生物群的组成，但AOS-铁的干预抑制了这一不利情况（图3）。在第6和第8周周末，分别鉴定出65个（图3A）和67个（图3B）属水平的细菌，这些细菌受到缺铁或补充AOS-铁的显著影响。与补充AOS-铁2周（第6周）的组相比，多喂2周补充剂（第8周）可显著促进乳酸菌、粪芽孢菌属、双歧杆菌、厌氧棍状菌属、Anaerostipes、Butyricimonas、瘤胃球菌属的相对丰度，尤其是HD组（P＜0.05）；相反，AOS-铁组中的拟杆菌属、链球菌属、变形杆菌属、Parabacteroides、摩根菌属、梭杆菌属、沙雷氏菌属、萨特氏菌属、嗜胆菌属、肠球菌较AM组明显减少（P＜0.05）（图3）。这些结果表明，AOS-铁对调节低铁饮食引起的肠道微生物群失调有积极作用。
A.饲养6周的大鼠粪便样品；B.饲养8周的大鼠粪便样品。
图3 基于相对丰度的属水平粪便微生物群的热图
本研究通过Spearman相关分析，研究AOS-铁对IDA大鼠肠道组织和微生物群的影响，并探讨肠道微生物群与铁代谢紊乱的关系。补充AOS-铁4周后，中、高剂量AOS-铁能有效修复盲肠和结肠组织病变。低剂量AOS-铁能使肠道微生物群多样性增加至基线，有益微生物群丰富，潜在机会性病原体减少。Spearman相关分析表明，生化参数，期望MDA含量与SMB53、厌氧棍状菌属、Anaerostipes和粪芽孢菌属呈正相关，但与摩根菌属、梭杆菌属和沙雷氏菌属呈负相关。肠道微生物群的改善使铁代谢紊乱恢复到正常水平。总之，本研究表明，AOS-铁通过刺激肠道微生物群赋予宿主额外的健康益处。
Beneficial effects of AOS-iron supplementation on intestinal structure and microbiota in IDA rats
Hong Hea,1, Hui Tenga,1, Qun Huanga,b, Dan Hea, Fengping Ana,b, Lei Chena,*, Hongbo Songa,b,*
a College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China
b Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology in Special Starch, Fuzhou 350002, China
1 Authors contributed equally to this work.
*Corresponding authors.
chenlei841114@hotmail.com
Abstract
The objective of this study was to investigate the effects of agar oligosaccharide-iron (AOS-iron) on intestinal tissue pathology and microbiota in IDA rats induced by a low-iron diet, further to find the relationship between intestinal microbiota and iron metabolic disorders. After 4 weeks of AOS-iron supplementation, the fecal iron content of IDA rats markedly increased in a dose-dependent manner, only the damaged cecum and colon tissues in medium-dose (MD) and high-dose (HD) groups were repaired to the baseline, while the diversity of gut microbiota was improved even at low dose (LD). Furthermore, the supplementation of AOS-iron altered the composition of gut microbiota. At the genus level, the beneficial microbiota was enriched in AOS-iron groups, but the relative abundance of potential opportunistic pathogens obviously reduced compared to that in the anemia model (AM) group. Spearman’s correlation analysis revealed that biochemical parameters, including blood metabolic parameters, iron contents, body weight, GSH-PX and T-AOC activity, were positively correlated with SMB53, Anaerotruncus, Anaerostipes and Coprobacillus but negatively correlated with Morganella, Fusobacterium and Serratia. These findings indicated that AOS-iron effectively repaired the damaged intestinal tissue and ameliorated iron metabolic disorders by regulating gut microbiota desirably, which could provide references for the treatment of IDA.
该文章《Beneficial effects of AOS-iron supplementation on intestinal structure and microbiota in IDA rats》发表于Food Science and Human Wellness 2021年第1期23-31页。点击下方阅读原文即可查看摘要原文。
翻译：梁安琪；编辑：袁艺；责编：张睿梅
图片来源于文章原文及百度图片
