【Cell】肠道菌群在此处不要动，，，，且等我买个橘子
前言
今夏各地的极端高温已经一连了快要2个月，，，，高温干旱天气影响果树等农作物生长。。天气转变将导致全球生齿粮食；；；；，，，，而西方国家的饮食习惯使大宗的副产品植物纤维被铺张。。经由简朴食物加工要领爆发的副产品植物纤维着实是多种自然爆发的具有心理活性分子的生物贮存库。。来自圣路易斯华盛顿大学Nathan D. Han的研究团队从环保的角度出发，，，，展现了人类肠道菌群能够从柑橘纤维中释放并使用N-甲基-5-羟色胺，，，，镌汰肥胖，，，，改变肝糖天生，，，，缩短肠道运输时间并改变肝脏和结肠中调理昼夜节律的基因表达，，，，为使用膳食纤维建设康健饮食结构提供了新的战略和看法。。
配景先容
生齿增添、天气转变带来的生涯威胁以及与之相关的情形可一连性挑战使人们将注重力集中在粮食生产上，，，，包括对粮食生产历程中爆发的大宗无机和有机副产品的治理。。植物纤维代表了一个潜在的重大且大部分未确定特征的自然分子贮存库，，，，可能具有增进康健的作用。。
全球每年年产大宗柑橘。。工业加工柑橘总重量的近一半用于生产果汁并爆发数万万吨柑橘废物。。提高柑橘废物价值的一个战略是通过提取有价值的化合物，，，，包括精油、黄酮类化合物、果胶和膳食纤维。。
现在普遍的研究批注人类肠道菌群对机体有主要作用，，，，它们能影响体重和消化能力、抵御熏染和自体免疫疾病的患病危害等。。肠道菌群还能够识别膳食纤维因素中的代谢产品，，，，增添膳食纤维摄入量与改善康健状态之间的关联已被普遍认可。。
5-羟色胺是一种主要的神经递质，，，，被普遍的以为能够调解情绪和睡眠，，，，并能够改善胃肠道功效。。N-甲基-5-羟色胺与5-羟色胺结构相似，，，，本文中对其功效举行进一步的研究。。
亮点要素
01 被扬弃的植物纤维中难接触的化合物被肠道微生物释放
02 柑橘纤维中的N-甲基-5-羟色胺的释放具有物种水平的特异性
03 N-甲基-5-羟色胺影响无菌小鼠的肥胖、代谢和肠道运动
04 N-甲基-5-羟色胺和细菌碳水化合物活性酶在食用柑橘纤维的人类中是相关的
研究内容
01
作为表征肠道细菌类释放纤维相关生物活性因素的起点，，，，研究者选择了一种商业化食物级柑橘纤维泉源，，，，该泉源来自榨汁历程的副产品，，，，没有经由化学处置惩罚及提取，，，，对原始生物因素保存较好。。接下来对2组成年C57BL/6J无菌小鼠定植了测序获得的人类肠道14个菌株组成的菌群，，，，另2组小鼠坚持无菌。。这4组小鼠在添加或不添加10%橘纤维的情形下，，，，自由喂食21日的高饱和脂肪、低水果和蔬菜膳食（HiSF-LoFV膳食饲料）。。对获取的盲肠内容物举行LC-Qtof-MS/MS剖析显示，，，，在食用增补橘纤维饮食的定植小鼠中，，，，与其他3个实验组相比，，，，盲肠内容物中有116个特征增添至少3倍。。其中N-甲基-5-羟色胺显著特征仅在喂食增补橘纤维饮食的定植小鼠中大宗保存，，，，并且在14个定植的菌株中，，，，卵形拟杆菌菌株和狄氏副拟杆菌释放N-甲基-5-羟色胺量最高。。随后研究者对其他农作物中的N-甲基-5-羟色胺含量举行检测，，，，包括玉米、小麦、水稻和木薯等全球主要粮食以及美国常见的水果和蔬菜，，，，却只在三个泉源的样本中检测到，，，，显示了柑橘纤维的特殊性。。
Figure1. Colonization and orange-fiber-dependent accumulation of N-methylserotonin in the intestines of gnotobiotic mice.
02
为了探索N-甲基-5-羟色胺的宿主效应，，，，研究者首先检测了它是否能在小鼠体内代谢。。效果批注，，，，小鼠不可直接代谢N-甲基-5-羟色胺。。后续实验中给12周龄无菌C57BL/6J小鼠喂食未增补橘纤维的HiSF-LoFV饮食，，，，并通过其饮用水特殊给予N-甲基-5-羟色胺21日。。与未经治疗组相比，，，，口服较高量的N-甲基-5-羟色胺使附睾脂肪量显著镌汰、肝糖原显著增添、代谢前体尿苷等显著镌汰、糖原剖析/糖异生形成要害代谢中心产品也显著镌汰。；；；；谡庑┬Ч，，，，研究者检测了受试小鼠肝脏和结肠中的基因表达，，，，发明差别基因与昼夜节律和脂肪酸相关的GO生物通路相切合。。有研究批注与昼夜节律相关的基因在协调结肠运动的肠肌丛中表达，，，，研究者又对受试鼠胃肠道传输时间举行了检测。。实验效果显示，，，，N-甲基-5-羟色胺能显著镌汰肠转运时间/增添运动能力。。
Figure 2. Effects of orally administered N-methylserotonin in germ-free mice.
03
研究者筛选了24种其他系统发育多样性的人类肠道细菌菌株，，，，但没有一种菌株爆发了大宗的N-甲基-5-羟色胺。。并且卵形拟杆菌菌株和狄氏副拟杆菌都不可爆发高水平的N-甲基-5-羟色胺。；；；；谡庑┨逋庋芯啃Ч，，，，继续使用这两种菌株在三组成年C57BL/6J无菌小鼠中定植，，，，效果显示各联合体内的所有菌株均能在受体动物上定植。。定植4个菌群的小鼠总生物量比定植14个菌群的动物低2倍。。对粪便样天职析显示，，，，定植4/14个菌群小鼠中，，，，N-甲基-5-羟色胺水平高于10个菌群组，，，，体重增添和附睾脂肪垫质量显著较低，，，，肠道传输时间也显著镌汰。。该效果显示了人体肠道细菌菌株从添加橘纤维的HiSF-LoFV饮食中释放N-甲基-5-羟色胺的特异性和宿主心理效应。。
Figure 3. Specificity and host physiologic effects of N-methylserotonin release from the orange-fiber-supplemented HiSF-LoFV diet by human gut bacterial strains in vivo.
04
研究者接纳较量基因组学和功效基因组学要领来表征从橘纤维中释放N-甲基-5-羟色胺的机制。。为了判断与N-甲基-5-羟色胺释放相关的基因，，，，对所有12株卵形拟杆菌举行了基因组测序，，，，并注释了所有已知或展望的编码卵白，，，，确定了133个基因。。橘纤维中含有高半乳糖醛酸、鼠李半乳糖醛酸、木聚糖和阿拉伯糖等结构。。而拟杆菌属具有多个多糖使用位点。。这些位点编码的卵白质加入种种糖结构的连系和输入，，，，以及催化其降解的碳水化合物活性酶。。研究者发明卵形拟杆菌TSDC 17.2株和115株的多糖使用位点守旧性和共向性均很高，，，，可以通过表达聚糖的降解酶来释放纤维中的N-甲基-5-羟色胺，，，，而人类基因组中缺乏这种酶，，，，这种酶起到了分子铰剪的作用，，，，可以剖析橘纤维中的重大糖类结构释放N-甲基-5-羟色胺。。
Figure4. In vitro B. ovatus strain-specific N-methylserotonin‘mining’phenotypes and identification of candidate genes involved in its release from the OF preparation.
05
为了评估这些体外剖析和小鼠模子的效果对人类的可转化性，，，，研究者剖析了两项临床试验加入者的粪便样本。。对受试者给予柑橘纤维和豌豆纤维的零食，，，，评估采掘在差别配景饮食中是否稳健，，，，对橘纤维是否体现出特异性，，，，以及是否依赖于摄入的橘纤维量。。效果批注，，，，摄入柑橘纤维零食的与摄入豌豆纤维零食的人群相比有着较高水平的N-甲基-5-羟色胺，，，，卵形拟杆菌的品貌在食用时代有显著差别，，，，碳水化合物活性酶CAZyme基因（β葡聚糖/纤维素酶、半乳聚糖等）也显著上调。。综上所述，，，，临床效果展现了粪便中N-甲基-5-羟色胺的橘纤维特异性、剂量依赖性积累，，，，其中N-甲基-5-羟色胺的浓度与编码果胶聚糖靶点CAZymes的微生物组基因的品貌呈正相关。。
Figure 5. Dose-and fiber-dependent accumulation of N-methylserotonin of adult dizygotic twin pairs consuming fifiber snack food prototypes.
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