试验设计

       试验对象：7周龄的C57BL / 6J雄性小鼠。

       试验方法: 将小鼠随机分为6组，在前3周，三组饲喂AIN93M日粮（对照组），另外三组饲喂辅以0.2%腺嘌呤的AIN93M饮食以诱导CKD。在第三周结束时，停止腺嘌呤治疗，对照组（CNTR）和CKD小鼠接受补充低剂量（2％，XLD）或高剂量XOS（7％，XHD）的AIN93M饮食或对照AIN93M饮食，再喂养3周，实验设计流程见图1A。在第6周结束时，处死小鼠，收集血清和组织，检测肾脏标志物、炎症水平、尿毒症毒素、盲肠微生物组成和短链脂肪酸浓度等，并对肾脏进行组织学分析。

试验结果

（1）膳食XOS对腺嘌呤诱导的肾脏损伤的影响

       干预前：用腺嘌呤处理3周后，小鼠出现急性肾损伤，表现为血尿素氮（BUN）和肌酐水平升高，炎症和纤维化标志物的基因表达增加，水肿导致肾脏增大，体重减轻（图1A和图2）。将饮食改为不含腺嘌呤的对照饮食饲喂3周后，持续的肾脏损伤表现为BUN和肌酐水平持续升高（图1D，E）；组织病理学特征包括皮质的肾小管面积减少，肾小管扩张，局灶性肾小管上皮损伤/坏死，炎症细胞浸润和轻度纤维化（图2A、C、D），以及炎症细胞因子（Il6、Tnfα和Mcp1）、M2巨噬细胞（Fizz-1、Arg和Ym1）和纤维化标志物（Col1A1和结缔组织生长因子[Ctgf]）的基因表达增加（图4）。

       干预后：在CKD小鼠中，XOS（2％和7％）的干预降低了BUN和肌酐水平（图1B、D、E），并促进了肾小管的再生（图2B、E、F）。通过Masson's trichrome染色和纤维化标志物Col1A1和Ctgf的基因表达，XOS（2%和7%）的处理减少了CKD小鼠的间质纤维化（图3和4A、B）。在CKD小鼠中，Il-6和Fizz-1的表达水平也因XOS的干预而显著下降（图4C、F）。

（2）膳食XOS对盲肠中微生物组成的影响

       对照组（CNTR）和CKD小鼠的α多样性指数（Chao1和Shannon）相似（图5A、B），而饲喂含7%XOS的饮食后，CKD小鼠的物种丰富度（Chao1）显著下降（图5A）。当使用由β多样性分析产生的未加权和加权UniFrac距离指标来检测组间距离时，不同实验组的小鼠倾向于形成不同的聚类（图5C、D）。

       在门水平上，在第6周结束时，对照组和CKD小鼠之间的细菌丰度无显著性差异（表1）。XOS干预后，放线菌门的丰度在对照组和CKD小鼠中都表现出下降的趋势（表1）。

       在属水平上，共有9个菌属在CKD小鼠中富集（图6A），补充XOS后显著降低了6个菌属的丰度，包括Clostridium, unclassified Erysipelotrichaceaegenus、Staphylococcus、Dorea、Allobaculum和乳酸菌属（图6B、D、F-I），但没有降低Coprobacillus、Ruminococcus和Blautia（图6C、E、J）。

（3）XOS干预对CKD小鼠盲肠细菌预测功能的影响

       如图7A所示，对照组小鼠的盲肠细菌显示出丰富的细胞运动和信号转导KEGG通路，而CKD小鼠的盲肠细菌富含12条特征性的KEGG通路。在这12条途径中，有10条在低剂量和/或高剂量XOS的补充下有所减少，包括癌症、碳水化合物代谢、遗传信息处理、免疫系统、传染病、代谢性疾病、信号分子和相互作用、萜类和聚酮类化合物的代谢、翻译、复制和修复（图7B-M）。

（4）盲肠短链脂肪酸浓度

       对照组和CKD小鼠盲肠中短链脂肪酸的浓度无显著差异，两种剂量XOS处理的CNTR小鼠和高剂量XOS处理的CKD小鼠都导致了盲肠SCFAs总量、乙酸和丁酸浓度的增加（表2）。在CNTR小鼠中，XOS增加了丙酸的浓度，但对CKD小鼠没有影响（表2）。在CNTR和CKD小鼠中，XOS的补充没有改变血清中SCFAs的浓度（表3）。然而，与CNTR小鼠相比，无论是否补充XOS，CKD小鼠血液中的丁酸水平显著升高，而丙酸浓度则显著降低（表3）。

（5）XOS干预对尿毒症毒素的影响

       与对照组相比，CKD小鼠血清中硫酸吲哚盐和对硫甲酚的水平显著升高（图8A、B），XOS的干预完全地降低了对照组和CKD小鼠血清中的对硫甲酚的浓度。对硫甲酚来源于大肠中酪氨酸的细菌发酵/代谢。使用PICRUSt评估因细菌组成变化引起的代谢变化，证实CKD小鼠的酪氨酸代谢显著增加，而XOS的干预扭转了这种趋势（图8A、C）。

（6）肾功能与盲肠细菌、循环和盲肠SCFAs的关系 

       11种细菌与BUN（图9）、12种细菌与血清肌酐（图10）之间存在显著的正相关关系。其中有9种细菌与BUN和血清肌酐水平都呈正相关，包括Peptostreptococcaceae、Staphylococcus、Ruminococcus、乳杆菌属、Mogibacteriaceae、Clostridiaceae、Dorea、Coprobacillus、Blautia、Clostridium和Erysipelotrichaceae；Dehalobacterium属与BUN呈显著负相关关系。血清中的丙酸以及盲肠中的SCFAs与BUN和血清肌酐呈负相关关系。然而，血液循环中的丁酸与BUN和血清肌酐之间有很强的正相关关系。

（7）XOS干预对微生物防御相关基因表达的影响

       与CNTR小鼠相比，CKD小鼠回肠中抗菌肽（Defa5）的基因表达明显较高，被XOS处理后有下降的趋势（图121A）。未分类的S24-7属的相对丰度与Defa5的表达水平成反比（图11E）。

试验结论

       试验表明，益生元XOS干预可以改善CKD小鼠的肾功能，并可引起盲肠菌群组成和功能的显著变化。通过改善肠道微生物群、提高SCFA浓度和减少细菌性尿毒症毒素，饮食XOS干预可能是缓解CKD进展的潜在治疗方法。

参考资料：

Jieping Yang, Qing Li.et al. Effects of Prebiotic Fiber Xylooligosaccharide in Adenine-Induced Nephropathy in Mice[J]. Molecular Nutrition & Food Research, 62, 1613-4125, 2018