试验设计

 试剂和饮食：低聚木糖；木二糖（X2）；木三糖（X3）；木四糖（X4）；木五糖（X5）；四种半纯化饮食；低脂饮食（LFD）、高脂饮食（HFD）、含5%XOS的HFD（LXD）和含10%XOS的HFD（HXD），饮食组成见表1。

 XOS成分的分析：使用薄层色谱法（TLC）和高效液相色谱法（HPLC）对XOS的组成进行鉴定和定量；HPLC分析发现，XOS主要由56%的X2、42%的X3和2%的X4组成（图1）。

 动物实验：选择36只雄性C57BL/6J小鼠（8周龄，体重=20-21克），经过一周的适应性训练，将小鼠随机分为四组（每组9只），分别喂食四种食物中的一种，即LFD、HFD、LXD和HXD，为期12周；将小鼠安置在塑料笼子里（每个笼子3只），温度为23℃，光暗周期为12/12小时，每2天给予小鼠新鲜的食物，并允许小鼠自由地获得食物和水；每2天记录一次食物消耗量，每3周测量一次体重，在第12周收集粪便；在第12周结束时，所有的小鼠禁食12小时，在异氟烷吸入麻醉后处死，通过心脏穿刺获得血样，放入含有肝素的试管，取出器官，称重并保存在-80℃以备进一步分析。

 口服葡萄糖耐量试验（OGTT）：在第0、3、6、9和12周末，小鼠禁食6小时，口服2 g/kg体重的葡萄糖，进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）；用便携式血糖仪在0、30、60、90和120分钟测定尾静脉血的血糖水平，绘制葡萄糖浓度-时间曲线以检测血糖水平的变化，并计算OGTT的曲线下面积（AUC）。

 血浆脂质组学分析：在100 μL血浆样品中加入300 μL甲醇和1 mL甲基叔丁基醚（MTBE）进行代谢物提取；在12000 rpm下离心10分钟后，收集上清液并转移到小瓶中进行分析。

 粪便中16S rRNA基因的测序分析：使用QIAamp^® DNA Mini Kit（Qiagen, Valencia, CA, USA）提取粪便样品中的细菌总DNA；使用Nano-Drop 1000分光光度计（Nano-Drop Technologies, Wilmington, DE）检测提取的DNA的质量和数量；使用商业正向引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和反向引物806R（5′-GGACTACHVG GGTWTCTAAT-3′）对V3-V4区域的16S rRNA基因进行扩增；扩增子用AxyPrep DNA凝胶提取试剂盒（Axygen Biosciences, Union City, CA, USA）进行纯化，并用QuantiFluor™ST（Promega, USA）进行定量；测序工作在上海迈瑞生物医药科技有限公司进行。使用Trimmomatic v0.33对微生物组数据进行处理；使用UPARSE对相似度为97%的操作分类单位（OTU）进行聚类，使用UCHIME识别并删除嵌合序列；用RDP分类器算法对照Silva（SSU123）16S rRNA数据库，用70%的置信度阈值分析每个16S rRNA基因序列的分类学。通过计算Chao 1和Shannon指数评估Alpha多样性；测序深度的合理性和效率用稀疏分析来确定。Beta多样性通过计算未加权UniFrac距离并通过原理坐标分析（PCoA）图进行可视化评估，并通过层次聚类分析来呈现微生物群落之间的差异。通过线性判别分析效应大小（LEfSe）来区分四组中的关键属种，线性判别分析（LDA）显著性阈值≥4.0，数据在Majorbio I-Sanger云平台（www.i-sanger.com）的免费在线平台上进行分析。

试验结果

（1）补充XOS对身体和器官重量的影响

 由表2可知，四组小鼠之间在食物摄入和能量消耗方面没有明显的差异，尽管开始时所有组别都使用了体重相近的小鼠，但12周后，HFD组的小鼠的体重明显高于LFD组；用HFD喂养的小鼠平均体重比正常咀嚼饮食的小鼠高36.86%，表明高脂饮食能够诱导肥胖症，且与HFD组相比，LXD和HXD组小鼠的平均体重明显较轻；LXD组和HXD组小鼠的平均体重分别比HFD组小鼠的平均体重低12.22%和26.33%；各组小鼠的心脏、肾脏和睾丸等器官的重量没有明显差异，但HFD组小鼠的肝脏重量比HXD组重24.88%，说明XOS可以减少肝脏中的脂质沉积；HFD组小鼠的附睾脂肪、肾周脂肪和肠系膜脂肪重量比HXD组高51.00%、59.63%和67.77%，表明XOS能够影响身体的脂质代谢。

（2）补充XOS对葡萄糖耐量的影响

 如图2所示，喂食不同饮食前所有组别的小鼠在血液中显示出类似的反应，在口服葡萄糖后30分钟出现峰值，且各组之间的葡萄糖AUC和空腹血糖水平没有明显差异，而用不同的饮食喂养12周后，差异显著；HFD组的小鼠在口服葡萄糖后30分钟的血糖水平比HXD的高24.20%，表明葡萄糖耐量受损，此外，与HXD组相比，HFD组的葡萄糖AUC显著升高。

（3）补充XOS对血浆代谢物的影响

 如图3A所示，PLS-DA模型分析的数据显示，LFD、HFD、LXD和HXD组的小鼠产生的这些代谢物落在不同的区域（R²Y=0.648，Q²=0.283）；OPLS-DA分析显示，与LFD（R²Y=0.849，Q²=0.3）（图3B和D）和HXD（R²Y=0.968，Q²=0.731）组相比，HFD组小鼠的血浆代谢模式明显改变。

 由表3可知，在有或没有XOS的情况下，用高脂饮食喂养的小鼠血浆中31种脂质的比例发生了明显的变化，这些脂质分子属于神经酰胺、甘油一酸酯、二酰甘油、甘油磷脂、甘油磷酸甘油酯和神经鞘磷脂类，且这种变化与XOS的剂量有关；HFD中XOS的补充主要降低了某些脂质的含量，降低幅度为2-6倍，尽管与HFD组相比，在HXD组也观察到一些脂质水平的增加。

（4）XOS对肠道微生物群的影响

 实验结束后收集新鲜粪便样本，从24个样本中共获得1337157条细菌16S rDNA基因V3-V4区的高质量序列，序列的平均读数为55715，范围为33689至74444；所有的序列被聚类为502个OTU，相似度为97%。图4A显示，在实验结束时，喂食HXD的小鼠比喂食HFD的小鼠的Chao 1指数显著下降，表明10%的XOS补充导致微生物群落的丰富度下降；图4B显示，相比之下，LXD和HXD与HFD相比没有改变Shannon指数，表明饮食中XOS的补充没有改变微生物群落的多样性；图4C显示，基于Unweighted UniFarc原理坐标分析（PCoA）的β多样性分析表明，LFD、HFD和两个XOS处理组之间的肠道微生物群有明显的集群；此外，图4D显示，分级聚类分析的结果可以将XOS组与LFD和HFD组明确分开。

 如图5A所示，在HFD组中，与LFD组相比，厚壁菌门的丰度和厚壁菌门与拟杆菌门的比例（F/B）有所增加，而补充XOS则部分逆转了高脂引起的变化；图5B显示，在科水平上，与LFD相比，HFD降低了双歧杆菌的丰度，而HXD可以逆转HFD引起的影响。此外，在HFD中补充10%的XOS也可以增加Lachnospiraceae的丰度。为了确定在属水平上对4种试验饮食反应不同的特定细菌系统类型，采用了LEfSe分析，以4作为LDA得分的阈值，图5C显示，与HFD组相比，观察到双歧杆菌、Lachnospiraceae_NK4A136_组和Roseburia在HXD组的丰度明显增加，综上所述，结果表明，补充XOS可以调节HFD饮食下小鼠的肠道菌群变化。

试验结论

       本研究结合血浆代谢谱和肠道微生物群分析，研究了XOS在小鼠中的抗肥胖活性和可能的机制，研究结果表明，在饮食中补充5%和10%的XOS可以显著减缓体重的增加并改善葡萄糖不耐受；脂质组分析显示，血浆中的31种代谢分子，特别是神经酰胺和二酰甘油的种类发生了变化，这与XOS的补充有关。此外，肠道微生物群分析显示，XOS改变了肠道微生物群的组成，使双歧杆菌属、Lachnospiraceae_NK4A136_group和Roseburia的相对数量增加，总之，补充XOS可以减少肥胖症的发展，改善葡萄糖耐受不良，并改变血浆脂质谱和肠道微生物群组成。

参考资料：

Zhang C ,Abdo A A A ,Kaddour B , et al.Xylan-oligosaccharides ameliorate high fat diet induced obesity and glucose intolerance and modulate plasma lipid profile and gut microbiota in mice[J].Journal of Functional Foods,2020,64103622-103622.