试验设计

 在补充有短链脂肪酸（SCFA）的快速厌氧菌肉汤（FAB）中对F. prausnitzii进行体外培养，在10 ml FAB+SCFA培养基中添加0.5% （w/v %）的XOS或不添加XOS，培养19、20.5、22和23.33小时后，用MultiskanFC光度计测定XOS对两种市售的F. prausnitzii菌株（ATCC-27766和DSM A2-165）的影响。

 采用10~12周龄的雄性Wistar大鼠作为试验研究对象，将大鼠随机分为4组，HFD组（高脂饮食组，60%的能量来自脂肪）、HFD+XOS组（补充0.12% XOS的HFD组）、LFD组（对照组=低脂饮食组，10%的能量来自脂肪）和LFD+XOS组（补充0.12% XOS的LFD组），每组10只，自由饮食，干预12周，研究期间，每周进行体重、体成分和食物摄入量测定，通过呼吸气体中的氧气和二氧化碳，间接测量代谢能力。

 干预结束，穿刺抽血安乐死，采用KONELAB 20XTi分析仪测定血清葡萄糖、甘油三酯、游离脂肪酸、甘油、胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、天冬氨酸转氨酶(AST)和丙氨酸转氨酶(ALT)水平；采用IMMULITE分析仪测定血清胰岛素；采用ELISA试剂盒测定细胞因子；收集肝脏、肠道组织，进行组织学检查；收集近端结肠和盲肠内容物，提取DNA，对F. prausnitzii进行实时荧光定量PCR；通过16S rRNA基因测序，进行细菌菌落分析，确定细菌组成；提取盲肠代谢物，进行鉴定与分析；测定肝脏脂肪含量及3-羟酰基辅酶A脱氢酶活性；通过高分辨率呼吸仪测定肝脏线粒体功能分析肝脏糖代谢率；提取肝脏和脂肪组织的总RNA，转录为cDNA，进行实时PCR分析。

试验结果

（1）XOS促进F. prausnitzii的生长

 如图1所示，DSM A5-165菌株在对照组和XOS处理组之间的差异是显著的（P<0.05），但在ATCC-27766菌株中没有差异。在大鼠中，经过12周的XOS补充，与不添加XOS的HFD和LFD相比，F. prausnitzii的丰度显著增加。

（2）通过增强脂肪和葡萄糖代谢而降低肝脏脂肪含量

 如图2所示，与LFD组相比，HFD组增加了甘油三酯水平（p＜0.001），与HFD组相比，HFD+XOS组的甘油三酯水平降低（F（1，0.8）=6.5，p=0.017），与LFD组相比，LFD+XOS组则增加了肝脏甘油三酯。在组间比较中，只有LFD+XOS的肝脏胆固醇含量显著高于LFD（p=0.015），表明XOS对总肝脏胆固醇有交互作用（p=0.001）。

 如图3所示，XOS提高了β-HAD在HFD组中的肝脏活性（F（1，36）=4.5，p=0.041），HFD组降低了最大电子运输量（p=0.034），还降低了理论上可用于氧化磷酸化的最大电子传递能力（p=0.023），以及通过复合物I（p=0.019）和复合物I和II（p=0.013）的氧化磷酸化之外的储备电子传递能力。补充XOS似乎改善了HFD组对线粒体呼吸的影响，与HFD组相比，HFD+XOS组增加了通过复合物I的电子流产生ATP的呼吸能力（p=0.023），并改善了通过复合物I和氧化磷酸化的电子传递耦合（p=0.041）。

 如图4所示，HFD组降低了SCD1（饮食的影响：F（1，36）=97.5，p<0.001）和DGAT2（饮食的影响：F（1，35）=8.7，p=0.006）的肝脏mRNA表达，但XOS对其没有影响。

（3）XOS不影响肠道微生物群的多样性，但会改变三个微生物属的相对丰度

 如图5所示，XOS并不影响结肠或盲肠肠道微生物群的α-多样性（图5a）或β-多样性。

 如图6所示，在属的水平上，HFD+XOS组中Dubosiella和Christensenellaceae的未培养成员最低，普雷沃氏菌科NK3B31组最高（所有p=0.01）。

（4）XOS改善了HFD诱导的肠道损伤和近端结肠的炎症标志物，但不影响肠道Tjp1（紧密连接蛋白）、肝脏IL1β mRNA或全身性炎症的发生

 如图7所示，在近端结肠的组织病理学检查中，发现饮食和XOS对表面上皮损伤（p＜0.001）、杯状细胞增生（p=0.001）、隐窝长度变形（p＜0.001）和损伤评分（F（1，35）=90.4，p＜0.001）有交互影响，XOS减少了HFD组引起的上皮损伤，而在LFD上，XOS增加了损伤（P＜0.001），还增加了单核细胞聚集，即白细胞对固有层的浸润（p=0.021），但对固有层的淋巴细胞聚集，即隐窝结节或大颗粒的淋巴细胞没有影响。

 如图9所示，TNFα低于检测限，即在HFD组中，<2.72 pg/mL，在LFD组的10只大鼠中，只有3只被检测到，饮食对TNFα的影响无法确定，与LFD组相比，HFD降低了抗炎性IL-10的血清水平（F（1，33）=18.0，P<0.001），HFD+XOS组变化不大，没有发现饮食对mRNA表达的影响。

（5）HFD对盲肠SCFA谱有有害影响，在HFD中，XOS降低盲肠异戊酸和酪氨酸水平

 如表1所示，与LFD组相比，HFD组盲肠中SCFAs的含量较低。

 如图10所示，XOS降低了盲肠酪氨酸的水平（F（1，36）=7.7，P=0.009）；XOS和饮食对异戊酸有交互作用（F（1，36）=6.0，p=0.012），在HFD组中，XOS对其有显著的降低作用（F（1，36）=8.2，p=0.007）；包括SCFAs在内的几种盲肠代谢物与肝脏甘油三酯的含量呈负相关，已知能促进氧化代谢的代谢物，如烟酸、丁酸和2-氧代戊二酸，与肝脏氧化磷酸化呈正相关，与甘油三酯含量呈负相关。

（6）HFD减少了大鼠的能量消耗，而饮食和XOS对能量消耗有交互影响

 如图11所示，HFD减少了平均能量消耗（饮食的主效应：白天，p＜0.001；夜间，p＜0.001），XOS和饮食对夜间最低静息能量消耗有交互影响（p=0.008），白天的趋势类似（p=0.071）；在夜间，HFD降低了静息能量消耗，但XOS增强了它，而在LFD组上，XOS减少了静息能量消耗，与HFD组相比，LFD组在30分钟内有较高的最低昼夜能量消耗（P=0.001）；在夜间，LFD组的平均能量消耗比HFD高（P=0.01）；在白天（p<0.001）和夜间（p=0.001），LFD组的平均CO₂产生量比HFD组高。HFD减少了夜间（p＜0.001）和白天（164.7，p＜0.001）的CO₂产生；饮食对所有测量的昼夜RQ值有显著影响，LFD组的RQ值高于HFD组；XOS和饮食的交互作用对白天和夜间的RQ值有显著影响（所有的P<0.001）。

（7）XOS不影响典型的非酒精性脂肪肝相关标志物或身体成分，但对能量摄入有交互影响

 如表2所示，与LFD组相比，HFD组增加了血清甘油三酯、AST和ALT的水平，HFD还倾向于增加游离脂肪酸（F（1，36）=3.8，p=0.059），而XOS倾向于增加甘油三酯（F（1，35）=3.2，p=0.083）。

 如图12所示，饮食或XOS对肠系膜脂肪组织中脂联素mRNA的表达没有主要影响，但在LFD上，XOS增加了它的表达（F（1，34）=4.6，p=0.04），瘦素不能从肠系膜脂肪组织中准确地检测出来；在附睾脂肪组织中，饮食而不是XOS对瘦素（F（1，36）=25.5，p＜0.001）和AdipoQ（F（1，36）=8.9，p=0.005）mRNA的表达有影响，HFD使两者的表达减少。

试验结论

 总之，本文研究了XOS对高脂饮食诱导的大鼠肝脏脂肪变性的影响。研究发现，XOS能够增加肠道微生物群中F. prausnitzii的丰度，且不影响肠道微生物群的多样性，但会改变三个微生物属的相对丰度，并通过增强肝脏β-氧化和线粒体呼吸来改善肝脏脂肪变性。尽管XOS对整体肠道微生物群的影响较小，但其在HFD组中显著降低了肝脏中的甘油三酯含量，并提高了β-HAD的活性，从而促进了脂肪酸的氧化。此外，XOS还改善了HFD引起的结肠损伤和炎症标志物，但并未影响肠道紧密连接蛋白Tjp1的表达。以上结果表明，XOS可以通过改善肝脏氧化代谢和影响肠道菌群来改善非酒精性脂肪肝。

参考资料：

Lensu S, Pariyani R, Mäkinen E, et al. Prebiotic Xylo-Oligosaccharides Ameliorate High-Fat-Diet-Induced Hepatic Steatosis in Rats[J].Nutrients. 2020, 12(11):3225.