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    易科泰能量代谢测量技术—肠道菌群研究案例

    发布时间: 2020-04-22  点击次数: 706次

    近年来,肠道菌群的研究越来越热。肠道菌群与宿主共生,通过各种机制影响宿主新陈代谢功能,而且在动物和人体代谢产热过程中发挥重要作用,是代谢和疾病领域一个重要的研究方向,它不仅是医学基础研究,而且跟我们的生活健康密切相关。以肠道菌群为研究靶点,大量的果蝇、啮齿类动物、人体等相关的肠道菌群与代谢健康、能量平衡的研究被大量报道。

    由易科泰生态技术有限公司提供的高分辨率能量代谢测量技术可根据客户需求定制专业化的创新型呼吸代谢、能量代谢监测整体方案,如细胞-组织器官-试验个体至群体的代谢监测,并与红外热成像、高光谱、多光谱光声成像系统等连用同步分析数据。详情请咨询北京易科泰生态技术有限公司。

    典型案例1

    The role of gut microbiota in the regulation of standard metabolic rate in female Periplaneta americana[J]. Ayayee P A , Agustí Muñoz-Garcia, Keeney G D . Peerj, 2018, 6(4).

    对昆虫来说,标准代谢率(SMR)反映了其能量使用(用于生长和繁殖)与能量消耗(觅食、进食和消化)之间的平衡。美国肯特州立大学、俄亥俄州立大学生物科学系科研人员研究了饮食和抗生素对美洲大蠊SMR的同步影响,结果发现高蛋白碳水化合物比率喂养下细菌负荷的严重减少减少了两种饮食类型中雌性的SMR,认为肠道细菌在不同饮食条件下作为宿主能量消耗调节器有巨大的市场潜力。文中代谢实验通过SSI昆虫呼吸代谢系统进行测量,该系统不仅能够测量各代谢参数,还可以对原始代谢曲线进行实时分析处理。

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    标准代谢率(SMR)和肠道微生物负荷相关性

    类似关于果蝇肠道菌群的案例见:Dietary nutrient balance shapes phenotypic traits of Drosophila melanogaster in interaction with gut microbiotaY.HenryJ.OvergaardH.ColinetPhysiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2020,Volume 241. 文中实验使用16通道果蝇呼吸代谢系统研究果蝇的呼吸代谢情况,如下图呼吸商、氧气消耗等。

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    典型案例2

    The gut microbiome regulates host glucose homeostasis via peripheral serotonin. Alyce M. Martin, et al. PNAS. 2019,September 16.

    肠道微生物群是宿主代谢方面的既定调节器,如葡萄糖处理。尽管肠道微生物群对宿主葡萄糖平衡产生了已知影响,但基本机制尚不清楚。澳大利亚弗林德斯大学健康与医学研究所,加拿大McMaster University医学院内分泌学和代谢系,代谢、肥胖和糖尿病研究中心等机构研究认为,失调的肠道菌群可通过分泌次级胆汁酸刺激肠壁细胞大量分泌“快乐激素”——5-羟色胺,进而升高血糖水平,使得患者长期处于持续高血糖状态,导致糖尿病的发生发展。文中能量消耗试验是通过SSI实验动物能量代谢监测系统评估小鼠氧气消耗,二氧化碳排放、气体呼吸交换比率和休息能量消耗。

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    能量消耗(D)和呼吸交换比率(E)

    典型案例3

    Secretin-Activated Brown Fat Mediates Prandial Thermogenesis to Induce Satiation. Yongguo Li, Katharina Schnabl, Sarah-Madeleine Gabler, et al. Cell. 2018,November 15.

    肠道、大脑和褐色脂肪组织之间存在联系,褐色脂肪不仅仅是身体加热器。德国慕尼黑工业大学分子营养医学系等研究发现促胰液素激活的棕色脂肪组织可通过介导进食产热来调控饱食感,揭示了肠道-棕色脂肪组织-脑轴的摄食调控新通路,这项研究有助于通过分泌素靶向褐色脂肪或许对肥胖症预防和代谢疾病营养或药理学干预指出希望。

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    文中实验使用了便携式Foxbox便携式能量代谢仪与MSOT多光谱光声系统连用,详细使用方法参见:Non-invasive Measurement of Brown Fat Metabolism Based on Optoacoustic Imaging of Hemoglobin Gradients[J]. Reber J , Karlas A , et al. Cell Metabolism, 2018.

    典型案例4

    Incorporation of Therapeutically Modified Bacteria into Gut Microbiota Prevents Obesity[J]. Zhongyi Chen, Lilu Guo, Yongqin Zhang et al. J Clin Invest, 2014,124(8):3391-3406.

    代谢紊乱包括肥胖、糖尿病和心血管等疾病已成多发态势。肠道微生物群组合是导致个体易患这些疾病的一个重要因素。因而改变一个人的微生物群可以改善疾病。美国范德堡大学等研究人员通过SSI实验动物能量代谢监测系统实验研究表示,细菌可以在肠道中产生一种治疗性的化合物,抑制小鼠体重增加、胰岛素耐受性以及其它高脂肪饮食所引发的副作用。

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    pNAPE-EcN转基因菌株处理对小鼠能量消耗的影响

    因各种因素导致肥胖并使用SSI模块式能量代谢系统或Foxbox便携式能量代谢仪的部分案例如下:

    Myricetin-induced brown adipose tissue activation prevents obesity and insulin resistance in db/db mice. Hu T, Yuan X, Wei G, Luo H,Lee HJ, Jin W. Eur J Nutr. 2018.57(1):391-403(中国科学院动物研究所).

    A high salt diet inhibits obesity and delays puberty in the female rat[J]. Pitynski-Miller D , Ross M , Schmill M , et al. International Journal of Obesity, 2017.

    Short-term menthol treatment promotes persistent thermogenesis without induction of compensatory food consumption in Wistar rats: implications for obesity control[J]. Lillo V R C , Motzko-Soares A C P , Marchini A G , et al. Journal of Applied Physiology, 2018, 124(3):672-683.

    典型案例5

    Microbial regulation of organismal energy homeostasis. Cani, P.D., Van Hul, M., Lefort, C. et al. Nat Metab, 2019 (1)34–46.

    比利时布鲁塞尔卢万大学代谢和营养研究小组、卢万药物研究所等在Nature上详细介绍了肠道菌群与能量平衡的相关研究。肠道微生物重要的细菌代谢物短链脂肪酸作为宿主细胞的直接能量来源,刺激肠道激素的产生,并在大脑中作用调节食物的摄入量。其他微生物代谢物通过影响热生成和脂肪组织褐化来影响个体的能量消耗。文中呈现了大量证据,支持肠道微生物群疗法可用于调节宿主代谢健康,期望在不久的将来看到此类方法从实验室转移到临床应用中。

    需要说明的是,关于人体能量平衡(能量代谢)测量技术请参见易科泰能量代谢舱或人体能量代谢监测系统介绍及案例。