文章標(biāo)題：Reno-Protective Effect of Low Protein Diet Supplemented With α-Ketoacid Through Gut Microbiota and Fecal Metabolism in 5/6 Nephrectomized Mice
發(fā)表期刊：Frontiers in Nutrition
影響因子：6.59
作者單位：復(fù)旦大學(xué)附屬閔行醫(yī)院
百趣生物提供服務(wù)：非靶標(biāo)代謝組學(xué)，16S

代謝組學(xué)分享—研究背景
代謝組學(xué)分享，慢性腎病(Chronic kidney disease, CKD)影響著全球近8.5億人，其發(fā)病率和死亡率都很高。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白飲食(low protein diet, LPD)通過減輕腎小球高濾過產(chǎn)生氮廢物的工作狀態(tài)，延緩CKD發(fā)展。代謝組學(xué)分享，鑒于LPD存在潛在副作用，如氨基酸供應(yīng)不足和營養(yǎng)不良，補充α-酮酸（一種必需氨基酸的無氮替代物）的LPD(LKD)被應(yīng)用于延緩CKD的發(fā)展。

且研究表明，LKD在減少代謝負擔(dān)、對腎組織氧化應(yīng)激的保護作用和血壓控制方面比LPD更有效。而LPD和LKD延緩CKD發(fā)展的機制尚不清楚。代謝組學(xué)分享，近年來，許多研究報道腸道菌群失調(diào)會改變宿主代謝組，并影響人類和嚙齒動物的腎功能衰竭和CKD并發(fā)癥。

膳食結(jié)構(gòu)的組成和變化對腸道菌群的結(jié)構(gòu)和代謝有著深遠的影響。結(jié)腸是大多數(shù)腸道菌群生長和代謝的地方，盡管5-10%的膳食氨基酸會到達結(jié)腸，但許多膳食微生物組研究通常集中在膳食纖維、脂肪和碳水化合物的影響上。關(guān)于膳食蛋白質(zhì)對CKD腸道菌群和代謝的具體影響知之甚少。代謝組學(xué)分享，LKD是CKD治療的基石，而LKD-微生物代謝相互作用在CKD發(fā)病和治療中的機制作用仍不清楚。因此，作者對5/6腎次全切除術(shù)(5/6Nx)誘導(dǎo)的CKD小鼠采用不同的喂養(yǎng)方法，探討了LKD和LPD對腸道菌群和糞便代謝的影響。

代謝組學(xué)分享—研究設(shè)計
見圖1A，其中Sham組為假手術(shù)組，即腎臟沒有被切除的小鼠組；NPD組為正常蛋白質(zhì)飲食的5/6Nx小鼠組；LPD組為低蛋白質(zhì)飲食的5/6Nx小鼠組；LKD組為補充α-酮酸的低蛋白質(zhì)飲食的5/6Nx小鼠組。

代謝組學(xué)分享—研究結(jié)果
LKD緩解了5/6Nx小鼠的腎功能衰竭 與Sham組相比，NPD組的體重明顯減輕（圖1B），而LPD組和LKD組似乎并沒有體重減輕。由圖1C-E可知，NPD組中24小時尿蛋白、血清肌酐(SCR)和血尿素氮(BUN)的水平顯著高于Sham組的結(jié)果，證實CKD模型成功（所有p<0.0001）。與NPD組相比，LKD組中的SCR水平顯著降低，但在LPD組中沒有改變。與NPD組相比，LPD組的BUN水平均顯著降低。代謝組學(xué)分享，此外，Sham組小鼠腎臟組織中腎小球和腎小管結(jié)構(gòu)正常，小鼠腎臟病理改變結(jié)果與腎功能改變結(jié)果一致（圖1F）。其中，CKD組均有不同程度的腎間質(zhì)纖維化、大量淋巴細胞浸潤、腎小管腫脹、壞死。代謝組學(xué)分享，與NPD組相比，LPD組和LKD組腎組織損傷程度明顯改善，淋巴細胞浸潤和腎小管病變明顯減少，尤其是LKD組。

圖1
 

LKD改善5/6Nx小鼠的腎纖維化和炎癥 為了進一步驗證LKD和LPD是否可以延緩5/6Nx誘導(dǎo)的腎功能衰竭的發(fā)展，作者進行了Masson、Sirius red染色和α-SMA抗體的免疫組織化學(xué)觀察CKD小鼠的腎纖維化程度（圖2A-C）。結(jié)果表明，LKD和LPD顯著改善了CKD小鼠的纖維化程度，尤其是LKD。代謝組學(xué)分享，由于CKD通常伴有微炎癥狀態(tài)，作者檢測了血清中的三種炎癥因子（IL-6、TNF-α和IL-1β）以評估炎癥水平（圖2D-F）。與Sham組相比，NPD組的IL-6、TNF-α和IL-1β均顯著增加，表明微炎癥狀態(tài)。與NPD組相比，LPD和LKD的IL-6、TNF-α和IL-1β均顯著降低。此外，LKD組中的IL-6顯著低于LPD組，表明LKD組具有更好的抗炎能力。
 

圖2

圖3
 

圖4

圖5
 

圖6
 

圖7

圖8

代謝組學(xué)分享—總結(jié)
作者將小鼠5/6腎切除后給予正常蛋白飼料(NPD)組、低蛋白飼料(LPD)組和低蛋白飼料加α-酮酸(LKD)組，8周后，采集血液、腎組織和糞便進行生化分析、組織學(xué)、腸道菌群的16S rRNA序列和非靶標(biāo)糞便代謝分析。代謝組學(xué)分享，得出以下結(jié)果：
（1）LKD和LPD都減輕了5/6腎切除小鼠的腎衰竭和纖維化以及炎癥狀態(tài)，尤其是LKD。
（2）在腸道微生物組方面，LKD顯著改善了5/6Nx引起的菌群失調(diào)。
（3）5/6Nx和LKD顯著改變了糞便代謝組。
（4）參與甘油磷脂、嘌呤、維生素B6、鞘脂、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成的特定代謝物以及與LKD相關(guān)的微生物與CKD的改善相關(guān)。

總的來說，LKD在延緩5/6腎切除術(shù)所致CKD腎功能衰竭方面的效果優(yōu)于LPD，這可能與影響腸道微生物組和糞便代謝組的調(diào)節(jié)有關(guān)。