槟榔真的一无是处?肠道菌群表示要“取其精华”

2021-10-20 MedSci原创 MedSci原创

PLOS ONE:嚼槟榔对海南人肠道菌群的影响——“薛定谔”的有益?

嚼槟榔(BNC) 在南亚和东南亚很普遍。槟榔是全球第四大上瘾消费品,仅次于烟草、酒精和咖啡。全世界约有6亿人沉迷嚼槟榔不能自拔。中国南方,特别是海南,则是槟榔的生产和消费“重地”。

槟榔原本是一味用于治疗寄生虫病、各种胃肠道疾病(腹腔消散、腹痛、消化不良和腹泻)等疾病的中药。现代药理学表明,槟榔具有多种药理特性,包括抗菌、抗氧化、抗菌、抗真菌、抗高血压、抗抑郁、抗炎、镇痛、抗过敏等;还能促进消化功能,抑制血小板聚集,并调节血糖和血脂。与此同时许多研究表明,槟榔有害健康,包括增加患癌症、肥胖症、血管疾病、糖尿病和慢性肾脏疾病的风险。

因此,有必要从多个角度考虑BNC对健康的影响,例如通过研究肠道微生物群。肠道微生物群可通过多种方式影响宿主的健康,同时也受各种因素的影响,如肠道微环境、精神状态和饮食,无疑饮食是最关键的因素之一。本研究旨在评估BNC对宿主肠道微生物群的影响。

 

本研究囊括了来自海南乐东和陵水的共34名每天嚼槟榔和37名从未嚼过槟榔的受试者。受试者按性别分组(表1)。

1、 BNC对肠道微生物多样性和组成的影响

α-多样性分析显示,BNC组observed species指数和Chao1指数、Shannon指数、Simpson指数均低于对照组((P>0.05)(图1A)。在PLS-DA图上可以分离出BNC组和对照组(图1B)。

BNC组的优势门为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria),占99.35%(图1C)。

与对照组相比,BNC组的拟杆菌门丰度显著降低(S1表)。BNC组(9.52)厚壁菌门与拟杆菌门之比显著高于对照组(4.75)。在科水平上,毛螺菌科(Lachnospiraceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)、链球菌科(Streptococcaceae)、棒状杆菌科(corobacteriaceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、消化链球菌科(Peptostreptococcaceae)、普雷沃菌科(Prevotellaceae)、韦荣氏菌科(Veillonellaceae)、类杆菌(Bacteroidaceae)和erysipelotricaceae是10个丰度最高(93.37%)的粪便菌群(Fig 1D)。

在属水平上,BNC组粪便微生物中,劳特氏菌Blautia、链球菌Streptococcus、Faecalibacterium、胃瘤球菌属Ruminococcus_torques_group、活泼瘤胃球菌Ruminococcus_gnavus_group、Subdoligranulum、普氏菌Prevotella、拟杆菌属Bacteroides、罗姆布茨菌Romboutsia和柯林斯氏菌Collinsella含量最高(56.03%)(图2)。

2、BNC对女性肠道微生物群的影响

α-多样性分析显示,与女性对照组相比,BNC女性组的α-多样性没有显著变化(图3A)。通过PLS-DA分析可以分离出女性BNC组和女性对照组(图3B)。在门水平上,与女性对照组相比,女性BNC组的厚壁菌门(Firmicutes)和广古菌门(Euryarchaeota)丰度显著增加(表3C)。与女性组(4.35)相比,女性BNC组厚壁菌门与拟杆菌门的比值(9.67)显著增加。此外,与女性对照组相比,女性BNC组有5个科发生了显著变化(图3)。

Metastats和LEfSe联合分析结果显示,与女性组相比,女性BNC组的链球菌属Streptococcaceae和Succinivibrionaceae的丰度显著增加,气球菌属Aerococcaceae的丰度显著降低(图4)。

3、BNC对男性肠道微生物群的影响

α-多样性分析显示,与男性对照组相比,男性BNC组没有显著变化(图5A)。通过PLS-DA分析,可以将BNC_Male和Ctr_Male组进行分离(图5B)。在门水平上,BNC_Male组中Actinobacteria和Cyanobacteria的比例高于Ctr_Male组(Fig 5C)。与Ctr_Male组(5.20)相比,BNC_Male组厚壁菌门与拟杆菌门(bacteroidetes)之比(9.39)显著增加。与Ctr_Male组相比,BNC_Male组的9个科发生了显著变化(图5D)。与Ctr_Male组相比,BNC_Male组4个属的丰度显著增加,其他12个属的丰度显著降低(S3 Table)。Metastats和LEfSe联合分析显示,与Ctr_Male组相比,BNC_Male组科里杆菌科和根瘤菌科的丰度显著增加(图6)。

4、 微生物功能的改变

利用picrust2预测代谢途径,确定微生物功能的变化。在BNC、BNC_Male和BNC_Female组中分别鉴定出47、17和27条通路(图7)。BNC共涉及54条通路,这些途径参与了各种物质的代谢(图7)。与Ctr组相比,BNC组的脂质代谢途径数量显著增加,如甲戊酸途径I和顺接种生物合成。与Ctr组相比,BNC组维生素,特别是维生素B1的合成明显降低。与Ctr组相比,BNC组中氨基酸合成途径的数量(如L-组胺降解I和多胺生物合成II的超路径) L-色氨酸生物合成、硫酸盐同化和半胱氨酸生物合成、L-酪氨酸生物合成和L-苯丙氨酸生物合成显著减少,而氨基酸降解(L-精氨酸降解(斯蒂克兰反应)和芳香生物致病性胺降解(细菌)的途径数量显著减少 显著增加与Ctr组相比,BNC组碳水化合物降解途径(糖酵解V 、蔗糖降解III、乳糖和半乳糖降解I、甘油降解丁醇)数量显著增加,而TCA循环途径(TCA,TCA循环V和不完全还原TCA)显著降低。此外,与Ctr组相比,BNC组的核苷酸代谢途径(生物合成和降解)数量显著增加。

综上所述,BNC降低了微生物的α-多样性。与对照组相比,BNC显著影响菌门水平,包括增加厚壁菌门与拟杆菌门的比例。在科水平上,BNC可以增加潜在的有益微生物,减少宿主中与疾病相关的微生物。还发现BNC同时也增加了一些与疾病有关的微生物的丰度。功能预测显示,BNC显著影响多种物质(碳水化合物、维生素、脂类和氨基酸)的代谢,导致代谢物的改变,进而影响宿主健康。因此,通过对肠道菌群的研究,分析BNC对人体健康的可能影响,发现BNC的作用是双向的。对槟榔进行进一步的研究是有必要的,提取槟榔益生元成分可提高槟榔的有益价值。

 

原文来源:

Li Ying,et al. Effect of chewing betel nut on the gut microbiota of Hainanese

PLOS ONE | https://doi.org/10.1371/journal.pone.0258489 October 14, 2021



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