北京最好痤疮医院 http://baidianfeng.39.net/bdfby/yqyy/1.通讯作者：
2.摘要：
炎症性肠病(IBD)在西方国家的高发病率表明，西方饮食可能是IBD的危险因素。高糖与许多非传染性疾病有关，但它在IBD中的作用仍不清楚。在这里，我们研究了葡萄糖和果糖等单糖对野生型和IL10-/-小鼠结肠炎发病机制的影响。野生型小鼠在饮水中喂食10%葡萄糖或高糖饮食后，发生了葡聚糖硫酸酯钠诱导的严重结肠炎。与未接受葡萄糖治疗的IL10-/-小鼠相比，高糖喂养的IL10-/-小鼠也出现结肠炎恶化。短期摄入高糖或果糖不会引发健康肠道的炎症反应，但会显著改变肠道微生物群的组成。特别是，黏液降解菌和脆弱拟杆菌的丰度增加。同样地，富含细菌的黏液酶导致糖喂养的野生型和IL10-/-小鼠结肠黏液层的侵蚀。当小鼠被抗生素治疗或保持在无菌环境中，没有观察到糖诱导的结肠炎加重，这表明改变的微生物群在糖诱导的结肠炎发病机制中发挥了关键作用。此外，用糖处理小鼠的微生物菌群的无菌小鼠表现出对结肠炎的敏感性增加。总之，这些数据表明，摄入单糖易导致结肠炎，并通过调节小鼠肠道菌群增强其发病机制。
3.背景：
炎症性肠病(IBDs)包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，是胃肠道的慢性炎症性疾病，目前已发现多个遗传易感性位点，提示IBD发病机制的复杂性。尽管IBD易感基因的突变与种族、民族或人口无关，但IBD在西方国家更为普遍，这表明它与西方的饮食和生活方式有关。以精制糖、脂肪和动物蛋白含量较高为特征的西方饮食，与肥胖、2型糖尿病、心血管疾病和癌症等慢性疾病的发病率增加有关。尽管最近的临床和实验研究表明，高脂肪饮食可能是IBD的触发器，但饮食中的糖在IBD发病机制中的作用仍存在争议。
糖是食物和饮料中常见的成分。IBD虽然不是一种代谢性疾病，但单糖在结肠炎发病机制中的确切作用仍存在争议。在这里，我们利用小鼠模型研究了高糖饮食对肠道病理生理和结肠炎发病机制的影响。
4.结果
（1）饮食中的单糖加重了小鼠右旋糖酐硫酸钠诱导的结肠炎
为了解单糖对结肠炎的影响，我们给C57BL/6J小鼠喂食10%葡萄糖7天。然后给小鼠注射2.5%的硫酸葡聚糖钠(DSS)和10%的葡萄糖(图1A)。葡萄糖处理组老鼠显示极端敏感性，出现结肠炎腹泻带血且体重下降20%左右,而对照组老鼠保持健康与稳定的体重(图1B,D)。免疫组化结果显示葡萄糖处理组老鼠出现上皮隐窝的损失及炎症和溃疡现象(图1G,H)。这表明喂食葡萄糖的小鼠的结肠炎易感性不是由于DSS摄入量的增加。
之后提出低剂量的葡萄糖或其他单糖是否也影响DSS诱导的结肠炎。分别给小鼠喂食10%的葡萄糖、果糖和蔗糖7天后，分别给小鼠喂食3%的葡萄糖、果糖、蔗糖和2.5%的DSS(图1I)。虽然用“DSS+较低糖量”喂养的小鼠严重程度有所降低，但与不加糖的对照组相比，小鼠仍然表现出更大的结肠炎易感性，体重减轻和结肠炎临床症状更严重。第6天，DSS/糖处理小鼠的结肠明显缩短(并表现出广泛的炎症、隐窝丢失和溃疡现象。总之，这些数据表明，饮食中含热量的单糖会加重DSS诱导的结肠炎。
（2）结肠炎前后单糖摄入量对dss诱导的结肠炎的影响
为了了解DSS前糖的摄入是否会加重结肠炎的发病机制，我们给一组小鼠喂食10%的葡萄糖，连续7天。这些动物和一组未接受治疗的小鼠随后接受了2.5%的DSS和3%的葡萄糖。第二组未经治疗的对照组仅使用2.5%的DSS。与仅接受3%葡萄糖和2.5%DSS(未接受葡萄糖预处理)的小鼠相比，葡萄糖预处理小鼠的结肠炎更严重(图S4,B和C)。虽然体重变化具有可比性，但葡萄糖预处理小鼠的结肠长度显著缩短(图S4C)，表明单糖在DSS诱导的结肠炎发病机制中发挥了辅助作用。在DSS给药期间，当糖浓度增加到5%时，可以更好地观察到这一点，导致更高的体重损失,更严重的腹泻和直肠出血,和更大的比葡萄糖治疗结肠缩短控制(图2B,D)。组织病理学变化显示了类似的趋势。因此，高糖饮食的摄入会加重结肠炎的发病机制。
之后测试单独提前摄入糖是否足以增强结肠炎发病机制。为此，给小鼠喂食10%葡萄糖或不治疗7天，然后给小鼠喂食3%DSS5天(不含任何葡萄糖)(图2G)。葡萄糖预处理的小鼠结肠炎更严重，表现为体重减轻程度更高，结肠炎的临床指数更高，结肠长度更短。糖预处理小鼠的结肠炎发病严重程度明显低于糖预处理小鼠和糖预处理小鼠。综上所述，这些数据表明，糖的摄入增强了结肠炎的发病机制，并清楚地表明了结肠炎前摄入高热量糖的饮食习惯对结肠炎发病机制严重程度的潜在病理影响。
（3）葡萄糖的摄入触发了IL10-/-小鼠的自发性结肠炎
高糖摄入增加了肠道上皮细胞化学损伤引起的结肠炎的发病机制，这使得我们对基因易感宿主是否也有类似的作用进行了实验。IL10-/-是一种IBD易感基因，IL10-/-小鼠被广泛用作自发性结肠炎的模型。在我们特殊的无病原体动物设施中，IL10-/-小鼠在出生后15周左右会患上结肠炎。因此，我们从14周龄开始给IL10-/-小鼠5%的葡萄糖。每周测量体重变化和临床评分，共5周。在19周龄时，90%葡萄糖处理的IL10-/-小鼠出现结肠炎，而在同窝的IL10-/-小鼠出现结肠炎的比例为40%(图3A)。葡萄糖喂养的IL10-/-老鼠表现出更大的体重变化和更严重的腹泻和直肠出血现象(图3,B,D)。免疫组化结果证明5%葡萄糖喂养的IL10-/-小鼠炎症增加(图3,E和F)。糖处理小鼠结肠内Lcn2、Il1b、Il6、Cxcl1、Cxcl2等炎症介质表达增高(图S5A)。
由于微生物群的依赖，IL10-/-小鼠自发性结肠炎的发展是不规则的。然而，给予非甾体抗炎药吡罗昔康会在更年幼的IL10-/-小鼠中诱导结肠炎。因此，我们用吡罗昔康诱导健康的IL10-/-小鼠产生结肠炎，以研究葡萄糖摄入前后的影响。喂食10%葡萄糖7天后IL10-/-小鼠出现严重结肠炎，并在给药4天的吡罗昔康后体重下降了20%以上(图3,G和H)。且葡萄糖预处理的IL10-/-小鼠结肠明显缩短。
接下来，在给予吡罗西康强化饮食后，我们给IL10-/-小鼠喂食10%葡萄糖或常规饮用水5天(图3K)。起初，所有服用吡罗昔康的小鼠体重都持续下降。吡罗昔康停用后，对照组在10天内从结肠炎中恢复，而葡萄糖治疗的小鼠在短暂恢复后体重持续下降(图3L)，结肠显著缩短，结果进一步表明高糖摄入对IL10-/-小鼠结肠炎产生不利影响(图3M和N)。与葡萄糖未处理对照组相比，葡萄糖处理前后的IL10-/-小鼠表现出炎症加重、结构扭曲和增生的组织病理学证据，总之，高糖摄入加重IL10-/-小鼠结肠炎的发生。
（4）短期高糖摄入不会对肠道病理生理产生不良影响
在糖喂养的小鼠中，严重的结肠炎的发展促使我们研究短期摄入高糖是否会对肠道结构或生理产生不利影响。为此，我们给小鼠喂食10%的葡萄糖或果糖7天，然后评估体重、结肠长度和组织病理学。糖处理组和对照组在体重变化或结肠长度方面没有差异(图S6,A和B)。组织病理学分析显示结肠上皮隐窝结构正常(图4,A和B)。由于肠上皮损伤是大肠组织启动事件，我们检查糖是否具有细胞*性。蛋白质印迹分析H2AX和caspase-3显示未诱导细胞死亡。TUNEL染色及促炎细胞因子表明葡萄糖处理组小鼠显著增强肠道上皮细胞扩散以Ki67染色。由于我们没有观察到糖喂养小鼠上皮细胞增殖的任何损伤，我们解释说糖喂养小鼠结肠炎较高。而小鼠则不是因为肠道通透性增强。此外，高糖、高果糖对Tjp1、Cldn1、Cldn2和Ocln等蛋白的表达没有影响(图4H)。
接下来，我们通过测量粘蛋白的主要结构成分粘蛋白2(Muc2)的表达来检测高糖是否会影响粘蛋白的产生。但qPCR和免疫染色检测的Muc2在糖处理和未处理小鼠结肠中的表达是相似的(图4H至J)。还探讨了短期高糖摄入对年轻健康的IL10-/-小鼠结肠的影响。发现糖的前体细胞作用在结肠黏膜中没有明显的病理生理变化。
（5）单糖改变肠道微生物群的组成
上述结果表明饮食影响肠道微生物群的形成导致了高糖饮食改变肠道微生物群组成的假设。因此，我们通过rRNA基因测序分析，对10%葡萄糖、果糖或蔗糖处理7天前后收集的小鼠粪便样本的微生物组成进行了分析，结果表明，葡萄糖显著降低了菌群物种丰富度，多样性没有变化。IBD患者的肠道微生物群组成显示出物种丰富度降低。与其他糖处理组相比，葡萄糖处理组的小鼠对DSS诱导的结肠炎最敏感(图1J)。三个不同糖处理组的微生物种群多样性显著改变。结果表明仅摄入10%的葡萄糖、果糖或蔗糖7天就能有效改变肠道菌群的组成。
之后研究了高糖对不同细菌类群相对丰度的影响。三种糖处理都影响了多种细菌家族的相对丰度。Akkermansiaceae，类杆菌，SutterellaceaeMarinilabiliaceae相对丰度都增加,而杆菌,Lachnospiraceae,Rickenellaceae相对减少(图5,E和F)。进一步结果表明糖处理组的微生物群组成和未经处理的对照组相比,Akkermansiaceae,Sutterellaceae,Marinilabiliaceae的相对丰度增加,Lachnospiraceae,杆菌和Rickenellaceae的相对丰度减少。
我们使用LDA效应量(LEfSe)算法进行线性判别分析(LDA)，以识别与高糖摄取量差异丰富的可操作微生物类群。Verru
