試驗設計

選擇48只雄性Wistar大鼠（180-200克）作為研究對象，適應1周后，24只被喂以正常飲食（ND：19.77%的脂肪能量），另外24只被喂以高脂肪飲食（HFD ：59.28%的脂肪能量），時(shí)間為12周，期間所有的大鼠均給予反滲透的飲用水（R/O）。結束后，每個(gè)飲食組的大鼠被隨機分為4個(gè)亞組，即ND和HFD喂養的大鼠用安慰劑處理（NDV和HFV）；ND和HFD喂養的大鼠用益生元處理，10% 的低聚木糖（XOS）溶解在PBS中（1ml/d：NDPE和HFPE）；ND和HFD喂養的大鼠用益生菌處理，劑量為1×10⁸ CFU的副干酪乳桿菌STII01 HP4（1ml/d：NDPO和HFPO）；ND和HFD喂養的大鼠使用合生元處理，聯(lián)合XOS和副干酪乳桿菌ST11 HP4（NDC和HFC），干預時(shí)間為12周。

在基線(xiàn)（接受飲食前）、食用HFD的第12周和干預過(guò)程中的第4、8和12周測定大鼠的代謝參數、心率變異（HRV）、血壓和超聲心動(dòng)圖參數；在基線(xiàn)、食用HFD的第12周和干預過(guò)程的第12周從大鼠的尾端收集血液，測定代謝參數，包括胰島素、葡萄糖、低密度脂蛋白（LDL）、總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、穩態(tài)模型評估（HOMA）指數和血清脂多糖（LPS）水平；在干預結束時(shí)進(jìn)行口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）；采用有創(chuàng )壓力-容積環(huán)（P-V環(huán)）分析左心室功能，之后殺死大鼠，迅速取出心臟以測定心臟線(xiàn)粒體功能和心臟氧化應激。

試驗結果

（1）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰島素抵抗大鼠的代謝參數和全身性炎癥

如表1所示，在食用HFD12周后，HFD喂養的大鼠的體重、食物攝入量、血漿胰島素、HOMA指數、TC、LDL和血清LPS水平均高于ND喂養的大鼠，表明這些HFD喂養的大鼠出現了肥胖的胰島素抵抗狀況；然而12周的HFD攝入并沒(méi)有改變血漿葡萄糖和TG水平。

如表2所示，在HFD喂養的大鼠中，與HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元干預均降低了血漿胰島素、TC水平、LDL水平和HOMA指數，而不改變血漿葡萄糖和TG水平；此外，血漿HDL 水平在NDV和HFV大鼠之間沒(méi)有差異，所有干預措施都沒(méi)有改變ND和HFD喂養大鼠的血漿HDL水平。益生元降低了大鼠的體重和內臟脂肪重量，該組大鼠的食物攝入量也有所減少；益生菌并不影響HFD喂養大鼠的體重、內臟脂肪重量和食物攝入；在合生元組，大鼠的體重和內臟脂肪重量減少，但食物攝入量沒(méi)有變化。在ND大鼠中，益生菌、益生元和合生元并沒(méi)有改變能量攝入；在HFD喂養的大鼠中，益生元的治療減少了能量攝入，而益生菌和合生元的治療并沒(méi)有改變能量攝入。采用OGTT法測定喂食HFD的大鼠經(jīng)益生元、益生菌和合生元干預12周后的胰島素敏感性，結果顯示HFV大鼠的AUCg升高，所有干預組大鼠的AUCg均較HFV組降低。在ND大鼠中，與NDV組相比，所有干預措施都沒(méi)有改變任何代謝參數。在HFD大鼠中，與HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元可降低血清中LPS的水平；在ND喂養的大鼠中，與NDV組相比，所有干預措施都沒(méi)有改變血清LPS水平。  

（2）高脂飲食對血壓、心率變異性和超聲心動(dòng)圖參數的影響

如圖1所示，在基線(xiàn)，SBP、DBP和MAP在ND和HFD喂養的大鼠之間沒(méi)有區別。在HFD喂養的大鼠中，SBP、DBP和MAP在食用HFD 12周后都有所增加（圖1A-1C）；在基線(xiàn)時(shí)，LF/HF比率在ND和HFD喂養的大鼠之間沒(méi)有差異，然而在食用HFD 12周后，它顯著(zhù)增加了（圖1D）； LFnu在各組之間沒(méi)有差異；然而與ND大鼠相比，HFnu在HFD大鼠中下降了（圖1E-1F）；在基線(xiàn)時(shí)，ND和HFD喂養的大鼠，其LVFS%和LVEF%沒(méi)有差異，但在食用HFD 12周后，與ND組相比，有明顯下降（圖1G-1H）。

 （3）益生菌、益生元和合生元改善了肥胖胰島素抵抗大鼠的血壓

如圖2所示，在用益生元、益生菌和合生元治療的HFD大鼠中，與HFV大鼠相比，干預4周后觀(guān)察到SBP、DBP和MAP的降低；在干預的第8周和第12周，與HFV大鼠相比，用益生元、益生菌和合生元治療的HFD大鼠的SBP、DBP和MAP仍然較低，結果表明益生元、益生菌和合生元均能改善肥胖胰島素抵抗大鼠的血壓。 

（4）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰島素抵抗大鼠的心臟交感神經(jīng)平衡

如圖3所示，在HFD大鼠中，與HFV和NDV組相比，益生元、益生菌和合生元最早在治療4周后就將LF/HF比率恢復到正常水平。此外，與HFV組相比，所有干預措施都增加了HFnu；在ND大鼠中，與NDV相比，所有干預措施都沒(méi)有改變ND喂養大鼠的LF/HF比率。

（5）益生元、益生菌和合生元改善了肥胖胰島素抵抗大鼠的左心室功能

如圖4所示，在HFD大鼠中，與HFV大鼠相比，用益生元、益生菌和合生元治療后4周，LVF和LVEF的百分比都有所增加；此外，與NDV大鼠相比，所有的干預措施都能使 %LVFS和 %LVEF恢復到正常水平內；在ND大鼠中，%LVFS和 %LVEF在治療組和治療期之間沒(méi)有差異。

如表3所示，與NDV相比，HFV組的LV功能參數包括ESP、dP/dt max、SV和 %LVEF都有所下降，而EDP、dP/dt min和ESV則有所上升。與HFV相比，益生元、益生菌和合生元在改善HFD喂養大鼠的ESP、EDP、dP/dt max、dP/dtmin、ESV、SV和%LVEF方面具有類(lèi)似的心臟保護作用。在ND大鼠中，與NDV相比，所有干預措施都沒(méi)有改變LV功能。

（6）益生元、益生菌和和合生元減少了肥胖胰島素抵抗大鼠的氧化應激

如圖5所示，與NDV組大鼠相比，HFV組大鼠的血清和心臟MDA水平增加（圖5A，5B）；與HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元可降低HFD喂養大鼠的血清和心臟MDA水平（圖5A，5B）；在ND大鼠中，我們的數據顯示，血漿和心臟MDA水平在各組之間沒(méi)有差異（圖5A，5B）。此外， HFV大鼠的心臟4-HNE蛋白表達增加，而所有的干預措施都降低了HFD喂養大鼠的心臟4-HNE蛋白表達，這表明益生元、益生菌和合生元減少了HFD喂養大鼠的心臟氧化應激（圖5C）。各組之間心臟SOD的蛋白表達沒(méi)有差異（圖5D），表明益生元、益生菌和合生菌通過(guò)降低MDA和4-HNE來(lái)降低氧化應激，但對高脂喂養大鼠的心臟抗氧化劑沒(méi)有影響。

（7）益生元、益生菌和合生元減輕了肥胖胰島素抵抗大鼠的心臟線(xiàn)粒體功能障礙

如圖6所示，在HFD組中，與NDV大鼠相比，HFV大鼠的心臟線(xiàn)粒體ROS水平、心臟線(xiàn)粒體膜去極化和線(xiàn)粒體腫脹增加（圖6A-6C）。與HFV大鼠相比，益生元、益生菌和合生元在減輕HFD喂養大鼠的心臟線(xiàn)粒體ROS水平、心臟線(xiàn)粒體膜去極化和心臟線(xiàn)粒體腫脹方面具有相似的效果（圖6A-6C）。在ND大鼠中，我們發(fā)現心臟線(xiàn)粒體ROS的產(chǎn)生、心臟線(xiàn)粒體膜電位的變化、心臟線(xiàn)粒體腫脹和心臟形態(tài)在ND處理組的大鼠中沒(méi)有區別（圖6A-6D）。心臟線(xiàn)粒體的代表性電子顯微照片顯示，與NDV組相比，HFV組的嵴折疊和心臟線(xiàn)粒體腫脹更大（圖6D），而與HFV組相比，所有的干預措施都減少了心臟線(xiàn)粒體的腫脹，表明嵴折疊有所改善（圖6D）。

如圖7所示，與NDV組相比，HFV大鼠的線(xiàn)粒體復合物I和III蛋白表達減少（圖7A，7C）；在HFD喂養的大鼠中，與HFV相比，所有干預措施都增加了線(xiàn)粒體復合物I和III蛋白的表達（圖7A，7C）；結果表明所有干預措施都改善了HFD喂養大鼠的心臟線(xiàn)粒體呼吸復合物。

如圖8所示，在肥胖胰島素抵抗大鼠模型中觀(guān)察到的，氧化應激和炎癥的降低改善心臟交感迷走神經(jīng)平衡，并改善心臟線(xiàn)粒體功能，最終改善了左心室功能障礙。

試驗結論

益生元、益生菌和合生元通過(guò)改善心臟線(xiàn)粒體功能障礙、減少氧化應激和炎癥，改善胰島素抵抗，減少血脂異常，減弱心臟交感神經(jīng)失衡，降低血壓，并改善左心室功能障礙，且益生元、益生菌和合生元在減少肥胖胰島素抵抗大鼠的胰島素抵抗和左心室功能障礙方面具有相似的效果。

參考資料：

Tunapong W, Apaijai N, Yasom S, et al. Chronic treatment with prebiotics, probiotics and synbiotics attenuated cardiac dysfunction by improving cardiac mitochondrial dysfunction in male obese insulin-resistant rats[J]. European Journal of Nutrition, 2017.