肠道微生物能够影响机体健康，饮食和抗生素等因素均能够导致肠道菌群紊乱，从而引起许多慢性疾病[1]。研究发现，机体肠道微生物与二型糖尿病（T2DM）存在关联特征[2]。中药复方葛根芩连汤能够改变T2DM过程中的肠道菌群结构特征，因此通过中药干预，可能促进机体内肠道中有益菌生长，减少有害菌丰度，从而改变肠道代谢产物，降低机体内血糖含量[3]。肠道微生物能够参与机体维生素及钙、镁和铁等离子的合成和吸收，改变宿主能量合成和代谢[4]。在高脂饮食条件下，机体肠道菌群结构发生变化，降低了有益菌的丰度，促进致病共生菌生长，从而影响机体代谢，增加肠道中营养物质利用率[5]。多种膳食纤维能够改善高脂饮食诱导的肥胖及相关糖脂代谢紊乱，摄入一定量富含膳食纤维的食物有助于恢复肠道健康，改善胰岛素抵抗指数和胰岛素敏感性[6]。研究发现，在仔猪日粮中添加膳食纤维，可以保护肠黏膜屏障功能的完整性[7]。膳食纤维能够使仔猪肠道微生物菌群维持相对稳定的状态，减少仔猪腹泻[8]。膳食纤维能够有效控制动物体重，调控血脂，降低脂肪沉积，改善胰岛素抵抗[9]。因此，本试验研究高脂日粮中添加燕麦纤维对大鼠肠道菌群、胰岛素抵抗的影响及初步影响机制，为研制膳食纤维宠物减肥饲料提供参考。1材料与方法1.1试验材料雌性SD大鼠购自遵义医科大学实验动物中心，生产许可证编号为SCXK（黔）2021-0002。试验基础饲料购自江苏省协同医药生物工程有限责任公司，高脂饲料购自四川省人民医院实验动物研究所。膳食纤维素为燕麦膳食纤维，购自陕西哈佛生物科技有限公司。在高脂饲料中添加5%燕麦膳食纤维以补充膳食纤维素。1.2试验设计选取18只250~260 g的大鼠，饲养温度为22~24 ℃，12 h光/暗日循环条件，大鼠自由采食、饮水。经过7 d适应期，将大鼠随机分成2组，每组3个重复，每个重复3只鼠。HFD组大鼠饲喂高脂饲料，F-HFD组大鼠饲喂高脂饲料添加5%燕麦膳食纤维。试验期8周。1.3测定指标及方法1.3.1血糖的测定和葡萄糖耐受试验试验期间，每隔2周使用Sinocare血糖仪对大鼠进行尾部采血，测定血糖。试验第8周时，大鼠禁食过夜，开展葡萄糖耐量试验（GTT）。每只小鼠腹腔注射50%葡萄糖5 g/kg，在0、15、30、60、120 min测量小鼠血糖水平，2 d后，大鼠禁食6 h，测定空腹血糖水平。采用Graphpad软件计算曲线下面积（AUC）。1.3.2脂多糖（LPS）含量葡萄糖耐受试验结束2 d后，采用双抗原夹心法测定大鼠血清中LPS含量，取2组大鼠血清样品各20 μL，加入96孔板，置于100 ℃保温15 min，于570 nm波长处读取吸光度，计算LPS含量。LPS=样本OD570 nm值/标准OD570 nm值×标准溶液(240 pg/mL)(1)1.3.3空腹胰岛素葡萄糖耐受试验结束2 d后，大鼠空腹12 h，取EDTA-K2抗凝采血管采集血液，离心获得血浆，采用胰岛素酶联免疫法测定空腹胰岛素浓度，计算各组大鼠胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）。HOMA-IR=空腹血糖(mmol/L)×腹胰岛素(mU/L)/22.5。(2)1.3.4微生物测序葡萄糖耐受试验结束2 d后，收集2组大鼠肠道内容物样本，通过16S rDNA基因扩增和测序，确定肠道微生物组成。取质量合格的粪便基因组30 ng，进行PCR扩增，扩增产物使用Agencourt AMPure XP磁珠进行纯化并溶于Elution Buffer，完成建库。文库构建后，在武汉华大基因研究所的HiSeq平台上对扩增子进行配对末端测序。1.4数据统计与分析试验数据采用SPSS 26软件进行方差分析，LSD法多重比较。结果以“平均值±标准误”表示，P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1燕麦膳食纤维对高糖高脂日粮大鼠体重和血糖的影响（见表1、表2）由表1可知，两组大鼠体重差异不显著（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.T001表1燕麦膳食纤维对高糖高脂日粮大鼠体重的影响组别0周2周4周6周8周HFD组257.84±19.16268.48±15.03276.61±16.91283.68±17.66289.31±14.91F-HFD组255.45±16.53263.56±12.28275.58±12.20280.96±12.88287.91±11.59g/只由表2可知，试验2周后，F-HFD组大鼠的血糖值显著低于HFD组（P0.05）。研究表明，燕麦膳食纤维对高脂饮食的大鼠具有一定的降血糖作用。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.T002表2燕麦膳食纤维对高糖高脂日粮大鼠血糖的影响组别0周2周4周6周8周HFD组5.05±0.245.20±0.50a5.07±0.34a5.30±0.18a5.17±0.26aF-HFD组5.23±0.174.33±0.43b4.45±0.40b5.00±0.14b4.80±0.18b注：同列数据肩标不同字母表示差异显著（P0.05），相同字母或无字母表示差异不显著（P0.05）；下表同。mmol/L2.2燕麦膳食纤维对高糖高脂大鼠胰岛素抵抗的影响大鼠糖耐受（GTT）的试验结果见表3、图1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.T003表3大鼠糖耐受结果组别血糖值/(mmol/L)AUC0 min15 min30 min60 min120 minHFD组4.43±0.1723.00±1.97a15.55±1.8812.63±0.808.40±0.751 548.25±61.22aF-HFD组4.33±0.4313.08±0.87b14.75±2.3411.35±1.697.53±0.241 297.25±114.87b10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F001图1糖耐受试验血糖变化由表3、图1可知，各组试验大鼠在试验前15 min血糖值上升速度最快，在15 min达到最大值，在30~120 min内，大鼠血糖值逐渐降低。注射葡萄糖15 min时，F-HFD组大鼠血糖值显著低于HFD组（P0.05），F-HFD组大鼠AUC显著低于HFD组（P0.05）。胰岛素抵抗指数见表4。由表4可知，F-HFD组大鼠血清胰岛素含量显著低于HFD组（P0.05）。F-HFD组大鼠HOMA-IR指数显著低于HFD组（P0.05）。研究表明，燕麦膳食纤维可以增强长期高脂高糖膳食机体对胰岛素的敏感性，改善高脂高糖膳食所造成的胰岛素抵抗状态。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.T004表4胰岛素抵抗指数组别胰岛素/(mU/L)HOMA-IR指数HFD组22.57±0.87a4.33±0.19aF-HFD组20.12±0.89b3.98±0.21b2.3燕麦膳食纤维对高糖高脂大鼠肠道菌群的影响（见图2~图5）由图2可知，2组所共有的OTU数目为720，约占总体的80.81%，产生差异的OTU占比为19.19%，其中F-HFD组和HFD组的OTU数量分别为782和829。HFD组的OUT数量最多，表明燕麦膳食纤维改变了大鼠肠道菌群的数量以及结构，从而在一定程度上改善了大鼠的胰岛素抵抗。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F002图2试验大鼠的OTU Venn图由图3（a）可知，F-HFD组大鼠粪便菌群的物种多样性指数Chao值显著低于HFD组（P0.05）。因此，高脂高糖饮食条件下，添加燕麦膳食纤维会减少肠道微生物多样性，导致有益菌聚集。由图3（b）可知，与HFD组相比，F-HFD组Shannon指数均匀度显著下降。研究表明，饲喂高糖高脂日粮大鼠的肠道菌群发生了较大变化。图3各组大鼠粪便的Chao和Shannon指数10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F3a1（a）Chao指数10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F3a2（b）Shannon指数由图4可知，2组大鼠中Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes为各组大鼠肠道菌群中含量最多的3种菌群，与HFD组相比，F-HFD大鼠Firmicutes的含量降低，Bacteroidetes含量增加。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F004图4大鼠肠道门水平物种分布由图5可知，与HFD组相比，F-HFD组大鼠中的Bacteroides和Coprococcus的相对丰度明显上调，Oscillospira的相对丰度明显下调。Coprococcus菌群在两组大鼠中丰度接近。研究表明，Oscillospira和Bacteroides可能是高糖高脂日粮条件下，燕麦膳食纤维改善大鼠胰岛素抵抗的关键作用微生物。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F005图5丰度排名前10的关键差异菌属2.4燕麦膳食纤维对饲喂高糖高脂饮食大鼠血清LPS含量的影响（见表5）上述研究可初步判断燕麦膳食纤维主要通过改变高糖高脂日粮条件下大鼠肠道中Oscillospira和Bacteroides的相对丰度进而损坏机体的糖耐受能力，Oscillospira可能导致机体前期肠道受损，增加肠道代谢产物LPS进入机体的可能性，进而进入机体内发挥生物学功能。由表5可知，F-HFD组大鼠血清的LPS含量显著低于HFD组（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.T005表5燕麦膳食纤维对饲喂高糖高脂饮食大鼠血清LPS含量的影响组别平均值SEMP值HFD组149.68a1.130.01F-HFD组142.49b1.660.01pg/mL2.5肠道微生物与胰岛素抵抗、LPS的相关性（见图6）由图6可知，Oscillospira与LPS、AUC与HOMA-IR指数呈显著正相关（P0.05），Bacteroides与AUC与HOMA-IR指数呈显著负相关（P0.05）。研究表明，高糖高脂条件下，Oscillospira可能通过影响机体内LPS含量导致HOMA-IR指数升高，燕麦膳食纤维可能通过改变Oscillospira与Bacteroides的相对丰度，从而改善机体的胰岛素抵抗状态。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.21.017.F006图6肠道微生物与胰岛素抵抗、LPS的相关性3讨论3.1燕麦膳食纤维对饲喂高糖高脂日粮大鼠体重、血糖及胰岛素抵抗的影响膳食纤维是指植物中合成和提取的碳水化合物的聚合物，膳食纤维不能被机体小肠吸收。膳食纤维能够安全有效地降低人体的血糖、体重和体脂。Andreasen等[10]研究表明，添加膳食纤维组的肥胖病人体重下降量明显多于单纯运动组。膳食纤维混合饮食对高脂饮食的大鼠具有一定的抗肥胖作用，在干预6周后，高脂饮食中添加膳食纤维的大鼠体重增加幅度明显低于单纯高脂饮食组，且附睾脂肪垫、肾周脂肪垫的质量增加也少于单纯高脂饮食组[11]。在高血糖人群中，服用大麦β-葡聚糖饮料可以显著降低口服葡萄糖耐量测试中的餐后血糖应答曲线面积增量，显著降低空腹胰岛素水平，缓解胰岛素抵抗[12]。研究发现，在仔猪日粮中加入10%大豆纤维、玉米纤维和小麦麸纤维，处理组与对照组相对仔猪的采食量和平均日增重差异不显著[13]。在仔猪日粮中加入燕麦麸和小麦秸秆可以显著提高前7 d仔猪的采食量和平均日增重[14]。本研究中，在高糖高脂日粮条件下，燕麦膳食纤维干预对各组大鼠的体重没有影响，但是可以显著降低血糖含量，与上述研究有一定的差异，可能与本试验使用的膳食纤维含量偏低有关。本试验中，F-HFD组大鼠的AUC与HOMA-IR指数均显著低于HFD组。表明在高糖高脂日粮条件下，燕麦膳食纤维干预可以有效降低大鼠血糖，改善胰岛素抵抗状态。原因可能是燕麦纤维具有较好的黏性，可通过降低胃排空速率以及食糜的肠道通过速率，延缓营养物质的释放及吸收，从而延长饱感[15]。肠道菌群对宿主健康具有重要影响，与肥胖、糖尿病等慢性疾病密切相关[16]。3.2燕麦膳食纤维对饲喂高糖高脂日粮大鼠肠道菌群的影响近30年来，全世界肥胖人群增加了1倍以上，我国肥胖发生率增加了约2~3倍[17]。保持高膳食纤维饮食习惯具有预防肥胖的作用[18]。肠道菌群会影响机体脂肪合成代谢，因此肥胖可能与肠道菌群有关[19]。研究表明，肠道菌群的结构和功能、宿主与肠道菌群的相互作用以及肠道菌群失调与众多疾病包括肥胖密切相关[20]。饮食习惯会影响机体肠道微生物的组成和结构[21]。研究发现，在高纤维饮食中，高膳食纤维有利于促进有益菌生长，显著降低空腹血糖，改善胰岛素抵抗[22]。本研究中，燕麦膳食纤维降低了大鼠肠道菌群多样性，显著上调了Bacteroides和Coprococcus的相对丰度，显著下调了Oscillospira相对丰度。表明燕麦膳食纤维可能聚集了部分有益菌并减少了部分有害菌的丰度，Bacteroides、Coprococcus和Oscillospira可能是燕麦膳食纤维影响高糖高脂日粮条件下大鼠胰岛素抵抗的重要靶点。Farmer等[22]在研究膳食纤维对母猪影响试验中，使用玉米秸秆饲喂母猪也得到了相似结果。膳食纤维饲料能够促进多种有益菌的生长繁殖，有利于机体代谢产生有益活性成分，改善了动物肠道健康、机体免疫功能以及对营养物质的消化吸收利用能力等。3.3燕麦膳食纤维饲喂高糖高脂日粮大鼠血清中LPS的影响内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁的主要成分，化学成分主要是LPS，代谢性内毒素血症是由于LPS产生或吸收过多及肠道屏障功能受损导致。LPS与葡萄糖磷酸异构酶锚定蛋白CD14形成复合物，被单核巨噬细胞表面TLR4识别，作用于骨骼肌细胞和脂肪细胞，促进炎症反应，产生胰岛素抵抗。Coprococcus对机体肠道早期具有一定损害作用，增加肠道通透性，从而易导致LPS等进入机体内，诱发胰岛素抵抗[23]。膳食纤维能够改变肠道菌群结构，预防并减少肠道疾病发生。膳食纤维与仔猪肠壁的完整性和肠道健康具有重要联系。研究发现，在断奶仔猪饲粮中添加发酵苹果渣可显著提高小肠绒毛高度，降低十二指肠和空肠的隐窝深度，显著促进肠道发育，有效改善肠道功能[24]。本研究中，Coprococcus菌群的相对丰度显著降低，而Coprococcus菌群在仔猪早期肠道发育时，对肠道屏障作用具有一定的破坏作用，燕麦膳食纤维可能通过降低Coprococcus菌群相对丰度，保护大鼠肠壁完整性，减少LPS通过肠壁进入动物机体内，与本试验研究结果一致。3.4肠道微生物与胰岛素抵抗、LPS的相关性本研究中，添加燕麦膳食纤维显著降低了Coprococcus的相对丰度，在一定程度上保护了机体肠道屏蔽作用；Coprococcus与LPS、AUC与HOMA-IR指数呈显著正相关。本试验中，H-HFD组的Bacteroides显著增加，在相关性研究中，Bacteroides与AUC与HOMA-IR指数呈显著负相关，表明Bacteroides的聚集可以显著改善机体胰岛素抵抗，符合燕麦膳食纤维改善高糖高脂日粮条件下大鼠胰岛素抵抗状态的研究结果，但中间代谢产物有待进一步研究。4结论本试验研究表明，在高糖高脂日粮条件下，燕麦膳食纤维可以显著降低大鼠血糖；燕麦膳食纤维显著上调了大鼠肠道微生物中Bacteroides和Coprococcus的相对丰度，显著下调了Oscillospira相对丰度。燕麦膳食纤维能够改善高糖高脂条件下大鼠肠道微生物的组成，从而降低机体内LPS含量，达到改善胰岛素抵抗的目的。