试验设计

 如图1所示，采用雄性C57BL/6小鼠（25周龄）作为试验研究对象，小鼠适应环境3周后（基线）将小鼠被随机分为正常对照组（NC）（n=24）和高脂饮食组（n=24）。9周后，小鼠被分为6组，即NC组（n=8）、NCPL组（NC+低剂量XOS，n=8）、NCPH组（NC+高剂量XOS，n=8）、HFD组（n=8）、HFDPL组（HFD+低剂量XOS，n=8）和HFDPH组（HFD+高剂量XOS，n=8）。XOS干预12周后，小鼠在49周龄时接受行为测试，随后，收集小鼠粪便以分析其肠道微生物群。

 在基线和49周龄时采集空腹血样，然后检测其生化指标。实验结束后，采集海马样本，进行相关蛋白表达分析和脂质组学分析。

试验结果

（1）XOS对小鼠体重、食物摄入量和组织重量的影响

 如图2所示，XOS干预后，NCPH小鼠的体重显著低于NC和NCPL小鼠（P<0.05）。

 如图3所示，HFD组的肝脏重量和附睾脂肪组织重量显著高于NC组（P<0.05）；XOS干预后，小鼠的肝脏重量和附睾重量显著下降（P<0.05）；HFD组的海马重量显著低于NC组（P<0.01）；XOS干预后，HFDPL组和HFDPH组的海马重量显著高于HFD组。

（2）XOS对空间学习和记忆功能（莫里斯水迷宫，MWM）的影响

 如图4所示，经过两天的训练后，在第3天，HFD组的逃逸潜伏期显著高于NC组，HFDPL组和HFDPH组的逃逸潜伏期显著短于HFD组（P<0.05）；在探究试验期间，与NC小鼠相比，HFD小鼠在目标象限花费的时间明显较少（P<0.05）。与HFD组小鼠相比，HFDPH组小鼠在目标象限停留的时间明显更长（P<0.05）。

（3）XOS对海马认知功能相关蛋白表达的影响

 如图5所示，HFD组海马APP和Aβ蛋白表达量显著高于NC组、HFDPL组和HFDPH组（P<0.05）。

 如图6所示，NC组、HFDPL组和HFDPH组脑源性神经营养因子（BDNF）和ZO-1的表达量显著高于HFD组（P<0.05）。

 如图7所示，HFD组Nrf2的表达水平显著高于NC组和HFDPH组（P<0.05）。

（4）XOS对小鼠血液生化指标的影响

 如表1所示，实验结束时，HFD组的空腹血糖水平显著高于基线组和NC组（P<0.05），而HFDPL组和HFDPH组的血糖水平显著低于HFD组（P<0.05）；HFD组的TC和LDL-C水平显著高于NC组（P<0.05），实验结束时，HFDPH组的TC水平显著低于HFD组（P<0.05）。

（5）小鼠海马脂质代谢谱分析和鉴定的效果

 如图8所示，无论模型组成（PC1和PC2或PC2和PC3）如何，NC组和HFD组海马脂质组成均存在显著差异；当HFDPL组和HFDPH组与HFD组进行比较时，结果显示海马的脂质组成存在显著差异，而且XOS干预组海马的脂质组成与NC组相似。

 如图9所示，HFD组的脂质组成 NC、NCPL和NCPH组不同；喂食XOS的小鼠表现出相似的脂质组成。经测定有23种脂质化合物的VIP值大于1，对这些化合物进行了进一步验证，结果表明HFD组的TGs（20：0/22：2/22：6）、PEs（P-18：0/16：0）和PSs（24：4/11：0）水平显著高于NC组，而这四种化合物的水平在HFDPL组也显著低于HFD组。

（6）XOS对肠道微生物群的影响

 如图10所示，6个研究组的肠道微生物群组成有不同的聚类，特别是在XOS干预后，HFDPL组和HFDPH组的肠道微生物群与HFD组有显著差异。

 如图11所示，线性判别分析（LDA）得分大于2表示细菌类群相对于其他类群占优势。结果显示，HFD组中Turicibacter和Romboutsia属的丰度显著高于其他研究组（LDA>3.5）；此外，HFDPL组中Clostridium_sensu_stricto_1和粪杆菌属（Faecalibacterium）的丰度也显著高于其他组（Clostridium_sensu_stricto_1，LDA>4；粪杆菌属（Faecalibacterium），LDA>3）。

（7）肠道微生物群与大脑脂质代谢物之间的关系

 如图12所示，Turicibacter和Romboutsia的丰度与TG（22：0/22：2/22：6）的含量（r=0.61和r=0.63，P<0.05）以及PE（P-18：0/16：0）的含量（r=0.56和r=0.59，P<0.05）显著正相关；Roseburia的丰度与PS（20：3/22：6）呈显著正相关（r=0.49，P<0.05），而Lachnospiraceae_UCG-006的丰度与PS（20：3/22：6）呈显著负相关（r=-0.52，P<0.05）；Muribaculum和Parasutterella与PC（14：1/2：0）呈显著正相关（r=0.63和r=0.66，P<0.05）；相反，Faecalibaterium与PC（14：1/2：0）呈明显负相关（r=-0.48，P<0.05）；Clostridium_sensu_stricto_1与PC（14：1/2：0）呈显著正相关（0.5<r<1，P<0.05）；Clostridium_sensu_stricto_1与各种脂类化合物，包括DG（18：4/26：2/0：0）、DG（18：2/26：2/0：0）、MGDG（20：5/5：0）、DGDG（18：4/18：4）、PS（24：4/16：1）、PS（22：4/24：4）、PS（15：0/22：6）和PE（p-20：0/24：4）呈显著的正相关。

试验结论

 总之，本文研究了低剂量或高剂量XOS对高脂饮食诱导的小鼠认知能力下降的影响和机制，通过肠道微生物检测、相关蛋白表达分析和脂质组学分析，发现高脂饮食会减少海马的重量，诱发与AD相关的Aß，降低脑源性神经营养因子的表达，增加BBB渗漏标志物ZO-1，同时改变海马中与甘油脂和甘油磷脂代谢相关的脂质化合物的含量。通过12周的XOS干预，可使喂食高脂饮食的小鼠肠道微生物群组成的变化和有益细菌丰度的显著增加，缓解新陈代谢异常和认知能力下降，改善小鼠海马中与AD病理相关的蛋白表达和脂质组成失衡。以上结果表明XOS可改善高脂饮食导致的空间学习和记忆功能障碍。

参考资料：

Teng C Y, Kao N J, Nguyen N T K, et al. Effects of xylo-oligosaccharide on gut microbiota, brain protein expression, and lipid profile induced by high-fat diet[J].The Journal of Nutritional Biochemistry, 2024, 129:109640.