• AOS-铁可以修复IDA大鼠的肠道病变和肠道微生物群的组成
  
• 补铁可增加有益菌，减少机会性病原体
  
• 测定了肠道微生物群与IDA宿主生化指标的相关性
  

铁作为几乎所有生物体基本代谢过程的必需微量元素，参与氧的运输、交换和组织呼吸，维持正常的造血功能。铁摄入不足、铁利用障碍或铁大量流失，都可能导致缺铁性贫血（IDA）。IDA会增加早产和婴儿死亡的风险，并可能损害儿童的心理健康和智力发育。最近的研究报道，缺铁或补铁可以改变肠道微生物群的组成。

前期研究表明，琼脂寡糖铁复合物（AOS-铁）的补铁效果优于传统补铁。根据膳食生物利用率，强化铁有5%～20%被吸收，剩余部分进入结肠，可供肠道微生物群利用。到目前为止，关于补铁对IDA大鼠肠道微生物群的影响的数据很少。

肠道微生物群，是一个复杂的微生态系统，参与营养物质和能量代谢过程，对黏膜屏障功能的完整性也很重要。近年来研究报道，个体间微生物结构的差异与肥胖、情绪等多种疾病有关。一些疾病往往伴随着肠道微生物群的变化，调节肠道微生物群可以认为是缓解疾病的有效方法。铁是大多数肠道细菌必需的微量元素，很多肠道细菌具有活跃的铁运输体系和其他清除铁的机制。为了从微环境中接收低浓度的铁，微生物群演化出了复杂的机制，如铁载体系统。研究表明，在没有肠道微生物群的情况下，很少有铁可以贮存在肠细胞中并运输到器官，原因可能是肠道微生物群通过调节上皮铁转运体影响铁的摄取、运输和贮存。为此，有研究人员提出，在食物中添加益生菌可能是一种增加铁吸收的方法。

到目前为止，只有少数研究报道了缺铁和补铁对肠道微生物群的影响。补充铁源可减少缺铁大鼠肠道微生物群中的肠杆菌数量，而增加断奶仔猪的肠杆菌数量。用固定化肠道微生物群接种的儿童体外结肠发酵模型实验表明，缺铁会使罗斯氏菌、梭状芽孢杆菌和拟杆菌的数量减少，乳酸菌和肠杆菌的数量增加，但在高剂量铁下的肠道微生物群组成和活性没有影响。所以，肠道微生物群与铁代谢的关系应进一步研究。福建农林大学的Hong He、Hui Teng、Lei Chen、Hongbo Song等在本研究首先研究了AOS-铁对IDA引起的盲肠、结肠组织损伤和肠道微生物群失调的治疗效果，试图阐明肠道微生物群与IDA生化参数的关系，包括血液代谢参数、铁含量、GSH-PX、T-AOC和MDA水平及体重等。

肠道微生物群的丰富性和多样性

饲喂低铁日粮4周后，肠道微生物群的操作分类单位（OTU）数和香农指数均有所下降（表1），尤其是贫血模型（AM）组和AOS-铁组的香农指数明显低于对照（NC）组（P＜0.05），说明IDA明显降低了肠道微生物群的相对丰度和多样性。但在补铁2周（第6周）后，AOS-铁组的OTU数和香农指数明显高于AM组（P＜0.05）。特别是继续补铁4周（第8周），低剂量（LD）组、中剂量（MD）组和高剂量（HD）组的OTU数和香农指数均恢复到正常水平，且3个AOS-铁组之间无明显差异（P＞0.05），说明即使是低剂量的AOS-铁也能有效改善肠道微生物群的丰富性和多样性。

表1 大鼠肠道菌群的丰度和多样性统计分析

此外，如图1所示，进行主成分分析（PCA）和主坐标分析（PCoA）来分析肠道微生物群的整体结构变化。PCA评分表明，与NC组相比，AM组的粪便微生物群表现出沿第一主成分（PC1）负方向的显著结构转变（图1A）。相反，AOS-铁的施用显著恢复了缺铁引起的沿PC1正方向的变化。总的来说，低铁饮食改变的粪便微生物群结构被AOS-铁部分逆转，尤其是在MD和HD组。与NC组相比，AM组大鼠的整体微生物群落结构发生了明显变化，而LD、MD和HD组的微生物群落结构与NC组相似，说明IDA大鼠与所有AOS-铁大鼠的微生物群落结构存在明显差异（图1B）。此外，MD组和HD组的肠道微生物群落结构更接近正常大鼠。所以，PCoA进一步验证了PCA的结果。

图1 不同大鼠肠道菌群的多样性分析

肠道微生物群的构成

为了评估AOS-铁对粪便微生物群组成的影响，利用基于Illumina MiSeq平台的高通量测序技术，对粪便样品中16S rRNA基因的V3～V4区进行测序。在门水平上，不同组别的肠道微生物群的相对丰度如图2所示。一般来说，肠道微生物群主要包括3个门水平，其中以厚壁菌门为主，其次是拟杆菌门和变形菌门。在缺铁4周后，与NC组相比，AM组厚壁菌门的相对丰度下降，拟杆菌门和变形菌门的相对丰度增加。但经过2周的AOS-铁干预后（第6周），AOS-铁干预组与AM组相比，厚壁菌门的相对丰度增加，变形菌门的相对丰度减少，尤其是MD组和HD组厚壁菌门和变形菌门的相对丰度与NC组相似。另一方面，放线菌、蓝细菌、软壁菌门和梭杆菌门的丰度没有显著变化。AOS-铁干预4周（第8周）后，AOS-铁组的肠道微生物群特征与喂养2周AOS-铁饮食的大鼠相似，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度进一步提高。因此，AOS-铁干预4周后，按低、中、高剂量喂养，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度恢复到接近正常水平。

图2 在第4、6、8周时门水平的大鼠肠道菌群的相对丰度

属水平的元基因组分析显示，低铁饮食诱导的IDA改变了肠道微生物群的组成，但AOS-铁的干预抑制了这一不利情况（图3）。在第6和第8周周末，分别鉴定出65个（图3A）和67个（图3B）属水平的细菌，这些细菌受到缺铁或补充AOS-铁的显著影响。与补充AOS-铁2周（第6周）的组相比，多喂2周补充剂（第8周）可显著促进乳酸菌、粪芽孢菌属、双歧杆菌、厌氧棍状菌属、Anaerostipes、Butyricimonas、瘤胃球菌属的相对丰度，尤其是HD组（P＜0.05）；相反，AOS-铁组中的拟杆菌属、链球菌属、变形杆菌属、Parabacteroides、摩根菌属、梭杆菌属、沙雷氏菌属、萨特氏菌属、嗜胆菌属、肠球菌较AM组明显减少（P＜0.05）（图3）。这些结果表明，AOS-铁对调节低铁饮食引起的肠道微生物群失调有积极作用。

A.饲养6周的大鼠粪便样品；B.饲养8周的大鼠粪便样品。

图3 基于相对丰度的属水平粪便微生物群的热图

Conclusion

本研究通过Spearman相关分析，研究AOS-铁对IDA大鼠肠道组织和微生物群的影响，并探讨肠道微生物群与铁代谢紊乱的关系。补充AOS-铁4周后，中、高剂量AOS-铁能有效修复盲肠和结肠组织病变。低剂量AOS-铁能使肠道微生物群多样性增加至基线，有益微生物群丰富，潜在机会性病原体减少。Spearman相关分析表明，生化参数，期望MDA含量与SMB53、厌氧棍状菌属、Anaerostipes和粪芽孢菌属呈正相关，但与摩根菌属、梭杆菌属和沙雷氏菌属呈负相关。肠道微生物群的改善使铁代谢紊乱恢复到正常水平。总之，本研究表明，AOS-铁通过刺激肠道微生物群赋予宿主额外的健康益处。