《The Journal of Nutrition》：Dietary Vitamin B9 and B12 Deficiencies Alter Gut Homeostasis in Sprague-Dawley Rats
编辑推荐：
维生素B9和B12缺乏通过性别差异影响肠道形态、菌群组成及代谢物谱。研究采用48只SD大鼠模型，发现雄性在血清B9（9.4 nmol/L）和B12（169.6 pmol/L）水平显著低于对照组（116.1 nmol/L和590.0 pmol/L，p<0.001），伴随酸性黏液减少68%（p=0.02），菌群中变形菌门（Blautia）、乳杆菌属（Lactobacillus）等属丰度变化，代谢物如羟基肉桂酸、色氨酸和N-乙酰神经氨酸酸显著差异。
Khandkar S. Hossain | Ava Rasouli | Sathya Amarasena | Zachary Kroezen | Natasia Kurysko | Meera Shanmuganathan | Janet A. Brunton | Yvonne Lamers | Kapil Tahlan | Philip Britz Mckibbin | Shyamchand Mayengbam
纽芬兰纪念大学生物化学系，加拿大NL
摘要
背景
B族维生素，尤其是B9和B12，是代谢反应中的重要辅因子，包括一碳（1C）代谢，这些代谢过程支持生长和整体代谢功能。虽然肠道细菌可以合成一些B族维生素，但这不足以满足宿主的需求，因此饮食摄入至关重要。尽管它们在生化中的作用已经明确，但它们对肠道稳态的影响仍知之甚少。
目的
本研究探讨了饮食中维生素B9和B12缺乏对肠道形态、微生物组成及其代谢产物的影响。
方法
48只Sprague–Dawley大鼠（4-5周龄，雌雄各半）被分别喂食AIN-93G对照饮食（n=16）、维生素B9缺乏饮食（LB9，n=16）或维生素B12缺乏饮食（LB12，n=16），持续六周。收集血液、组织和粪便样本，分析血清中的维生素、目标1C代谢物、组织学特征以及粪便代谢组学数据。使用单因素或双因素方差分析（ANOVA）进行数据统计，显著性水平设为p≤0.05。
结果
观察到身体、肝脏和大脑重量存在性别差异，但这些参数未出现处理相关的显著变化。血清中的维生素B9和B12水平显著降低，其中LB9组的雄性大鼠下降更为明显（分别为9.4 nmol/L和169.6 pmol/L，而对照组分别为116.1 nmol/L和590.0 pmol/L，p < 0.001）。血清1C代谢物没有显著差异。组织学分析显示LB12组大鼠的黏膜厚度增加（p = 0.006），且两个缺乏组的酸性黏蛋白含量减少了68%（p = 0.02）。肠道微生物组成和粪便代谢物谱因性别而异，细菌属如
Streptococcus, Lactobacillus, Blautia, Lachnochlostridium, Colidextribacter和
Dorea以及代谢物如氢肉桂酸、色氨酸和N-乙酰神经氨酸发生了显著变化。
结论
饮食中维生素B9和B12的缺乏会导致肠道形态、微生物组成和代谢物谱的性别依赖性改变，强调了它们在维持胃肠道和代谢稳态中的重要作用。
引言
微量营养素如维生素在多种代谢过程中起着关键作用[1]。B族维生素，特别是维生素B9（叶酸）和B12（钴胺素），在一碳（1C）代谢中作为辅酶和甲基供体[2]。这一共同的生物途径对多种生理反应至关重要，包括核苷酸合成、DNA甲基化和氧化还原平衡[3, 4]。这些途径的紊乱与多种慢性疾病的发展有关，包括癌症、心血管疾病和阿尔茨海默病[5, 6]。
在肠道中，近100种细菌能够产生某些B族维生素并交换它们以确保生存[7]。肠道微生物产生必需物质（包括维生素、神经递质和激素）的能力受到宿主环境的强烈影响，尤其是底物的可用性。例如，Bacteroides fragilis、Lactobascillus plantarum和Bifidobacterium等细菌可以利用对氨基苯甲酸作为前体合成叶酸[7, 8]。相比之下，Pseudomonas denitrificans和Bacillus megaterium等细菌则利用细菌合成的前体precorrin-2来生产维生素B12[7]。尽管肠道微生物群具有生产这些维生素的能力，但宿主与非生产细菌之间的竞争可能会限制它们对宿主的生物利用度[7]。因此，饮食摄入仍然是满足日常微量营养素需求的关键[9]。
在高收入国家，由于广泛的食物强化计划和更容易获得富含微量营养素的食物，这些微量营养素的严重缺乏较为罕见[10]；然而，仍有关于中度缺乏的报告[10]。根据预防神经管缺陷（NTDs）的阈值，严重的维生素B9缺乏定义为血浆叶酸浓度低于7 nmol/L或红细胞叶酸浓度低于305 nmol/L，而中度缺乏或不足定义为血浆叶酸浓度为7–16 nmol/L或红细胞叶酸浓度在305至900 nmol/L之间[11, 12]。来自193个国家的数据表明，在强制强化、自愿强化和未强化的人群中，平均血浆叶酸浓度分别为36、21和17 nmol/L，相应的NTDs患病率分别为每万人4、8和10例[13]。在高收入国家，严重维生素B9缺乏的患病率通常低于5%，但在低收入和中等收入国家可高达20%[14]。此外，加拿大健康测量调查还显示，尽管有国家层面的食物强化计划，仍有22%的育龄妇女的红细胞叶酸水平低于最佳值（<906 nmol/L）[15]。
严重的维生素B12缺乏定义为血清浓度低于148 pmol/L，中度缺乏定义为148–221 pmol/L[11]。在美国，20–39岁的成年人中有约3%患有严重维生素B12缺乏，40–59岁的人群中为4%，60岁及以上的人群中为6%[16]。在加拿大，大约5%的40-79岁成年人受到影响[17]。一项研究发现，75岁以上的成年人中有6%的甲基丙二酸水平高于0.75 μmol/L，16%的水平高于0.45 μmol/L——这两者都表明存在轻度至中度的维生素B12缺乏[18]。总体而言，轻度缺乏比严重缺乏更为常见，20–59岁的成年人中有14–16%受到影响，60岁及以上的人群中这一比例高达20%[16]。
虽然严重的维生素缺乏较为罕见，但在特定情况下（如怀孕、身体或代谢压力、疾病或遵循某些限制性饮食（例如纯素食、素食）时，中度缺乏可能会变得具有临床意义。这些情况会增加对维生素B9和B12（尤其是维生素B9）的生理需求，超过估计的平均需求[19, 20, 21]。这些微量营养素可能在调节肠道微生物群的组成和代谢活性方面起着关键作用。因此，研究维生素B9和B12的不同水平如何影响肠道健康非常重要。在本研究中，我们使用大鼠模型探讨了饮食中维生素B9和B12缺乏对肠道稳态的影响，重点关注肠道形态、微生物组成和微生物代谢物。
动物和饮食
共获得了48只Sprague–Dawley大鼠（24只雌性和24只雄性），年龄为4-5周，来自Charles River Laboratories。实验方案获得了纽芬兰纪念大学（MUN）机构动物护理委员会的批准，并遵循了加拿大动物护理委员会的指南。4周大的大鼠被饲养在湿度受控的房间内，温度保持在22°C，光照周期为12小时明暗循环。
饮食中维生素B9和B12缺乏对生理参数的性别特异性影响
观察到体重（P < 0.001）、肝脏重量（P = 0.004）和大脑重量（P < 0.001）存在显著的性别差异，但未发现处理或交互作用效应（P > 0.05；补充表2）。同样，经体重调整后的十二指肠-空肠长度也存在显著的性别差异（P < 0.001），但处理效应不显著。雌性的十二指肠-空肠长度显著长于雄性（34.1 ± 4.4 cm vs 20.5 ± 1.6 cm；P < 0.001）。
讨论
B族维生素，包括维生素B9和B12，在人体代谢中作为多种生化反应的辅因子发挥着重要作用[32]。这些维生素可以通过饮食摄入或由某些肠道细菌合成。然而，只有少数肠道微生物具备从头合成B族维生素的能力[33, 34]。因此，宿主和肠道微生物群在很大程度上依赖于饮食来源，这些维生素的缺乏...
资助
本研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）和纽芬兰纪念大学的研究资助。PBM还感谢NSERC、加拿大创新基金会和Genome Canada的支持。
致谢
我们感谢达尔豪斯大学（Halifax）的综合微生物组资源中心进行16S rRNA测序，埃德蒙顿的代谢组学创新中心进行目标1C代谢物分析，以及纽芬兰纪念大学医学院的医学实验室在组织学切片制备方面的协助。
KSH进行了实验、数据分析并撰写了初稿。AR进行了组织学分析，而SA...
