,USA)适应三周的时间后，将动物切换至下列治疗之一，而一个对照组将 维持低脂肪膳食。共计90只C57BL/6小鼠首先接受标准食物膳食（standardchowdiet)， 持续三周。基于空腹血液葡萄糖和体重增加将动物随机化。在第〇天，然后将小鼠分入6 组，每组15只动物，一组接受标准食物膳食，而其他组接受补充有益生元或糖的高脂肪膳 食。
[0129] 低脂肪和高脂肪膳食获自ResearchDiets，USA的标准低脂肪和高脂肪膳食，并且 为等热量的（4057千卡/Kg):
[0130] 膳食D09072901i为具有60千卡％脂肪的啮齿类动物膳食
[0131] 膳食D09072902i为具有60千卡％脂肪和21Ig纤维混合物A的啮齿类动物膳食
[0132] 膳食D09072903i为具有60千卡％脂肪和140g纤维混合物B的啮齿类动物膳食
[0133] 膳食D09072904i为具有60千卡％脂肪和100g纤维混合物C的啮齿类动物膳食
[0134] 膳食D09072905i为具有60千卡％脂肪和35.Ig葡萄糖、32.3g乳糖和1.45g半乳 糖的啮齿类动物膳食
[0135] 膳食的制备如下文描述：
[0136] 对于混合物A:G0S益生元
[0137] 向膳食加入2Ilg糖浆或158. 2g干粉，共计531千卡。
[0138] 在干物质中，90g为纤维（258千卡），且68. 2gm为糖（272. 8千卡），
[0139] 为了保持在不同组中的不同膳食之间的等热量平衡，除去来自麦芽糊精的258千 卡，以及来自蔗糖的272. 8千卡。
[0140] 对于混合物B:G0S-CM0s益生元
[0141] 向膳食加入140g粉末，共计350千卡。
[0142] 在干物质中，35. 7g为纤维（71. 4千卡），且剩余278. 6千卡来自糖。
[0143] 为了保持在不同组中的不同膳食之间的等热量平衡，除去来自麦芽糊精的75千 卡，以及来自蔗糖的275千卡。
[0144] 对于混合物C:菊粉和低聚果糖（FOS)-Prebio1
[0145] 对于100g产物，向70gm菊粉加入30g产物FOS。
[0146] 向膳食加入100g混合物C。
[0147] 在干物质中，90g为纤维（116千卡），且IOg为糖（40千卡）。
[0148] 为了保持在不同组中的不同膳食之间的等热量平衡，除去来自麦芽糊精的116千 卡，以及来自鹿糖的40千卡。
[0149] 对于混合物D:
[0150] 混合物D由以下组成：51%葡萄糖、47%乳糖和2%半乳糖。
[0151] 向膳食加入68. 75g混合物D，即275千卡。（35gm葡萄糖、32. 3gm乳糖、I. 45gm半 乳糖）
[0152] 为了保持在不同组中的不同膳食之间的等热量平衡，除去来自蔗糖的275千卡。
[0153] 在实验研究期间，对动物监测它们的体重和组合物、食物和水食用。重量增加的差 异通过非参数检验（Wilcoxon-Mann-WhitneyU检验）评估。
[0154] 随着时间推移，接受高脂肪膳食与益生元的组合的动物的重量增加，相较于喂养 FI高脂肪膳食的动物，存在显著性减少。
[0155] 每周收集尿样品，即在膳食切换前三周（D-21至D0)和在营养干预期间10周（D0 至D70)。在-80C快速冷冻所有样品直至分析。
[0156]1HNMR光谱学
[0157] 将体积40y1的尿稀释于含有叠氮化钠（3mM)和TSP(0. 5mM)的20y1缓 冲溶液（NaHPO4, 0.6MpH= 7)。在离心后，使用注射器将样品转移到1.7mm直径NMR 管。然后通过执行具有64K数据点的标准序列的64次扫描将1HNMR光谱记录于 600. 13MHz光谱仪。将NMR实验的温度保持在300K。通过使用软件T0PSPIN2. 0(Bruker Biospin,Rheinstetten,Germany)进行尿光谱的处理。对于每个光谱，使FID乘以对应于 IHz线增宽的指数函数，之后通过傅里叶变换器变换为光谱。然后手动校正光谱的相和基 线。通过使用S〇. 〇的TSP信号对化学位移校准。通过使用STOCSY(统计学总相关光谱 学）、光谱数据库和公布的归属值来实现光谱归属。
[0158] 数据处理和多夺量数据分析:
[0159] 最终将光谱数据（从8 〇? 2至5 9. 5)输入到Matlab软件（版本，themathworks Inc，NatwickMA)中且变换到22K数据点。从每个光谱除去水峰的共振（S4. 7-5. 05)以便 消除与水共振预饱和相关的变异性。然后将1HNMR光谱对总面积标准化，并通过使用"单 位方差"体系来应用不同多变量统计（PCA、OPLS和0PLS-DA)。
[0160] 对可在尿1HNMR光谱上归属的来自宿主肠道微生物共代谢、以及来自宿主P氧 化、BCAAs氧化、Krebs's循环和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸途径的中间体代谢物积分，以评估 每组的每只个别动物的这些代谢物随着时间推移的尿排泄。也使用与单变量分析组合的多 变量分析来分析数据以选择与重量增加和组特异性相关的模式。
[0161] 主要发现和亮点：
[0162]在喂养含或不含益牛元的HFD的C57BL/6T小鼠中的体重增加夺异件
[0163] 关于体重（BW)和BW增加的结果是非常一致的。在第7天，大多数益生元组中的 BW和BW增加已经显著低于高脂肪组，并且差异增加直至第70天（图1)。尽管如此，在研究 结束时，所有组也显著高于用低脂肪膳食喂养的对照组。这种差异最终变得显著性的时间 在益生元组之间不同。Prebio1 (菊粉+FOS益生元）组在这些参数上在第21天（BWG)或 第35天（BW)已经高于对照组，并且在第70天非常不同（BW2.81 [1. 19 ;4.43]p= 0.0023 ; BWG2. 46[1. 12 ;3. 81]p= 0? 0013)。
[0164] 尿代谢谱图分析指出与高脂肪诱导的肥胖症相关的持续的代谢答名
[0165] 为了研究与膳食诱导的肥胖症发展相关的具体代谢签名，我们在13周的时间内 获得随着时间推移的尿代谢谱图（图1)。然后将来自用低脂肪、高脂肪和含有益生元的高 脂肪膳食喂养的小鼠的尿代谢谱图用体重和体重增加进行积分。基于使用完整代谢谱图的 这种分析，代谢签名可归因于重量增加。
[0166] 将最具影响力的代谢物的代表性信号积分，并且使用第0天、第7天和第70天的 数据进行使用多变量数据分析的其他分析，以鉴定重量增加的最佳早期预测因子。每个模 型通过使用一种预测分量和数种正交分量来计算。正交分量的最佳数量通过R2Y和Q2Y拟 合优度统计确定（图2)。第一模型使用35种代谢物产生，然后第二模型使用前12种代谢 物产生（如通过VariableImportancePlot和相关系数值所定义，图2和3)。对于每个模 型，混淆矩阵对于动物组分层显示非常好的模型容量。
[0167] 鉴定了具有最高相关系数的代谢物，指示尿代谢变化囊括对宿主和肠道微生物代 谢二者的调控。特别地，肉碱、酰基肉碱、三羧酸代谢物、以及支链氨基酸氧化的中间体的水 平与重量增加显著相关。相反地，由微生物胆碱代谢产生的甲基胺衍生物（三甲胺（TMA) 和三甲胺（TMAO))以及牛磺酸的水平显示与重量增加负相关。此外，肠道细菌所致的芳族 氨基酸降解的终产物（苯乙酰甘氨酸、硫酸吲哚酚）也显示与重量增加正相关。
[0168] 代谢物棑泄随着时间椎務的尿代谢樽式突出了与膳畲诱导的重量增加相关的具 体代谢话应以及伸用益牛元的预防
[0169] 用于组内数据建模的类似数据分析的应用已揭示：在宿主和肠道微生物代谢适应 方面的组特异性，其可与体重增加的有益减少相关。
[0170] 特别地，肠道微生物共代谢物、包括TMA、TMA0、苯乙酰甘氨酸、硫酸吲哚酚的尿水 平的变异度表明，肠道微生物群所致的膳食组分代谢加工的时间依赖性和营养依赖性转 变。高脂肪膳食使TM和TMO尿水平显著减少，但是益生元补充趋于预防肠道微生物群所 致的TM生成减少以及进一步肝脏对TMO的加工。相反，硫酸吲哚酚和苯乙酰甘氨酸尿浓 度趋于被高脂肪膳食略微减少，但是用益生元补充观察到更大幅减少。这些观察与体重增 加的强相关合在一起，趋于阐明肠道微生物群的益生元调控的功效对于介导重量增加预防 益处是关键的。
[0171] 因此，HFD治疗可意味着肠道微生物群活性的显著变化，其被益生元阻止（TM/ TMA0)或被其他微生物过程如蛋白水解发酵（苯乙酰甘氨酸、硫酸吲哚酚）补偿。
[0172] 平行地，这些肠道微生物变化与宿主中央能量代谢的显著性调控相关。
[0173] 与LFD喂养组比较，HFD喂养组中异戊酰基甘氨酸和a-酮异戊酸盐的排泄显著 地且一致地随着时间推移而增加，于是它们构成DIO的定性且稳定的候选生物标记物。益 生元补充阻止这些变化，如a-酮异戊酸盐的尿水平维持或略微减少、以及异戊酰基甘氨 酸的延时增加所表示。在用和不用益生元的组中，在第70天观察到的后者变化和类似的浓 度表明：在第70天的过重表型诱导能量代谢的显著性变化。然而，其对膳食切换的代谢适 应期间中的延迟看似与益生元在重量增加预防中的功效有关。此外，观察到类似的对肌酸 酐一一种普遍接受的瘦质量和肌肉代谢的标记物一的尿排泄的短暂效应。
[0174] 此外，可通过三羧酸代谢中间体草酰乙酸和相关酒石酸（tartrate)的具体变化 观察到益生元的有益效应，表明能量生成的调控与差异使用营养素以给身体能量相关。
[0175] 最终，观察到与肉碱和酰基肉碱代谢相关的一些特异性，推断对脂肪酸氧化和线 粒体代谢有效应，在接受GOS-CMOS益生元的动物中对相关生理学过程具有特异性刺激。
[0176] 此外，为了评价代谢物的尿排泄中早期代谢变化和重量增加之间的关系，我们计 算了在膳食切换后的第一周内的代谢物变化倍数，并将与重量增加的相关强度与相对代谢 物浓度及其与肌酸酐浓度的比率进行比较（表1)。该分析显示：在重量增加与代谢物（包 括a-酮-异戊酸、硫酸吲哚酚、三甲基胺、苯乙酰甘氨酸、草酰乙酸和肌酸酐）的变化倍数 和相对浓度之间存在一些强且一致的相关性。此外，对于每个组和对于体重增加，报告了在 含和不含益生元的高脂肪膳食一周后和70天后的变化倍数（表2)。
[0177] 关于具体代谢物与重量增加的关联、它们受益生元的具体调节、它们作为对益生 元干预的响应的早期代谢指标的鉴定、本文所述的生物标记物的以上观察，允许诊断阳性 响应于用于预防膳食诱导的重量增加的基于益生元的营养干预的可能性。
[0178] 先前使用代谢组学方法研究了HFD喂养小鼠中线粒体代谢的调控。与LF喂养小 鼠比较，HF喂养小鼠的尿中P氧化中间体：己酰基甘氨酸、肉碱和酰基肉碱的尿排泄一致 增加，这表明线粒体中的脂肪酸溢流增加以及P氧化的活化。在本发明研究中，益生元趋 于促进这些代谢过程的进一步增加，表明更有效的脂肪酸氧化，这随着时间推移而保持。
[0179] 在HF喂养小鼠中的亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸以及BCAA分解代谢的中间体（异戊 酰基甘氨酸、a_酮-0 -甲基戊酸盐和a_酮异戊酸盐）显著地且一致地增加，支持了HFD 相关的BCAA分解代谢上调的假设。在本研究中，益生元趋于预防异亮氨酸分解代谢的具体 增加，如维持a-酮-异戊酸的正常水平所示。
[0180]HF喂养小鼠中缬氨酸和异亮氨酸分解代谢可被上调，诱导琥珀酰基-CoA的形成 以及下列Krebs's循环中间体的生成。令人惊讶地是，LF喂养小鼠与HF喂养小鼠之间的 其他Krebs's循环中间体（柠檬酸盐、顺式-顺乌头酸酶（aconitase)、a-酮戊二酸盐） 无显著不同，