Lactiplantibacillus plantarum dfa1（简称Lp dfa1）是一种从泰国人群中分离出的益生菌，在此次研究中被用来探索其在改善因高碳水化合物饮食导致的肥胖及前期糖尿病中的作用。实验使用了两种特殊饮食方案：高葡萄糖饮食（HGD）和一种含有菠萝干酪蛋糕饼干的高碳水化合物饮食（HBD）。后者因其丰富的果源可溶性纤维而具有潜在的合生素效应。标准小鼠饮食（RD）中碳水化合物、蛋白质和脂肪的比例为56:13:31，随后调整成HGD（C:P:F比例为60:25:15）或HBD（C:P:F比例为70:9:21）。12周内，小鼠每天分别接受HGD或HBD喂养，并口服1×10^9 CFU的Lp dfa1。研究旨在评估该干预对肥胖指标（体重增加、血脂水平、脂肪沉积）、前期糖尿病标志物（空腹血糖、胰岛素、口服葡萄糖耐量试验及胰岛素抵抗稳态模型评估（HOMA-IR））、肠道健康（肠细胞损伤FITC-葡聚糖测定、血清细胞因子TNF-α、IL-10和IL-6）以及肝脏健康（酶水平、重量、组织学、碳水化合物和脂肪成分及氧化应激）的影响。结果表明，无论是HGD还是HBD都会引起类似的肥胖指标、前期糖尿病状态、肠细胞损伤、血清细胞因子变化和肝损伤。然而，Lp dfa1的施用有效缓解了这些不良影响，并增加了粪便中的短链脂肪酸。微生物组分析显示，饮食引起了菌群失调，其中HGD和HBD影响差异显著，特别是在厚壁菌门/拟杆菌门比例和Akkermansia属丰度方面，后者的丰度在HBD+Lp组中显著升高。HBD组相较于HGD组，放线菌门较低而变形菌门较高，提示混合糖类与果源可溶性纤维可能产生不同的影响。有趣的是，尽管Lp dfa1在HGD和HBD两组均能减轻肥胖，但仅在HBD组中提升了Akkermansia属，暗示不同机制的存在。体外实验表明，Lp dfa1的上清液减少了Caco-2和HepG2细胞系的炎症反应，表现为跨上皮电阻（TEER）提升、闭锁蛋白-1表达增加、炎症介质（NF-κB、TNF-α、IL-8、IL-6和IL-10）降低以及黏蛋白基因升高。总之，Lp dfa1通过直接细胞保护和微生物组调节展示出预防糖分引起的肠道损伤和支持代谢健康的双重机制。这些发现突出了Lp dfa1和高纤维饮食，特别是基于菠萝干酪蛋糕饼干饮食的协同效应，强调了其在改善肠道微生物群和解决饮食相关健康问题中的作用。
高葡萄糖饮食（HGD）和高碳水化合物饼干饮食（HBD）均可诱导前期糖尿病状态，表现为改变的空腹血糖、果糖、胰岛素水平、胰岛素抵抗（HOMA-IR）和受损的口服葡萄糖耐量试验（OGTT）。肠道健康也受到负面影响，两种饮食均增加肠道通透性（FITC-葡聚糖测定）和血清内毒素水平（血清脂多糖），相比对照组（RD）引起更高的系统性炎症（升高的IL-6、TNF-α和IL-10水平）。此外，益生菌处理的小鼠血清细胞因子水平较低可能是由于粪便中短链脂肪酸（乙酸、丁酸和丙酸）升高所致。值得注意的是，Lp dfa1显著提高了粪便中益生菌的丰度，这由粪便PCR检测所支持。所有组别小鼠的日摄食量无明显差异。施用HGD和HBD均导致相似的肥胖指标上升，包括第12周的体重增加、血清血脂谱变化（包括甘油三酯、总胆固醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平）以及多个部位（如腹膜后、肠系膜、肾周和皮下区域）的内脏脂肪沉积。肝脏评估进一步显示，两种饮食在加重肝损伤方面没有差异，这通过肝脏的生化成分（葡萄糖、果糖、胆固醇和甘油三酯）、氧化应激标志物（谷胱甘肽作为抗氧化剂、丙二醛作为促氧化剂、肝酶活性（ALT）、肝重和组织学损伤评分来体现。
然而，引入Lp dfa1在HGD和HBD组的所有测量参数上都带来显著改善，包括减轻肥胖、前期糖尿病和肝健康方面的多项指标，突显了其对饮食诱导代谢损害的保护作用。具体而言，Lp dfa1补充剂通过增强肠道完整性、减少肠道通透性和减轻内毒素血症严重程度，从而降低了系统性炎性细胞因子水平。因为（i）肠道中的革兰氏阴性菌是内毒素（LPS）的主要来源，其可以进入血液循环（肥胖诱导的内毒素血症）；（ii）已知肠道菌群失调会导致肠道屏障缺陷。此研究中Lp dfa1对肠道屏障强化的作用（血清FITC-葡聚糖测定）可能部分归因于其对肠道菌群失调的影响。
粪便微生物组分析揭示了对照组和因碳水化合物引起的肥胖组之间细菌丰度在门、纲、目、科和属上的显著模式差异。值得注意的是，以Chao1指数衡量的α多样性只有轻微差异，最高多样性出现在HGD + Lp组，而Shannon指数则未受影响。非度量多维尺度分析（NMDS）展示了每个实验组特有的微生物组成集群，表明尽管样本来自不同笼子，每种饮食方案都与特定的微生物群落相关。对比分析强调了RD和HGD组之间微生物群体的细微变化，这两组之间的NMDS接近度较其他组更高。详细菌群失调模式比较显示，HGD和RD之间的差异包括拟杆菌门和变形菌门的减少、Bacteroides属的减少以及Clostridium属的增加。相对而言，HBD组比RD组表现出更低的拟杆菌门、更高的厚壁菌门/拟杆菌门比值（F/B比值）、减少的变形菌门、较高的放线菌纲和双歧杆菌属及梭菌属。与HGD相比，HBD组同样显示出较低的拟杆菌门和更高的F/B比值，但在属水平上还表现出较低的Bacteroides和较高的双歧杆菌属和乳酸杆菌属。Lp dfa1补充剂在HGD饮食中调节了微生物群，通过提高F/B比值、减少Clostridial属并增加乳酸杆菌属。在HBD饮食中，Lp dfa1补充剂导致拟杆菌门、疣微菌门及Akkermansia属的增加，同时降低了F/B比值和Clostridial属。LEfSe分析识别了各组独特的细菌特征：对照组主要由拟杆菌属主导，HGD组以Rombutsia为特征，而HBD组以厚壁菌为主。Lp dfa1在HBD中将细菌构成转向Allobaculum和Akkermansia，而在HGD中乳酸杆菌变得更加丰富。
高浓度果糖和葡萄糖的组合对肠细胞和肝细胞造成附加的炎症效应，这一效应在体外实验中得到验证。益生菌上清液在肠细胞和肝细胞中均表现出抗炎作用，进一步证明了益生菌在维持肠道健康方面的有益影响。
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