2022-12-20
《Food & Function》 影響因子：6.32 文章題目：Black bean husk and black rice anthocyanin extracts modulated gut microbiota and serum metabolites for improvement in type 2 diabetic rats. 技術手段：LC-MS/MS，16S rRNA，qRT-PCR，Western blot 吉林省農科院近期在《Food & Function》上發表了黑豆殼和黑米花青素提取物調節腸道菌群和血清代謝物改善II型糖尿病大鼠的研究成果。 一、研究背景 糖尿病是一個全球性的公共健康問題，盡管許多治療糖尿病的藥物獲得批準，但一系列副作用，如頭暈和惡心，對患者的心理健康產生不利影響。從天然食物中獲取功能性成分是改善和治療2型糖尿病（Diabetes Mellitus Type 2，T2DM）的新策略，可以抑制對人體的副作用。 黑豆殼中的酚類化合物和花青素具有多種生物活性，如抗輻射、抗氧化、抗脂肪、降血脂和降血糖作用。黑米花青素提取物可以降低T2DM和其他代謝疾病的風險，包括肥胖癥、血脂異常和高血壓。花青素提取物對T2DM的干預作用已通過動物和臨床數據研究得到證實，但僅限于抗氧化活性和脂質代謝的研究，其潛在作用機制尚待探索。 二、技術路線 三、研究結果 黑豆殼和黑米花青素提取物緩解大鼠的T2DM癥狀 治療期后，干預組大鼠體重減輕且明顯多于模型組(圖1A)。在T2DM大鼠中，BS、BR和BSR組顯著降低了葡萄糖不耐受、FBG、胰島素和HOMA-IR水平(圖1B、C)。在T2DM大鼠中，BS、BR和BSR組顯著降低了GSP含量。BSR組治療效果優于BS組和BR組(圖1D)。 與模型組相比，BS組(除LDL-c外)、BR組和BSR組血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-c)和非酯化脂肪酸(NEFA)水平顯著降低，高密度脂蛋白膽固醇(HDL-c)水平顯著升高。花青素提取物在一定程度上改善了T2DM大鼠的脂質代謝(圖1E)。 圖1黑豆殼和黑米花青素提取物對T2DM的影響 花青素提取物增強T2DM大鼠的肝臟保護作用 持續的高血糖癥會誘導慢性氧化應激，從而導致組織損傷。治療后，T2DM大鼠的氧化應激狀態得到緩解，表現為BS、BR和BSR組中肝臟MDA、SOD和CAT水平(除BS外)顯著增加。與模型組相比，BS、BR和BSR組肝臟AST、ALT和ALP水平顯著降低(圖2B)。肝臟的H&E染色顯示NC組中肝細胞排列整齊且均勻，模型組中出現空泡化，表明肝損傷在治療組中得到不同程度的緩解(圖2A)。 圖2花青素提取物對T2DM大鼠肝功能和組織形態學的影響 花青素提取物抑制HMGCR、PEPCK和G6pase的表達 通過檢測PI3K、AKT、AMPK、HMGCR、G6pase和PEPCK的蛋白表達水平，發現無論是mRNA還是蛋白，T2DM對這六種信號分子造成的變化都被黑豆殼和黑米花青素提取物改變，這些結果在BSR組中更為明顯(圖3A，B)。 圖3花青素提取物對血糖調節相關蛋白表達的影響 花青素提取物調節T2DM大鼠腸道微生物組成 16S測序結果顯示T2DM大鼠腸道中OTUs的數量低于NC組，并且在花青素提取物處理后OTUs的數量增加(圖4A)。與NC組相比，α多樣性在模型組、Met組和BS組中顯著降低，而在BR組和BSR組中沒有顯著差異(圖4C)，表明T2DM大鼠的腸道微生物豐度明顯較低，但在干預治療后逐漸接近對照組。在門水平上，與對照組相比，模型組厚壁菌門的豐度顯著降低，放線菌的豐度顯著升高(圖4B, D)。 BS、BR和BSR組緩解了由T2DM引起的腸道菌群紊亂，雙歧桿菌、志賀氏菌的豐度降低，Phascolarctobacterium、Akkermansia和Blautia spp的豐度增加，其中近1/3的OTUs之前被確定具有短鏈脂肪酸產生功能(圖5)。 圖4花青素提取物對T2DM大鼠細菌多樣性和組成的影響 圖5花青素提取物對盲腸菌群特征的影響 花青素提取物調節T2DM大鼠血清代謝產物 在NC與模型組以及模型與BSR組進行比較時，有28種代謝產物共同表現出差異。在兩次比較中，大約25種不同的代謝物也顯示出不同的趨勢（圖6）。尿素、L-瓜氨酸三甲基胺N-氧化物和膽酸在治療后顯著下調，而脫氧胞苷和膽紅素顯著上調，這意味著BSR組通過這些代謝產物對T2DM大鼠產生調節作用。 通過對KEGG信號通路中模型組和BSR組中發生顯著改變的代謝產物進行了富集，共篩選出八種顯著不同的代謝通路。其中，朊病毒病通路顯著上調，而嘧啶代謝、內源性大麻素信號、亞油酸代謝、GnRH信號通路和精氨酸生物合成通路顯著下調(圖7A)。模型組和BSR組嘧啶代謝和精氨酸生物合成趨勢不同， BSR組大鼠可通過這兩種代謝途徑調節T2DM(圖7)。 圖6差異代謝物聚類熱圖 圖7 代謝通路預測及相關性分析 四、結 論 黑豆殼、黑米花青素提取物能明顯改善大鼠血糖、胰島素抵抗、血清氧化應激狀態、脂質代謝及炎性細胞因子水平，減輕肝損傷。花青素提取物增加了腸道中微生物的相對豐度，通過腸-肝軸激活了AMPK及PI3K/AKT信號通路，抑制了肝臟糖異生，從而緩解Ⅱ型糖尿病。此外，黑豆殼和黑米提取物通過調節血清中尿素等代謝物的含量，下調了精氨酸生物合成和嘧啶代謝，改善了機體糖脂代謝紊亂。此項研究證明了黑豆殼和黑米的潛在藥用價值，為Ⅱ型糖尿病的治療提供了新的方向，更為黑豆和黑米等食品的開發提供了理論依據。 本研究中代謝組和16S rRNA測序及部分分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。 參考文獻：Mubai,Sun,Da,Li,Mei,Hua,Xinyu,Miao,Ying,Su,Yanping,Chi,Yueqiao,Li,Ruiyue,Sun,Honghong,Niu,Jinghui,Wang.Black bean husk and black rice anthocyanin extracts modulated gut microbiota and serum metabolites for improvement in type 2 diabetic rats.[J].Food & function,2022,13(13):7377-7391.
