FSHW | 石榴皮多酚通過腸道菌群促進脂肪棕色化并改善飲食所致的小鼠肥胖

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Introduction

哺乳動物白色脂肪組織（WAT）負(fù)責(zé)能量儲存，棕色脂肪組織（BAT）通過非顫栗性產(chǎn)熱以熱量的形式耗散能量。研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食（HFD）能夠降低棕色脂肪組織的產(chǎn)熱功能并促進白色脂肪組織肥大，從而使脂肪組織中脂質(zhì)過度積聚，進而誘導(dǎo)胰島素抵抗、非酒精性脂肪肝、動脈粥樣硬化和高血壓等代謝紊亂疾病的發(fā)生發(fā)展。一些膳食營養(yǎng)成分能夠加強棕色脂肪產(chǎn)熱能力、促進白色脂肪向棕色脂肪轉(zhuǎn)化，成為其改善飲食所致代謝紊亂的重要途徑之一。

近年研究表明，腸道菌群在促進脂肪棕色化發(fā)展過程中具有重要作用，如改善高脂誘導(dǎo)或遺傳性肥胖小鼠的腸道菌群能促進白色脂肪組織棕色樣發(fā)展并改善機體代謝紊亂；將冷暴露小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠體內(nèi)，能顯著提高白色脂肪組織的棕色化水平。另外還有研究發(fā)現(xiàn)，促進脂肪棕色化的一些代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸和膽汁酸的產(chǎn)生也需要腸道菌群的參與。 石榴是一種營養(yǎng)豐富的水果，含有多種功能營養(yǎng)成分，其中多酚是最豐富的活性成分之一。近年來研究表明，石榴不同部位（皮、籽和汁）的多酚提取物具有顯著的藥理活性，并能顯著改善代謝紊亂。作者之前發(fā)現(xiàn)石榴皮多酚可以改善飲食誘導(dǎo)的肥胖，并調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)。尿石素A作為石榴多酚的主要腸道菌群代謝產(chǎn)物，已被明確了對飲食所致代謝紊亂的潛在有益效應(yīng)。因此，推測腸道菌群在石榴皮多酚改善飲食誘導(dǎo)的代謝紊亂中發(fā)揮著重要作用。然而，腸道菌群在石榴皮多酚效應(yīng)中的作用，特別是在改善飲食誘導(dǎo)的肥胖中的作用尚未闡明。因此在本研究中，作者通過廣譜抗生素抑制腸道菌群，重點圍繞脂肪組織棕色化探索腸道菌群在石榴多酚改善飲食所致代謝紊亂的作用及機制。

Results and Discussion

抗生素對腸道微生物群的抑制削弱了石榴皮多酚對高脂飼喂小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)效應(yīng)

圖1 腸道菌群組成分析

與未使用抗生素的處理組相比，抗生素處理組的α-多樣性水平（OTUs和Shannon指數(shù)）顯著降低，反映了抗生素干預(yù)抑制腸道菌群的多樣性。此外，PCoA分析揭示了不同處理組間微生物組成的不同，尤其是使用抗生素與未使用抗生素處理組之間腸道菌群組成的明顯分離。門水平上的分類分析表明，在未使用抗生素的處理組中，腸道菌群以變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、疣菌門和脫硫菌門為主。與高脂組相（HFD）比，石榴皮多酚組（PPPs）的Verrucomicobiota門明顯增加。然而，抗生素的干預(yù)顯著改變了腸道微生物群的組成，其特征是變形桿菌的相對豐度占90%以上。與抗生素組（Abx）相比，石榴皮多酚加抗生素（AbxPPPs）干預(yù)對腸道菌群組成幾乎沒有調(diào)節(jié)作用。這些結(jié)果表明，抗生素干預(yù)明顯抑制了高脂飼喂小鼠的腸道菌群，也削弱了石榴皮多酚對高脂飼喂小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。

石榴皮多酚通過腸道菌群促進脂肪棕色化發(fā)展

在棕色脂肪（BAT）中，石榴皮多酚干預(yù)逆轉(zhuǎn)了高脂誘導(dǎo)的棕色脂肪標(biāo)志相關(guān)分子Ucp1和Cidea的mRNA水平的下降。在腹股溝白色脂肪中（iWAT），石榴皮多酚處理相比于高脂組提高了產(chǎn)熱基因Ucp1和Prdm16的mRNA表達水平，然而抗生素的存在抑制了石榴皮多酚的效應(yīng)。

圖2 棕色脂肪標(biāo)志分子表達水平

抗生素對腸道菌群的抑制改變了石榴皮多酚干預(yù)高脂飲食小鼠的糞便代謝組學(xué)特征

主成分分析（PCA）的結(jié)果清楚地區(qū)分了使用或未使用抗生素干預(yù)的處理組，表明抗生素的干預(yù)改變了小鼠的代謝狀態(tài)。正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）結(jié)果進一步顯示，在使用或未使用抗生素干預(yù)的情況下，石榴皮多酚明顯地將代謝譜與高脂組區(qū)分開。后續(xù)根據(jù)OPLS-DA模型中的變量投影重要性（VIP）值（>1）和Student t檢驗中的P值（<0.05）的差異代謝物篩選標(biāo)準(zhǔn)。與高脂飲食組相比，石榴皮多酚分別顯著改變了不使用或使用抗生素干預(yù)的小鼠的210 種代謝產(chǎn)物和387 種代謝產(chǎn)物，并且只有44 種代謝產(chǎn)物重疊。這些結(jié)果表明，腸道菌群的抑制改變了石榴皮多酚對高脂飼喂小鼠生物代謝狀態(tài)的影響。

圖3 糞便代謝組學(xué)分析

Conclusion

腸道菌群的存在對石榴皮多酚改善飲食誘導(dǎo)的肥胖至關(guān)重要。石榴皮多酚和腸道菌群之間相互作用產(chǎn)生的相關(guān)細(xì)菌或代謝產(chǎn)物促進了脂肪的棕色樣發(fā)展，是石榴皮多酚改善代謝紊亂的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前研究探討了腸道菌群組成與膳食多酚之間的作用關(guān)系，為探索膳食多酚改善飲食誘導(dǎo)的代謝紊亂機制研究和針對腸道菌群的膳食營養(yǎng)干預(yù)策略提供了參考和借鑒。

第一作者簡介

羅卓婷，女，陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院碩士研究生。研究方向為食品分子營養(yǎng)學(xué)。

通信作者簡介

候晨，女，博士，碩士生導(dǎo)師。陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院副教授。主要研究方向為食品分子營養(yǎng)學(xué)研究。近年在《Molecular Nutrition & Food Research》、《Food Function》、《Biochemical Pharmacology》等期刊發(fā)表論文30余篇。主持國家自然科學(xué)基金項目、陜西省科技計劃重點項目、中國博士后基金項目、陜西省博士后基金等項目。目前主要承擔(dān)本科生專業(yè)必修課《食品毒理學(xué)》、專業(yè)選修課《特殊膳食食品與健康》的教學(xué)工作。

李建科，男，二級教授，工學(xué)博士，博士生導(dǎo)師，1992年獲得享受國務(wù)院政府特殊津貼，陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院原院長，食品營養(yǎng)與安全創(chuàng)新團隊學(xué)科帶頭人，陜西師范大學(xué)食品加工副產(chǎn)物深度開發(fā)與高值化利用重點實驗室主任，西北瀕危藥材資源開發(fā)國家工程實驗室學(xué)術(shù)骨干，陜西省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會理事長，陜西省毒理學(xué)會副理事長，中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程分會常務(wù)理事等。主要研究方向為：食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)、食品毒理學(xué)、細(xì)胞分子營養(yǎng)學(xué)、食品加工副產(chǎn)物深度開發(fā)與高值化利用、膳食因素對腸道菌群及健康影響、天然產(chǎn)物功能成分的提取分離及生物活性等。先后主持國家自然科學(xué)基金項目2 項、國家民委重點科研項目1 項、陜西省科技創(chuàng)新工程重大科技專項1 項、省級科技攻關(guān)項目6 項、國家質(zhì)檢總局行業(yè)公益性科研項目1 項、國家外國專家局高校特色項目1項、深圳市科技創(chuàng)新項目1 項、企業(yè)橫向合作項目10余項；承擔(dān)國家“863”項目子課題1 項， 科技部“十五”食品安全重大專項子課題1 項，參加國家科技部項目2 項，國家“星火計劃”課題1 項。先后有5 項科技成果通過省級鑒定，其中1項達國際領(lǐng)先水平，3 項為國際先進水平，1 項為國內(nèi)領(lǐng)先水平。獲陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎2 項、三等獎1 項，甘肅省科技進步三等獎1 項，廳級重大科技成果二等獎2 項，陜西高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)一等獎2 項，省中青年優(yōu)秀科研成果獎1 項，陜西省自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文三等獎1 項。獲得國家授權(quán)發(fā)明專利11 項，轉(zhuǎn)讓3 項。先后在國內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文170余篇，其中SCI論文20余篇，12 篇論文進入ESI高被引全球排名前1%，1 篇論文被美國“BioMedLib”評為該研究領(lǐng)域Top20之首，1 篇論文被評為中國精品期刊頂尖學(xué)術(shù)論文領(lǐng)跑者5000（F5000）。出版教材專著7 部，其中，主編的《食品毒理學(xué)》為食品科學(xué)與工程類專業(yè)全國高校統(tǒng)編教材，在全國50多所高校廣泛使用。

Pomegranate peel polyphenols improves diet-induced obesity and promotes adipose browning development through gut microbiota in mice

Zhuoting Luoa,b,#, Xiaoyu Songa,b,#, Mengting Lia,b, Jianke Lia,b,*, Chen Houa,b,*

a College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

b University Key Laboratory of Food Processing Byproducts for Advanced Development and High Value Utilization, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China

# Both authors contributed equally.

*Corresponding authors.

Abstract

Gut microbiota regulate the activation of adipose browning, which promote energy dissipation and combat diet-induced obesity. Pomegranate peel polyphenols (PPPs) have been shown to reduce obesity, regulate lipid metabolism in adipose tissue, and modulate the composition of gut microbiota in animal fed high-fat diet (HFD). However, the role of gut microbiota in the improvement of obesity by PPPs has not been elucidated. In current study, we applied antibiotics to inhibit gut microbiota in mice fed HFD and treated with PPPs. The results showed that the inhibition of gut microbiota impair the effect of PPPs on reducing obesity and promoting adipose browning, and change the fecal metabolomic profiles in respond to PPPs. Moreover, the inhibition of gut microbiota supressed the promotive effects of PPPs on the levels of Akkermansia and microbiota-related metabolites, such as urolithin A, short-chain fatty acids (SCFAs), and bile acids (BAs), which were associated with activating adipose browning. Therefore, our results suggested that the presence of gut microbiota is essential for PPPs to ameliorate HFD-induced obesity. The related bacteria or metabolites generated by the interaction between PPPs and microbiota promote adipose browning and facilitate the beneficial effects of PPPs.

Reference:

LUO Z T, SONG X Y, LI M T, et al. Pomegranate peel polyphenols improves diet-induced obesity and promotes adipose browning development through gut microbiota in mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250038. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250038.

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創(chuàng)意