2022-12-20
《Food & Function》 影响因子：6.32 文章题目：Black bean husk and black rice anthocyanin extracts modulated gut microbiota and serum metabolites for improvement in type 2 diabetic rats. 技术手段：LC-MS/MS，16S rRNA，qRT-PCR，Western blot 吉林省农科院近期在《Food & Function》上发表了黑豆壳和黑米花青素提取物调节肠道菌群和血清代谢物改善II型糖尿病大鼠的研究成果。 一、研究背景 糖尿病是一个全球性的公共健康问题，尽管许多治疗糖尿病的药物获得批准，但一系列副作用，如头晕和恶心，对患者的心理健康产生不利影响。从天然食物中获取功能性成分是改善和治疗2型糖尿病（Diabetes Mellitus Type 2，T2DM）的新策略，可以抑制对人体的副作用。 黑豆壳中的酚类化合物和花青素具有多种生物活性，如抗辐射、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和其他代谢疾病的风险，包括肥胖症、血脂异常和高血压。花青素提取物对T2DM的干预作用已通过动物和临床数据研究得到证实，但仅限于抗氧化活性和脂质代谢的研究，其潜在作用机制尚待探索。 二、技术路线 三、研究结果 黑豆壳和黑米花青素提取物缓解大鼠的T2DM症状 治疗期后，干预组大鼠体重减轻且明显多于模型组(图1A)。在T2DM大鼠中，BS、BR和BSR组显著降低了葡萄糖不耐受、FBG、胰岛素和HOMA-IR水平(图1B、C)。在T2DM大鼠中，BS、BR和BSR组显著降低了GSP含量。BSR组治疗效果优于BS组和BR组(图1D)。 与模型组相比，BS组(除LDL-c外)、BR组和BSR组血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-c)和非酯化脂肪酸(NEFA)水平显著降低，高密度脂蛋白胆固醇(HDL-c)水平显著升高。花青素提取物在一定程度上改善了T2DM大鼠的脂质代谢(图1E)。 图1黑豆壳和黑米花青素提取物对T2DM的影响 花青素提取物增强T2DM大鼠的肝脏保护作用 持续的高血糖症会诱导慢性氧化应激，从而导致组织损伤。治疗后，T2DM大鼠的氧化应激状态得到缓解，表现为BS、BR和BSR组中肝脏MDA、SOD和CAT水平(除BS外)显著增加。与模型组相比，BS、BR和BSR组肝脏AST、ALT和ALP水平显著降低(图2B)。肝脏的H&E染色显示NC组中肝细胞排列整齐且均匀，模型组中出现空泡化，表明肝损伤在治疗组中得到不同程度的缓解(图2A)。 图2花青素提取物对T2DM大鼠肝功能和组织形态学的影响 花青素提取物抑制HMGCR、PEPCK和G6pase的表达 通过检测PI3K、AKT、AMPK、HMGCR、G6pase和PEPCK的蛋白表达水平，发现无论是mRNA还是蛋白，T2DM对这六种信号分子造成的变化都被黑豆壳和黑米花青素提取物改变，这些结果在BSR组中更为明显(图3A，B)。 图3花青素提取物对血糖调节相关蛋白表达的影响 花青素提取物调节T2DM大鼠肠道微生物组成 16S测序结果显示T2DM大鼠肠道中OTUs的数量低于NC组，并且在花青素提取物处理后OTUs的数量增加(图4A)。与NC组相比，α多样性在模型组、Met组和BS组中显著降低，而在BR组和BSR组中没有显著差异(图4C)，表明T2DM大鼠的肠道微生物丰度明显较低，但在干预治疗后逐渐接近对照组。在门水平上，与对照组相比，模型组厚壁菌门的丰度显著降低，放线菌的丰度显著升高(图4B, D)。 BS、BR和BSR组缓解了由T2DM引起的肠道菌群紊乱，双歧杆菌、志贺氏菌的丰度降低，Phascolarctobacterium、Akkermansia和Blautia spp的丰度增加，其中近1/3的OTUs之前被确定具有短链脂肪酸产生功能(图5)。 图4花青素提取物对T2DM大鼠细菌多样性和组成的影响 图5花青素提取物对盲肠菌群特征的影响 花青素提取物调节T2DM大鼠血清代谢产物 在NC与模型组以及模型与BSR组进行比较时，有28种代谢产物共同表现出差异。在两次比较中，大约25种不同的代谢物也显示出不同的趋势（图6）。尿素、L-瓜氨酸三甲基胺N-氧化物和胆酸在治疗后显著下调，而脱氧胞苷和胆红素显著上调，这意味着BSR组通过这些代谢产物对T2DM大鼠产生调节作用。 通过对KEGG信号通路中模型组和BSR组中发生显著改变的代谢产物进行了富集，共筛选出八种显著不同的代谢通路。其中，朊病毒病通路显著上调，而嘧啶代谢、内源性大麻素信号、亚油酸代谢、GnRH信号通路和精氨酸生物合成通路显著下调(图7A)。模型组和BSR组嘧啶代谢和精氨酸生物合成趋势不同， BSR组大鼠可通过这两种代谢途径调节T2DM(图7)。 图6差异代谢物聚类热图 图7 代谢通路预测及相关性分析 四、结 论 黑豆壳、黑米花青素提取物能明显改善大鼠血糖、胰岛素抵抗、血清氧化应激状态、脂质代谢及炎性细胞因子水平，减轻肝损伤。花青素提取物增加了肠道中微生物的相对丰度，通过肠-肝轴激活了AMPK及PI3K/AKT信号通路，抑制了肝脏糖异生，从而缓解Ⅱ型糖尿病。此外，黑豆壳和黑米提取物通过调节血清中尿素等代谢物的含量，下调了精氨酸生物合成和嘧啶代谢，改善了机体糖脂代谢紊乱。此项研究证明了黑豆壳和黑米的潜在药用价值，为Ⅱ型糖尿病的治疗提供了新的方向，更为黑豆和黑米等食品的开发提供了理论依据。 本研究中代谢组和16S rRNA测序及部分分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。 参考文献：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.
