阿魏酸改善高脂诱导小鼠胆固醇代谢紊乱及作用机制研究

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随着现代人类饮食结构的改变,大量高脂高胆固醇食物的摄入导致了机体脂质代谢紊乱。其中胆固醇代谢紊乱所表现出的高胆固醇血症是诱发心血管疾病的重要病理基础。饮食干预是预防高胆固醇血症的一种重要方法,因此,揭示食源性活性物质预防高胆固醇血症的作用机制,对功能食品开发和精准营养干预都具有重要意义。全谷物是目前公认的可以预防心血管疾病的膳食成分,含有丰富的多酚和膳食纤维。其中,阿魏酸是全谷物中最具代表性的一种酚酸。流行病学研究表明阿魏酸具有良好的降胆固醇作用。最新研究表明,阿魏酸可以显著增加动物粪便胆汁酸的排泄。由于胆汁酸是胆固醇的分解代谢产物,因此,我们推测阿魏酸降胆固醇作用可能和胆汁酸的合成有关,然而其具体的分子机制仍有待阐明。为此,本研究以高脂饮食诱导的高胆固醇血症小鼠为动物模型,研究阿魏酸对高胆固醇血症的预防作用,然后通过对小鼠肝脏组织进行RNA-seq筛选阿魏酸改善高脂饮食小鼠胆固醇代谢紊乱的关键基因,利用非靶向代谢组学对关键基因介导的关键机制进行验证,最后利用血清靶向代谢组学和粪便16s r DNA扩增子测序等技术,进一步探究阿魏酸激活该关键基因的潜在规律。以期深入揭示阿魏酸改善高胆固醇血症的分子机制,为预防或改善心血管疾病的功能食品的开发和精准营养干预提供理论依据。主要研究内容和结果如下:(1)阿魏酸改善高脂饮食诱导的小鼠胆固醇代谢紊乱:通过高脂饮食饲喂C57BL/6J雄性小鼠构建高胆固醇血症动物模型,研究连续12周、每日灌胃100 mg/kg阿魏酸对高脂诱导小鼠胆固醇代谢紊乱的影响。试验结果发现:与高脂组(HFD)相比,阿魏酸组小鼠(HFD+FA)血清总胆固醇下降了13.2%(p<0.05);粪便中胆汁酸的排泄增加了37.7%(p<0.05)。此外,阿魏酸组小鼠肝脏脂肪变性、胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性也显著改善。表明阿魏酸可以显著改善高脂饮食诱导的胆固醇代谢紊乱。(2)阿魏酸改善胆固醇代谢紊乱关键基因的筛选和验证:通过对三组小鼠肝脏组织进行转录组学测序,筛选到差异基因Cyp7a1,该基因编码胆固醇分解代谢关键酶胆固醇7α羟化酶(CYP7A1)。与高脂组相比,该基因的m RNA水平在阿魏酸组小鼠肝脏上调了2.1倍(p<0.05)。随后利用q RT-PCR、Western Blot和免疫组化对该关键基因在不同组小鼠肝脏中的表达进行了验证,结果表明阿魏酸可以显著提高小鼠肝脏Cyp7a1基因的m RNA水平和蛋白水平(p<0.05)。(3)阿魏酸通过调节肝脏关键基因Cyp7a1改善胆固醇代谢紊乱机制的验证:通过对三组小鼠肝脏非靶向代谢组学和总胆固醇水平检测,探究阿魏酸激活Cyp7a1改善胆固醇代谢紊乱的关键机制。试验结果发现:与高脂组相比,阿魏酸组小鼠肝脏初级胆汁酸CA和β-MCA分别增加了2.4倍和6.0倍(p<0.05),肝脏总胆固醇显著下降了28.7%(p<0.01)。表明阿魏酸通过激活肝脏Cyp7a1增加了胆固醇向胆汁酸的转化,降低了肝脏胆固醇水平。(4)阿魏酸通过激活小鼠肝脏Cyp7a1增加肠道胆汁酸的重吸收:利用靶向代谢组学和q RT-PCR分别对小鼠血清胆汁酸谱和回肠组织胆汁酸重吸收蛋白m RNA水平进行检测,结果发现:与高脂组相比,阿魏酸组小鼠血清总胆汁酸增加了33.5%(p<0.05),且阿魏酸组小鼠回肠重吸收蛋白OST-α和ASBT的m RNA水平分别增加了8.4倍和9.3倍(p<0.01)。表明阿魏酸激活小鼠肝脏Cyp7a1后,肠道中胆汁酸的重吸收和血清中胆汁酸水平也显著增加。(5)阿魏酸通过非FXR信号通路激活肝脏Cyp7a1:利用16s扩增子测序和q RTPCR分别小鼠粪便中的BSH菌物种丰度以及肝脏和回肠FXR信号通路相关基因进行检测,探究阿魏酸激活Cyp7a1是否由肝脏或肠道FXR信号介导。试验结果发现,补充阿魏酸并未改变高脂饮食小鼠肠道BSH菌群的丰度,以及回肠FXR-FGF15或肝脏FXR-SHP的表达,表明阿魏酸激活小鼠肝脏Cyp7a1基因不是由肠道或肝脏FXR信号介导。(6)探究阿魏酸对小鼠肝脏CYP7A1的激活规律:通过单次给高脂饮食小鼠灌胃100 mg/kg的阿魏酸后,在不同时间点检测肝脏Cyp7a1基因的m RNA水平,结果发现给小鼠灌胃阿魏酸4-12 h内,Cyp7a1基因的m RNA水平显著增加(p<0.05)。在体外细胞模型中,阿魏酸对Cyp7a1基因的启动子活性没有显著性影响。表明阿魏酸激活Cyp7a1基因具有时效性,且这一过程可能需要肝外信号的介导。以上结果揭示阿魏酸通过非FXR通路激活小鼠肝脏胆汁酸经典合成通路限速酶CYP7A1,增加肝脏中胆固醇转化为胆汁酸,从而改善高脂饮食诱导的小鼠胆固醇代谢紊乱;同时增加了小鼠回肠中胆汁酸的重吸收和血清中的胆汁酸水平;以及增加了粪便总胆汁酸的排泄。研究结果为预防高胆固醇血症的富含阿魏酸功能食品开发和精准营养干预奠定了理论依据。
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