2023年國自然資助200萬元+、自然界來源、應用廣泛……兼具多種優點的“實用”研究對象是？
類黃酮化合物是一類存在于自然界的化合物，分子中有一個酮式羥基，第一位上的氧原子具有堿性，由兩個芳香環A和B，通過中央三碳鏈相互連接而成。
可參考研究方向：植物生長、植物色澤、植物繁殖、植物細胞發育、生物/非生物脅迫、生物互作研究……
380+套標準曲線，廣泛精準檢測；
22種大類化合物，覆蓋面廣；
檢出限、定量限均在ng/mL之間；
豐富的分析內容；
基于“三黍云平臺”數據分析。
代謝綜合征（MetS）被認為是一種進展性慢性病理疾病，其特征包括腹部肥胖、血脂異常和高血糖，這明顯增加了心血管不良事件和結直腸癌癌癥的風險。最近的流行病學證據表明，MetS的全球發病率顯著上升。代謝綜合征（MetS）的發展受到遺傳和環境因素的共同影響，導致能量攝入和消耗之間的不平衡。研究表明，腸道微生物群可以調節脂肪組織的產熱過程。因此，針對腸道細菌促進適應性產熱已被提出作為有效對抗代謝性疾病的新策略。而槲皮素是一種天然存在于水果和蔬菜中的黃酮類化合物，具有多種生物學功能，包括抗炎、抗氧化和抗肥胖活性。
2024年8日，武漢第四醫院在gut microbes雜志上發表了題為“Quercetin activates energy expenditure to combat metabolic syndrome through modulating gut microbiota-bile acids crosstalk in mice”的文章，本研究旨在通過16S rDNA測序、BAs靶向代謝組學和FMT技術，探索腸道微生物群和膽汁酸（BAs）之間的相互作用對槲皮素對腹部肥胖相關代謝綜合征有益作用的貢獻。
研究材料：血清、糞便
技術方法：膽汁酸靶向代謝、16S rDNA測序
技術路線：
1.槲皮素在MetS小鼠模型中減輕了代謝紊亂
作者以50mg/kg的劑量口服槲皮素6周后，用槲皮素治療的MetS小鼠的體重增加明顯低于攝入相似食物（圖1（a，b））的MetS鼠29.7%。此外，槲皮素治療后，MetS小鼠的腰圍也明顯減少了10.5%（圖1（d））。體重增加的減少部分歸因于脂肪量的減少，包括腸系膜白色脂肪組織（mWAT）、腹股溝白色脂肪組織和BAT，以及肝臟重量，與MetS組相比，MetSQ組分別減少了29.5%、28.9%、26.5%和13.2%（圖1（e-h））。此外，槲皮素處理的MetS小鼠血清中TC、TG、FFA和LDL-C水平顯著降低（圖1（i-k），S1），表明血脂減輕。隨著脂肪重量的減少，mWAT和iWAT的H&E染色結果顯示，MetSQ組的脂肪細胞明顯小于MetS組（圖1（l）和S2）。此外，油紅O染色對肝組織的分析表明，槲皮素治療MetS小鼠后，脂滴減少（圖1（m）），這也得到了肝組織中TC水平降低24.6%和TG水平降低15.0%的證實（圖1，O）。此外，經槲皮素處理后，MetS小鼠的FBG水平下降（圖1（p））。為了進一步闡明槲皮素在肥胖相關胰島素抵抗中的作用，進行了OGTT，結果顯示槲皮素給藥后葡萄糖耐量有所改善（圖1（q，r））。綜上所述，口服槲皮素可以預防MetS小鼠的代謝紊亂。
圖1 槲皮素緩解了腹部肥胖相關代謝綜合征（MetS）小鼠模型中的代謝紊亂
2.槲皮素增強能量消耗
能量代謝與肥胖相關的代謝并發癥密切相關。結果表明，MetSQ小鼠在白天和晚上的能量消耗明顯高于MetS小鼠（圖2（a，b））。此外，發現MetSQ小鼠的24小時總能量消耗比MetS組小鼠高87.7%（圖2（b））。與能量消耗的增加相一致，MetSQ小鼠比MetS小鼠多消耗78.5%的氧氣，釋放117.6%的二氧化碳（圖2（c-f））。在MetS和MetSQ組之間的總體力活動中沒有觀察到顯著差異（圖2（g，h）），表明槲皮素可以促進能量代謝，從而帶來代謝益處。
圖2 槲皮素增強代謝綜合征小鼠的能量代謝
3.槲皮素促進棕色脂肪生熱和白色脂肪褐變
MetSQ小鼠在冷暴露前后都保持了顯著較高的核心溫度（圖3（a，b）），這表明槲皮素治療可能促進脂肪組織的燃燒。小鼠的紅外圖像還顯示，與沒有槲皮素治療的小鼠相比，槲皮素治療的MetS小鼠的BAT皮膚溫度明顯更高（圖3（c，d）），表明槲皮素激活了BAT產熱。此外，槲皮素處理后，BAT中產熱相關基因過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔活化因子-1α（Pgc1α）和Ucp1的mRNA表達水平分別顯著上調了63.5%和235.2%（圖3（e，f））。槲皮素處理誘導MetS小鼠BAT中UCP1蛋白表達增加了91.1%，如ELISA和免疫組織化學染色結果所示（圖3（g，h））。此外，槲皮素處理后，mWAT和iWAT中Pgc1α和Ucp1的mRNA表達水平以及Ucp1蛋白表達水平顯著升高（圖3（i-o）），所有數據表明，槲皮素刺激BAT的產熱，同時誘導WAT的褐變。
圖3 槲皮素促進MetS小鼠BAT產熱和WAT褐變
4.槲皮素提高MetS小鼠非12OH BAs的產生
作者檢測了MetS和MetSQ組的血清BA譜。槲皮素治療導致MetS小鼠血清中BA總濃度增加56.4%（圖4（a））。雖然初級BA水平沒有明顯變化，但MetSQ組檢測到的次級BA濃度高出2倍多（圖4（b，c））。此外，還分析了BA結合的變化，結果表明槲皮素誘導的非結合BA濃度比結合BA濃度更明顯地升高（圖4（d，e））。更重要的是，與MetS小鼠相比，MetSQ小鼠中非12OH BA的濃度明顯高出4.4倍，但12α-羥基化BA（12OH BA）的濃度則沒有（圖4（f，g））。相應地，槲皮素處理顯著提高了非12OH與12OH BA水平的比值（圖4（h））。關于特定的12OH BA，脫氧膽酸（DCA）的水平顯著增加，而其牛磺結合形式牛磺脫氧膽酸（TDCA）在槲皮素處理后表現出減少（圖4（i））。槲皮素給藥提高了MetS小鼠中非12OH BA的濃度，特別是UDCA、LCA和牛磺脫氧膽酸（TUDCA）（圖4（j））。值得注意的是，槲皮素處理后，血清中的UDCA和LCA水平分別顯著增加了12.5倍和7.5倍（圖4（j））。非12OH BAs與脂肪細胞上的TGR5結合，從而誘導褐變和產熱的激活。因此，測定了脂肪組織中TGR5 mRNA的表達水平，結果表明，MetSQ組BAT、mWAT和iWAT中的表達水平遠高于MetS組（圖4（k）），總的來說，這些結果證明槲皮素的給藥提高了非12OH BAs的產生，從而刺激了MetS小鼠的能量代謝。
圖4 槲皮素提高了MetS小鼠血清中非12OH BA的水平
5.槲皮素重塑MetS小鼠腸道微生物群結構
Con、MetS和MetSQ組之間PCoA顯示出截然不同的聚類模式（圖5（a）），表明MetSQ小鼠和MetS小鼠之間的腸道微生物群結構存在差異。LEfS以進一步確定特定的腸道細菌差異，并觀察到MetSQ組中最富集的細菌群是乳桿菌，與MetS組相比增加了6.7倍（圖5（b），）。在科水平上，與MetS小鼠相比，MetSQ小鼠中乳桿菌科的相對豐度降低了51.7%（圖5（c））。屬水平上，槲皮素給藥顯著降低了Alloprevotella、Ruminiclostridium_9、Anaerotruncus和Butyricicoccus的相對豐度（圖5（d））。這些數據提供了槲皮素重建MetS小鼠腸道微生物群結構的證據。
圖5 槲皮素重建MetS小鼠腸道微生物群結構
6.FMT為MetS小鼠提供槲皮素的代謝益處
為了研究腸道微生物在槲皮素代謝益處中的作用，采用了FMT。從MetSQ小鼠移植腸道微生物群后，MetS小鼠顯示出顯著的體重減輕和腰圍減少，而不影響食物攝入（圖6（a-d））。隨著體重減輕，FMT后mWAT、iWAT、BAT和肝組織的重量也顯著降低（圖6（e-h））。血清中TC、TG、LDL-C和FFA濃度的顯著降低表明，FMT有效地將槲皮素對MetS小鼠血脂的有益作用傳遞給了MetS小鼠（圖6（i-j），）。此外，MetSQ→MetS小鼠的脂肪細胞明顯小于MetS→MetS鼠的脂肪細胞（圖6（l））。此外，MetSQ→MetS小鼠的肝臟脂肪沉積顯著減少（圖6（m-o））。FBG水平的顯著降低和OGTT的改善表明，FMT對肥胖相關的胰島素抵抗具有改善作用（圖6（p-r））。所有數據均表明，FMT為MetS小鼠帶來了槲皮素的代謝益處。
圖6 糞便微生物群移植（FMT）有效地為MetS小鼠提供了槲皮素的代謝益處
7.FMT改善了MetS小鼠的能量消耗減少
代謝分析顯示，在24小時內，MetSQ→MetS小鼠的能量消耗比MetS→MetS老鼠顯著增加了89.3%（圖7（a，b））。與能量消耗的增加相一致，與MetS→MetS小鼠相比，MetSQ→MetS老鼠額外消耗了84.6%的氧氣，產生了96.7%的二氧化碳（圖7（c-f））。此外，兩組FMT受體小鼠的總體力活動賬戶沒有顯著差異（圖7（g，h））。這些結果強調，從槲皮素治療的小鼠體內移植腸道微生物群可以改善MetS小鼠的能量代謝紊亂。
圖7 FMT促進了能源消耗
8.FMT刺激BAT產熱和WAT褐變
MetSQ→MetS小鼠在冷攻擊時比MetS→MetS鼠對核心溫度損失的抵抗力更強（圖8（a，b））。紅外圖像顯示的BAT皮膚溫度較高也證明了這一結論（圖8（c，d））。此外，MetSQ→MetS小鼠在BAT以及mWAT和iWAT中的Pgc1α和Ucp1 mRNA和Ucp1蛋白水平明顯增加（圖8（e–o））。因此，研究結果支持了槲皮素對BAT產熱和WAT褐變的刺激作用依賴于腸道微生物群的結論。
圖8 FMT增強MetS小鼠BAT的產熱和WAT的褐變
9.FMT后非12OH BAs水平升高
MetSQ→MetS和MetS→MetS組之間的TBA、初級BA、次級BA、非結合BA和結合BA濃度沒有顯著變化（圖9（a-e））。與12OH BA水平的輕微變化相比，MetSQ→MetS小鼠的非12OH BA含量是MetS→MetS鼠的4.8倍（圖9（f，g））。在接受槲皮素處理的MetS小鼠的FMT后，非12OH與12OH BA濃度的比值顯著升高了413.9%（圖9（h））。在12OH BA中，MetSQ→MetS組的TCA和TDCA水平降低（圖9（i））。更重要的是，MetSQ→MetS小鼠的UDCA和LCA水平明顯高于MetS→MetS鼠9.0倍和20.5倍（圖9（j））。此外，MetSQ→MetS小鼠的非12OH BA水平升高，顯著誘導了BAT、iWAT和mWAT中Tgr5的mRNA表達（圖9（k））。此外，發現MetSQ→MetS組的乳桿菌豐度是MetS→MetS組合的5.0倍（圖S18）。這些數據表明，MetSQ小鼠的FMT確實復制了槲皮素對非12OH BAs產生的刺激作用。
圖9 FMT增加了非12OH BA的產量
總體而言，槲皮素通過調節腸道微生物群的結構和富集乳桿菌，增強了非12OH BA的產生，特別是UDCA和LCA，從而促進BAT產熱和WAT褐變，以對抗腹部肥胖相關的代謝紊亂。研究結果闡明了腸道微生物群BAs串擾在槲皮素抗代謝綜合征特性中的關鍵作用，豐富了槲皮素治療肥胖相關疾病的藥理學機制。此外，還強調了開發基于槲皮素的營養補充劑預防腹部肥胖相關代謝綜合征的潛力。
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排版：野凌
審核：三黍生物企宣部
