2023年国自然资助200万元+、自然界来源、应用广泛……兼具多种优点的“实用”研究对象是？
类黄酮化合物是一类存在于自然界的化合物，分子中有一个酮式羟基，第一位上的氧原子具有碱性，由两个芳香环A和B，通过中央三碳链相互连接而成。
可参考研究方向：植物生长、植物色泽、植物繁殖、植物细胞发育、生物/非生物胁迫、生物互作研究……
380+套标准曲线，广泛精准检测；
22种大类化合物，覆盖面广；
检出限、定量限均在ng/mL之间；
丰富的分析内容；
基于“三黍云平台”数据分析。
代谢综合征（MetS）被认为是一种进展性慢性病理疾病，其特征包括腹部肥胖、血脂异常和高血糖，这明显增加了心血管不良事件和结直肠癌癌症的风险。最近的流行病学证据表明，MetS的全球发病率显著上升。代谢综合征（MetS）的发展受到遗传和环境因素的共同影响，导致能量摄入和消耗之间的不平衡。研究表明，肠道微生物群可以调节脂肪组织的产热过程。因此，针对肠道细菌促进适应性产热已被提出作为有效对抗代谢性疾病的新策略。而槲皮素是一种天然存在于水果和蔬菜中的黄酮类化合物，具有多种生物学功能，包括抗炎、抗氧化和抗肥胖活性。
2024年8日，武汉第四医院在gut microbes杂志上发表了题为“Quercetin activates energy expenditure to combat metabolic syndrome through modulating gut microbiota-bile acids crosstalk in mice”的文章，本研究旨在通过16S rDNA测序、BAs靶向代谢组学和FMT技术，探索肠道微生物群和胆汁酸（BAs）之间的相互作用对槲皮素对腹部肥胖相关代谢综合征有益作用的贡献。
研究材料：血清、粪便
技术方法：胆汁酸靶向代谢、16S rDNA测序
技术路线：
1.槲皮素在MetS小鼠模型中减轻了代谢紊乱
作者以50mg/kg的剂量口服槲皮素6周后，用槲皮素治疗的MetS小鼠的体重增加明显低于摄入相似食物（图1（a，b））的MetS鼠29.7%。此外，槲皮素治疗后，MetS小鼠的腰围也明显减少了10.5%（图1（d））。体重增加的减少部分归因于脂肪量的减少，包括肠系膜白色脂肪组织（mWAT）、腹股沟白色脂肪组织和BAT，以及肝脏重量，与MetS组相比，MetSQ组分别减少了29.5%、28.9%、26.5%和13.2%（图1（e-h））。此外，槲皮素处理的MetS小鼠血清中TC、TG、FFA和LDL-C水平显著降低（图1（i-k），S1），表明血脂减轻。随着脂肪重量的减少，mWAT和iWAT的H&E染色结果显示，MetSQ组的脂肪细胞明显小于MetS组（图1（l）和S2）。此外，油红O染色对肝组织的分析表明，槲皮素治疗MetS小鼠后，脂滴减少（图1（m）），这也得到了肝组织中TC水平降低24.6%和TG水平降低15.0%的证实（图1，O）。此外，经槲皮素处理后，MetS小鼠的FBG水平下降（图1（p））。为了进一步阐明槲皮素在肥胖相关胰岛素抵抗中的作用，进行了OGTT，结果显示槲皮素给药后葡萄糖耐量有所改善（图1（q，r））。综上所述，口服槲皮素可以预防MetS小鼠的代谢紊乱。
图1 槲皮素缓解了腹部肥胖相关代谢综合征（MetS）小鼠模型中的代谢紊乱
2.槲皮素增强能量消耗
能量代谢与肥胖相关的代谢并发症密切相关。结果表明，MetSQ小鼠在白天和晚上的能量消耗明显高于MetS小鼠（图2（a，b））。此外，发现MetSQ小鼠的24小时总能量消耗比MetS组小鼠高87.7%（图2（b））。与能量消耗的增加相一致，MetSQ小鼠比MetS小鼠多消耗78.5%的氧气，释放117.6%的二氧化碳（图2（c-f））。在MetS和MetSQ组之间的总体力活动中没有观察到显著差异（图2（g，h）），表明槲皮素可以促进能量代谢，从而带来代谢益处。
图2 槲皮素增强代谢综合征小鼠的能量代谢
3.槲皮素促进棕色脂肪生热和白色脂肪褐变
MetSQ小鼠在冷暴露前后都保持了显著较高的核心温度（图3（a，b）），这表明槲皮素治疗可能促进脂肪组织的燃烧。小鼠的红外图像还显示，与没有槲皮素治疗的小鼠相比，槲皮素治疗的MetS小鼠的BAT皮肤温度明显更高（图3（c，d）），表明槲皮素激活了BAT产热。此外，槲皮素处理后，BAT中产热相关基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅活化因子-1α（Pgc1α）和Ucp1的mRNA表达水平分别显著上调了63.5%和235.2%（图3（e，f））。槲皮素处理诱导MetS小鼠BAT中UCP1蛋白表达增加了91.1%，如ELISA和免疫组织化学染色结果所示（图3（g，h））。此外，槲皮素处理后，mWAT和iWAT中Pgc1α和Ucp1的mRNA表达水平以及Ucp1蛋白表达水平显著升高（图3（i-o）），所有数据表明，槲皮素刺激BAT的产热，同时诱导WAT的褐变。
图3 槲皮素促进MetS小鼠BAT产热和WAT褐变
4.槲皮素提高MetS小鼠非12OH BAs的产生
作者检测了MetS和MetSQ组的血清BA谱。槲皮素治疗导致MetS小鼠血清中BA总浓度增加56.4%（图4（a））。虽然初级BA水平没有明显变化，但MetSQ组检测到的次级BA浓度高出2倍多（图4（b，c））。此外，还分析了BA结合的变化，结果表明槲皮素诱导的非结合BA浓度比结合BA浓度更明显地升高（图4（d，e））。更重要的是，与MetS小鼠相比，MetSQ小鼠中非12OH BA的浓度明显高出4.4倍，但12α-羟基化BA（12OH BA）的浓度则没有（图4（f，g））。相应地，槲皮素处理显著提高了非12OH与12OH BA水平的比值（图4（h））。关于特定的12OH BA，脱氧胆酸（DCA）的水平显著增加，而其牛磺结合形式牛磺脱氧胆酸（TDCA）在槲皮素处理后表现出减少（图4（i））。槲皮素给药提高了MetS小鼠中非12OH BA的浓度，特别是UDCA、LCA和牛磺脱氧胆酸（TUDCA）（图4（j））。值得注意的是，槲皮素处理后，血清中的UDCA和LCA水平分别显著增加了12.5倍和7.5倍（图4（j））。非12OH BAs与脂肪细胞上的TGR5结合，从而诱导褐变和产热的激活。因此，测定了脂肪组织中TGR5 mRNA的表达水平，结果表明，MetSQ组BAT、mWAT和iWAT中的表达水平远高于MetS组（图4（k）），总的来说，这些结果证明槲皮素的给药提高了非12OH BAs的产生，从而刺激了MetS小鼠的能量代谢。
图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小鼠肠道微生物群结构
Con、MetS和MetSQ组之间PCoA显示出截然不同的聚类模式（图5（a）），表明MetSQ小鼠和MetS小鼠之间的肠道微生物群结构存在差异。LEfS以进一步确定特定的肠道细菌差异，并观察到MetSQ组中最富集的细菌群是乳杆菌，与MetS组相比增加了6.7倍（图5（b），）。在科水平上，与MetS小鼠相比，MetSQ小鼠中乳杆菌科的相对丰度降低了51.7%（图5（c））。属水平上，槲皮素给药显著降低了Alloprevotella、Ruminiclostridium_9、Anaerotruncus和Butyricicoccus的相对丰度（图5（d））。这些数据提供了槲皮素重建MetS小鼠肠道微生物群结构的证据。
图5 槲皮素重建MetS小鼠肠道微生物群结构
6.FMT为MetS小鼠提供槲皮素的代谢益处
为了研究肠道微生物在槲皮素代谢益处中的作用，采用了FMT。从MetSQ小鼠移植肠道微生物群后，MetS小鼠显示出显著的体重减轻和腰围减少，而不影响食物摄入（图6（a-d））。随着体重减轻，FMT后mWAT、iWAT、BAT和肝组织的重量也显著降低（图6（e-h））。血清中TC、TG、LDL-C和FFA浓度的显著降低表明，FMT有效地将槲皮素对MetS小鼠血脂的有益作用传递给了MetS小鼠（图6（i-j），）。此外，MetSQ→MetS小鼠的脂肪细胞明显小于MetS→MetS鼠的脂肪细胞（图6（l））。此外，MetSQ→MetS小鼠的肝脏脂肪沉积显著减少（图6（m-o））。FBG水平的显著降低和OGTT的改善表明，FMT对肥胖相关的胰岛素抵抗具有改善作用（图6（p-r））。所有数据均表明，FMT为MetS小鼠带来了槲皮素的代谢益处。
图6 粪便微生物群移植（FMT）有效地为MetS小鼠提供了槲皮素的代谢益处
7.FMT改善了MetS小鼠的能量消耗减少
代谢分析显示，在24小时内，MetSQ→MetS小鼠的能量消耗比MetS→MetS老鼠显著增加了89.3%（图7（a，b））。与能量消耗的增加相一致，与MetS→MetS小鼠相比，MetSQ→MetS老鼠额外消耗了84.6%的氧气，产生了96.7%的二氧化碳（图7（c-f））。此外，两组FMT受体小鼠的总体力活动账户没有显著差异（图7（g，h））。这些结果强调，从槲皮素治疗的小鼠体内移植肠道微生物群可以改善MetS小鼠的能量代谢紊乱。
图7 FMT促进了能源消耗
8.FMT刺激BAT产热和WAT褐变
MetSQ→MetS小鼠在冷攻击时比MetS→MetS鼠对核心温度损失的抵抗力更强（图8（a，b））。红外图像显示的BAT皮肤温度较高也证明了这一结论（图8（c，d））。此外，MetSQ→MetS小鼠在BAT以及mWAT和iWAT中的Pgc1α和Ucp1 mRNA和Ucp1蛋白水平明显增加（图8（e–o））。因此，研究结果支持了槲皮素对BAT产热和WAT褐变的刺激作用依赖于肠道微生物群的结论。
图8 FMT增强MetS小鼠BAT的产热和WAT的褐变
9.FMT后非12OH BAs水平升高
MetSQ→MetS和MetS→MetS组之间的TBA、初级BA、次级BA、非结合BA和结合BA浓度没有显著变化（图9（a-e））。与12OH BA水平的轻微变化相比，MetSQ→MetS小鼠的非12OH BA含量是MetS→MetS鼠的4.8倍（图9（f，g））。在接受槲皮素处理的MetS小鼠的FMT后，非12OH与12OH BA浓度的比值显著升高了413.9%（图9（h））。在12OH BA中，MetSQ→MetS组的TCA和TDCA水平降低（图9（i））。更重要的是，MetSQ→MetS小鼠的UDCA和LCA水平明显高于MetS→MetS鼠9.0倍和20.5倍（图9（j））。此外，MetSQ→MetS小鼠的非12OH BA水平升高，显著诱导了BAT、iWAT和mWAT中Tgr5的mRNA表达（图9（k））。此外，发现MetSQ→MetS组的乳杆菌丰度是MetS→MetS组合的5.0倍（图S18）。这些数据表明，MetSQ小鼠的FMT确实复制了槲皮素对非12OH BAs产生的刺激作用。
图9 FMT增加了非12OH BA的产量
总体而言，槲皮素通过调节肠道微生物群的结构和富集乳杆菌，增强了非12OH BA的产生，特别是UDCA和LCA，从而促进BAT产热和WAT褐变，以对抗腹部肥胖相关的代谢紊乱。研究结果阐明了肠道微生物群BAs串扰在槲皮素抗代谢综合征特性中的关键作用，丰富了槲皮素治疗肥胖相关疾病的药理学机制。此外，还强调了开发基于槲皮素的营养补充剂预防腹部肥胖相关代谢综合征的潜力。
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排版：野凌
审核：三黍生物企宣部
