小米多酚对髙脂饮食下氧化应激的代谢调控机制研究

Millet which has excellent nutritional and healthy functions, is an important grain crops in our country. However, the millet resource has not been sufficient explored yet due to lacking of theory support of functional factors. The dietary pattern of people has change a lot, and improper diet pattern leads to the upregulation of oxidative stress which will bring about increased health risk. Polyphenols existed in millet are important functional factors which have antioxidant activities. However, the chemical constituent, the antioxidant activity and the nutrition metabolic function of millet polyphenols has not been well studies yet. Our study aimed to analyze the chemical constituent, antioxidant activity and metabolic function of millet polyphenols. We will examine the metabolic regulation mechanism of millet polyphenols on oxidative stress from the point of microbiota-gut-brain axis. We will analyze the chemical component of millet polyphenols using HPLC-MS, verify their antioxidant activities in vitro and in vivo by molecular biological methods, examine the influence of millet polyphenols on gut microbiota by metagenomics, screen metabolic markers by metabonomics and bioinformatics analysis and study the inside regulation mechanisms by correlation and pathway analysis. Our study will provide theory support for further exploitation of millet active factors, and will also contribute to the development of millet industry even the whole grain industry chain.

小米是我国重要的杂粮，具有优良的营养健康功效，但目前对小米资源的开发力度不够，其原因之一是对其活性因子的开发缺乏理论依据。随着我国居民膳食结构的变化，膳食结构不合理引起的氧化应激水平升高带来许多健康风险。小米中含有的活性功能因子多酚具有良好的抗氧化活性，但目前对其抗氧化活性、营养代谢功能的研究尚浅。本项目以系统研究小米多酚的化合物组成、抗氧化活性、营养代谢功效为目标，从微生物-肠-脑轴代谢调控通路的角度解析小米多酚对氧化应激的调控机制。项目利用HPLC-MS对小米多酚的化学成分进行解析；利用分子生物学等分析小米多酚的体内外抗氧化活性；利用宏基因组学分析小米多酚对肠道微生物多样性的影响；利用代谢组学及生物信息学分析寻找代谢标志物，并利用关联性分析、通路分析等对其具体调控通路进行研究。本研究将为小米活性功能因子的后续开发提供理论支持，也为我国小米产业乃至全谷物产业链的发展助力。

高脂饮食带来多种健康风险，其引起的脑部氧化应激水平的升高可进一步激发神经炎症造成神经损伤。多酚作为重要的天然抗氧化物质，是食品中重要的功能因子。本项目以小米多酚为研究对象，建立体内、外氧化应激模型，研究了小米多酚的抗氧化活性，特别是对高脂饮食引起的脑部氧化应激的调控作用及机制。对不同产地和品种的小米多酚的提取分析显示，不同品种间多酚种类及含量差异较大，但神经细胞氧化应激模型显示其均具有良好的抗氧化功能和神经保护作用。进一步对小米多酚和其共有单体成分奎宁酸、牡荆素的抗氧化活性研究显示，小米多酚或其单体在髙脂饮食动物模型中均能通过提高抗氧化酶活性、降低脂质过氧化物水平发挥抗氧化功能，并且可以通过下调炎症因子，抑制炎症发挥神经保护作用。由于多酚主要经由肠道微生物进行代谢，肠道菌群分析结果显示，小米多酚及单体奎宁酸、牡荆素均能改善髙脂饮食造成的肠道菌群紊乱，增加菌群多样性；关联性分析显示，小米多酚可通过上调益生菌丰度，下调有害菌丰度发挥抗氧化及抑制炎症作用，提示小米多酚通过微生物-肠-脑轴发挥脑部氧化应激调控和神经保护作用。利用非靶向代谢组学分析对调控机制进一步研究发现，小米多酚可通过调控尿苷、胆碱、鞘氨醇等的代谢发挥神经保护作用。项目还根据小米及多酚的肠道菌群调控作用开发了具有肠道菌群和肠道炎症调控作用的谷物代餐食品，为小米资源的高值化利用奠定基础。综上，本项目系统阐述了小米多酚通过微生物-肠-脑轴发挥神经保护作用的机制，为小米资源的深入开发提供了理论依据。