柑橘多甲氧基黄酮的体内生物转化及其与肠道菌群相互作用的研究

Accumulating evidence have demonstrated the health-benefits of citrus polymethoxyflavones (PMFs). However, the mechanisms of their beneficial actions remain unclear. Researches have showed that the biotransformation of food bioactive compounds plays important role in their bioactivities. And gut microbiota are able to mediate this process by mediated the production of colonic metabolites. Based on the previous studies, we will pursue the following specific aims: first, we will identify novel metabolites of PMFs in the colon and characterize the metabolite profiles of PMFs in mice by using LC-MS/MS, and study the effects of gut microbiota on biotransformation of PMFs in DSS-induced disorder mice model, then we will determine the effects of PMFs on the composition and function of microbiota in mice. The expected outcomes of this project will bring a detailed understanding of the reciprocal interaction between PMFs and gut microbiota in mice, which will provide the fundamental knowledge needed to improve food quality by using citrus products as ingredients and to develop food-based strategies for the promotion of human health and wellbeing. Also, this project will serve as a platform for accurate characterization of metabolite profiles of flavonoids and other dietary bioactive compounds in the future studies.

柑橘多甲氧基黄酮（PMFs）对人体健康的促进作用虽已被广泛的研究和承认，但其作用机理在很多方面仍不明确。研究表明膳食功能成分在体内的生物转化和因此产生的代谢产物对其生物学活性的实现具有决定性作用，且肠道菌群可特异地影响这一过程。因此本项目拟以5位去甲基川陈皮素（一种主要的PMFs）为研究对象，使用多种色谱质谱联用技术分离鉴定其在小鼠体内经生物转化产生的未知代谢产物的结构和在不同组织器官中的含量变化，结合小鼠葡聚糖硫酸钠诱导紊乱模型探究肠道菌群对其生物转化过程的影响，并利用宏基因组测序技术研究其对肠道菌群构成和功能的调节作用，从而明确PMFs在体内的生物转化过程及其与肠道菌群相互作用的机制，为阐明其对人体健康促进作用的机理提供新的研究思路和理论依据，进而为柑橘类产品的应用提供坚实的理论基础，同时为膳食黄酮或其他食品功能成分的相似性研究提供全新的科学依据和成熟的技术平台。

柑橘多甲氧基黄酮是一类广泛存在于柑橘属植物，特别是果皮中的功能性化合物。其中5-去甲基多甲氧基黄酮已被证明具有抑制脂质积累、抗肿瘤等促健康活性。本项目重点研究了5去甲氧基川陈皮素（5DN）、橘皮素对结肠肿瘤和炎症的抑制作用，创新地揭示了其基于生物转化和肠道菌群互作的的作用机理，并针对川陈皮素体内生物利用度低的问题，制备了基于功能性油脂的纳米乳液，探究了其消化特性。.本项目发现膳食5DN能够显著降低氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠肿瘤发生率和体积，表现出强大的抗肿瘤增殖、促凋亡和抗炎活性，同时发现了其三个主要体内代谢产物M1，M2和M3在小鼠结肠黏膜的总含量是5DN自身的1.56倍；细胞实验发现5DN及其代谢物通过诱导细胞周期停滞和触发细胞凋亡来抑制人结肠癌细胞增殖，更重要的是这些代谢产物，特别是M1表现出比5DN更强的活性，表明了生物转化对5DN体内生物学活性的重要增效作用。项目探究了膳食5DN和橘皮素对DSS诱导小鼠结肠炎的抑制作用及其作用机制。实验结果表明，5DN和橘皮素能够有效减轻DSS引起的小鼠结肠炎，表现在结肠长度的增加，疾病活动指数降低，结肠组织损伤减弱引起的体重下降。此外，5DN和橘皮素显著下调炎症因子从而抑制炎症反应；橘皮素通过增强claudin-1和ZO-1的表达来恢复肠道屏障功能。最后，5DN和橘皮素能够显著调节肠道菌群，增强肠道菌群多样性，通过提高有益菌的丰度，降低有害细菌的丰度来恢复结肠炎引起的肠道菌群失衡和肠道菌群介导的短链脂肪酸产生，从而发挥抗炎活性。.另外，项目针对川陈皮素等多甲氧基黄酮存在的体内生物利用度低的共性问题，制备了能够有效提高其生物可及性的、基于功能性油脂（山茶油、紫苏籽油和火麻仁油）的纳米乳液并利用体外模拟消化研究了其消化规律。.综上所述，本项目揭示了柑橘多甲氧基黄酮对结肠炎症和肿瘤的抑制作用，发现了其在体内的主要代谢产物，并首次阐明了其基于体内的生物转化以及肠道菌群互作的活性作用机制，进而为柑橘类功能性食品的开发与应用提供了理论和数据基础。