类黄酮肠道细菌代谢物抗动脉粥样硬化效应及其作用机制的研究

Flavonoids have been extensively studied among all phytochemicals. Although it is generally accepted that flavonoids possess anti-atherosclerotic property, the pharmacodynamic material basis and the underlysing mechanism remain unclear due to their low bioavailability and low blood concentrations. The novel finding of gut microbiota modulation in health and disease imply that the microbiota metabolite of flavonoids exert an effect on the development of atheroscelrosis. Consistent with this notion, we would study the influence of flavonoids and their gut microbiota metabolites on the development of atherosclerosis and reverse cholesterol transport (RCT), a major anti-atherosclerotic function of HDL.In the current study, we would plan to carry out following studies: (1) to identify the major gut microbiota metabolites of several specific flavonoids using animal and feces models with or without gut microbiota; (2) to test the possibilities whether the gut microbiota metabolites of these flavonoids promote macrophage cholesterol efflux and macrophage RCT via activating LXRa-ABCA1/ABCG1 and/or miRNA-ABCA1/ABCG1-cholesterol efflux signaling cascade using cell culture and animal models, leading to a reduction in atherosclerotic formation; (3) exploring the animal models with or without gut microbiota, to evaluate the contribution of gut microbiota metabolites in exerting the stimulatory and inhibitory effects of these precursors in macrophage RCT and atherosclerotic plaque formation respectively. This study will elucidate the efficiency of gut microbiota metabolites of flavonoids on macrophage RCT and AS, and further provide theoretical foundation for the implication of flavonoids or these gut microbiota metabolites in protecting against atherosclerosis.

类黄酮是目前研究最广泛的植物化学物，具有抗动脉粥样硬化（AS）作用。由于生物利用度和血浓度低，其发挥效应的物质基础和机制尚不明确。肠道细菌与健康密切相关的新的学术热点提示类黄酮肠道细菌代谢物可能发挥抗AS作用。本研究以改善HDL主要功能-胆固醇逆向转运(RCT)为切入点，探讨类黄酮肠道细菌代谢物抗AS的效应和分子机制。①鉴定类黄酮植物化学物的主要肠道细菌代谢物；②利用细胞模型和动物模型，研究肠道细菌代谢物对巨噬细胞胆固醇外流、RCT和AS形成的影响，并探讨LXRa-ABCA1/ABCG1和miRNA-ABCA1/ABCG1信号通路在代谢物调节巨噬细胞RCT中的作用；③利用含或不含肠道细菌的动物模型，研究肠道细菌代谢物在其原形类黄酮发挥促进RCT和抗AS效应中的贡献大小。该研究将明确类黄酮肠道细菌代谢物在其原形抗AS中的作用和地位，也将为类黄酮或其肠道细菌代谢物抗AS的临床应用奠定理论基础。

以往研究显示黄酮类植物化学物能够抑制动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）发生发展，但由于其生物利用度较低，其效应的物质基础及其分子机制尚未完全阐明。有研究提示，肠道细菌能代谢转化黄酮类植物化学物成酚酸类物质。因此，黄酮类植物化学物抗AS的作用主要源于其原型还是其肠道细菌代谢产物有待进一步研究。另外树突状细胞（DC）的数量及功能在动脉粥样硬化发生发展中发挥重要作用，目前关于黄酮类植物化学物与动脉粥样硬化之间关系大部分是集中黄酮类植物化学物与内皮细胞及巨噬细胞之间的联系，尚未有研究探讨其抗动脉粥样硬化作用是否通过抑制DC成熟产生的。本项目首先用ApoE-/-小鼠建立体外孵育模型以及体内代谢模型，证明了肠道微生物可以明显降解黄酮类植物化学物，转化生成酚酸类代谢产物，并鉴定出黄酮类植物化学物主要的肠道代谢产物类型是对羟基苯乙酸和原儿茶酸。之后使用ApoE-/-小鼠模型动物模型，探讨黄酮类植物化学物原型及其肠道细菌代谢对抗AS的形成以及抑制AS斑块中炎症反应的影响，发现黄酮类植物化合物不仅对小鼠早期动脉粥样硬化的发生具有一定的抑制作用，其中部分类黄酮对小鼠树突状细胞的成熟也具有抑制作用，并筛选出抑制效果最明显的是槲皮素。进一步研究槲皮素抗动脉粥样硬化效应的机制是否与调节DC成熟有关以及相关的分子机制，最后通过研究槲皮素对DC炎症反应的影响及相应的信号传导通路的调控模式，揭示了槲皮素能通过Dab/Src/Akt /NF-κB炎症通路对小鼠动脉粥样硬化形成及DC成熟发挥抑制作用。另外我们还利用人肠上皮细胞（Caco-2）探究花青素（Cy-3-G）的吸收和转运机制，通过应用钠依赖性葡萄糖转运蛋白1（SGLT1）的抑制剂根皮苷和葡萄糖转运蛋白2（GLUT2）的抑制剂根皮素以及SGLT1和GLUT2的小干扰RNA发现Cy-3-G在体内的吸收是与小肠内SGLT1和GLUT2的活性有关。. 以上研究明确肠道代谢产物在黄酮类植物化学物抗AS中的作用地位，为黄酮类植物化学物防治 AS 的临床应用奠定理论基础，并为阐明黄酮类植物作用的生物靶点和药物研发奠定了科学基础并带来新的启示，对推动植物化学物促进健康和防治疾病的研究具有重要意义。