融合魏斯氏菌转化槲皮素的产物中抑制HeLa细胞的组分结构及机制

Quercetin is a familiar flavonoid as phytochemical in plant -sourced-food. Many literatures have reported the inhibitory effect and mechanism of quercetin on cancer cells. When the human-source bacteria isolated by our group were utilized to ferment quercetin, the inhibitory effect of quercetin metabolites by Weissella confusa was distinctly stronger than quercetin itself on HeLa cells,which was firstly discovered in our labortory. In this project, those metabolites will be firstly separated and various components be collected individually; and the effect of various components on HeLa cells will be examined using the MTT method. According to the result, the structure (s) of one/several special metabolite(s) will be identified, and its or their effects on the growth of HeLa cells will be studied. The differential protein regulated by the speical metabilites will be assayed with proteomics techniques; the related signal pathway network will be constructed with Bioinformatics, anlyzed and identified with molecular biological techniques. The results controbute to discovering the mechanism of inhibitory effect of quercetin metabolites by W. confusa on the HeLa cells. This project is significant for people to understand the effect and its mechanism of interaction between gut microbiota and phytochemicals on human health, to improve the function of quercetin. Both of the groundwork and research contents are originated in this project.

槲皮素作为食物中常见的一种类黄酮类植物化学物质，其对肿瘤细胞的抑制作用及其作用机制已经被广泛地研究报道。本课题组用前期研究发现的人源肠道菌发酵槲皮素，研究槲皮素代谢产物对HeLa细胞的作用，首次发现融合魏斯氏菌（Weissella confusa ）发酵槲皮素的代谢物对HeLa细胞的抑制作用显著强于槲皮素。本项目拟分离融合魏斯氏菌发酵槲皮素的代谢产物，用MTT法分析各组分分别对Hela细胞的作用；根据检测结果，分析特定组分的结构、检测其对HeLa细胞生长的影响，并采用蛋白质组学技术鉴定特定产物调控的差异蛋白分子，用生物信息学构建、用分子生物学手段分析和验证其所涉及的信号通路网络，以期揭示融合魏斯氏菌发酵槲皮素的代谢产物对HeLa细胞增殖的抑制机制。该项目的研究对理解肠道菌群与植物化学物质的相互作用及其机制对人体健康的影响，提高槲皮素的功效具有重要意义。该项目的立项依据和研究内容都是原创的。

中期汇报中，我们调整了研究内容，拟揭示粪便和盲肠内容物中肠道菌群的变化与结肠上皮细胞基因表达之间的关系。结果显示：.1）与对照组相比，植物多酚处理组厚壁菌门和拟杆菌门细菌基因拷贝数显著降低（P<0.01）。厚壁菌门细菌的相对丰度没有呈现出规律性变化。三种植物多酚均抑制了拟杆菌门、厚壁菌门细菌的数量，但是肠道菌仍然有降解低聚果糖的能力。在本实验的三种植物多酚中，儿茶素重塑肠道菌群结构的能力最强，其次是槲皮素。只有儿茶素能显著抑制能量摄入。.2）在低聚果糖的影响下，大鼠体内拟杆菌门/厚壁菌门细菌的比例下调，由2.01降至1.29，槲皮素增强了这一效应，而儿茶素则缓解这一效应。此外，总短链脂肪酸含量由496.18 μg/g升高至1151.20 μg/g。两种多酚中，只有儿茶素可以控制体重增加（P<0.05），且儿茶素处理后血清中瘦素含量由1.55μg/L显著上升至2.25μg/L（P<0.05）、粪便中总碳水化合物含量增加和粪便中总多糖含量降低（P<0.05）。儿茶素抑制了一些主要负责降解碳水化合物的细菌，如Ruminococcaceae, Lachnospiraceae，Erysipelotrichaceae，Ruminiclostridium 和Bifidobacteriaceae。.　　3）大鼠的体重下降可能与3个属的细菌有关，即增多的幽门螺旋杆菌属和被抑制的回肠内Lachnoclostridium sp和梭菌目下一个未知的属。肠道菌群的结构被儿茶素改变后，影响了结肠上皮细胞基因的表达和功能，尤其是通过上调五种碳水化合物的代谢作用和主要负责代谢碳水化合物的PI3K-Akt信号通路，从而抑制了大鼠的食欲，这可能是体重下降的主要原因。7种发生较大改变的基因所表达的三种蛋白，分别是被抑制的AKR1 (E1.1.1.21) 和 GST， 增多的TEX14 (SGK307)。　　.　　结论：植物多酚通过改变宿主肠道菌的组成，改变了其体内降解低聚果糖甚至是能量代谢的途径。但在大鼠摄入低聚果糖饲料时，只有儿茶素的补充能控制体重。儿茶素控制体重的作用并不通过抑制拟杆菌门和厚壁菌门的细菌数量实现，而是几种特定细菌的改变影响了结肠上皮细胞中基因的表达，尤其是对五种碳水化合物的代谢和PI3K-AKt信号传导通路的表达上调，增强碳水化合物的代谢功能，抑制了食欲，从而降低宿主体重。