石榴多酚与结肠菌群互作改善高脂饮食引起代谢紊乱的生化机制研究

Nowadays, the metabolic disorder caused by high fat and high sugar diet is very prominent in China. Increasing intake of food rich in plant polyphenols and dietary fiber is of great significance for improving metabolic disorders. Recently, more and more physiological effects of dietary polyphenols have been found, but the changes of it in the gut as well as the relationship and mechanism of these changes to improve metabolic disorders is barely reported. Current researches suggests that the interactions between intestinal flora and dietary composition has a great influence on intestinal environment and therefore improves metabolic disorder. Our previous studies have found that pomegranate polyphenols can improve lipid metabolism, regulate intestinal flora, alleviate oxidative damage of intestinal tissue, and effectively improve dietary metabolic disorder, but its metabolic transformation in the gut, the active form, bioavailability, as well as its biochemical mechanisms for improving dietary metabolic disorders by regulating intestinal function are unclear. This project is intended to adopt cell and animal models, to study the biochemical process of interactions between pomegranate polyphenols and colonic flora. Using the methods of metabonomics to analyze the metabolic transformation and its active products of pomegranate polyphenols in intestinal tract, and using cellular and molecular techniques and bioinformatics to reveal the pathway and molecular mechanism of pomegranate polyphenols in improving intestinal environmental and then regulating the metabolic disorder. It will provides a theoretical basis for the intestinal biochemical process, effective bioutilization and molecular mechanism of dietary polyphenols.

目前我国居民膳食结构和饮食习惯中，高脂高糖饮食引起的代谢紊乱问题十分突出，增加富含植物多酚及膳食纤维的食物摄入对于改善代谢紊乱具有重要意义。近年来关于膳食多酚的许多生理作用被不断发现，但对其在肠道的变化与其改善代谢紊乱的机制研究较少。最新研究认为，肠道菌群与膳食成分互作影响肠道环境与改善代谢紊乱关系极大。我们前期研究发现，石榴多酚可改善脂质代谢，调节肠道菌群，缓解肠道组织氧化损伤，有效改善饮食性代谢紊乱，但其在肠道代谢转化、活性形式、生物利用度以及通过调节肠道菌群改善饮食性代谢紊乱的生化机制不清楚。本项目拟采用细胞及动物模型，研究石榴多酚与结肠菌群互作影响，利用代谢组学手段分析石榴多酚在肠道的代谢转化及活性产物生物利用度，采用细胞及分子生物学技术并运用生物信息学方法，揭示石榴多酚改善饮食性代谢紊乱的生化机制，为膳食多酚类植物化学物的肠道代谢过程和有效生物利用及其分子机制提供一定的理论基础。

在我国居民的膳食结构和饮食习惯中，高脂高糖饮食引起的代谢紊乱问题十分突出，近年来越来越多的研究显示膳食多酚对健康的有益作用，但对膳食多酚与肠道菌群的互作影响仍知之较少。本项目以富含特色多酚的石榴为研究对象，探索了石榴多酚与结肠菌群互作改善高脂饮食引起代谢紊乱的生化与分子机制。研究从体内与体外试验、生化与分子水平及肠道菌群高通量测序分析等方面展开。主要研究内容包括：石榴多酚对结肠菌群的调节作用；肠道菌群对石榴多酚的代谢转化作用；石榴多酚与结肠菌群互作对改善高脂饮食引起代谢紊乱的生化与分子机制。研究表明：（1）石榴多酚可显著改善高脂饮食引起的大鼠代谢综合征，主要表现在体重、血脂、血糖、胰岛素抵抗指数、血清中IL-6、IL-1β和TNF-α和内毒素水平显著降低，胰岛素敏感指数和葡萄糖耐受量显著提高。（2）石榴多酚可保护Ⅱ型糖尿病模型大鼠胰岛组织结构，改善胰岛β细胞分泌功能，降低胰岛素抵抗,促进糖转运和糖代谢，其主要机制包括：①通过激活PI3K-Akt-Nrf2-ARE信号通路，上调抗氧化酶谱表达，降低高脂高糖引起的氧化应激，从而发挥对胰腺组织细胞的损伤保护作用；②通过促进胰岛细胞内的FoxO1磷酸化和核转位，降低对胰岛素合成基因Pdx-1的负调控作用，从而提高胰岛素的分泌；③提高InsR/IRS-1/PI3K/AKT信号通路基因表达，上调糖转运蛋白GLUTs和糖原合成激酶GSK-3表达，改善胰岛素抵抗和促进糖代谢。（3）石榴多酚与结肠菌群互作关系主要表现在，①石榴多酚可逆转由于高脂饮食导致的厚壁菌/拟杆菌丰度变化，提高有益菌而降低有害菌比例，起到了肠道菌群结构的健康重塑；②石榴多酚引起的肠道菌群改变则反过来又促进了安石榴苷代谢转化为鞣花酸和尿石素等主要活性物质，提高SCFAs产生量；③肠道菌群的健康重塑及肠道活性代谢物的增加，提高了结肠组织抗氧化能力及结肠细胞紧密连接蛋白ZO-1、Claudin-1的表达，减少了肠道内毒素的吸收，改善了结肠组织结构和功能。研究结果为以石榴为代表的膳食多酚类物质的营养学原理提供了一定的理论基础。