火龙果多糖SDFP-2通过AMPK-PINK1-PRKN介导的线粒体自噬和肠道菌群调控改善肥胖及相关代谢紊乱的机制研究

本研究系统探讨火龙果多糖SDFP-2通过激活肝脏AMPK-PPAR-PGC1α信号通路与PINK1-PRKN介导的线粒体自噬（mitophagy），并协同调节肠道菌群（如Lactobacillus、Akkermansia）及其代谢产物，多靶点改善高脂饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和脂代谢紊乱，为天然多糖调控代谢综合征（Metabolic Syndrome）提供新的机制视角。

　　

Abstract

肥胖及相关代谢紊乱已成为全球性健康挑战。本研究通过整合体外和体内模型，系统评价了火龙果来源多糖SDFP-2对饮食诱导代谢功能障碍的治疗潜力。在HepG2细胞中，SDFP-2发酵代谢产物显著抑制棕榈酸（PA）诱导的脂质积聚并纠正脂质失调。在高脂饮食（HFD）喂养的小鼠中，SDFP-2补充剂量依赖性地减轻体重增加、高脂血症、肝脏脂肪变性、系统性炎症，并改善葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性。机制上，SDFP-2激活肝脏AMPK-PPAR-PGC1α信号通路，抑制SREBF1驱动的脂肪生成，并通过AMPK-PINK1-PRKN通路恢复线粒体自噬（mitophagy），具体表现为调节Beclin-1、LC3-II/I、PHB2和p62的表达。肠道菌群分析显示多样性增加和有益菌属（如乳酸杆菌Lactobacillus和阿克曼菌Akkermansia）富集，伴随脂相关代谢物的代谢组学变化以及色氨酸、类固醇和胆汁酸代谢的恢复。这些发现突显SDFP-2作为一种多靶点膳食因子，通过协调调控能量代谢、线粒体质量控制和宿主-微生物群相互作用改善代谢综合征。

Introduction

肥胖是一种多方面的病理状态，常伴随多种代谢异常，如2型糖尿病、心血管并发症、高血压和癌症。越来越多研究将线粒体功能障碍视为肥胖发病机制的关键因素，导致脂代谢紊乱、胰岛素抵抗和持续性低度炎症。线粒体自噬（mitophagy），即受损线粒体的选择性自噬清除，对维持线粒体完整性和细胞能量代谢平衡至关重要。AMP激活蛋白激酶（AMPK）作为线粒体自噬的核心调节因子，促进线粒体更新并调节能量代谢。AMPK激活不仅刺激脂肪酸β-氧化并抑制脂肪生成，还通过PINK1/Parkin（PRKN）通路促进线粒体自噬。在线粒体去极化期间，PINK1在外膜积累并招募PRKN，后者泛素化功能失调的线粒体，靶向使其被溶酶体降解。值得注意的是，近期研究报道天然多糖（如枸杞多糖）可激活AMPK介导的线粒体自噬，从而改善脂代谢紊乱和代谢失调。然而，针对该通路的有效天然调节剂仍待深入探索，这突显了进一步研究多糖在调控线粒体功能和肥胖相关代谢 dysfunction 中的重要性。

同时，越来越多证据表明肠道菌群是肥胖和代谢综合征发展的关键因素。肥胖个体通常表现出微生物多样性降低、厚壁菌门/拟杆菌门比例改变以及促炎菌属富集。近期研究证明多糖（尤其是可溶性和不溶性纤维）可作为肠道微生物的食物来源。这些多糖的发酵可促进有益菌（如双歧杆菌和乳杆菌）增殖，抑制有害微生物生长，并产生短链脂肪酸（SCFAs）。此外，多糖有助于强化肠道屏障、降低上皮通透性、减轻慢性低度炎症并优化葡萄糖和脂质代谢过程。另外，微生物代谢物如乳酸、丙酮酸和胆汁酸分别参与抑制病原菌、减少脂肪积聚和调节能量稳态。

多糖是重要的生物活性大分子，通过调节脂代谢、改善胰岛素敏感性和减轻炎症，在对抗肥胖和代谢综合征方面表现出显著功效，且具有低毒性特征。火龙果（ pitaya ）广泛种植于热带和亚热带地区，其根、茎、叶和果实富含多糖。在我们先前的工作中，我们分离出一种新型火龙果多糖SDFP-2，其在体外表现出调节肠道菌群组成和增加SCFAs产量的能力。然而，其抗肥胖潜力及涉及线粒体自噬和肠道菌群的机制尚不清楚。

在此，我们假设SDFP-2通过两种互补机制缓解饮食诱导的肥胖及相关代谢功能障碍：（1）直接激活AMPK-PPAR-PGC1α信号和PINK1-PRKN介导的线粒体自噬，以恢复线粒体稳态并增强脂质氧化；（2）间接调节肠道微生物群落和代谢谱，以重建全身代谢平衡。为验证这一点，我们使用棕榈酸（PA）刺激的HepG2细胞以及高脂饮食饲养的C57BL/6J小鼠，系统研究SDFP-2对脂质沉积、葡萄糖稳态、炎症反应和线粒体自噬标志物的影响。此外，通过16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学分析，阐明肠道微生物生态和关键代谢途径的变化。这项全面研究旨在阐明SDFP-2在肥胖和代谢综合征管理中的多靶点治疗潜力。