落花素通过靶向UPP1-MAPK轴调控肠道菌群与代谢重塑改善高脂饮食诱导的骨丢失的机制研究

本研究针对高脂饮食（HFD）诱导的代谢性骨质疏松，探讨了黄酮类化合物落花素（Astilbin）通过调控UPP1-MAPK信号轴、重塑肠道菌群结构及代谢谱，逆转骨代谢失衡的作用机制。结果表明，落花素显著改善骨微结构、抑制脂质积累并恢复菌群稳态，为代谢性骨病提供了多靶点治疗策略。

　　

随着全球老龄化进程加速和饮食结构变化，骨质疏松症已成为严峻的公共卫生问题。尤其值得关注的是，肥胖与骨质疏松的关联性日益凸显——高脂饮食（HFD）不仅导致体重增加和脂代谢紊乱，还会引发骨骼微结构破坏、骨密度下降，增加骨折风险。这种现象被称为“肥胖性骨质疏松”，其背后涉及复杂的代谢炎症反应、脂肪与骨代谢平衡失调以及肠道微生态紊乱等多重机制。传统的抗骨质疏松药物多侧重于抑制骨吸收或促进骨形成，但对于代谢因素驱动的骨丢失，仍缺乏多靶点、系统性的干预策略。

在此背景下，天然黄酮类化合物落花素（Astilbin）引起了研究人员的注意。既往研究表明，落花素具有抗炎、抗氧化和调节糖脂代谢的活性，在糖尿病和心血管疾病中表现出良好的保护效应。然而，其在代谢性骨病中的作用尚未明确，是否通过调控关键信号通路和微生物-代谢轴发挥骨保护效应，仍有待深入探索。为此，本研究团队在《The Journal of Nutritional Biochemistry》发表论文，系统阐释了落花素通过靶向尿苷磷酸化酶1（UPP1）、调节MAPK信号通路、改善肠道菌群结构与代谢产物组成，从而对抗HFD诱导的骨丢失的作用机制。

为全面揭示落花素的作用，研究人员整合了动物模型、多组学分析与细胞实验。他们使用C57BL/6小鼠建立HFD诱导肥胖及骨丢失模型，并设置不同剂量落花素干预组（25、50、100 mg/kg/day）及阳性对照药物阿托伐他汀组。通过监测体重、血清生化指标、骨微结构（micro-CT）、骨代谢标志物以及组织病理变化，评估落花素对代谢和骨骼表型的改善作用。进一步借助转录组测序、16S rRNA肠道菌群测序和血清非靶向代谢组学（UHPLC-MS），挖掘其分子机制与代谢调控网络。在体外实验中，以棕榈酸（PA）模拟高脂环境，处理骨髓间充质干细胞（BMSCs），观察落花素对成骨分化与成脂分化的影响，并通过Western blot、免疫荧光等技术验证UPP1-MAPK轴在其中的作用。

研究结果丰富而系统，主要发现如下：

3.1. 落花素抑制高脂饮食诱导的小鼠脂代谢紊乱

落花素干预显著降低了HFD引起的体重增加、血脂异常（TC、TG、LDL-C上升）和乳酸积累，提高了高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和碱性磷酸酶（ALP）活性，呈现剂量依赖性改善效应，其作用效果与阳性药阿托伐他汀相当甚至更优。

3.2. 落花素抑制高脂饮食诱导的骨丢失并改善骨代谢失衡

Micro-CT结果显示，落花素提高了骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N），并降低了骨小梁分离度（Tb.Sp）。血清ELISA检测显示，落花素上调了成骨标志物RUNX2、ALP和UPP1，而下调了炎症信号p38MAPK。

3.3. 落花素通过靶向p38MAPK和UPP1纠正骨纤维微结构破坏

组织染色与免疫组化显示，落花素显著增加骨小梁数量、减少骨陷窝，抑制脂肪生成因子PPAR-γ表达，促进成骨因子RUNX2和UPP1表达。TRAP染色进一步证实，落花素抑制了破骨细胞活性，保护骨微结构。

3.4. 小鼠骨髓腔全细胞转录组测序揭示UPP1作为靶点的关键作用及MAPK通路调控

RNA-seq分析发现，HFD组中UPP1显著下调，而落花素干预后其表达恢复。KEGG富集分析提示MAPK信号通路、Wnt通路和破骨细胞分化等相关通路被显著调控。QT-PCR验证了UPP1、Lipg等基因表达趋势与测序结果一致。

3.5. 粪便16S菌群分析揭示落花素对高脂饮食小鼠差异作用物质

落花素恢复了HFD导致的肠道菌群多样性下降，降低厚壁菌门/拟杆菌门（Firmicutes/Bacteroidetes）比值，抑制促炎菌属（如Dubosiella），促进有益菌Mailhella增殖，功能预测显示其调控氨基酸合成、脂代谢等通路。

3.6. 血清代谢组学分析揭示高脂饮食小鼠脂相关物质与信号通路

代谢组OPLS-DA模型显示落花素显著回调HFD引起的代谢紊乱，下调前列腺素F2α、5-HETE等促炎脂质，上调鞘脂类、4-羟基吲哚等抗炎代谢物，KEGG分析提示坏死性凋亡、鞘脂代谢等通路被激活。

3.8. 落花素可促进BMSC增殖、促成骨分化并抑制成脂分化

细胞实验表明，落花素减轻PA诱导的BMSC氧化应激（ROS下降），增强成骨分化（ALP、ARS染色阳性增加），抑制成脂分化（Oil Red O染色减少）。免疫荧光显示UPP1表达上升、PPAR-γ下降。

3.9. 落花素调控细胞微环境中MAPK通路及UPP1蛋白基因表达

Western blot证实落花素上调UPP1、RUNX2、BMP-2和p-ERK，抑制PPAR-γ、C/EBPβ、p-p38MAPK和p-JNK，表明其通过MAPK通路调控细胞命运。

本研究通过体内外多维度实验，首次整合“菌群-代谢-骨骼”轴，系统阐明落花素作为UPP1-MAPK信号轴的关键调节剂，通过代谢重编程、炎症抑制和微生物稳态重建改善HFD诱导的骨丢失。这些发现不仅深化了对代谢性骨质疏松机制的理解，也为基于天然产物的多靶点抗骨质疏松药物开发提供了重要理论依据和实验支撑。落花素有望成为治疗肥胖相关骨代谢疾病的新型候选药物。